基本信息
- 项目名称：
- 混合动力汽车蓄电池组管理系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 电池管理系统是混合动力汽车和纯电动汽车车的关键部件，它是汽车动力电池组安全运行的保障；它是保证电池性能、防止电池提前损坏的警察；它是驾驶者掌控电动车续航里程的数据来源；它是在异常情况发生时及时提醒使用者的审计官。电池管理系统的基本功能有：(1)为整车的能量控制策略提供重要的数据，如SOC、单体电压、总电压、电流、温度等；(2)监控功能：实时监控电池的充放电状态，防止电池组过冲、过放；当电池温度超过安全极限时，启动散热风机；(3)安全保护功能：对电池组进行监测，当测量参数超出设定极限值时，管理系统立刻报警；(4)自诊断功能：当出现异常报警时，管理系统能进行自诊断并显示故障原因；(5)通讯功能：能将监测到的电池组的各项数据，通过RS-232接口和CAN总线与外界通讯；能通过监控软件进行参数的初始化并提供人机友好交流界面。
- 详细介绍：
- 电池管理系统是电动汽车的核心部件，是电动汽车安全、可靠、高效运行的重要保障之一。本项目主要从电池使用的角度，深入研究电池组合理建模问题和交变电流充放电的条件下动力蓄电池SOC精确实时估算方法。 本项目的技术创新点：(1)建立带温度影响因子的串联电池组的数学模型，并嵌入电池管理系统中对电池进行实时的监控，为电池的使用和充电提供依据；(2)采用适合电动汽车使用的大容量串联电池组进行试验、数据锻炼和分析；电池管理系统和充电机协调配合，避免了过充电，电池管理系统能采集所有电池的电压、温度，对电池的SOC进行分析，提供最优的充电策略，提高充电效率和可靠性；(3)电池数据进行数据库管理；(4)SOC估算算法分析。 主要技术指标：(1)可适应与锂离子、镍氢等多种类型以及多种规格的动力电池配套，并满足电动车用的相关要求（根据整车要求）；(2)电压检测精度：±0.5％；(3)电流检测精度：±0.6％；(4)温度检测精度：±0.5℃；(5)SOC估算精度：小于5%。 本电池管理系统在东风电动汽车公司的EQ6110HEV上得到应用，经武汉市公交集团510路混合动力公交车实际运营检验，整个系统在实际运行中性能稳定、可靠，节油效果明显并能有效地减少排放、取得了良好的经济社会效益。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、目的: (1)缓解能源危机和减少汽车尾气排放; (2)保护电池; (3)降低电动汽车运行成本; (4)实现电动车辆关键零部件的国产化。 2、基本思路:(1)建立电池及其管理系统的测试平台;(2)建立电池特性曲线MAP图及适当的电池电学模型然后根据模型的输入输出对模型参数进行辨识和修正算法研究;(3)返回试验平台对电池模型及其参数进行验证和优化;(4)进行电池管理系统的软硬件优化设计; (5)对电池管理系统的测量精度、收敛性、均匀性控制效果、SOC估算精度功能、稳定性等进行验证;(6)在台架和实车环境下对电池管理系统进行验证，利用运行数据进一步优化电池模型和参数;(7)对电池管理系统进行性能试验、电磁兼容性试验、寿命试验、环境试验等;(8)在整车试装、调试、运行，采集试验数据，完成优化、定型设计，实现工程化应用。 3、创新点:(1)建立带温度影响因子的串联电池组的数学模型;(2)采用适合电动汽车使用的大容量串联电池组进行试验、数据锻炼和分析;(3)对电池数据进行数据库管理。 4、主要技术指标： (1)电压检测精度：±0.5％; (2)电流检测精度：±0.6％; (3)温度检测精度：±0.5℃; (4)SOC估算精度：小于5%。 5、技术关键:(1)电池模型的建立和参数修正; (2)采集试验数据; (3)SOC估算算法分析。
科学性、先进性
- 1、强大的功能 一般的电池管理系统，只具有监测电池电压、温度、电流的简单功能。本电池管理系统除了监测以上参数外还具有精确估算电池荷电状态（SOC）、通讯、电池故障诊断、安全保护等强大功能。 2、采用卡尔曼算法估算SOC 目前国内实际应用的估算SOC的方法大多采用以电流积分为主，辅以不同的电压修正的方式，但是传统SOC估算方法的估算精度已不能满足混合动力汽车的发展需求。本项目采用卡尔曼滤波算法估算电池组的SOC。该方法适用于各种电池，尤其是电流波动比较剧烈的混合动力汽车电池SOC的估计。 3、良好的经济社会效益 本电池管理系统为整车的能量控制策略提供重依据，使混合动力汽车能实现30%的节油效果（与纯燃油车相比）。混合动力电动汽车在纯电动行驶模式下具有零排放的效果，能有效减少尾气排放。电池管理系统能促进电动汽车产业链的形成，带动整个国民经济的发展。
获奖情况及鉴定结果
- 在湖北省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获 特等奖。
作品所处阶段
- 已投入运营
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品；现场演示；图片；样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、技术特点和优势： (1)电池故障预测和报警及自诊断； (2)剩余电量（SOC）估算； (3)高可靠、高精度的电压检测电路。 2、适用范围：纯电动汽车、混合动力汽车。 3、推广前景及市场分析和经济效益预测： 电池管理系统是电动汽车的必须部件，是电动汽车安全、可靠、高效运行的重要保障之一。它对于增加电池组的可靠性、优化驾驶和充电、降低电动汽车运行成本并最终推动电动汽车的发展和推广都具有重要意义，对缓解能源危机和环境问题均有实际的社会意义，该研究成果能提供混合动力汽车能量控制策略所必须的数据，将在电动车辆、后备电源等场合得到广泛应用。 从经济成本上分析，蓄电池管理系统能将检测、估算到的数据与整车控制器通讯，防止电池因过充过放而提前损坏，降低了运行成本。本电池管理系统在东风的EQ6110HEV混合动力电动城市客车上得到应用，与同类型纯燃油车相比较，EQ6110HEV混合动力客车能够实现30%的节油效果，具有很好的燃油经济性。
同类课题研究水平概述
- 电动汽车电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)是电动汽车中的必须部件，是监控及保护电池的核心部件，是能给出剩余电量电池诊断等功能集合的综合系统。随着电动汽车技术的研究，国内外对电池管理系统的研究日益重视。 通用汽车公司的EVI电动汽车的电池管理系统包括：电池模块，软件BPM(Ba-ttery Pack Module)，电池组热系统，电池组高压断电保护装置。主要功能有：过充检测并防止过充；提供放电极性反向报警；电池历史记录和归档；提供最弱电池单元的剩余电量信息。 法国电动汽车计划(EDF)设计了一个随车电池管理系统来管理其电动汽车上的密封铅酸电池组，其主要功能为：电池寿命的记录、充电监测、行驶过程中电池组的管理、剩余电量显示，收集电池信息从而确定如何合理使用电池。 日本本田公在电动汽车的电池管理系统包括：管理控制模块、车载充电器、高压系统安全检测装置等。该系统对电池的状态进行监控，并根据电池的状态控制车载充电器的充电过程，当动力电池组高压端与车体有接触时，管理系统发出报警信号，当电动汽车发生碰撞时，管理系统切断电源以保证安全。 我国对电动车的发展极为重视，电动车的开发被列入国家“八五”重点科技攻关项目，北京交通大学、北京航空航天大学、湖北工业大学等高校联合申报的《车用动力蓄电池管理系统核心关键技术的可靠性研究》被列为国家‘863’科技攻关项目。但目前国内针对电动汽车的电池管理系统的研究，仍然处于起步阶段。主要是一些高校，联合一些大的汽车生产商和电池供应商共同开展研究，如清华大学为EV-6580轻型电动客车配套的电池管理系统，它可对电池的充放电电流、电压等参数进行实时测量和监控，防止过充过放，提高了电池效率，同时还开发了与该系统相匹配的充电系统。同济大学和北京星恒电池有限公的锂离子电池管理系统主要功能有：电流电压及电池模块温度的采集，SOC估计，自动均衡，事故处理与记录等等。春兰研究院的HEV-BMS主要功能有：电流电压及电池箱温度的采集，SOC估计，自动均衡，电池故障诊断和安全保护。 由于动力电池种类和特性的多样性、非线性，以及电动汽车使用工况的特殊性、实时、在线、准确估算蓄电池组的SOC是仍未能很好解决的技术难题，目前各国科技人员仍在致力于该方面的研究。
