動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真研究

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(許昌智能繼電器股份有限公司，河南 許昌 461000)

0 引言

目前在新能源產(chǎn)業(yè)中電動(dòng)汽車無(wú)法大面積推廣的主要原因就是續(xù)航里程差并且針對(duì)不同的環(huán)境適應(yīng)性差，這兩個(gè)問(wèn)題能否解決取決于電動(dòng)汽車的電源系統(tǒng)和電源管理的優(yōu)劣[1]，電源管理系統(tǒng)是限制電動(dòng)汽車前進(jìn)的核心技術(shù)之一，電源管理技術(shù)的研發(fā)直接關(guān)系到電動(dòng)汽車是否能稱為汽車發(fā)展的前景產(chǎn)業(yè)。

現(xiàn)有的電源管理系統(tǒng)電池成組方式是一種固定模式，并且電池組的單體電池連接形式多為串聯(lián)模式，不能隨外界對(duì)電源需求的變化而切換電池成組方式[2]；電動(dòng)汽車在不同工況、不同的運(yùn)行階段，由于行駛速度不同，對(duì)電源的功率需求不同，即對(duì)電池組的電流和電壓要求不同，電池組固定的串并聯(lián)方式會(huì)造成單體電池過(guò)放，所以造成對(duì)不同工況的適用性差并且會(huì)對(duì)電池造成損害[3]。例如溫家鵬目前針對(duì)動(dòng)力電池供電問(wèn)題采用電池更換模式的做法，但是采用的是軟件設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)，硬件部分仍然是被動(dòng)地均衡，徐順剛等[7-8]采用的方式仍然是沒(méi)有在數(shù)據(jù)采集后能實(shí)現(xiàn)部分的電池供電控制問(wèn)題，但是仍然會(huì)增加電池的能耗，更加容易加速電池的老化，縮短使用壽命。

針對(duì)上述問(wèn)題采用了一種新的電池成組方式，即根據(jù)環(huán)境需求不同電池組在多種連接方式之間靈活的切換，同時(shí)也解決了電池組充電的不均衡性，并對(duì)這種具有此類成組方式的電池組進(jìn)行電源管理系統(tǒng)[4]。本文設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池在線控制和監(jiān)視的電池管理系統(tǒng)，提出了一種實(shí)用于磷酸鐵鋰電池的等效電路模型，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波[5]的方法進(jìn)行SOC估算，建立了Matlab數(shù)學(xué)仿真模型模擬單體電池在不同工況下的電壓曲線，通過(guò)將一般電池成組和可切換電池成組方式的仿真對(duì)比驗(yàn)證了可靈活切換電池成組方式具有更強(qiáng)的供電動(dòng)力，將仿真曲線與電池實(shí)際輸出曲線對(duì)比，驗(yàn)證了電池成組技術(shù)的可靠性和SOC估算的準(zhǔn)確性。

1 動(dòng)力鋰電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車電源管理是對(duì)充電過(guò)程和電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中電池組的監(jiān)測(cè)，充電過(guò)程中對(duì)電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行剩余電量的估算，提醒使用者電池是否已充滿[6]；放電過(guò)程中對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)采集、電池剩余電量的估算，所有的數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)顯示，方便用戶查看。

1.1 系統(tǒng)功能框架

通過(guò)對(duì)功能分析和單片機(jī)C8051F040芯片的引腳使用明確了系統(tǒng)的外圍電路。電源管理系統(tǒng)需要采集的模擬量有電流、電壓、溫度三個(gè)數(shù)據(jù)，狀態(tài)識(shí)別需要通過(guò)按鍵電路作為控制芯片的輸入；單片機(jī)輸出有保護(hù)電路、充放電過(guò)程管理電路、電池成組電路等；控制器將采集的數(shù)據(jù)作為控制算法的輸入，最終得出電池剩余電量的估算值；同時(shí)方便使用者直觀的了解控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，需要設(shè)置人機(jī)交互功能，即通過(guò)通訊電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的聯(lián)系，整體方案如圖1所示。

圖1 電源管理系統(tǒng)功能需求框圖

電池成組控制，為了適應(yīng)電動(dòng)汽車不同工況下對(duì)電源電壓和電流的不同需求，電池組在幾種不同成組方式之間靈活切換，避免電池組使用過(guò)程中過(guò)放，有利于增加電池組循環(huán)使用的次數(shù)。不同工作模式之間的切換可以通過(guò)開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電路由單片機(jī)控制，首先核心控制芯片接受指令，判斷電動(dòng)汽車處于哪種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，之后做出判斷，控制對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路，將電池組切換到正確的模式下。

1.2 電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

基于精密電阻分壓方式，此方案雖然實(shí)現(xiàn)成本低，但是分壓會(huì)造成利用率低并且電池組中每一個(gè)單體電池都要對(duì)應(yīng)一個(gè)AD檢測(cè)端口，不實(shí)用于電池組串聯(lián)多的電源管理系統(tǒng)，造成AD檢測(cè)的浪費(fèi)。

對(duì)于本系統(tǒng)，電壓采集頻率要求較低，所以適用于共享A/D輪流采集的方案。基于繼電器和輪流采集的方式采集，原理如圖2所示，其中B1-Bn為電池組中的單體電池，S1-Sn為光繼電器，通過(guò)切換光繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)不同單體電池兩端電壓檢測(cè)。此方案克服了電阻分壓法的AD檢測(cè)口浪費(fèi)的缺點(diǎn)，只需要兩個(gè)AD檢測(cè)端口，檢測(cè)模式設(shè)置為差分模式，所有單體電池共享AD端口，單體電池電壓范圍在AD檢測(cè)范圍以內(nèi)，不需要設(shè)置分壓電阻，避免分壓電阻帶來(lái)的能量損失。Sa1-Sa4是切換正負(fù)極的繼電器控制開(kāi)關(guān)，所有繼電器采用常開(kāi)，不進(jìn)行電壓采集時(shí)，繼電器處于斷開(kāi)狀態(tài)，不會(huì)造成額外電量損失和單體電池之間的不均衡，保證了檢測(cè)精度。

圖2 基于繼電器和共享A/D輪流采集方式

1.3 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)電池組工作模式有多種，串并聯(lián)方式不固定，要想檢測(cè)充放電電流，需要為每個(gè)單體電池配置一個(gè)霍爾傳感器，檢測(cè)對(duì)應(yīng)單體電池充放電電流，選定的霍爾傳感器的額定輸出電壓4 V，電源電壓為±15 V。傳感器將電流轉(zhuǎn)換為電壓，電壓可以通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換直接被檢測(cè)，采用片內(nèi)集成的12位轉(zhuǎn)換器ADC0，由于傳感器輸出電壓超過(guò)了ADC0普通端口電壓檢測(cè)范圍，所以需要在傳感器和單片機(jī)之間加放大器。充電和放電通過(guò)傳感器的電流方向相反，兩個(gè)過(guò)程得到的電壓值有正值也有負(fù)值，因?yàn)閱味溯斎?，檢測(cè)電壓范圍是0～2.4 V，為了既能檢測(cè)充電也能檢測(cè)放電過(guò)程電流，需要將ADC0設(shè)置為差動(dòng)模式。

選擇四則運(yùn)算芯片LM324，內(nèi)部集成了4個(gè)獨(dú)立和具有內(nèi)部補(bǔ)償功能的放大器。采用反向比例輸入法，令R14=R12=20 K，R13=10 K，輸出電壓Vout與輸入電壓Vint的關(guān)系滿足：Vout=Vint(-R13/R12)，即放大倍數(shù)為1/2，通過(guò)放大器后電壓范圍為0～2 V，滿足檢測(cè)范圍，原理如圖3所示。

圖3 電流采集電路原理圖

2 電池成組技術(shù)的研究

本文提出一種適用于多種工況的可靈活切換電池成組方式的電源管理系統(tǒng)。首先，分析電動(dòng)汽車在不同工況和運(yùn)行速度過(guò)程中電機(jī)對(duì)電源電流、電壓的要求，然后以此為依據(jù)，使得電池組在幾種不同的成組方式之間靈活的切換，保證電池充放電電流、電壓都在安全范圍以內(nèi)，增加了電池組的循環(huán)使用次數(shù)，同時(shí)也提高了管理系統(tǒng)的精度和效率[7]。

2.1 不同工況下對(duì)電源系統(tǒng)的需求分析

本文主要分析電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中對(duì)電源電流、電壓以及功率的要求，參照北京某純電動(dòng)公交汽車行駛過(guò)程中不同時(shí)間段電源總電流和總電壓的變化，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示；表2所示數(shù)據(jù)是電動(dòng)汽車在不同的行駛狀態(tài)下即加速、勻速、滑行、制動(dòng)等過(guò)程中，電機(jī)對(duì)功率和速度的需求。

分析表中數(shù)據(jù)可知電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中電壓和電流成反比，速度和功率、電流成正比。其中制動(dòng)過(guò)程電流和功率為負(fù)值，說(shuō)明此階段是能量回收過(guò)程，制動(dòng)過(guò)程類似于電池組充電過(guò)程。制動(dòng)原理如圖4所示，即將一部分機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)蓄能，完成對(duì)電池組的充電

表1 不同時(shí)間段電流、電壓分布

表2 不同速度段電流、功率分布

過(guò)程。而加速過(guò)程相對(duì)于其他行駛過(guò)程，電機(jī)對(duì)電源電流需求較大。

圖4 制動(dòng)過(guò)程

基于電動(dòng)汽車行駛過(guò)程的分析，電動(dòng)汽車行駛在不同的階段對(duì)電源的需求不同，將電池組對(duì)應(yīng)的分為三種工作模式[8]。模式一：制動(dòng)和充電過(guò)程；模式二：均速行駛過(guò)程；模式三：加速行駛過(guò)程。根據(jù)每一種工作模式的實(shí)際需要，對(duì)應(yīng)切換電池組成組模式。

2.2 電池成組電路設(shè)計(jì)

電池組充電方式分為兩種，即串聯(lián)或并聯(lián)方式。在并聯(lián)充電過(guò)程中，單體電池的端電壓不停升高，其值U1高于電池的電動(dòng)勢(shì)E，他們之間的差值即為電池的內(nèi)阻壓降，充電時(shí)滿足的關(guān)系式U1=E+△U1，放電時(shí)，端電壓U2低于E，滿足的關(guān)系式U2=E-△U2，對(duì)兩節(jié)并聯(lián)電池充電時(shí)，只有端電壓差大于2△U時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)其中一節(jié)單體電池對(duì)另外一節(jié)單體電池充電的現(xiàn)象，然而這種情況只會(huì)出現(xiàn)在某只電池出現(xiàn)短路時(shí)。所以在并聯(lián)充電過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)其中一節(jié)單體電池對(duì)另外一節(jié)充電現(xiàn)象，更不會(huì)加劇并聯(lián)電池組之間的不均衡性。本系統(tǒng)選擇并聯(lián)充電方式。

為了達(dá)到一定的電壓和電流，電池組中存在串并聯(lián)混合成組方式，現(xiàn)有的串并聯(lián)成組方式有兩種，方式一：先并聯(lián)后串聯(lián)，如圖5所示；方式二：先串聯(lián)后并聯(lián)，如圖6所示。

圖5 先并后串聯(lián)

圖6 先串后并聯(lián)

分析對(duì)比這兩種方式，方式一可靠性大于方式二的系統(tǒng)，電池組的可靠性大于單體電池的可靠性；對(duì)于方式二，當(dāng)某個(gè)單體電池發(fā)生斷路故障，則會(huì)導(dǎo)致整條支路都無(wú)法運(yùn)行。通過(guò)分析對(duì)比本系統(tǒng)采用的電池成組技術(shù)方案如下：模式一，制動(dòng)/充電，并聯(lián)充電；模式二，勻速過(guò)程，電池組串聯(lián)；模式三，加速過(guò)程，電池組先并聯(lián)后串聯(lián)。

電池組在三種工作模式之間的切換是通過(guò)單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)的，具體切換電路如圖7所示，所有的切換開(kāi)關(guān)均為常開(kāi)，減少系統(tǒng)的額外電量損耗。此方案可以實(shí)現(xiàn)多種電池成組方式的快速轉(zhuǎn)換，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有復(fù)雜元器件的使用，減少硬件電路的成本，并且切換電路的控制策略易實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)中電池組的三種工作模式都是由圖7通過(guò)控制策略切換而來(lái)。

圖7 電池成組電路

模式一，制動(dòng)/充電過(guò)程，該模式下電池組處于充電過(guò)程，具體實(shí)現(xiàn)方法：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制K1、K4、K7…K3n-5閉合，K2、K5…K3n-4斷開(kāi)，K3、K6…K3n-3閉合。模式二，勻速行駛過(guò)程，勻速行駛過(guò)程中電池組處于放電過(guò)程，并且電機(jī)對(duì)電流要求相對(duì)不大，具體實(shí)現(xiàn)方法：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制K1、K4、K7…K3n-5斷開(kāi)，K2、K5…K3n-4閉合，K3、K6…K3n-3斷開(kāi)。模式三，加速過(guò)程，加速行駛過(guò)程相對(duì)于勻速過(guò)程，電機(jī)對(duì)電流需求大，所以在電池組中，需要有并聯(lián)形式的存在，增大輸出電流，具體實(shí)現(xiàn)方法：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制K1、K4閉合，K3、K6閉開(kāi)，K2、K5斷開(kāi)，K7斷開(kāi)，K8閉合，K9斷開(kāi)，K10、K13閉合，K12、K15閉合，K11、K14斷開(kāi)，以此類推。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件采取自頂而下，模塊化思路，采集部分是將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)處理，然后作為其他功能的輸入[9]。本系統(tǒng)根據(jù)磷酸鐵鋰電池的外特征，搭建電池模型，并在其基礎(chǔ)上應(yīng)用擴(kuò)展卡爾曼濾波的SOC算法。為了將電池參數(shù)直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，加入了人機(jī)交互功能。

3.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

按照系統(tǒng)需要制定的控制策略如圖8所示。其中電池成組模塊根據(jù)電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和當(dāng)前速度判斷電池工作模式是否與系統(tǒng)設(shè)定的一致，如果不一致，需要控制特定的繼電器動(dòng)作，使電池組處于正確的串并聯(lián)模式；故障診斷和記錄模塊，軟件系統(tǒng)列舉了可能出現(xiàn)的故障，進(jìn)行故障分類，即過(guò)流、高壓、欠壓、高溫、低溫，每一類故障對(duì)應(yīng)硬件電路一個(gè)指示燈，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，首先接通故障蜂鳴器，然后定位故障類型，將相應(yīng)類型故障指示燈點(diǎn)亮，最后定位到具體單體電池，以文字標(biāo)簽的形式顯示，此模塊自動(dòng)記錄所有出現(xiàn)過(guò)的故障，方便維護(hù)查看。充放電控制模塊主要是控制與外界連接的負(fù)載電路與充電機(jī)。

圖8 系統(tǒng)軟件模塊

3.2 電量檢測(cè)算法設(shè)計(jì)

在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中由于本文建立的的電池模型是一個(gè)三階的等效RC模型如圖9，由于模型的高階特點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生的高斯白噪聲，且電池在三種模式切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生激勵(lì)噪聲[10]，且在繼電器切換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生震蕩對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)造成極大的誤差，由于汽車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)電池造成許多非平穩(wěn)且隨機(jī)的干擾?？紤]到目前的嵌入式的可實(shí)現(xiàn)性和目前的電池檢測(cè)濾波算法，擴(kuò)展卡爾曼濾波算法是可以隨著電池電量的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的濾除掉隨機(jī)噪聲，擴(kuò)展卡爾曼濾波作為一種比較成熟的濾波方法比較廣泛的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)展卡爾曼作為一種有效的估算方法越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中。

圖9 電池模型圖

用狀態(tài)方程式(1)和測(cè)量方程(2)中確定電池的狀態(tài)空間模型，其中的方程系數(shù)在上述三階的等效RC模型中確定的A(k-1)，B(k-1)和H(K-1)的方程系數(shù)如下所示。

X(k)=A(k-1)X(k-1)+B(k-1)U(k)+w(k)

(1)

Z(k)=H(k-1)X(k-1) +v(k)

(2)

(3)

(4)

(5)

其中:C(Ik,T,K)是在不同放電倍率和不同溫度下的電池容量。f(s)是關(guān)于SOC和開(kāi)路電壓的關(guān)聯(lián)函數(shù)，U(k)為現(xiàn)在狀態(tài)的控制量，且假設(shè)狀態(tài)中的w(k)和測(cè)量中的v(k)均為高斯白噪聲，且為互相不干涉的噪聲。

應(yīng)用卡爾曼濾波對(duì)于系統(tǒng)的預(yù)測(cè)公式，基于系統(tǒng)的過(guò)程模型[11]，由上一個(gè)狀況而計(jì)算出現(xiàn)在的狀況，再結(jié)合現(xiàn)在的狀況我們可以得到現(xiàn)在的最優(yōu)化估算值。然后根據(jù)下列遞推循環(huán)式來(lái)得到最優(yōu)的SOC估算的推導(dǎo)過(guò)程如下:

1)狀態(tài)變量估計(jì)U(k)：

U(k)=A(k-1)X(k-1)+B(k-1)Δt+w(k)

(6)

2)觀測(cè)量估計(jì)V(k)：

V(k)=H(k-1)U(k)+v(k)

(7)

3)均方估計(jì)誤差預(yù)測(cè)估計(jì)P(k):

P(k)=A(k-1)P(k-1)AT(k-1)+QW

(8)

4)卡爾曼濾波增益Kg(k)：

Kg(k)=kg(k-1)HT(k-1)[H(k-1)P(k)+QV]

(9)

5)狀態(tài)最優(yōu)估計(jì)X(k-1)：

X(k-1)=U(k-1)+Kg(k)[V(k)-X(k-1)]

(10)

6)均方誤差最優(yōu)估計(jì)P(k)：

P(k)=[1-Kg(k)H(k-1)]P(k-1)

(11)

其中:U(K-1)表示U的初試預(yù)計(jì)值，U(K)是通過(guò)上一個(gè)狀態(tài)的預(yù)測(cè)，X(k-1)是上一個(gè)過(guò)程的最佳預(yù)測(cè)，QW表示狀態(tài)噪聲的協(xié)方差，QV表示測(cè)量噪聲的協(xié)方差，V(k)是端電壓預(yù)計(jì)值。

利用充電機(jī)對(duì)電池進(jìn)行恒流轉(zhuǎn)恒壓充電，截止電壓設(shè)為3.6 V，擱置一段時(shí)間，此時(shí)電池的SOC值為1。然后進(jìn)行放電試驗(yàn)，以0.5 C的放電速度接通電阻300 s，靜置3600 s，通過(guò)上位機(jī)的顯示記錄下最后一秒的開(kāi)路電壓，之后繼續(xù)以0.5 C的速率放電300 s，靜置3600 s，記錄下最后一秒的開(kāi)路電壓，不斷循環(huán)這個(gè)過(guò)程直到電池電壓為2.2 V，結(jié)束測(cè)試。可根據(jù)每次記錄的開(kāi)路電壓值計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的SOC值，因此獲得OCV-SOC關(guān)系曲線，如圖10所示，且其和理論相吻合。根據(jù)圖10所示得出f(s,t)的函數(shù)關(guān)系式，是關(guān)于OCV和SOC的函數(shù)。

圖10 OCV-SOC關(guān)系曲線

3.3 人機(jī)交互設(shè)計(jì)

為了方便上位機(jī)的界面的操作和信息的顯示，本系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)置啟動(dòng)界面、操作界面、電池參數(shù)實(shí)時(shí)顯示界面、電壓參數(shù)記錄界面等多個(gè)歷史界面。啟動(dòng)界面是系統(tǒng)上電后的顯示的界面，操作界面是電源管理系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中的執(zhí)行一些必要操作的界面，電池參數(shù)實(shí)時(shí)顯示界面是實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程單體電池和電池組的電流、溫度、電壓和SOC，歷史顯示界面是一段時(shí)間內(nèi)各參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。

系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，上位機(jī)自動(dòng)進(jìn)入啟動(dòng)界面，點(diǎn)擊界面任意位置會(huì)進(jìn)入自動(dòng)操作界面。操作界面如圖11所示，界面的下方設(shè)置有進(jìn)入其他界面的按鈕，方便不同界面的切換；右側(cè)設(shè)置了手/自動(dòng)切換按鈕和自動(dòng)模式下的啟動(dòng)、停止按鈕；當(dāng)標(biāo)簽呈現(xiàn)綠色時(shí)說(shuō)明系統(tǒng)處于當(dāng)前狀態(tài)，否則顯示紅色，電池組當(dāng)前電壓顯示表反應(yīng)了電池組的工作模式；界面內(nèi)還設(shè)置了速度輸入旋鈕，控制器會(huì)根據(jù)速度值自動(dòng)定位電池組的工作模式。

圖11 自動(dòng)操作界面

4 實(shí)驗(yàn)仿真及分析

4.1 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果

為了驗(yàn)證系統(tǒng)電池成組控制技術(shù)和SOC估算的正確性，應(yīng)用Simulink模擬了一種包含多種速度狀態(tài)即加速、勻速、減速、制動(dòng)的工況曲線如圖12。將工況曲線作為模型輸入，以設(shè)計(jì)的單片機(jī)電源管理系統(tǒng)作為平臺(tái)[12]，得到的SOC估算曲線如圖14，電壓仿真如圖13，由上圖可以得出SOC估算誤差和電壓掛算精度都可以控制在5%以內(nèi)，由上述可知仿真得到的電壓曲線與實(shí)驗(yàn)得到的曲線誤差在5%以內(nèi)處于可接受范圍內(nèi)。

圖12 模擬工況曲線

圖13 模擬工況下SOC仿真曲線

圖14 普通電池成組和新型電池成組對(duì)比

圖15 不同工況下電池電壓仿真曲線與實(shí)際輸出電壓曲線

4.2 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)分析不同的工況把電流信號(hào)分為三段作為輸入信號(hào)，來(lái)模擬電池組在不同工作狀態(tài)下的需求，并通過(guò)卡爾曼濾波等技術(shù)測(cè)出電池組的電壓等均衡狀態(tài)，通過(guò)圖12可以看出來(lái)把三種電池狀態(tài)，勻速模式一，制動(dòng)/充電，并聯(lián)充電；模式二，勻速過(guò)程，電池組串聯(lián)；模式三，加速過(guò)程，電池組先并聯(lián)后串聯(lián)。

把圖12作為輸入時(shí)通過(guò)測(cè)量普通并聯(lián)電池和可切換狀態(tài)電池輸出的過(guò)程，可以看出來(lái)新型切換狀態(tài)能適應(yīng)更多的狀況，在加速過(guò)程中新型成組方式可以提供更大的電壓即功率輸出提高8%左右，因此使電池具有更強(qiáng)的動(dòng)力特性。

通過(guò)圖13可以觀測(cè)出，仿真出來(lái)的圖和通過(guò)測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)趨勢(shì)基本相符，整體測(cè)量出來(lái)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)略高于仿真值，原因在于實(shí)際電池的功耗會(huì)有小幅度的提升，可以控制在百分之五之內(nèi)。模擬工況圖14的結(jié)果可以看出，伴隨著加速減速等過(guò)程SOC估算會(huì)有波動(dòng)，但是整體的線性度基本符合電池成組的測(cè)量規(guī)律。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)基于單片機(jī)的動(dòng)力鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在采集模塊、擴(kuò)展卡爾曼濾波算法和電池成組電路的共同作

用下，在matlab仿真本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，改進(jìn)后的成組電路會(huì)有更強(qiáng)的適應(yīng)性且SOC估算精度和電壓精度都得到的提高，趨于穩(wěn)定并符合實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了SOC準(zhǔn)確的估算和系統(tǒng)根據(jù)工況的不同自動(dòng)切換電池成組方式的可靠性。