电动车电池技术参数（精选8篇）
作为纯电动汽车的唯一动力来源,动力锂离子电池的性能对于整车的动力性、经济性、安全性以及平顺性至关重要[1,2]。电池管理系统(battery management system,BMS)是电动汽车的关键部件。BMS的基础功能之一就是准确地估算电池的SOC,电池等效模型的准确度对SOC估算精度影响极大。
根据建模的出发点不同,等效模型可以简单归类为化学模型与性能模型。化学模型的建立需要对电池的电化学机理有很深的理解,复杂程度较高,考虑的因素繁多,因此,一般不适用于电动汽车的在线管理,多应用于电池的研发过程。与化学模型相对应的是电池性能模型,目前常用的性能模型主要为等效电路电路模型,等效电路模型不考虑电池内部化学成分及其化学反应,仅通过电子元器件描述电池工作时的外特性,简单易用,结构可根据不同电池类型进行调整,普遍适用于电动汽车动力电池上。等效电路模型中常用的有:Rint模型、Thevenin模型、GNL模型和PNGV模型[3,4]。Thevenin电池等效电路模型具有良好的非线性特性,因此能很好体现电池的动态特性,准确模拟电池的充放电行为。
对于已选定的电池等效模型,由于其模型参数受到诸多因素的影响,例如:电池的SOH、温度、寿命及自放电等,其参数会随着时间的推移发生变化。因此需要对电池等效模型参数进行在线辨识更新,以便电池模型能够真实地反映电池工作状态。因此需要在线的辨识蓄电池等效模型参数,才能更有效地准确地估算出电池的SOC,可以使电池管理系统准确的对电池当前状况作出响应,延长蓄电池的使用寿命,减少电动汽车的故障率[5]。
本研究以由87个单体额定电压为3.8 V,额定容量为84 Ah的镍钴锰三元锂离子电池串联成的纯电动汽车为实验对象,由致远电子的UABCAN-I连接PC采集一段单人驾驶(约60 kg)的市区行驶工况的电动汽车的锂电池的行驶数据进行电池模型参数的辨识。
1 电池建模
本研究以Thevenin模型为基础,增加了一阶RC网络,增强了Thevenin模型描述电池极化效应及浓差效应的能力[6]。改进后的二阶RC网络动力锂离子电池的模型如图1所示。
由基尔霍夫定律有:
对式(1)进行拉氏变换得到:
Uoc—电池的开路电压;R0—电池的内阻;R1,C1—电池的极化电阻和极化电容;R2,C2—电池的浓差电阻和浓差电容;U—负载电压;I—电池工作电流
令F(s)=[Uoc(s)-U(s)]/I(s)可得:
其中:
对传递函数进行离散化处理,由双线性变换法,令:
其中:z-1—离散因子,T—采样时间,得到:
其中:
由式(6)与式(4)结合可计算得电池的参数R0、R1、R2、C1和C2之间的关系如下:
将式(5)代入式(3)中,可得:
由于实验中的电池容量较大,在采样时间较小的情况下,每3个采样时间内,电池的开路电压基本不变,Uoc(k)≈Uoc(k-1)≈Uoc(k-2),则式(7)可以简化为:
定义:
则U(k)=φ(k)·θ(k)+e(k)。
2 参数辨识
文献[6]中选用HPPC脉冲循环工况对电池进行进行放电测试,利用递推最小二乘法对电池参数进行辨识,证明了在大容量电池在电流连续以较大电流放电时通过递推最小二乘法可以辨识到电池的参数,但其收敛速度较慢,在初始参数未知的情况下,需经过200次以上的递推计算后,识别的参数才能收敛于稳定值。本研究以汽车在市区内行驶的电池的运行数据为研究对象,由开路电压法获取电池的SOC0,运用最小二乘法对选取后的电池数据进行等效电路模型的参数辨识。市区工况下,部分电池的电压电流数据如图2所示。
由于电池包内配有水冷和风冷系统,行驶过程中温度变化不超过3℃,所以不考虑温度变化的影响。
2.1 最小二乘法方程
最小二乘法的基本思想是寻找一个θ0值的估计值^θ,使误差ε的分量平方和取极小值[7],即:
取极小值。使得,则有:
得到以下方程:
当φTφ是可逆矩阵时,有:
通过极小化式(8)求出的θ值,则为最小二乘估计值。由求出的θ值则可以计算出Uoc、R0、R1、R2、C1和C2。
2.2 数据的选取
由于该实验对象的电池为大容量电池,且电池在较小电流波动又受噪声的影响,电池的端电压变化基本为0,因此电流波动较小的数据将影响电池参数的辨识精度,导致辨识出的结果发散,所以需要对电池的参数进行选取。87个电池的最大和最小开路电压分别为:4.064和4.022(经过充分的电池静置),由OCV-SOC曲线拟合出的SOC与OCV的关系式如下式所示:
其拟合的多重判定系数R2值为0.999 8(越接近1拟合效果越好),计算出相对应的SOC0,则电池的最大和最小SOC0分别为:91.35%和87.88%。在运行结束时,电池最大和最小的OCV和SOC分别为:3.604和3.587,30.44%和27.06%。
文献[8]中,介绍了以复合脉冲电流对电池充放电,以电池在电流发生阶跃的瞬间的端电压的电压变化除以电流变化值来求取电池的内阻的方式。由于电动汽车上电池管理系统成本有限,电压传感器和电流传感器的精度有限,笔者选取了在一个采样时间(T=0.5 s)内,以电流变化超过1 C的瞬间的电压变化值除以电流变化值:
经过计算可知,受电压和电流传感器的精度所限,不能以单次放电的方式求取电池的内阻,受内阻的影响也会导致对极化、浓差内阻和电容的辨识。由式(14)求出的电压最大和最小的内阻的平均值分别为0.921 1 mΩ和0.685 3 mΩ。
由最小二乘法可知仅φTφ可逆的情况下,求出的θ才有意义,否则θ是发散的。当电流变化很小,端电压变化极小,受测量精度有限的有限,导致电压变化基本为0,使φTφ不可逆,且φ矩阵的行数必须大于等于6,否则也将使φTφ不可逆。根据市区行驶的特点,本研究选取电池数据的流程图如图3所示。
根据图3,在Matlab上进行数据选取,选取出的w,l分别为行驶数据中电流连续变化超过0.2 C(16.8 A)的位置及其数据长度。以初始电压最大和最小的电池单体带入计算得到的辨识结果如表1所示。
由R0的结果对比通过式(14)计算的结果对比可知,当数据长度越长时,辨识的结果接近于真实值,因此,本研究以数据长度最长的,长度为20的w带入最小二乘方程中,辨识得到初始电压最大和最小值的电池单体的5个参数如表2、表3所示。
3 辨识结果验证
二阶RC网络的零输入响应为:
二阶RC网络的零输出响应为:
因此,可以得到电池端电压的计算公式:
将选取出的数据经最小二乘辨识的最大以及最小端电压的辨识结果代入式(11)中。其中Uoc(k)是以电池的安时积分法计算的SOC经过式(13)计算得到的[9]。
4 实验及结果分析
本研究以选取出的数据进行最小二乘法辨识的参数辨识的结果代入计算,由图4、图5可知,最大端电压计算值与真实值之间误差最大值为0.100 7 V,平均值为0.002 3 V,相对误差率最大值为4.28%,平均值为0.06%,绝对误差率的平均值3.62%。最小端电压计算值与真实值之间误差最大值为0.117 4 V,平均值为0.000 34 V,相对误差率最大值为3.5%,平均值为0.005%,绝对误差率的平均值为3.24%。根据电动汽车用电池管理系统技术条件的要求[10],误差小于标准要求的6%以下,符合技术要求,满足工程要求,可运用于工程实践中。计算Umax以及真实Umax的对比如图4、图5所示。
5 结束语
本研究提出的电池数据选取方法结合二阶RC模型的参数辨识能实时地辨识模型的参数,计算结果表明该方法的辨识结果的最大相对误差率为4.28%,可进一步用于后续的电池的SOC和SOH等一系列电池状态的计算中。
在下一步阶段中,本研究将结合智能算法(卡尔曼滤波算法、模糊算法、神经网络算法等)计算电池的SOC。由于整车在行驶过程中变化情况很复杂,还需要采集更多的实车在运行过程中的数据,对电池模型做进一步的改进,以提高电池模型参数辨识的准确度。
参考文献
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[9]林成涛,仇斌,陈全世.电流输入电动汽车电池等效电路型的比较[J].机械工程学报,2005,41(12):77-81.
本届展会吸引了韩国展团、比亚迪、比亚迪戴姆勒、北汽、江淮、东风日产、上汽、一汽、奇瑞、飞宏科技、优科新能源、首钢机电、琥珀新能源、BESK、Torjan、JM Energy、台塑、天能、超威、波士顿、长虹、西门子等300多家国内外知名企业参展，无疑将本届展会的规模和品质推到了一个更高的台阶。
中国国际口腔设备材料展览会暨技术交流会举行
6月9日，由国家卫生和计划生育委员会国际交流与合作中心、中华口腔医学会联合主办的中国国际口腔设备材料展览会暨技术交流会SINODENTAL在北京国家会议中心如期举行。来自中国、德国、日本、韩国、美国、巴西、新加坡、中国台湾等24个国家和地区的700余家企业参展，此次展出面积为40000平方米。
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北京海外置业及投资移民展7月举行
由振威展览集团主办的第五届北京海外置业及投资移民展（OPIE）于7月3-5日在北京展览馆举行。本展会规模达15，000平方米，同期举办第四届北京国际顶级生活品牌（奢侈品）博览会。作为中国最具影响力的海外置业移民展，展会吸引来自全球最热门国家及地区的最优质房产项目亮相。
据悉，本届展会涵盖四大主题：海外置业、海外移民、海外留学、海外投资。展会吸引了来自美国、澳大利亚、加拿大、英国、塞浦路斯、西班牙、马来西亚、葡萄牙等国家数百个房产及移民投资项目参展。北京海外置业及投资移民展（OPIE）与私人银行、高端会所、高尔夫俱乐部、马术俱乐部、航空俱乐部、游艇俱乐部和星级酒店等展开全面合作，定向邀请各合作机构的VIP客户群体，打造亚洲最具影响力的海外置业及投资移民展。同期举办多场论坛活动，各个开发商及代理商分享海外投资心得坛。（陈猛）
第七届国际节能与新能源汽车博览会开幕
5月27-29日，中国最大规模的节能与新能源车展行业盛会——第七届节能与新能源汽车展（EV CHINA节能与新能源汽车展）暨第五届中国（上海）国际客车技术展览会在上海新国际博览中心盛大召开。展会由中国土木工程学会城市公共交通分会主办，宇通、金龙、比亚迪、上汽、一汽解放、中通、北汽、南车株洲电机、国电南瑞、阳光电源、南京能瑞、加冷松芝、悦泰石化、超威电池、骆驼集团、佳通轮胎等来自 13个国家和地区的164家企业及23家行业媒体参展。
展会期间，同期举办的第七届绿色交通国际峰会（Green Transport）暨节能与新能源汽车产业发展论坛，围绕新能源汽车和电动巴士及公共交通、充电技术、动力与控制技術、轻量化、车联网技术、智能运输等 话题深入探讨，共吸引了近百名专家学者和与会代表共商行业的创新与发展。（张圣一）
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用补偿法测量原电池电动势，并用数学方法分析
二、实验原理：
补偿法测电源电动势的原理：
必须严格控制电流在接近于零的情况下来测定电池的电动势，因为有电流通过电极时，极化作用的存在将无法测得可逆电动势。
为此，可用一个方向相反但数值相同的电动势对抗待测电池的电动势，使电路中没有电流通过，这时测得的两级的电势差就等于该电池的电动势E。
如图所示，电位差计就是根据补偿法原理设计的，它由工作电流回路、标准回路和测量电极回路组成。
① 工作电流电路：首先调节可变电阻RP，使均匀划线AB上有一定的电势降。
② 标准回路：将变换开关SW合向Es，对工作电流进行标定。借助调节Rp使得IG=0来实现Es=UCA。 ③ 测量回路：SW扳回Ex，调节电势测量旋钮，直到IG=0。读出Ex。
UJ-25高电势直流电位差计：
1、 转换开关旋钮：相当于上图中SW，指在N处，即SW接通EN，指在X1，即接通未知电池EX。 2、 电计按钮：原理图中的K。
3、 工作电流调节旋钮：粗、中、细、微旋钮相当于原理图中的可变电阻RP。
4、 电势测量旋钮：中间6只旋钮，×10，×10，×10，×10，×10，×10，被测电动势由此示出。
三、仪器与试剂：
仪器：电位差计一台，惠斯登标准电池一只，工作电源，饱和甘汞电池一支，银—氯化银电极一支，100mL容量瓶5个，50mL滴定管一支，恒温槽一套，饱和氯化钾盐桥。
试剂：0.200mol·LKCl溶液
四、实验步骤：
1、 配制溶液。
将0.200 mol·L的KCl溶液分别稀释成0.0100 mol·L，0.0300 mol·L，0.0500 mol·L，0.0700mol·L，0.0900 mol·L各100mL。
2、 根据补偿法原理连接电路，恒温槽恒温至25℃。
3、 将转换开关拨至N处，调节工作电流调节旋钮粗。中、细，依次按下电计旋钮粗、细，直至检流计示数为零。
4、 连好待测电池，Hg |Hg2Cl2，KCl(饱和)‖KCl(c)|AgCl |Ag
5、 将转换开关拨至X1位置，从大到小旋转测量旋钮，按下电计按钮，直至检流计示数为零为止，6个小窗口的读数即为待测电极的电动势。
6、 改变电极中c依次为0.0100 mol·L，0.0300 mol·L，0.0500 mol·L，0.0700 mol·L，0.0900mol·L，测各不同浓度下的电极电势Ex。
五、实验数据记录和处理
室温15.3℃;大气压102.63KPa;EN=1.018791233V
饱和甘汞电极的电极电势与温度的关系为
E/V=0.2415-7.6*10ˉ?(t/℃-25)=0.2341V
0.01000.03000.05000.0700浓度/mol·Lˉ? 电动势/V E(Clˉ|AgCl) lg?Clˉ
0.09730.3314 -2.0000
0.07690.3110 .5229
0.06580.29999 .3010
0.05930.2934 .1549
0.09000.05320.2873 .0458
由外推法可知：?(Clˉ|AgCl)=0.24V 查得文献值E(Cl|AgCl)=0.2221V
相对偏差Er=((0.24-0.2221)/0.2221)×100%=8%
六、实验结果与分析
R?=0.9984，可见本次实验线性拟合较好。
误差分析：补偿法必须使回路中电流为零，但是电流为零是理想条件，实际过程中难免会有电流通过(调节过程中)，所以原电池或多或少会有极化现象，因此存在误差。
随着人类社会的不断发展，环境污染和化石能源短缺越来越严峻，不断提高的二氧化碳浓度导致全球气候变暖，其中汽车的碳排放量就占了很大一部分比重。全球面临严重的气候危机，在每年的全球气候变化大会上各国都承诺减少温室气体排放。在中国，由于汽车数量一直都在增加，雾霾天气越来越频繁，发展新能源汽车已经成为社会各界的共识。新能源汽车，特别是纯电动汽车不仅是汽车产业的重要发展方向，也是破解中国能源战略安全难题的重要解决方案，更是中国经济社会可持续发展的必然选择[1,2]。
电动汽车充换电站——电动汽车能源供给者，伴随电动汽车发展孕育而生。它对于实施国家能源建设，促进节能减排有着非同寻常的意义。同时作为国家坚强智能电网的重要组成部分，它将为数众多的电动汽车动力电池作为可以计划使用和有效控制的电网储能设备[3]，对于电网的削峰填谷和提高电能利用效率也起到了积极的作用，将产生巨大的社会和经济效益[4,5]。电动汽车充换电站是新能源产业重要配套设施，也是智能电网的重要研究领域[6,7]。
本文结合实际工作以及调研资料，分析研究电动汽车充换电站系统的研发及实际运行，在以往电力系统综合自动化系统平台的基础上结合物联网技术，制定标准配套流程，设计实现电动公交车动力电池全自动更换。
1 全自动换电过程概述
1.1 换电控制主要过程
电动汽车动力电池全自动更换是一套系统紧密配合、设备管理控制严密、操作逻辑运算完备的复杂过程[8]。对服务于大型电动公交车的充换电站而言，缩短换电时间，快速安全更换动力电池，是保证电动公交车正常有序运营的重要因素，而保证车辆有序换电的重要因素在于一套完备严密的换电控制流程。充换电站总体布局和单工位布置如图1所示。
换电控制的主要过程包括：
(1)当装有电子标签的车辆进入充换电站领域的户外物联网读写器区时，读写器读取到车辆信息，信息经以太网上传至综合监控系统，综合监控系统换电逻辑模块根据自动导引算法计算出换电车间各工位的工作情况，并分配空闲工位给预换电电动汽车，且在户外电子看板显示屏幕上展示出来，引导车辆驶向换电工位。
(2)车辆抵达车间后，停放到指定位置，当换电车辆进入换电工位车辆读写器的读写范围内时，车辆读写器通过射频识别的方式以一定周期读取车辆标签编码，车辆读写器与车辆换电监控系统之间通过以太网的方式进行通信，车辆读写器将读取到的车辆标签编码，通过通信接口以报文的形式主动实时上送换电监控系统，此时，换电工位电池架上的动力电池信息也通过充电机然后经以太网上送至综合监控，综合监控换电模块将运算处理过的适合更换的动力电池突显出来，方便监控员换电。
(3)当预换电车辆在指定的换电工位停稳后，监控员可以在综合监控系统上实时看见车辆车牌号、当前换电设备的状态及位置、电池箱的状态等，同时可以配合视频监控更直观地查看现场实际情况来确认车辆停放位置，以及工位操作员是否打开换电车辆电池仓门等。
(4)工位电池架两侧有安全岛区域，当换电工位操作员确认具备换电条件时，按下安全岛上的准备就绪按钮，综合监控系统相关模块接收到车辆读写器上送的车辆类型报文后，解析报文内容。综合监控系统将收到换电预指令，且会在综合监控人机界面显示出来，综合监控操作员确定预换电指令。
(5)系统接收到换电操作员的请求命令以及车辆读写器所识别的车辆类型后，换电监控系统通过内部逻辑分析，智能推荐出换电参数供换电监控员参考选择。监控员选取系统推荐的可换电池组，下发换电指令给换电设备控制器。配置不同类型车辆换电参数的换电设备控制器，对接收到的换电命令进行解析，满足条件后，换电执行指令确认，确定换电车辆类型、换电目标电池箱所在电池架位置等信息，根据解析出的换电车辆类型随动选择相匹配的换电参数，控制换电设备对换电车辆进行换电。此过程中，装在换电设备抓手上的物联网读写器将实时读取电池箱的电子标签，全程记录换电过程。
(6)换电设备将电池组更换完毕后，停止工作转为待机模式，更换到电池架的待充动力电池放置情况在综合监控人机界面观察，若不能识别，可要求换电工位操作人员查看动力电池锁止机构是否损坏[9]。确认整组动力电池安全放置完毕。
(7)换电完毕确认后，换电工位操作人员按下安全岛换电完成按钮，综合监控系统会发送指令给工位电子看板显示屏幕，提示司机换电已经完成，可以出站。
1.2 换电控制关键点阐述
全自动换电业务处理流程如图2所示，在此过程中需要详细说明两个方面。
(1)目前，大型充换电站服务的换电公交车辆存在不同厂商的不同类型车辆的问题，而不同类型车辆在换电过程中有着不同的换电参数。如果在每次换电过程中对于不同类型的车辆都进行换电参数的识别和调整，可能需要耗费更多的换电时间，无法满足大量车辆正常有序的换电需求，因此缩短换电时间、简化换电流程、保证换电的准确性和可靠性就更加无从谈起。所以本文研究的技术方案配合换电设备依据不同车型定义不同换电参数。通过换电设备对车型进行定位测量，综合监控系统依据测量信息编制不同车型代号，当有不同类型车辆进行换电时，监控系统对换电设备上送的车型代号和系统中存储车型代号进行匹配，匹配合适，下发响应换电参数。
(2)换电车辆配置以一定规则编码的车辆标签，并安装在指定位置，保证车辆标签在换电工位所部署的车辆读写器读写范围之内；车辆读写器与换电车辆电子标签之间通过射频识别的方式读取车辆标签编码以识别车辆类型。
2 操作流程图
全自动动力电池更换流程可以简述为：电动汽车驶入充换电站入口处，通过RFID设备扫描到车载电子标签，将车辆进入的实时信号送到综合系统，综合系统根据换电工位空闲状态安排车辆到对应工位换电，并在外围电子看板显示相关信息，车辆驶入换电工位，停放固定位置后，综合系统操作员下发换电指令给换电设备，换电设备工作，更换动力电池。换电完成后，车辆驶离换电工位。全自动动力电池更换流程如图3所示。
2.1 准备就绪数据流
此流程主要负责实现：系统收到安全岛发送的准备就绪命令后，向换电设备下发指令之前，请求后超时的处理、操作画面数据相关内存更新及画面切换。准备就绪流程图如图4所示。
2.2 换电执行数据流
此流程主要负责实现：向换电设备发送控制指令、控制超时的处理、操作画面切换。换电执行流程图如图5所示。
2.3 换电完成数据流
此流程主要负责实现：完成本地历史存储、向监控系统上送换电记录、操作画面切换。换电完成流程图如图6所示。
3 全自动换电实现方案
3.1 换电设备、物联网设备制定通信协议
基于TCP/IP的自定义通信协议和物联网设备建立通信连接并且进行信息交互。配套RFID电子标签将车辆、动力电池唯一实例化，统一编号录入系统管理。RFID读写器会通过读取电子标签映射到实体车辆或者电池。综合监控系统和换电设备建立Robot通信协议，并进行信息交互，模型匹配，控制实现等。监控系统作为通信客户端，换电设备、物联网设备作为通信服务端。报文分为主动定时上送和触发上送。
换电系统和换电设备之间信息交互如图7所示。
3.2 统一建模、映射对应
综合监控系统对电池充电架统一建模，根据充换电工位中的充电架、充电设备、换电设备等设备模版，以电池架单元格为模型，对充电机和动力电池建立对应关系，并且和换电设备认定的动力电池存放单元格建立映射关系，做到和谐匹配。典型配置文件如图8所示。
3.3 换电系统开发
换电系统构成包括一个EXE(总体处理主线程Evc Trans.exe)和四个DLL(适配器模块objsys.dll、换电设备通信模块robot.dll、RFID通信模块rfid.dll、业务存储模块event.dll)，其中EXE作为主线程负责加载适配器模块objsys.dll以及换电设备通信模块robot.dll、RFID通信模块rfid.dll、业务处理模块chargomu.dll。逻辑结构如图9所示。
最后通过界面组态先将要实现的功能构图在界面中，再通过具体逻辑判据将不同逻辑功能在人机界面友好展示，直观形象地演示全自动换电过程。
4 结语
此项方案设计的电动公交车全自动换电可以有效提高换电效率，在青岛、天津、南京等地实际的充换电站工程中都有应用。电动公交车从进站到出站共需要15 min左右，车辆停稳后换电机器人将车上电池换下，充电架电池换上过程需要8 min左右。一个换电工位的日服务能力在80次左右，有效提高整站服务能力。
全自动更换动力电池是电动公交车充换电站的核心业务，对电动公交车辆进行高效安全的换电服务是公交系统正常运行的基础。通过本文介绍的更换流程和实现方式，可以实现充换电站统一建模，建立映射对应关系，综合监控系统根据数据库中车辆类型随动控制换电设备进行动力电池更换；通过与物联网设备和换电设备信息交互，制定操作流程规范，完成充换电站全自动更换电池；自动导引推荐换电电动公交车到制定换电工位，经过工位准备就绪、换电执行，换电完毕出站等三步实现全自动换电流程。
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国内汽车产业发展势头强劲
去年我们国家已经成为世界上生产汽车产量最多的国家，生产了2300万辆。大家都说美国是“装”在四个轮子上的国家，没有想到我们国家的汽车产量能够超过美国，这是我原来没有预想到的。今年仍然保持着一个非常旺盛的发展势头，全年下来产量预计要超过2300万辆，增速虽不如去年，但与其他的工业门类相比，仍然可谓一枝独秀，属于增速最快的行业之一。现在经济下行压力比较大，各个工业门类都不可避免，但比较起来，汽车工业却依旧保有旺盛的社会需求，尤其对于年轻人来说，对汽车的需求非常大，所以仍然保持着增速。汽车工业无疑在国家经济下行压力比较大的状况下，对国家经济作出了贡献。
过去我们算过一笔账，六个人当中有一个人的就业就跟汽车相关。仔细算来，比如生产一辆车出来后，每个车按照配备一个司机来算，另外还要加上收费站的工作人员，还有搞汽车修理的人员，还有负责收汽车税费的员工，如果再加上高速公路的管理人员，那就更庞大了，所以说六个人当中有一个人的就业就跟汽车息息相关，这个不是夸夸其谈。
强劲发展背后存在隐忧
汽车业的迅速发展背后却对我们的环境造成了很大压力。像北京的雾霾，生活在北京的人们总是被雾霾困扰，在国际上也产生了很不好的影响。北京雾霾的压力很大，但关于为什么会产生雾霾却是各说各理，有的人把责任归咎于煤炭，有的人把责任归咎于汽油，比如，从事汽车行业的人说是煤炭造成的，从事煤炭行业的人又说是汽油造成的。但不管怎么说，我想谁都脱不了干系。
另外，汽车业的迅速发展背后还给能源供应带来很大压力。我们现在用的能源是化石能源，满打满算有260年的历史，从人类钻木取火到以吃熟食为主，人们烧生物能源，烧柴火，烧秸秆等，仅仅用了260年就已经变成现在这样，这么高强度使用下去，那么还能不能再用260年？
我经历过每桶油80美元的时候，也经历过每桶油147美元的时候。随着时间推移，试想某一天假如没有原油怎么办？所以我们要未雨绸缪，要考虑未来。过去说哥伦布发现新大陆，现在通过飞机可能十几个小时就到达，通过轮船也不过十来天就到达，但是如果没有能源，轮船开不了，飞机也开不动，建起来的好几万公里的高速公路没有汽车跑，那怎么办？所以人类要事先考虑一种新能源时代的到来。或者说哪个国家在这个问题上占领先机，那么它就可能在未来占领了先机。如果哪一个国家没有抓住这个机会，没有未雨绸缪，它可能就会被这个时代淘汰，谁都不敢掉以轻心。
未来汽车动力路在何方？
目前电动汽车，传统的电池技术大体上相近，尽管有些要先进一些，所以我们能不能抓住这个机会？这是很重要的。不管将来这个汽车会怎么发展。当然还有一些人说纯电动一时半会电池技术支持不了，要搞核动力。还有像日本，认为电动汽车因为存在电池重量什么的问题，所以又转过去研究燃料电池汽车。
所以今后究竟是混合动力、纯电动还是燃料电池汽车，谁会左右未来汽车动力的方向？我觉得现在还不好下结论，目前仍然处于一种态势，究竟鹿死谁手还未知晓。大家现在都在关注混合动力也好，现在还是要有一个发展的理解，最后探索出究竟是哪一种能源的汽车占上风，不一定能够替代所有，但是肯定会有一个技术方向。
电动汽车的发展并不很晚。据我了解，早在1839年的时候，就出现了电动汽车。1839年，苏格兰人罗伯特把四轮马车装上了电池和电动机便开了起来。到了1881年，真正意义上的第一辆电动汽车由法国人特努夫发明出来，而且他把汽车拿到了1882年的巴黎国际电气展览会上去展览。1899年，第一辆能够跑一小时一百公里的电动车被比利时人热纳滋发明出来。所以第一阶段电动车的黄金时段就从十九世纪初开始了。第二个黄金时段是从1885年到1915年，那个时候车用内燃机还不像现在这么先进，所以还不如电动车方便易行，因此在这一段时间内电动车被普遍认可，也曾经得到过一个发展的时期。到了1967年，美国通用、福特分别研发了电动汽车，并且通用汽车公司在底特律建立了一个汽车工厂。后来由于内燃机技术的不断改进，在续航里程上又优于电动车，到了1990年这一段时间镍氢的电池开始代替了过去的电池，所以进入了一个新的发展阶段。
上世纪90年代的时候我到德国，德国的奔驰展示了两辆氢动力汽车，在汽车尾部上放了两个压缩的氢气，已经过去20多年，没有听说氢动力汽车的发展。用燃料电池来发展汽车，这么多年过去了也没有听说燃料电池汽车在整个汽车领域占了多大的份额，占了多大的市场，这个技术的突破还是非常难。
电池发展至关重要
前面提到了能源的压力、环保的压力，现在世界各国对能源的可持续发展和环境的治理，对气体的排放比以往任何时候都要重视，新能源汽车发展进入到了一个新的阶段，电池技术也得到了迅猛的发展。
说到电动汽车其实并不稀奇，四个轮子加上电池就可开起来，这个就是最简单的电动汽车。问题是电动汽车它固有的一些问题，比如说续航性、充电的时间、本身的制作等。近几年掀起了一股一股的电动汽车热，像比亚迪王传福开始是给别人制做小电池，后来有了电池干脆自己做汽车，现在绝大部分电动车的电池都是用这个。
这两年又冒出一个新的热点叫做——特斯拉，我曾到特斯拉工厂里面看过，确实很有特点。但是业内的人士又怕它来占上风，所以就贬低它，认为这没有什么了不起。前天我刚刚从美国回来，去到特斯拉的展示厅，我前前后后比在厂里面看得还仔细。打开车子的前后盖里面全部是空的，后盖打开后是两个安全带，坐小孩的，孩子坐在里面并且可以看到外面。前面打开也是空的，过去我们把空调、发动电机放在里面，特斯拉则把它们变成行李箱，电池全部放在车底下。
有人说特斯拉不安全，易着火。它确实出现过着火事故，因为路上碰到一个铁疙瘩。特斯拉相关人员解释说虽然刮碰了，虽然着火几次，但没有伤过人，所以这是特斯拉的一个卖点。现在特斯拉一股两百多块钱，炒的很高，并且实行订单订货。但不管它好坏与否，我觉得现在美国涌现出特斯拉热，我看到不少时尚人士在买，我们国内也有不少时尚人士在订。特斯拉用的电池跟我们不一样，它是铝箔电池，因此如果电动汽车发展起来就需要材料技术。但是电池专利不是特斯拉的，特斯拉的技术在哪里？特斯拉的技术在电池管理。电池造出来以后，怎么管理这个电池也是一个很大的技术。
在电动车领域中，我们现在对特斯拉有恐惧感，其实，我们更加要注重发展。现在我觉得对于电动汽车，电池还是很大的问题。刚才讲到铝箔，前一段时间有一个报道称以色列人发明了一种铝电池，可以续航400公里。咱们现在汽车加满一箱油，恐怕也只能跑到这个距离，甚至还不一定跑到这个距离。后来我听到消息，现在他的概念是烧铝，所谓的充电是要把铝箔都换掉，今后能不能真正成为产业，这个不敢断言，技术发展太快了。目前为止实用技术还在进行，但是他的续航里程确实很长。随着电动车电池的使用，电池回收怎么办，这个今后肯定也要提上日程。还有特斯拉的刮碰，有的人说这个不怪车，那路上正好有一个铁疙瘩。但能不能即使碰到马路牙子也不着火，即便掉到沟里也不着火，这个就是对电池安全性不可忽略的一点。
0引言
因旧式能源的污染问题及其储藏量减少等因素，新式能源受到人们高度关注。锂电池由于其容量大、寿命长、使用安全、绿色环保等优点在电动汽车上得到了广泛的运用。有鉴于此，沈阳某实验室研制了一种利用锂电池的新型电动飞机。
但是由于锂电池的电压和容量很难做到非常大，所以只能把大量的锂电池串联起来使用。又由于锂电池具有明显的非线性、不一致性和时变特性，使其在长期充放电过程中由于各单体电池间充电接受能力、自放电率和容量衰减速率等的差异影响，容易造成组中电池之间的离散性加大，性能衰减加剧，严重情况下甚至会发生威胁安全的后果。
所以在电池充放电时，一定要注意对其进行均衡，而且放电时的稳定性尤为重要，否则电动飞机的安全性能将大幅降低。对于飞机来说，锂电池与传统燃料的最大区别就是锂电池能量的不可预知性，锂电池飞机不像使用航空煤油的飞机那样可以精确地获知里程，因此锂电池飞机的飞行具有危险性。而BMS可以通过锂电池的一些参数算出SOC，而仅仅知道SOC也无法解决飞机里程的问题。因为飞机在不同的飞行状态下能量的消耗有着巨大的差别。所以不仅要显示出SOC，还要提示驾驶员在各种不同的制动飞行状态下飞机的续航时间。实际上飞机中电池的健康状态(StateofHealth，SOH)比汽车中更加重要。一旦电池出现问题，必将导致重大事故。基于此上的种种原因，为了提高飞机安全性能引入电池管理系统是必不可少的。而在BMS中，为了获得精确的SOC值，就必须测量锂电池的某些参数如电池电压、电池电流和电池温度，所以精确的数据采集模块是首要的。
1数据采集模块
1.1电压采集
该电动飞机为了获得足够的动能，把72块电池串联在一起供飞机使用。为了在电池充放电时不引起过充、过放和电池电量的不一致，就要了解每一块电池的实时电压，故而选用了电池管理芯片LTC6804，其可以一次测量12块电池的电压，且每块LTC6804可以通过一个菊花链式结构连接在一起，所有电池电压可以一次性全部测量，且测量误差极小，一般在1.2mV以下。
1.2电流采集
LTC6804辅助ADC输入(GPIO引脚)可用于任何模拟信号，包括那些来自产生兼容电压的各种有源传感器的信号。其中用于BMS的一个典型范例就是霍尔电流传感器测量电流。LEM-dhab系列霍尔电流传感器是由LEM公司应用霍尔效应原理开发的新一代电流传感器，dhab系列传感器最适用于测量直流、交流和脉冲电流，主要应用于大功率、低电压的电路。原边电路(大功率)和副边电路(电子电路)之间采用电气隔离设计。原理如下：该传感器采用一个5V电源供电，然后原边电流在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其副边电流精确地反映原边电流，LEM-dhab传感器把副边电流作为ADC输入的GPIO1和GPIO2转化为与电池输入相同的转换序列进行相同的数字化处理。
1.3温度采集
温度对于电池的容量有着不小的影响，一般来说25℃~30℃环境下电池容量最大。所以为了解决温度对SOC估计的影响，电池环境温度是一个非常重要的因素。而且电池在过充和过放的时候，温度可能会有比较剧烈的波动，所以电池管理系统必须对电池的实时温度进行监控。LTC6804具有温度采集功能，但实际上需要测量比其路数更多的信号，故增设一个多路复用(MUX)电路来支持更多的信号数目。该电路可采用GPIOADC对多达8个输入源信号进行数字化处理，而MUX控制则由3个配置为I2C端口的GPIO线路提供。缓冲放大器可以帮助选定信号快速恢复稳定，以增加可用的转换速率。
2均衡模块、通信模块和微控制器
2.1均衡模块
LTC6804采取控制内部MOSFET或外部MOSFET的方法来对电池组进行均衡。为获得更大的放电电流，提高放电效率，通常采用外部均衡。LTC6804利用S管脚内部的上拉电阻驱动外电路的P道沟MOSFET的栅极，从而使电量从高电压电池转移到低电压电池，达到均衡的目的。
2.2通信模块
由于通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN进行大量数据的高速通信”的需要，该系统使用控制器局域网络(ControllerAreaNetwork，CAN)。CAN总线能够有效地应对采集数据数量大、种类多的特点。
2.3微控制器
本文以Atmel公司生产的ATmega8单片机作为微控制器。ATmega8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVRRISC结构的8位单片机。AVR单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU(算术逻辑单元)直接相连，实现了在一个时钟周期内执行一条指令同时访问(读写)两个独立寄存器的操作。这种结构提高了代码效率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此，ATmega8可以达到接近1MIPS/MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。
3SOC测量原理
SOC是电池组的最主要的一个状态参数，它直接显示电池的剩余电量。所以有很多的学者对此进行研究。目前研究SOC的主要方法有：放电实验法、安时积分法、开路电压法、负载电压法、电池内阻法、卡尔曼滤波法、神经网络法。这些方法都有其优缺点：放电实验法是在实验室中常温条件下以恒定的电流放电，其优点是稳定可靠，缺点是需要大量时间，且不能用在工作的`电池上;开路电压法是在电池充分静置后测量电池的开路电压，其优点是计算SOC简单易行，缺点是电池不能处于工作状态中，无法在行驶的飞机上使用;安时积分法是把电池看成是一个黑匣子，不管其内部到底怎样，简单地认为其放出量等于其充入量，该方法的优点是测量简单，可在线计算，缺点是无法计算初始值，且因其是积分的，所以其误差也无法得到修正;负载电压法是在电池工作时测量其电压，其优点是能够实时地估计SOC，缺点是飞机飞行状态不同，其负载上的电压会剧烈地波动，从而导致负载电压法应用困难;电池内阻法是通过测量电池的内阻来获知其SOC，其优点是在SOC较高或较低时相当准确，缺点是测量行驶飞机上电池的内阻比较困难，且不同批次电池的内阻差异较大;卡尔曼滤波法和神经网络法是新型的测量方法，是系统的状态做出最小方差意义上的最优估计，其优点是实时性好，能够不停地修正误差，缺点是对于锂电池的模型精度和BMS统筹计算能力要求较高;神经网络法是以计算机为基础，通过模拟人脑的推理、设计、思考、学习等智能行为，解决和处理复杂问题，其优点是能够模拟任何电池的动态特性，缺点是需要大量的参考数据进行训练，估计误差受训练数据和训练方法的影响很大。根据这些方法的优缺点，本文提出一种以开路电压法来获知电池的初始SOC，在这个基础上对其进行以能量为核心的安时积分法，最后为了解决安时积分法带来的误差，采用卡尔曼滤波法通过充放电倍率、电池温度、自放电损耗和电池循环次数等方法来对误差进行修正。
4软件设计
4.1LTC6804的配置
在微控制器上电或复位后，首先通过SPI口初始化LTC6804，主要是设置SPI的通信速率、LTC6804的ADC工作模式。根据其读、写时序可以写出LTC6804的配置程序，程序如下：
voidLTC6804_initialize//LTC6804初始化配置{
quikeval_SPI_connect();
spi_enable(SPI_CLOCK_DIV16);
set_adc(MD_NORMAL，DCP_DISABLED，
CELL_CH_ALL，AUX_CH_ALL);}
voidset_adc(uint8_tMD，//ADC模式
uint8_tDCP，//放电许可
uint8_tCH，//哪些电池被测量
uint8_tCHG//测量哪些GPIO)
voidLTC6804_adcv();//启动LTC6804电池测量
uint8_tLTC6804_rdcv(uint8_treg，uint8_ttotal_ic，
uint16_tcell_codes);//读取12节电池测量电压voidLTC6804_wrcfg(uint8_tnIC，uint8_tconfig);//写配置寄存器int8_tLTC6804_rdcfg(uint8_tnIC，uint8_tr_config);
voidspi_write_read(uint8_t*TxData，uint8_tTXlen，uint8_t*rx_data，uint8_tRXlen);//SPI读写
4.2电流采集程序设计
霍尔电流传感器通过作为ADC输入的GPIO1和GPIO2把信号在与电池输入相同的转换序列中进行数字化处理，从而达到与电压同步的效果。然后数据转化为二进制数存在辅助寄存器A中，从寄存器中读出来的数据共16位，记为DATA1，G1V为GPIO1的电压，I为被测电流。计算公式如下：
G1V2=I20圯I=10G1V=10×DATA1×100μV
4.3总体程序设计
首先对各个模块进行初始化，测量电池的电压、电流和温度。然后根据测得的数据进行SOC的估算，并对电池所处状态进行分析、显示。最后通过总线传到上一级，完成对电池组的监控。
5数据与分析
本文采用麦格纳公司为电动汽车生产的大容量的锂电池作为测量载体，采用安捷伦公司生产的34970A数据采集器作为辅助测量仪器。
由上表数据可知，LTC6804的测量误差小于0.05%，符合设计需求，由图5可知电池在电压范围3.0V~3.5V之间储能极少，且电动飞机飞行时所需动能极大，故可推测出电池电压达到3.5V时会急剧下降，所以本文将SOC的初始值预设为3.5V，并且利用高斯拟合得出一个开路电压的公式0.96×exp(-((volt-1.58)/0.81)2)+0.5×exp(-((volt-0.48)/0.66)2)：经计算得知此公式误差约为0.8%，可以使用。由图6(a)可知电池在充电时充入35kW/10s能量，放电时放出32.4kW/10s能量，可以推测出电池损耗约为7.5%。由图6(b)可知，电池在常温下放出22kW/10s能量，-20℃时放出15kW/10s能量，可以推测出温度对电池影响极大，约为32%。由图6(c)可知，电池在-20℃时放出15kW/10S能量，而这时却充入约23.9kW/10S能量，影响约为38%，基本上等于电池损耗和温度损耗之和。由图6(d)可知，电池在充电时充入39.2kW/10S能量，然后放置了约50天，放电时放出37.8kW/10S能量，可以得知此次损耗约为9.5%。除去原来得知的电池7.5%的损耗，电池在50天的自损约为2%。
6结论
