题目：电池管理系统关键技术研究及应用

电动汽车具有节能、环保的特点，是汽车产业发展的重要方向。动力电池组作为电动汽车的常用能量源，是电动汽车驱动系统的重要组成部分。在电动汽车运行过程中，动力电池组充放电转换频繁、电流变化范围大，电池本身的状态处于动态变化的过程中，为保证动力电池的充分利用和安全使用，电池管理系统成为车载动力电池组必备的电子控制部件。深入研究电池组能量状态的估算方法、电池管理系统的软硬件设计及其产业化相关技术，对提高动力电池组的使用性能，满足电动汽车的运行要求具有重要意义。论文针对常用的镍氢电池和磷酸铁锂电池，根据电池极化现象、电池内阻的组成以及电池开路电压的定义，分析了电池在脉冲电流和模拟工况电流条件下的电压动态响应特性，总结出了电池动态电压的变化规律，认为变化电流下的电池端电压由开路电压、极化电压以及欧姆内阻上的电压三部分组成。在此基础上，以充放电电流为输入，电池端电压为输出，使用子空间辨识方法分别建立了工况条件下镍氢电池和磷酸铁锂电池的3阶广义状态空间模型，通过分析广义模型输出电压各分量与输入电流的关系，将模型输出电压分为电池开路电压、容性极化电压、感性极化电压和欧姆电压。根据各电压对电流的响应关系，建立了电池等效电路参数模型，工况条件下的实验及仿真表明，按照此方法建立的等效电路模型较准确地模拟了电池端电压的变化过程。基于电池等效电路模型，根据SOC与开路电压的关系，建立了以SOC作为状态量的电池非线性状态空间模型，并使用自适应扩展卡尔曼滤波方法实现了对SOC的估算。电池SOH的主要参考参数是电池内阻和可用容量，由于电池内阻和容量随温度变化，由此本文认为SOH是随温度和电池使用时间变化的量，并提出从内阻角度定义功率型动力电池的SOH，而从可用容量的角度定义能量型动力电池的SOH。通过实验研究了欧姆内阻Rohm随电池温度和使用时间的变化规律，并研究了在不同充放电循环次数下，电池模型主电容Cb的大小与电池容量衰减的对应关系。实验表明，电容Cb值表征了电池容量的大小，可以直接使用Cb值代替电池可用容量来作为表征电池SOH的参数。最后对上述算法的具体实现过程进行了讨论，包括电池实时模型的建立过程和简化的SOC、SOH算法。根据电池管理系统的技术要求，设计了一种分布式的电池管理系统，管理系统的硬件平台分为两个模块，主控模块和采样-均衡模块。主控模块以飞思卡尔16位S12系列微控制器为核心，扩展了AD接口、CAN接口、一定数量的IO接口等。结合软件的设计，能够完成电池荷电状态的估算、电池故障诊断、电池安全管理、电池热管理、电池均衡管理以及与车辆其它模块的通信等功能。采样-均衡模块以MC9S08DZ60为主控制器，配有专用电池监测芯片LTC6802-2实现单体电压和温度的采集，并扩展了外部均衡电路。针对BMS的产业化技术研究，本文设计了标定系统和检测系统。所设计的标定系统基于CCP标定协议，包括了上位机标定平台设计和BMS中标定功能的扩展，上位机和BMS之间通过CAN转USB模块通信。BMS检测系统包含了程控电压源，上位机检测软件和CAN转USB模块。可实现对BMS的整车模拟测试，数据采集测试，算法测试和故障诊断测试，各测试模块可显示测试过程并记录测试结果。