动力电池能量管理系统软件子系统设计(附件)
在能源紧张和环境保护问题日益严峻的背景下，大力发展电动汽车已是大势所趋。电池技术仍是制约电动汽车发展的瓶颈，作为连接动力电池和电动汽车重要纽带的电池管理系统，在保障电池安全可靠运行、延长电池使用寿命，提高续驶里程等方面具有重要作用，开展相关研究具有重要的理论和实用价值。本课题以磷酸锂铁电池为研究对象，开展电池管理系统软件研究。首先基于环境变量构建电池的Thevenin等效电路模型，在此基础上利用扩展卡尔曼滤波（EKF）对电池荷电状态（SOC）进行估算。采用模块化程序设计，完成SOC估算、均衡控制、故障预警等程序设计，能够实现电池管理系统主要功能。利用Matlab/Simulink建模，仿真结果表明SOC估计精度可以达到0.5%，均衡方向和速度可控，效率较理想。关键词 电动汽车，电池管理系统，SOC估算，扩展卡尔曼滤波
目 录
1 绪论 2
1.1 本课题研究的背景和意义 2
1.2 电动汽车动力电池管理系统综述 2
1.3 动力电池能量管理系统研究现状 2
2 电池SOC估算及均衡控制策略 2
2.1 硬件构架 2
2.2 电池管里系统功能 2
2.3 锂离子电池建模 2
2.4 基于卡尔曼滤波SOC估算 2
2.5 电池均衡控制策略 2
3 系统软件设计 2
3.1 系统主程序设计 2
3.2 系统初始化程序设计 2
3.3 SOC估算程序设计 2
3.4 电池均衡程序设计 2
3.5 电池故障预警程序设计 2
3.6 系统通讯程序设计 2
4 建模与仿真 2
4.1 EKF估算SOC仿真 2
4.2 电池均衡仿真 2
结 论 2
致 谢 2
参 考 文 献 2
绪论
1.1 本课题研究的背景和意义
在当今能源紧缺的大背景下，发展新能源用于缓解能源危机是必然趋势。例如就化石能源而言，其资源有限且需求量较大，出现能源紧缺是必不可免的。相比之下，核能、太阳能等可再生新能源却取之不尽，可 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
以满足日益增长的需求。因此，在能源危机的趋势下，使用电能代替化石能源，能够有效化解化石能源紧缺所带来的窘迫局面。
除了化石能源紧缺会导致车辆的主要动力系统内燃机逐步退出历史舞台外，环境问题也逐渐在新一轮的工业革命及科技革命中被重视起来。因此，世界各国正加强相互合作，以保护环境，减少化石能源的使用为目标，积极寻找汽车新的发展方向。虽然新能源汽车在取代传统机动车的过程中会面临诸多挑战，但随着技术不断进步，续航里程不断提升，越来越多的消费者改变原有思想，选择新能源汽车作为出行工具，这也使新能源汽车的前景变得豁然开朗。于是，通过使用纯电动汽车，来缓解能源危机，降低环境污染，就成为了一个真命题。
在各国政府和工业界的推动之下，新能源汽车的研发得以快速发展。尤其是动力汽车的发展过程中，作为电动车中关键部件的动力电池的科技进步尤为突出。但是当前阶段的动力电池，包括锂离子电池在内，仍处在功率密度低下、环境适应性较差的窘境之中。以纯电池作为能量存储的电动汽车还面临充电时间长、循环寿命短等诸多挑战。同时，电动车从发展到普及的过程中暴露出的很多问题也亟需解决。动力电池能量管理系统技术，不仅关系到动力电池使用寿命及电动车的续航里程，更关乎电池使用时整车的安全。因此研究动力电池能量管理系统对于科学管理动力电池、有效维护电动汽车具有重要的意义。
电动汽车动力电池管理系统综述
1.2.1 电动汽车对电池管理系统的要求
由于锂离子电池组一般由数量众多的电池单体串并联组成。动力电池能量管理系统需要对电池进行有效的检测、管理，以保障电池组能够高效、安全、持久运行。动力电池能量管理系统需要对电池组电压、电流、温度各个参数的测检，对电池的荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）进行预估。从而实现对电池的充放电管理、安全防护、电池均衡、故障预警、故障诊断[1]。
1.2.2 电池管理系统关键技术
SOC估算技术
电动汽车的续航里程受锂离子电池剩余电荷量影响，一般用电池SOC表示[2],
SOC=
电池剩余容量
电池额定容量
?100% (11)
上述对电池管理系统的要求都要以SOC为基础，是避免电池过充、过放，保证电池的安全的重要参考。汽车续航里程的估算也很大程度的依赖于SOC。这对于SOC的估算精度提出了很高的要求，较高的SOC估算精度对保持电池组工作效率，提高电动汽车续航里程，保障电池组的使用寿命也有着重要的意义。
由于电池的电荷状态在运行过程中不可直接测量，因此只能通过测量其他电池参数,通过一定的算法估算。因此，SOC估算技术在电池管理系统中居于关键地位，SOC的估算精度直接影响整车的性能。然而电动汽车运行工况的复杂性、工作环境的多样性使得SOC估计存在不可避免的误差,如何有效的避免这些误差也是SOC技术的重点研究方向。
电池均衡技术
电动汽车动力电池组一般都是由数千节单体电池串并联构成，多节电池的并联可以实现电池容量的叠加；多节电池的串联则可以实现电压的叠加。但是串联的多节电池的整体容量受到容量最低的单体电池限制，呈木桶效应。电池的不一致性无法避免，是其自身差异，在不加干预的情况下多次充放电循环后，差异会逐渐积累放大，并且会造成电池组可充电、放电的电量减少，电池的效率降低，甚至造成单体电池的过充、过放，乃至引起电池组起火等严重的安全事故[3]。
因此保证动力电池组内电池的一致性是提高电动汽车电池效率，保证电动汽车续航里程，保障电动汽车电池组、整车安全的关键。
1.3 动力电池能量管理系统研究现状
电动汽车因其运行环境复杂、路况多变，电池组的安全性和寿命面临极大挑战，同时很大程度上影响着电池组的工作效率。导致电池的使用寿命剧减的主要问题包括：电池充电时候的过充过放，热量过高。电流等。这些不正常状态可能导致电池着火，爆炸等。因此，为保障电池组安全高效运行，对动力电池管理能量系统提出了高要求，国内外在这一方面做了大量研究，取得了一定成果。
1.3.1 国外现状
由于国外在电池管理系统方面起步较早，多国已经拥有完善的能量监管方法。国外市场上对BMS的研发一直走在前沿，让纯动力汽车未来的稳定性和高效性能够稳定的发展。现在市场上在各国政府支持之下，不同性能的电动车纷纷亮相。
目 录
1 绪论 2
1.1 本课题研究的背景和意义 2
1.2 电动汽车动力电池管理系统综述 2
1.3 动力电池能量管理系统研究现状 2
2 电池SOC估算及均衡控制策略 2
2.1 硬件构架 2
2.2 电池管里系统功能 2
2.3 锂离子电池建模 2
2.4 基于卡尔曼滤波SOC估算 2
2.5 电池均衡控制策略 2
3 系统软件设计 2
3.1 系统主程序设计 2
3.2 系统初始化程序设计 2
3.3 SOC估算程序设计 2
3.4 电池均衡程序设计 2
3.5 电池故障预警程序设计 2
3.6 系统通讯程序设计 2
4 建模与仿真 2
4.1 EKF估算SOC仿真 2
4.2 电池均衡仿真 2
结 论 2
致 谢 2
参 考 文 献 2
绪论
1.1 本课题研究的背景和意义
在当今能源紧缺的大背景下，发展新能源用于缓解能源危机是必然趋势。例如就化石能源而言，其资源有限且需求量较大，出现能源紧缺是必不可免的。相比之下，核能、太阳能等可再生新能源却取之不尽，可 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
以满足日益增长的需求。因此，在能源危机的趋势下，使用电能代替化石能源，能够有效化解化石能源紧缺所带来的窘迫局面。
除了化石能源紧缺会导致车辆的主要动力系统内燃机逐步退出历史舞台外，环境问题也逐渐在新一轮的工业革命及科技革命中被重视起来。因此，世界各国正加强相互合作，以保护环境，减少化石能源的使用为目标，积极寻找汽车新的发展方向。虽然新能源汽车在取代传统机动车的过程中会面临诸多挑战，但随着技术不断进步，续航里程不断提升，越来越多的消费者改变原有思想，选择新能源汽车作为出行工具，这也使新能源汽车的前景变得豁然开朗。于是，通过使用纯电动汽车，来缓解能源危机，降低环境污染，就成为了一个真命题。
在各国政府和工业界的推动之下，新能源汽车的研发得以快速发展。尤其是动力汽车的发展过程中，作为电动车中关键部件的动力电池的科技进步尤为突出。但是当前阶段的动力电池，包括锂离子电池在内，仍处在功率密度低下、环境适应性较差的窘境之中。以纯电池作为能量存储的电动汽车还面临充电时间长、循环寿命短等诸多挑战。同时，电动车从发展到普及的过程中暴露出的很多问题也亟需解决。动力电池能量管理系统技术，不仅关系到动力电池使用寿命及电动车的续航里程，更关乎电池使用时整车的安全。因此研究动力电池能量管理系统对于科学管理动力电池、有效维护电动汽车具有重要的意义。
电动汽车动力电池管理系统综述
1.2.1 电动汽车对电池管理系统的要求
由于锂离子电池组一般由数量众多的电池单体串并联组成。动力电池能量管理系统需要对电池进行有效的检测、管理，以保障电池组能够高效、安全、持久运行。动力电池能量管理系统需要对电池组电压、电流、温度各个参数的测检，对电池的荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）进行预估。从而实现对电池的充放电管理、安全防护、电池均衡、故障预警、故障诊断[1]。
1.2.2 电池管理系统关键技术
SOC估算技术
电动汽车的续航里程受锂离子电池剩余电荷量影响，一般用电池SOC表示[2],
SOC=
电池剩余容量
电池额定容量
?100% (11)
上述对电池管理系统的要求都要以SOC为基础，是避免电池过充、过放，保证电池的安全的重要参考。汽车续航里程的估算也很大程度的依赖于SOC。这对于SOC的估算精度提出了很高的要求，较高的SOC估算精度对保持电池组工作效率，提高电动汽车续航里程，保障电池组的使用寿命也有着重要的意义。
由于电池的电荷状态在运行过程中不可直接测量，因此只能通过测量其他电池参数,通过一定的算法估算。因此，SOC估算技术在电池管理系统中居于关键地位，SOC的估算精度直接影响整车的性能。然而电动汽车运行工况的复杂性、工作环境的多样性使得SOC估计存在不可避免的误差,如何有效的避免这些误差也是SOC技术的重点研究方向。
电池均衡技术
电动汽车动力电池组一般都是由数千节单体电池串并联构成，多节电池的并联可以实现电池容量的叠加；多节电池的串联则可以实现电压的叠加。但是串联的多节电池的整体容量受到容量最低的单体电池限制，呈木桶效应。电池的不一致性无法避免，是其自身差异，在不加干预的情况下多次充放电循环后，差异会逐渐积累放大，并且会造成电池组可充电、放电的电量减少，电池的效率降低，甚至造成单体电池的过充、过放，乃至引起电池组起火等严重的安全事故[3]。
因此保证动力电池组内电池的一致性是提高电动汽车电池效率，保证电动汽车续航里程，保障电动汽车电池组、整车安全的关键。
1.3 动力电池能量管理系统研究现状
电动汽车因其运行环境复杂、路况多变，电池组的安全性和寿命面临极大挑战，同时很大程度上影响着电池组的工作效率。导致电池的使用寿命剧减的主要问题包括：电池充电时候的过充过放，热量过高。电流等。这些不正常状态可能导致电池着火，爆炸等。因此，为保障电池组安全高效运行，对动力电池管理能量系统提出了高要求，国内外在这一方面做了大量研究，取得了一定成果。
1.3.1 国外现状
由于国外在电池管理系统方面起步较早，多国已经拥有完善的能量监管方法。国外市场上对BMS的研发一直走在前沿，让纯动力汽车未来的稳定性和高效性能够稳定的发展。现在市场上在各国政府支持之下，不同性能的电动车纷纷亮相。
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