2017版新能源汽车概论5

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5.1.2 纯电动汽车能量管理系统
➢（5）车载CAN通讯设计实现。在电池管理系统中，CAN通 讯的实现是由外围设置CAN的控制器和接收器组成的通讯模 块，它的设计如图所示。
U301
PB
AVCC PC5 PC4 PD7 PD2
ATMEGA8L
U305
TX0
TX1
AD
RX0
RX1
CLKOUT
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5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统
➢ 3.混联式混合动力电动汽车的能量管理策略 ➢混联式混合动力电动汽车由于其特有的传动系统结构，如采用行星齿轮 传动，除了采用瞬时优化能量管理策略、全局优化能量管理策略和模糊能 量管理策略(与并联式混合动力汽车能量管理策略原理类似)以外，还有一 些特有的能量管理策略： ➢(1) 发动机恒定工作点策略。由于采用了行星齿轮机构，发动机转速可 以独立于车速变化，这样使发动机工作在最优工作点，提供恒定的转矩输 出，而剩余的转矩则由电动机提供。这样电动机来负责动态部分，避免了 发动机动态调节带来的损失，而且与发动机相比，电动机的控制也更为灵 敏，易于实现。 ➢(2) 发动机最优工作曲线策略。发动机工作在万有特性图中最佳油耗线 上，只有当发电机电流需求超出电池的接受能力或者当电动机驱动电流需 求超出电动机或电池的允许限制时，才调整发动机的工作点。
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5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统
➢(2) 功率跟踪式策略。由发动机全程跟踪车辆功率需求，只有在动力电 池的SOC大于SOC设定上限时，且仅由动力电池提供的功率能满足车辆 需求时，发动机才停机或怠速运行。由于动力电池容量小，动力电池充放 电次数减少而使得系统内部损失减少。但是发动机必须在从低到高的较大 负荷区内运行，使得发动机效率和排放不如恒温器策略。 ➢(3) 基本规则型策略。该策略综合了恒温器策略与功率跟踪式策略两者 的优点，根据发动机负荷特性图设定了高效率工作区，根据动力电池的充 放电特性设定了动力电池高效率的荷电状态范围。并设定一组控制规则， 根据需求功率和SOC进行控制，以充分利用发动机和动力电池的高效率区， 使其达到整体效率最高。
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5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统
➢2.并联式混合动力电动汽车的能量管理策略 ➢ 并联式混合动力电动汽车的能量管理策略基本属于基于转矩的控制。目 前主要有以下4类： ➢(1) 静态逻辑门限策略。该策略通过设置车速、动力电池SOC上下限、 发动机工作转矩等一组门限参数，限定动力系统各部件的工作区域，并根 据车辆实时参数及预先设定的规则调整动力系统各部件的工作状态，以提 高车辆整体性能。 ➢(2) 瞬时优化能量管理策略。瞬时优化策略一般是采用“等效燃油消耗 最少”法或“功率损失最小”法，二者原理类似。其中“等效燃油消耗最 少”法将电机的等效油耗与发动机的实际油耗之和定义为名义油耗，将电 机的能量消耗转换为等效的发动机油耗，得到一张类似于发动机万有特性
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5.1.1 电池管理系统的功能
➢（3）故障诊断与报警。当蓄电池电量或能量过低需要充电时，及时报 警，以防止电池过放电而损害电池的使用寿命；当电池组的温度过高，非 正常工作时，及时报警，以保证蓄电池正常工作。
➢（4）电池组的热平衡管理。电池热管理系统是电池管理系统的有机组 成部分，其功能是通过风扇等冷却系统和热电阻加热装置使电池温度处于 正常工作温度范围内。
CS RD WR ALE INT
MODE VDD1 VDD2 VDD3
VSS1 VSS2 VSS3
SAJ1000
VCC
U307
VDD
R305 390 R306 390 R307 6.2K
VCC IN EX VDD OUT
GND 6N137
R308
390 304 C306
U306
GND
OUT VDD
C305 104
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5.1.2 纯电动汽车能量管理系统
➢（2）电流采样的实现。电流的采样是估计电池SOC的主要 依据。这里采用电流传感器LT308(LEM) 其测量电路如图所 示。
2.5V
R1
LEM输入
-
+
R2
-
AD输入
+
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5.1.2 纯电动汽车能量管理系统
➢（3）温度采样的实现。温度传感器采用美国DALLAS公司 继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感器 DS18B20。温度采集电路如图所示。
EX IN
VCC
R311 390
6N137
CAN BUS
U308 R309 5
TXD CANH
RXD CANL
R310 5
VREF RS
D304
VCC GND 47K R311
D305
82C250
300 300
C307 104 C308 C309
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5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统
➢（5）一致性补偿。当电池之间有差异时，有一定措施进行补偿，保证 电池组表现能力更强，并有一定的手段来显示性能不良的电池位置，以便 修理替换。一般采用充电补偿功能。设计有旁路分流电路，以保证每个单 体都可以充满电，这样可以减缓电池老化的进度，延长电池的使用寿命。
➢（6）通过总线实现各检测模块和中央处理单元的通讯。在电动汽车上 实现电池管理的难点和关键在于如何根据采集的每块电池的电压、温度和 充放电电流的历史数据，建立确定每块电池剩余能量的较精确的数学模型， 即准确估计电动汽车蓄电池的SOC状态。
VCC
3 VCC DQ 2 GND 1
DS18B20
中 央 处 理 器
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5.1.2 纯电动汽车能量管理系统
➢（4）抗干扰措施的设计。由于电池管理系统用在情况比较 复杂的电动汽车上，所以干扰可以沿各种线路侵入单片机系 统。其主要的渠道有三条：即空间干扰、供电系统干扰、过 程通道干扰。干扰对单片机系统的作用可以分为三个部位： 第一个部位是输入系统，干扰叠加在信号上，使数据采集误 差增大，特别在前向通道的传感器接口是小电压信号输入时， 此现象会更加严重；第二个部位是输出系统，使各输出信号 混乱，不能正常反映单片机系统的真实输出量，导致一系列 严重后果；第三个部位是单片机系统的内核，使总线上的数 字信号错乱，程序运行失常，内部程序指针错乱，控制状态 失灵，单片机中数据被修改，更严重的会导致死机，使系统 完全崩溃。
➢图是某电池管理系统的结构框图。
模块电压
液晶显示模块
电池总电压 电池电流
中
SOC估计
央
处
理
器
控制充放电电流
电池温度
故障报警
ห้องสมุดไป่ตู้第 8页
5.1.2 纯电动汽车能量管理系统
➢本硬件系统是在基于ATMEGA8L单片机进行设计的。 ➢（1） 电压采样的实现。电压采样是对电动汽车电池组的电 压进行采样，每个电池组由10个单体电池构成。本系统中一 共有14个电池组组成电动汽车的动力电池。原理如图所示， 每个电池为一个电池组。
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5.1.2 纯电动汽车能量管理系统
➢1.纯电动汽车能量管理系统的组成 ➢纯电动汽车能源管理系统主要由电池输入控制器、车辆运行 状态参数、车辆操纵状态、能源管理系统ECU、电池输出控 制器、电机发电机系统控制等组成。
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5.1.2 纯电动汽车能量管理系统
➢2.电池荷(充)电状态指示器 ➢电池荷(充)电状态指示器是能源管理系统的一个重要组成。 电动汽车蓄电池中储存有多少电能，还能行驶多少里程，是 电动汽车行驶中必须知道的重要参数。与燃油汽车的油量表 类似的仪表就是电池荷(充)电状态指示器，它是能源管理系统 的一个重要装置。因此，在电动汽车中装备满足这一需求的 仪表即电池荷(充)电状态指示器。
第5章 电动汽车的能量管理与回收系统
➢5.1 电动汽车能量管理系统 ➢5.1.1 电池管理系统的功能 ➢5.1.2 纯电动汽车能量管理系统 ➢5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统 ➢5.2 电动汽车再生制动能量回收系统 ➢5.2.1制动能量回收的方法和类型 ➢5.2.2电动汽车的制动能量回收系统
图的电机等效油耗图。
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5.1.3 混合动力电动汽车能量管理系统
➢ (3) 全局最优能量管理策略。全局最优能量管理策略是应用最优化方法
和最优控制理论开发出来的混合动力系统能量分配策略，目前主要有基于 多目标数学规划方法的能量管理策略、基于古典变分法的能量管理策略和 基于Bellman动态规划理论的能量管理策略三种。
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5.1.1 电池管理系统的功能
➢电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的复杂的电气测控系统，也 是电动汽车商品化、实用化的关键。电池管理的核心问题就是SOC的预估 问题，电动汽车电池操作窗SOC的合理范围是30~70%，这对保证电池寿 命和整体的能量效率至关重要。 ➢典型的电池管理系统应具备如下功能： ➢（1）实时采集电池系统运行状态参数。实时采集电动汽车蓄电池组中 的每块电池的端电压和温度、充放电电流以及电池组总电压等。由于电池 组中的每块电池在使用中的性能和状态不一致，因而对每块电池的电压、 电流和温度数据都要进行监测。 ➢（2）确定电池的SOC。准确估测动力电池组的SOC，从而随时预报电 动汽车储能电池还剩余多少能量或储能电池的SOC，使电池的SOC值控 制在30%~70%的工作范围。
➢ (4) 模糊能量管理策略。该策略基于模糊控制方法来决策混合动力系统
的工作模式和功率分配，将“专家”的知识以规则的形式输入模糊控制器 中，模糊控制器将车速、电池SOC、需求功率/转矩等输入量模糊化，基 于设定的控制规则来完成决策，以实现对混合动力系统的合理控制，从而 提高车辆整体性能。基于模糊逻辑策略可以表达难以精确定量表达的规则； 可以方便地实现不同影响因素(功率需求、SOC等)的折中；鲁棒性好。但 是模糊控制器的建立主要依靠经验，无法获得全局最优。