【電動汽車電池剩余電量檢測系統(tǒng)設計】12000字

電動汽車電池剩余電量檢測系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u25469第一章引言 第一章引言1.1研究背景隨著全球能源危機和環(huán)境問題的深入日益凸顯，作為傳統(tǒng)汽車的節(jié)能問題，能耗大的問題，考慮到新能源汽車已如綠色、清潔的突出優(yōu)勢，可以提供驅動能源多樣化，能源利用率高，汽車行業(yè)未來發(fā)展的目標就是新型能源汽車的發(fā)展。電動汽車的電機，電池是直接決定新能源安全性、可靠、動力系統(tǒng)控制的策略和性能的新能源車性能的好壞，研究的電動汽車動力系統(tǒng)的性能。為了能夠在開發(fā)階段降低成本、縮小分析的范圍和專業(yè)技術，主要是在系統(tǒng)的技術方案和主要部分的選擇階段，能夠依據計算機的模擬系統(tǒng)的主要部件，尋找合適的解決問題的方式。所以，能夠對電力系統(tǒng)高效的實現優(yōu)化功能。采取電池能量促使此能量可以達到最大的距離，這樣可以達到綠色節(jié)能的最佳效果。當今社會，環(huán)境污染問題越來越嚴重，汽車產業(yè)擔負著環(huán)保節(jié)能的責任。依據《中國能源政策》上面的內容顯示，我國依賴石油的比例在百分之五十八左右，機動車的排放污染物不可避免，多數國家都存在霧霾天氣，根據多位專家的研究得出結論，造成霧霾天氣的主要因素就是化石燃料，然而汽車就非常依賴化石化石燃料，汽車排除出的尾氣已經成為了PM2.5，屬于環(huán)境污染的重要因素。新型能源汽車的具備環(huán)保、綠色、節(jié)省能量的優(yōu)勢特點。所以，新型能源汽車非常的綠色環(huán)保，是未來汽車產業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略手段。最近幾年，國內外都支持鼓勵新型能源汽車的發(fā)展，政府部門都計劃投資二十五億美金用來發(fā)展新型能源汽車，在未來新型能源汽車的發(fā)展過程中，包括對汽車電池的研究，日本政府部門計劃投資十億美金來支持新型能源汽車的發(fā)展，美國政府部門作出承諾，在2030年實現新型能源汽車所有權高達500萬的目標。中國也制定了多數鼓勵新型能源汽車發(fā)展的相關政策，比如在十四個城市實行了對購買新型能源汽車的用戶給予補貼。目前，世界正在加緊推進純電動汽車的發(fā)展，中國也投入了大量的人力物力財力，確保了中國電動汽車產業(yè)的發(fā)展壯大。國家電網在國家數據顯示，中國為促進電動汽車的發(fā)展，已建成360座電動汽車充電站，充電樁15333輛，中國已成為世界上純電動汽車服務設施網絡覆蓋最廣泛的國家。1.2研究意義汽車最關鍵的性能就是汽車的動力，這也屬于對新型能源汽車進行評估的核心指標。傳統(tǒng)的汽車最主要的部件就是發(fā)動機，發(fā)動機的好壞直接決定著汽車動力性能的好壞。所以，對發(fā)電機進行研究分析和控制是必不可少的步驟。作為新能源汽車的心臟，電機的研究至關重要。上個世紀90年代，我國對汽車有了最初期的開發(fā)和研究，研究的方向包括汽車的動力系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)以及新型能源汽車動力系統(tǒng)的研究，等等。中國將重點對電力系統(tǒng)技術的新能源汽車的發(fā)展，并建立了一套技術創(chuàng)新體系，引導車輛動力系統(tǒng)平臺為主要內容，核心與共性技術為前提，在這種狀況之下，新型能源汽車得到了前所未有的發(fā)展，同時建立了新型能源汽車關于動力系統(tǒng)的相關專業(yè)技術平臺，并且采取生產、科研、科研相結合，使平臺得以慢慢體現。優(yōu)化與改善了電機和電池的部件性能。電動汽車的核心是電池，電池性能指標對電動汽車的發(fā)展起著決定性的作用。由于電動車的重要指標馬力、最大行駛里程的大小都是直接取決于電池的性能。對電池的發(fā)展提出了更高的要求。電池發(fā)展中的硬件條件是尋求高效率、小體積與質量、長壽命的電池材料。現如今已有很多種類的電池在電動汽車上得到廣泛應用，但是還沒能很好的解決續(xù)駛里程不足的問題。且對電池系統(tǒng)的管理與預測的軟件條件也迫切需要提升。電動汽車預測不準確的情況常常令人困惑。有些構造簡單的車輛甚至不能觀測電池的電量損耗情況，只能被動的當電動汽車快要沒電時，才發(fā)出報警。顯然這種與電動汽車發(fā)展的速度不相匹配的管理系統(tǒng)與預測是不能滿足發(fā)展需要的。電池管理系統(tǒng)的核心是剩余功率估計（SOC），準確的SOC估計可以預測里程，優(yōu)化電池充放電過程，延長電池壽命，快速有效的實時準確估計具有重要意義。1.3國內外的研究現狀在國外，AVL，FEV，申克等知名企業(yè)都對新型能源汽車的電源檢測系統(tǒng)。因為存在許多客觀因素，比如檢測系統(tǒng)的限制，專業(yè)技術的壟斷，所以核心技術很難獲取。比如，需要應用指定的軟件設計，組建成完整的車輛框架模型，并且遵循這個基礎與接口實行配置，對車輛阻力的仿真過程予以實現。但是存在搜集數據比較復雜等問題，例如車輛的框架模型、端口功能等等。我國關于單位或者參與新型能源汽車動力檢測系統(tǒng)研究企業(yè)的數量很小，而且沒有對電阻的仿真研究工作條件。它們主要是從國外進口的產品。以下敘述的是對我國專利以及相關文獻的淺析。上海清遠新型能源汽車有限責任公司專利的采用CAN總線連接各模塊，虛擬設備技術測試系統(tǒng)的構筑，專利提到的測試架構。提出了深川電氣汽車株式會社上海分公司的專利總體的模式實驗平臺結構，怎樣的模擬動態(tài)模式和說明幾類型的抵抗的模擬。奇瑞汽車股份有限公司的專利的指出：配備電機實驗臺電機的旋轉速度進行測量與調整，從電源測功機以及被測電機功率兩個方面進行，交流測力計過剩電力網出售，測量電機的電壓范圍廣臺系統(tǒng)更高效，可以實現新能源車的動力系統(tǒng)硬件在環(huán)測試只提供，專利是新能源汽車的力量的電子結構。天津克里汽車檢測設備開發(fā)有限公司專利：調節(jié)守舊PID的時間比較長，準確的比較高，不過，從工作測力計的前饋控制的數據源中，交流電力測功機的前饋控制量測定路阻的前饋控制，同時采交流電力發(fā)電機機的抵抗，距離通過獲取修正數據來進行修正，同時修正速度調整反饋量，對路阻、電力測功機的控制和速度進行響應，響應的速度是76mS左右，控制準確度提出的專利，是一種改善響應速度的算法。北京電子科技股份公司在專提出：依照這個檢測裝置需要實時測試狀況的各種動態(tài)和扭力。依據實驗車輛的真實狀況，對飛輪的負荷和驅動方面進行調節(jié)，飛輪的慣性變化，專利的實現機器的抵抗和仿真。重慶長下跌的汽車有限公司指出：現在，基本上不站在純電動汽車的能量電子純電動動力性能試驗的單曲總電力測功機的有效評價，單軸測量純電動助力電子的輸出，評價價雙輸出純電動動力系統(tǒng)純粹的動力系統(tǒng)的單一電測力計的測量，道路抵抗模擬汽車慣性模擬不了，純電動助力電子所有的測試條件的道路。在提交的實驗臺上，測量2臺輸出發(fā)電機的純電汽車功率電子的輸出。做這項實驗：臺純電動動力組裝系統(tǒng)功能測試、純電動功率電子性能試驗、道路電動汽車的功率電子學試驗、同測試臺為2電發(fā)電機慣性力矩和汽車模擬道路條件的電動動態(tài)系統(tǒng)功能的實際的抵抗證明。但是，沒有定量的說明的抵抗的模擬，并且和抵抗模擬。第二章汽車電池電量檢測原理概述2.1電動汽車常用充電電池為了滿足電動汽車的需要，動力電池也在快速的發(fā)展過程中。目前電動汽車上常用的幾種動力蓄電池及其特點：2.1.1鉛酸蓄電池鉛酸電池陰極組件為鉛，主要成分為鉛。電解液是硫酸溶液。經過150多年的鉛酸蓄電池開發(fā)利用經驗豐富，原料豐富，易于獲得，成本相對較低，運行故障低，排放率高，在電動車早期發(fā)展中得到廣泛應用。鉛酸蓄電池在內燃機中作為各種電氣電子設備的主要能源，而作為驅動輪的動力能源常被用作旅游，觀光等有限范圍的觀光車源。它比能量相對小，自放電率低，循環(huán)壽命短，加上鉛對人體有毒，而且污染環(huán)境等缺點，逐漸被更高性能的電池所取代。2.1.2鎳鎘電池鎳鎘電池的正極活性物質由氧化鎳構成。負極的活性物質由氧化鎘粉末和氧化鐵粉末組成。電解質溶液通常用氫氧化鉀溶液處理。其技術成熟，放電電壓穩(wěn)定，充電性能好，充電時間短，可提供500多次充放電循環(huán)。使用壽命長，維護方便等特點，廣泛應用于家用電器，通訊設備及電動工具等領域。但其能耗低，價格高，耐溫性差。特別是在充放電過程中，會有“記憶效應”，使其壽命大大縮短。加重金屬鎘毒性高，因此鎳鎘電池不利于環(huán)境保護。電池中數字產品的使用已經消除了大量鎳鎘電池，限制了鎳鎘電池的發(fā)展。2.1.3鋰離子蓄電池鋰離子電池的充放電主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動。在使用鋰電池時，是現代高性能電池的代表。鋰離子電池是鋰電池的早期發(fā)展，由于鋰電池充電周期不好，容易形成鋰晶體，導致短路。后來日本的索尼公司發(fā)明了碳材料為負極化鋰化合物，沒有鋰金屬，只有鋰離子。鋰離子電池具有大于能量，高于功率，平均輸出電壓，充放電效率，循環(huán)壽命長。由于其無污染，免維護，鋰離子電池是綠色電池。雖然鋰離子電池的低溫性能，過充電會導致電源性能受到很大的損害，但鋰離子電池的綜合方面可以滿足電動汽車的性能要求。在未來電動汽車在電池負載競爭中，將會更加快速的發(fā)展，鋰電池的市場份額將會越來越高，未來一定要有更大的需求和更好的性能。表2.1各種蓄電池的主要性能指標電池種類電解質比能量（3h放電率）能量密度（3h放電率）比功率(80%放電深度）循環(huán)次數（次）鉛-酸酸性30-45600-90040-701200鎳-鎘酸性30-5060-90200-300600-1200鎳-氫堿性40-6080-110150-350600-1200鋰離子聚合物90-130130-300250-450800-1200從上述分析可以看出，鋰離子電池與電動汽車的能源電池最一致，它比其他電池比能量，能量密度，比功率和循環(huán)次數好。2.2剩余電池電量SOC估計的原理目前國內外SOC估算的基本方法一般都有這些。它們針對不同的電池和不同的工作條件各有不同的應用，在方法采用的過程中也有不同的適用原則。2.2.1放電法放電方法在達到終止條件（包括達到最小值的電壓值或來自電池的等效電流的持續(xù)放電）的一段時間內通過恒定電流放電在理想環(huán)境中進行這種方法作為額定容量。然后根據實際放電時間，通過計算試驗放電時間和最大放電時間比例，是消耗容量的百分比，則可以得到SOC[13]。使用此方法，您可以比較電池的性能或確定額定容量的大小。但是放電方式在實現過程中比較困難，在大多數電池工作條件下，不符合放電方式等放電要求。2.2.2比重法電池由電源供電，電池在充放電期間實際進行化學反應。使用化學變化中產品的變化來測量電池的SOC值也是個好主意[14]。重量法是基于化學性質的方法，在電池的一部分化學反應與放電過程中，電解質密度實時變化，電池容量也隨著密度變化而變化，所以你可以計算電池SOC尺寸電池密度。這種方法直接觀察電池從化學能到電能的過程，通過最原始的數據進行測量，對電池的研發(fā)有非常有效的支撐。但在實驗室，這種方法相對落后。由于大多數現有電池都是密封的，并且充電和放電時溶液密度不會改變，所以重量法不適用于大多數電池。由于電池供電的電動車是由電池組成的大量電池單元。單個電池彼此密封，如果每個電池必須測量，則成本太高而不是昂貴的。電動車在電動汽車中與電動汽車在不同路況下運行電解液密度誤差較大，所以這種方法不是理想的在線預測結果[17]。所以這種方法是不實際的。2.2.3開路電壓法開路電壓法將剩余電池容量作為電池開路電壓的函數。剩余電荷與開路電壓之間的曲線通過重復實驗和測量繪制。鉛酸蓄電池適用于物體的開路電壓，鉛酸蓄電池的開路電壓和蓄電池的剩余容量如圖1.1所示。圖1.1開路電壓與電池剩余電量的關系圖這種方法簡單，操作方便，但適合電池比較小，并且在相應的曲線上不是很規(guī)律。剩余功率的變化和電壓的變化在一段時間內并不明顯。即使電壓變化但SOC值不變或電壓不變化，SOC不同時間段內的SOC值對應的電壓范圍也大或小。開路電壓法的另一個缺點是需要預測由于存在動態(tài)滯后而對應于電池的恒定電壓的殘余電壓。因此，滿足上述關系的開路電壓需要長時間放置電池，并且在靜止處理期間，電池的電壓將在相反方向稍微改變。在此期間，電壓變化始終在進行中，時間長。當電池電壓不能達到穩(wěn)定時，如果電池仍然需要工作就會中斷測量電壓，但不能精確測量電壓值。電動車在駕駛工作中，停下來走，電池經常在工作中停止狀態(tài)。通過測量靜置后的電壓幾乎不可能估計SOC值。2.2.4安時法安世法律的原則沒有考慮到電池的內部工作，主要考慮的是進入電池和從電池中斷電。當電池從電池流出時為正，否則為負。在估計電池的剩余容量時，安全條件相對較寬，所以在實際測量和模擬仿真中的安全方法有更多的應用。由于電池的充放電過程在不同程度的變化過程中，通過測量每次電流在時間積分運算中可以在一段時間內獲得電量，然后將初始功率減去量電力釋放，你可以得到剩余的電量，也就是說：（1.1）式中SOC(t0)為實驗初始階段的剩余電量，SOC(t)為t時刻的剩余電量值，Q為電池總容量。可以看出式中需要得到SOC(t)的大小，初始時剩余電量的測量精度至關重要，但由于電池的化學性質，實際上無法避免初始值的誤差，并且由于充放電過程不能降低該誤差電池。此外，法律不考慮物理和化學變化的復雜過程。只考慮當前的方向和大小，不管其他因素如何。顯然完全依賴于這個單一變量積分的電流，即使收集的電流是實時準確的，道路上的電流也不一定是電池放電階段所有的充電流量損失。其實由于自放電等內部消費，而在放電過程中，它們的消耗不均勻，所以使用電流積分法在計算過程中也是一個更大的誤差。2.2.5人工神經網絡法人造神經網絡是一種模擬人類突觸連接的結構和功能的信息處理系統(tǒng)。它由大量的神經元組成。通過感官器官和神經從身體內外接受各種信息，經過思考和判斷，以控制身體對環(huán)境的反應。正是由于各種神經元之間的突出品種，連接方式和連接強度的差異，神經網絡可以依靠這些特點來處理混亂的不規(guī)則情況。電池是非線性系統(tǒng)，電池充放電過程建立一個準確的數學模型更加困難，人造神經網絡可以更好地反映電池的非線性特性，通過實際充放電過程收集大量的數據，訓練后，從大量實驗數據和相應的結果中提取出來的電池充放電過程中電池的特性在不同環(huán)境下預測SOC。由于人造神經網絡方法不考慮電池的內部特性，只能通過樣本數據進行有組織的訓練，在訓練過程中，得到電池的性質，所以任何類型的電池都可以使用這種方法。在預測電池的過程中，主要工作投入變量和變量數量。每個變量的影響也是不同的因素，變量之間是否存在相關性等因素都不確定，用神經網絡估計是一個很好的方法。

第三章電池檢測系統(tǒng)整體設計3.1電動汽車電池剩余電量檢測新型能源汽車電量總成檢測系統(tǒng)的結構框圖如圖所示，主要由四個部分組成，它們的功率流量傳感器部分等，下面介紹各部分WT3000在。上圖3-1表示新型能源汽車電量檢測系統(tǒng)的結構圖3.2檢測系統(tǒng)的核心控制模式驅動交流發(fā)電機和剎車的2種的工作模式無法實現的各種各樣的傳統(tǒng)的發(fā)電機儀，例如過渡盧德，加載/減阻、動態(tài)失速的轉換和加載的啟動等。目前，AVL，申克、BURKE等在國際上比較有知名度的電力檢測設備，各個廠商都在極力推廣這種功率檢測系統(tǒng)的應用，這是在現在和未來最高效的測量方式和控制程序。新型能源汽車的檢測系統(tǒng)控制形式可以劃分為轉矩和速度兩種運行方式。工作的模式可以實現對傳感器控制信號方面的傳出以及傳入的重要反饋內容，循環(huán)控制模式圖條控制模式，轉矩模式發(fā)電機的工作，并且測試電機工作的速度方式；相反，發(fā)電機的工作模式以模式為主，經過電機工作模式。所以，為了檢測測試機相關內容，可以通過下圖進行：圖3-2工作模式控制框圖圖3-3轉速工作模式控制框圖速度工作方式按照設定速度來進行控制傳入，速度信號的反饋內容輸出通過編碼器進行。能夠實現速度的閉環(huán)制約，上圖3-3表示轉速控制框架圖。主要目的是為了讓實現電機在電氣情況下的調速，交流的測功機是轉矩控制，主要目的是為了實現等待檢測電機的負載能力。3.3電池功率流部分系統(tǒng)電源包含以下主要幾個部分可以進行編程的程控雙向電源、驅動DCS900、四象限變頻器、變頻測功機、開關控制柜等等。3.3.1可以編程進行程控的雙向電源電源的傳入以及傳輸交流側360V的三相電壓。進行長時間工作360v加15%，短時間的工作360v+20%，內部壓力降低到一%；工作頻率為55Hz±2（靜態(tài)），55hz+10（動態(tài)），設備自身配戴電源濾波器。那個電源，據說是有柵極的回收功能。在電力網發(fā)送供電時，供電網絡的干擾需要：次諧波電壓電流。系統(tǒng)的雙向電源輸入輸出和直流電壓值：0-600A，電流0-600A。DC方面輸出和輸入功能：恒壓，余流。這個電源依照負荷的不斷變化，自動進行傳入傳出。精度數額值小于等于0.6%的時候，同時電流精度的收視率也小于等于0.6%。動力反應的定義是指電源在正常工作的的時候，電源在電壓的范圍傳輸直流電，負荷電流100ms范圍從0到90（最大額定電流穩(wěn)定工作電流電源電壓和負荷電流），通過額定電流100ms減少0，90后100系統(tǒng)，從0到90%的額定電流直流電源的負荷電流電源回饋電力網，能源的一部分，小20V電壓變動的吡-d過程。單電源ABB公司的DCS800控制。這里的DCS800簡介。DCS900：DCS900ABB公司的產品進行直流轉動。數碼傳輸產品，速度快，精度高。對扭矩和速度的控制效果非常顯著。從現在開始DCS800和電樞電流控制終端領域，自己的能力而優(yōu)化，大大簡化測試程序。本次產品采取的是性能十分可靠的晶閘管、結晶管、六脈沖控制橋、反分流器邏輯、無法循環(huán)的結構。這種組建形式，通常運用在二象限或者二象限電路之中。主要控制面板，晶閘管，電源板，電源板、動力單元溫度檢測裝置的輸入和輸出端子板構成標準轉換器，電機部分的整體應用一般控制面板的數量減少。這是硬件設計，實際階段的應用需求。由于對IGBT的運用，作為可逆變流器，AFE變頻器在不斷的擴大。這轉換器具有相同的正交和ACDC結構，同時采取正弦脈寬調制形式，也被稱為SPWM模式。造成這種情況的主要因素是通過電壓、功率、電流等調節(jié)器以及SPWM控制器。直流母線電壓通過轉換器來加以穩(wěn)定，程序不僅有雙向供給的核心構成部分，同時電源具有安定的作用。3.3.2汽車電池變頻器以及變頻電力測功機交流電力系統(tǒng)系統(tǒng)為四象限動力吸收與發(fā)電機能交流-交流磁通電力轉換器。包括時鐘與順時針、表與逆時針、逆時針與順時針、逆時針與逆時針等相關的扭矩。當動力檢測機回到供電網時，電網的諧波應當適合國家標準的要求。該測力計測試系統(tǒng)，采用acs800-200kw逆變器變頻器柜。這里簡單地介紹了ACS交流控制系統(tǒng)：acs-800系列逆變器ABB公司生產使用直接的扭矩的控制的主要方式就是扭矩馬達控制，這種集中的控制形式，依照傳感器定子電壓、電流信號、電機理論知識，電機的控制器，中斷時應用測試，在特定的公差尺寸比較差分PWM信號的逆變器狀況下，能夠產生開關狀況的概念，促使高效的速度。這種狀況下的控制系統(tǒng)，傳輸的實際狀況，因此它的結構是比較簡單的，扭力反應快，高動態(tài)和靜態(tài)性能，控制的高效形式。采取的這種形式類似磁鏈軌跡的定義，采用定子磁鏈來直接控制磁場的方向。所以，固定抵抗如果能獲得觀測鏈定子磁。ACS900可以直接采取控制方式，這是焦點扭矩實行直接控制的作用。這在實際的工程運用中很實用。逆變器等的不同電流驅動單位逆變器電機，整體電流對電源回收裝置進行反饋。

第四章系統(tǒng)硬件設計前文對電池管理系統(tǒng)的基本功能、整體結構進行了闡述。以下根據系統(tǒng)需求進行了硬件電路設計，包括主控制模塊電路設計和采集模塊電路設計。4.1主控板總體設計主控制模塊是電池管理系統(tǒng)的核心部分，負責管理整個系統(tǒng)的運行。如圖所示，虛線框內是主控制模塊的硬件組成示意圖。主控制模塊一方面對電池包總電壓、總電流、絕緣電阻等進行實時監(jiān)測，另一方面通過總線接收來自采集模塊的單體電池的信息，經過在線處理后對動力鋰電池進行充放電管理、熱管理、均衡管理等，同時將電池的信息在實時顯示。圖3.1控制結構示意圖4.2電源電路設計主控板電源電路為主控模塊芯片、霍爾傳感器、信號調理電路、開關電路等提供能量，具有極其重要的地位，是整個系統(tǒng)正常工作的基本保證。主控板的電源由24V電源來提供。根據主控板的設計需要，主控板上要提供的電源電壓為模擬±15V、數字5V。其中±15V主要為系統(tǒng)中傳感器、調理電路等模擬器件供電，則為電路中其他的數字器件和采集板供電。24V電源：該電源為電池管理系統(tǒng)的所有硬件提供能量，要求有較高的功率。本系統(tǒng)選爪了上海棘韓的開關電源Q-120D工作于24V時能提供2A的電流，滿足系統(tǒng)的需要。圖3-224V電源圖±15電源設計：±15電源主要為主控制板中的模擬器件供電。系統(tǒng)采用了廣州金升陽公司的DC-DC模塊電源，該模塊的額定功率為6W，效率可以達到89%，該模塊具有較寬的輸入電壓范圍，適合電壓存在波動的場合，較小的紋波噪聲，具有輸出過壓保護，短路保護的功能，其隔離電壓可以達到1500V，能夠滿足系統(tǒng)需求。圖3-315V電源原理圖4.3總電壓、電流采樣電路設計總電壓采樣電路采用了南京中旭的型霍爾電壓傳感器作為總電壓采集模塊。其精度、線性度、反應時間和抗干擾能力，都可以滿足系統(tǒng)要求。圖3-4HNV-025A測量接線圖圖3-5總電壓采樣電路4.4釆集模塊單體電池電壓采集電路設計單體電池成組使用，共模電壓較高而且容易浮動，并且對于電壓采樣的精度有較高的要求，故本文采用了差模測量法。單體電壓經光稱繼電器選通后，進入差分釆樣模塊。如圖。采用了譯碼器74HC154輸出作為選通信號，光稱繼電器為松下公司的AQW214。電路如圖所示：圖3-6電壓采集模塊圖

第五章軟件程序設計5.1SOC估算方法及估計策略目前國內外常用的估算算法主要包括放電試驗方法，Ah測量方法，開路電壓法，負載電壓法，神經網絡法，內阻法，線性模型法，卡爾曼濾波法，時間窗方法和狀態(tài)空間法等。每種方法都有一定程度的限制，以上幾種SOC估算方法將逐一使用，并引入估算策略。5.1.1常用SOC估算方法介紹①放電試驗方法：放電試驗方法被稱為最可靠的SOC估計方法，在估計過程中，采用恒流連續(xù)放電方式，放電電流和時間產物為剩余電量。放電實驗的估計過程需要大量時間，估計過程中斷，因此不適合車輛的實時測量。②測量方法：Ah測量方法電池SOC估計是最常用的方法，型號簡單可靠。這種方法只考慮電池的能量，也就是電池電流整合的時間和時間，不管電池的其他因素，包括內阻，電壓等等，所以這個算法很簡單。假設電池充放電SOC0的剩余容量的初始狀態(tài)，經過一段時間的充放電電流I后，電池剩余電量SOC1，則有（3.1）CN為電池的額定容量；I為電池實時充放電電流；?為電池充放電效率；雖然Ah測量方法簡單可靠，但由于不允許電流測量，因此也會對SOC估計結果造成一些誤差，但由于在使用Ah測光方法時沒有必要的反饋校正機制，因此不屬于閉環(huán)結構，獲得疊加，導致累積誤差。為了減少電流采集誤差，可以盡可能使用高精度電流傳感器。電池的充電效率不是恒定的，這個值可以通過大量實驗獲得，這可以建立充放電效率的經驗公式。在當前和高溫條件嚴重波動的情況下，誤差越大。③開路電壓法：開路電壓是通過實驗方法來描述電池端電壓和剩余能量在不同放電電流曲線的情況下，同時存儲這些曲線。第一步是收集電池的端子電壓，然后使用查找表查找電池的剩余能量，還可以根據電池的內部電阻和壽命參數，如估計的剩余容量校正。開路電壓法有一個顯著的缺點是電池測量前需要很長時間才能達到電壓穩(wěn)定。動力電池從工作狀態(tài)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，停留時間至少需要1小時，這樣就難以實時測量電壓。不同類型的電池，電池的剩余能量和端子電壓之間的關系是不一樣的，為了確定某種類型電池之間的對應關系，需要進行大量的充放電實驗。在充電的初始和最終充電期間，準確地估計電池的SOC值。因此，SOC估計可以與Ah測量方法相結合，可以消除累積誤差，可以通過Ah測量方法實時計算。④負載電壓法：一旦電池電量放電開始，電池端子電壓將從開路電壓轉換為負載電壓。如果電池放電電流可以保持恒定，則負載電壓和SOC曲線之間的關系與開路電壓和SOC曲線相似，可以估算剩余電量。然而，負載電壓法建立動態(tài)負載電壓和SOC數學模型，實際使用的汽車往往會有電池電壓的劇烈波動，這將加載電壓法帶來更大的誤差估計。⑤內阻方法：內阻法顧名思義，電池電阻測量精度非常高，所以內阻是參考。電池的內阻分為交流內阻和直流電阻，它們與SOC的估計精度，交流內阻，也稱為交流阻抗密切相關。溫度的變化影響電池的交流阻抗的大小。對于放電過程中測量的交流阻抗的大小，電池剩余后仍處于打開狀態(tài)，仍然存在爭議。直流電阻反映電池對電流的電阻，其對應于電壓變化量與電壓變化時的電流變化量的比率。在實際測量中，通常電池從打開狀態(tài)的恒流充放電，與負載電壓和開路電壓之間的差值除以電流值得到的值是直流電阻。直流電阻的計算結果受計算時間的影響，只能測量歐姆內阻。內阻方法適用于放電后期電池的SOC估算，可與Ah測量方法結合使用。⑥線性模型：C.Ehret等人提出了一種用于電池SOC估計的線性模型方法，基于電壓的方法，SOC的電流變化量和最后一個時間點的SOC值。（3.2）（3.3）SOC(i)為當前時刻的剩余電量值；?SOC(i)為SOC的變化值；β0、β1、β2、β3為利用最小二乘法計算得到的系數。目前，線性模型方法僅適用于小電流應用，SOC值變化不能太大，測量誤差具有較高的魯棒性。⑦神經網絡方法：神經網絡算法是一種學習能力和并行結構的非線性估計方法。在SOC建模中可以分為三個典型的神經網絡：①輸入層；②中間層；③輸出層。輸入層包含的變量有電壓，電流，溫度，累積釋放電和內阻等。雖然神經網絡可以應用于各種電池，但在估計大量樣本數據訓練之前，培訓數據和培訓方法對結果的準確性有較大的影響，仍處于實驗室模擬階段。⑧卡爾曼濾波方法：卡爾曼濾波法在計算過程中可以修改噪聲的初始值也具有很強的抑制作用，可以保持高精度因此，該方法更適合大電流波動的SOC估計，而且給出SOC估計誤差?？柭鼮V波雖然已經成為控制，信號處理和通信領域最重要和最重要的計算方法和工具之一，但已成功應用于航空航天，工業(yè)過程和社會經濟等不同領域。然而，該方法對于模型需要太多的準確性，如果模型建立的準確性不是特別準確，則會導致較大的誤差。而卡爾曼濾波器的運算在計算相對較大時，硬件計算能力要求非常嚴格。5.1.2本研究選用的估算方法根據上述估計方法的優(yōu)缺點，結合現有實驗條件，本研究旨在使用Ah測量方法和開路電壓法組合估計方法。首先確定電池的開路電壓和電池之間的關系SOC：測量電池的開路電壓（電動勢）和參考OCV（開路電壓）-SOC曲線可以更準確地估計剩余電池容量，但之前需要測量長時間靜止不動，不能用于動態(tài)測量。為了克服開路電壓法的缺點，彌補了Ah測量方法的累積誤差，計劃采用開路電壓法計算初始SOC值，然后使用Ah測量方法進行在線實時估算剩余功率值添加容量校正因子修改方法的結果，方法將在下一節(jié)詳細介紹。5.2SOC估算實現過程為了對動力電池的復雜工作過程進行簡化說明，電池在電池運行期間根據外部特性（電壓，內部電阻，電流等）進行建模。模型建立的準確性和適用性對電池的SOC估計影響很大。常用電池型號可分為四類：①簡化電化學模型；②局部放電模型；③神經網絡模型；④等效電路模型。這是越來越多的常見的電路模型應用，等效電路模型由研發(fā)人員用電池工作原理廣泛用于設計大量電池性能模型。典型的鋰離子電池等效電路模型是Rint模型，戴維寧模型和PNGV模型。5.2.1Rint模型Rint是最簡單的電池等效電路模型，電池等效的理想電壓源UOC和電阻R0串聯(lián)組合，其電阻R0用于電池歐姆電阻和極化電阻。電路模型如圖3.1所示：圖3.1Rint電池模型電路5.2.2Thevenin模型戴維寧模型在構建電池時考慮到內部極化現象，電阻R1和電容C1并聯(lián)，模擬電池充放電內部復雜反應。在具有理想電壓源的模型中，Uoc相當于電池的開路電壓，用電阻R1和電容C1并聯(lián)，然后串聯(lián)到主電路的內部極化電池相當，然后在主電路串聯(lián)電阻R0等效于電池的內部歐姆電阻。電池等效模型如圖3.2所示：圖3.2Thevenin電池模型電路5.2.3PNGV模型PNGV型號來自PNGV電池測試手冊，這是一款標準電池型號，后者包含在FreedomCAR電池測試手冊中，用作標準電池型號。與Thevenin模型相比，PNGV模型的一個突出特點是PNGV模型的電容是當等效電池由于負載電流的累積時間而被充放電時的電池容量的大小。PNGV等效模型如圖3.3所示：圖3.3PNGV電池模型電路通過比較上述模型，發(fā)現戴維