引言
蓄電池技術(shù)是下一代汽車——電動(dòng)汽車的核心技術(shù)之一。蓄電池是復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外對(duì)電池管理技術(shù)都進(jìn)行了大量的研究，取得了許多成果。一般認(rèn)為電池管理系統(tǒng)主要有如下功能：電池狀態(tài)參數(shù)采集(包括溫度、電壓、電流等)；電池荷電狀態(tài)(Stateof charge，SOC)的準(zhǔn)確估計(jì)；不健康電池的早期診斷；對(duì)電池組**運(yùn)行**監(jiān)控，如防止電池的過(guò)充電和過(guò)放電等等。
由于電動(dòng)汽車蓄電池組通常是由幾十個(gè)(上百個(gè))單體電池組成，所以，每一個(gè)單體電池的工作狀態(tài)正常與否不僅反映電池組性能的好壞，而且影響電池組的容量及剩余能量。實(shí)踐表明，在電動(dòng)汽車運(yùn)行過(guò)程中，如不及時(shí)檢測(cè)，找出老化電池給予調(diào)整，電池組的容量將變小，壽命將縮短，影響整個(gè)電池組的高效**運(yùn)行。
電池工作狀態(tài)的檢測(cè)由電池管理系統(tǒng)(Battery ManagementSystem，BMS)完成，而電池管理系統(tǒng)的其他功能(包括剩余能量的計(jì)算)都是建立在電池工作狀態(tài)檢測(cè)的基礎(chǔ)之上的，研究蓄電池組工作狀態(tài)檢測(cè)方法對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展具有非常重要的意義。
電動(dòng)汽車蓄電池組電池管理及其狀態(tài)檢測(cè)
1 BMS的基本結(jié)構(gòu)
湖南大學(xué)研發(fā)的電動(dòng)汽車(EV一3號(hào))采用的BMS結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。該BMS由電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電池核電狀態(tài)、(SOC)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)3部分構(gòu)成。傳感器、電池監(jiān)控系統(tǒng)和SOC系統(tǒng)構(gòu)成底層系統(tǒng)，數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)為上層系統(tǒng)，系統(tǒng)之間通過(guò)內(nèi)部CAN總線通信。
2 蓄電池組工作狀態(tài)檢測(cè)方法
電動(dòng)汽車蓄電池組一般都采用串聯(lián)方式工作，工作電流與單體電池是一樣的，檢測(cè)比較容易，而端電壓的檢測(cè)則比較麻煩。若只檢測(cè)電池組的端電壓，方法很簡(jiǎn)單，只需在電池組的兩端接上檢測(cè)電路即可，但這樣做是不行的，因?yàn)殡m然可以得到總的工作電壓，但無(wú)法判斷具體單體電池的端電壓，而只要有一塊電池出問(wèn)題就會(huì)影響整組電池的正常工作和性能；另外，對(duì)檢測(cè)電路精度要求高。一個(gè)單體電池端電壓的正常工作范圍比較小，比如12V鉛酸電池的終止電壓在10V左右，電壓變化范圍在2～3V之間，檢測(cè)電路只要10％的精度即可檢測(cè)出1V的變化量。若24塊12V鉛酸電池串聯(lián)，額定電壓是288V，放電終止電壓是240V，電壓的正常變化范圍是48V，如果一塊電池的端電壓降至9V，那么反映在總電壓上為285V，只變化了大約1％?？梢?jiàn)，檢測(cè)電路的精度至少要達(dá)到1％以上才能檢測(cè)出幾伏電壓的變化。而整組電池檢測(cè)很難發(fā)現(xiàn)單體電池的緩慢變化，包括單體電池本身的老化和因單體電池一致性問(wèn)題而帶來(lái)的積累效應(yīng)。整組檢測(cè)無(wú)法檢測(cè)電池及電池組實(shí)際容量，無(wú)法篩選其中已老化的電池。
實(shí)用的方法是檢測(cè)每一個(gè)單體電池。但對(duì)于串聯(lián)形成的電池組，要自動(dòng)檢測(cè)每個(gè)單體電池的端電壓所遇到的主要問(wèn)題是測(cè)量參考點(diǎn)的選擇以及檢測(cè)電路與被檢測(cè)電池組的電隔離問(wèn)題。電位參考點(diǎn)的選擇不僅如上所述影響測(cè)量精度，還對(duì)測(cè)量電路的測(cè)量范圍提出了很高的要求。而被檢測(cè)電池組與檢測(cè)電路的隔離不僅涉及到系統(tǒng)的**還影響檢測(cè)電路的復(fù)雜度和可實(shí)現(xiàn)性。目前采用的主要是分布檢測(cè)和集中檢測(cè)兩種方法。
1)分布檢測(cè)法
所謂分布式隔離檢測(cè)技術(shù)，就是將單體電池電壓及溫度的檢測(cè)模塊化、本地化，然后再通過(guò)一定的通訊手段將這些檢測(cè)模塊檢測(cè)的數(shù)據(jù)集中起來(lái)，*后統(tǒng)一處理。這樣做的目的就是要解決集中檢測(cè)方法所存在的種種問(wèn)題。原理圖見(jiàn)圖2。
其主要優(yōu)點(diǎn)是：
(1)連線簡(jiǎn)單，省去了多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，性能可靠。
(2)測(cè)量精度較高，比較符合汽車電器CAN總線化的發(fā)展趨勢(shì)。
(3)分布式模塊解決了參考點(diǎn)問(wèn)題，利用總線通信方式(采用光耦器件)解決了主控機(jī)與電池組的隔離問(wèn)題。
但應(yīng)用分布式檢測(cè)技術(shù)還必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1)由于檢測(cè)模塊直接從被測(cè)電池上持續(xù)取電，不利于節(jié)能和**。
(2)當(dāng)電池較多時(shí)，模塊數(shù)量也多，使得成本和復(fù)雜度提高，并且要求通信總線有較高的帶載能力。
從功能上看，檢測(cè)模塊主要由檢測(cè)子模塊和通信子模塊兩大部分組成。檢測(cè)子模塊要完成數(shù)據(jù)的采集和調(diào)理任務(wù)，而通信子模塊則要溝通與主控電路的信息交流，接收主控電路的指令，上傳由檢測(cè)子模塊提供的檢測(cè)數(shù)據(jù)。
因?yàn)槠囯娖鞯陌l(fā)展方向是采用CAN總線技術(shù)，所以，通信子模塊與主控電路之間應(yīng)該采用CAN總線連接。
2)集中檢測(cè)法
集中檢測(cè)法(見(jiàn)圖3)是用一套檢測(cè)電路分時(shí)檢測(cè)各個(gè)單體電池。檢測(cè)技術(shù)比較直觀，為了檢測(cè)每只電池的電壓，需要將每只電池的電壓信號(hào)引入檢測(cè)設(shè)備(如果蓄電池組由n節(jié)單體電池組成，需要引n+1條檢測(cè)線)，采用多通道切換的技術(shù)，即通過(guò)開(kāi)關(guān)器件(繼電器)把多節(jié)單體電池的電壓信號(hào)切換到同一個(gè)差分放大器，經(jīng)信號(hào)處理后用一只A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。“開(kāi)關(guān)切換”動(dòng)態(tài)地改變了參考點(diǎn)，保證每次測(cè)量都是一個(gè)單體電池的端電壓；而差分輸入則保證了電池組與檢測(cè)電路不共地，雖然沒(méi)有做到全隔離，但比共地連接要**。電池溫度的檢測(cè)一般可采用數(shù)字或模擬溫度傳感器，由于測(cè)溫過(guò)程與電池組沒(méi)有電連接且技術(shù)也比較成熟，所以本文不再贅述。另外，因電動(dòng)汽車要求的電流較大(幾十到幾百安)，所以對(duì)電池組充放電電流的檢測(cè)，一般采用非接觸式電流傳感器或變送器實(shí)現(xiàn)。
這種方法主要缺點(diǎn)是信號(hào)線較多，增大了接線的難度和復(fù)雜度，影響測(cè)試精度，降低了可靠性。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
