电能管理系统

电池管理系统讲从幻可根据起动能力对充电状态巧冗)、健康状态和功能状态巧。?) 进行快速、可靠的监测，以提供必要的信息。因此，8从3能够最大限度地降低因为电池意 外失效而导致的汽车故障次数，从而尽可能地提升电池使用寿命和电池效率，并实现002 减排功能。8\13的关键元件是智能电池传感器(迅^),它可以测量电池的端电压、电流和温 度，并计算出电池的状态。

电能管理系统

用来为起停系统供电的典型供电网络包含一个车身控制模块印0^、一个电池管理系统出粑)、一个发电机和一个[^/[^：转换器(见图1】。

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肋，一个典51起停系统所使用的供@踩汝:1:

8粑借助专用的负载管理算法为提供电池状态信息，801通过对发电机和00/00转 换器进行控制来稳定和管理供电网络。0^00转换器为汽车内部的各个用电部件分配电能。

通常，铅酸电池的8的5直接安装在电池夹上的智能连接器中。该连接器包括一个低 阻值的分流电阻(通常在100闷范围内〉和一个带有高度集成器件(具有准确测量和处理功能〕的小型？08，称为智能电池传感器邱?，见图幻。165即便是在最恶劣的条件下以及在整个 使用寿命中都能以高分辨率和高精确度测量电池电压、电流和温度，从而正确预测电池的充电状态健康状态(免⑴和功能状态巧。!^。这些参数定期或根据要求通过已获汽车行业认证的车载网络传送至801。

^用子铅酸电池的典型智能电，

除上述功能与参数性能外，对185提出的其它关键要求包括低功耗、能够在恶劣的汽车环境 中(即0^：、工作、进行汽车0&^厂商验收的车载通信接口一致性测试(即11吣、满足 汽车等级测试限制(针对被测参数的60限制\另外还需符合标准要求。

电池监控

正如前一段中所提到的，迅5的主要用途是监控电池状态，并根据需要将状态变量传送至80^1或者其他6(311。将测量到的电池电流、电池电压和温度采样值作为电池监控输入。电 池监控输出为如匸、500和50？。

1.充电状态(^(^)

50(3的定义非常直观，通常以百分数的形式表示。完全充电的电池500为100知完全放电的电池5。0为09^。500值随电池的充电和放电而改变。

1111816^8 10 &001113 (丄)，^616018111616013101112 0呼3(^1^11101？&1161^30过03 18111610(^13^311&1)161530617。呼2。吻

该值通过公式(丨)计算，其中0代表电池的剩余(可放电)电量，代表电池的可用总电量：

但是，常常会出现可用电池电量与电池的标称容量(通常标注在电池外壳上)不同的问题。对 于一个新电池，它可能比标称容量更高，对于已经使用一段时间的电池来说，可用电量会降 低。另一个问题是，实际可用电量很难根据迅3的输入值来确定。

因此，300通常用标称容量01来评定，它具有多项优点:

特定300的电池可用充电量是已知的，包括旧电池；00是在确定的电流和温度

^27下来测定的。

共有2种常用的30(3计算方法：库仑计数法，也称为电流积分或安时平衡，以及开路电压 测量。

库仑计数法是跟踪500快速变化的最佳算法。它基于对流入和流出电池的电流进行积分，并相应地调整计算出的电池300。公式巧)用于300计算，其中以明表示电池的初始电量，0表示效率因子，1(0表示电流(正向或反向》，011表示电池的标称容量。

除0因子外，公式中的参数都非常直观。这是一个用来描述效率的因子，也称为打定律。它表述了在不同放电率情况下铅酸电池的电量。当放电率提高时，电池的可用电量会降 低。另一个影响可用电量的参数是温度。温度越高，可用电量也就越高。两种效率都使用01描述，因此0值需要采用一个2维数组〈温度和放电率\根据测量到的温度和放电率，相应 的值被分别用于每一个积分步骤。0值在很大程度上取决于电池的设计和化学组成，通常情 况下即便是同一家制造商的不同型号的电池，该值也会有所不同。他们通常是在实验室里通 过充电和放电测试获得。

虽然定律只适用于放电的情况，但也有一个与0值类似的效率因子被用于充电周期。除了温度和充电率以外，实际的500也需要考虑在内，因为300较高时的充电效率要小于 中等30(3情况下的充电效率。

由于整合了电流值和0值，因而电池状况改变时产生的误差以及电流测量和量化误差将随着 时间的推移而变大。因此，参数0^0乂电流积分的起点)通常通过一种能够提供更高精确度 的不同方法来获得：方法。00乂是在没有用电器件从电池中汲取电流时电池两极间的 电压。

铅酸电池显示00与300之间具有良好的线性关系。因此，通过测量300可被直 接计算出来。00^和500之间的确切因子匕&01010必须被表征出来。

这种方法的唯一缺陷是，0^只能在停车以后测量，即(几乎〉所有的用电器件都关闭后，而 且要在汽车熄火后经过数十分钟甚至数小时再测量。

因此，法常被用于重校准库仑计数，而库仑计数法连续运行。这种组合提供了一种良 好的300计算方法，并且可在较长的停车时间内，用自放电率校正300来使计算结果更加 精确。

1.健康状态（刷）

铅酸电池的各种老化效应会对电池造成不同的影响。由于很难通过163分别对这些老化效 应进行监测和量化，因此3011通常不直接根据这些老化效应来评定。取而代之的是，5011 是通过使用寿命内电池容量的减少来评定的，这是老化的主要结果。与电池老化相关的另一 个非常重要的参数是起动性能，但是它通常用起动能力的功能状态(紐?)来表述。

由此，5011可通过公式卩)来估算’其中代表老化的电池容量’ 01代表按照500的计 算作为参考的标称容量。

由于是已知的，因此计算5011的关键任务是找到0：明乂。一种可能的方法是在电池的整 个使用寿命内跟踪所达到的最大电量(或300。如果在随后进行的若干次完全充电后，电池 的最大充电水平低于之前计算的老化容量，则表示老化容量变小。相应地，03^6(1和3011 必须根据库仑计数和00乂方法确定的容量进行调整。完全充电状态可以在充电电流降至特 定阈值以下时监测。

确定3011的另一个方法是跟踪充电和放电周期，以电池制造商所提供的周期稳定性来进行 评估。通常，制造商会确保在指定温度下对于某一深度的充放电周期总量，例如，27玖25^ 放电深度时为500个周期。通过用这些数字对所有周期进行评估，并应用温度和充电状态校 正因子，可提供对上文提到的03^6(1的跟踪。这些校正因子必须通过对电池特性的表征来确定。

但是，这两种方法通常还会与其他专用算法结合使用，这些算法与电池使用寿命中的多个电 池参数紧密结合。在实验室中通过大量的电池特性分析可确定这些电池参数，它们通常只适 用于一个特定的电池型号。

3^功能状态

对铅酸电池来说，发动汽车引擎即便不是最重要的功能，也是非常重要的功能。因此，81^5 的一个非常重要的任务是在实际条件下预测汽车能否起动。起动预测通过30？参数表示。

除了“传统的”停车后再起动，通过在微型混合动力汽车中引入起停系统，起动预测功能正变得更加重要。8从3必须决定是否可在引擎关闭后再次起动，以及是否可以安全地进入停止 模式，并与进行通信。

获取30^参数的一个非常好的方法是对最近的引擎起动情况、剩余电量(作为300和3011的 函数)和实际温度进行分析。在起动期间，电池内阻通过电压降和电流来计算)需要被记录下来。因为奶在电池的使用寿命中是相对一致的，并且只是在电池使用寿命结束前显著 升高，因此III平均值需要低于某个特定的阈值，以确保安全起动。老化电池的另一个影响 是，在起动阶段，从电压和电流采样中计算出的III值会趋向于非线性，即对于相同的电压