XXXX電池信息管理系統(tǒng)總體方案20160523

1、航天科工系統(tǒng)仿真科技（北京）有限公司XXXX電池管理系統(tǒng)總體方案航天科工系統(tǒng)仿真科技（北京）有限公司2016年5月23日15目 錄1概述12系統(tǒng)功能12.1嵌入式軟件功能12.2電池信息管理系統(tǒng)軟件功能23系統(tǒng)基本工作原理34硬件系統(tǒng)44.1主電路模塊44.1.1功率級(jí)主電路44.1.2控制級(jí)主電路54.2電池管理模塊64.2.1輔助供電電路64.2.2信號(hào)檢測(cè)電路64.2.3余度切換電路64.2.4溫控系統(tǒng)64.2.5通信電路設(shè)計(jì)75軟件系統(tǒng)75.1總體框架75.2系統(tǒng)功能組成85.3軟件功能設(shè)計(jì)95.3.1閾值參數(shù)設(shè)置功能設(shè)計(jì)95.3.2動(dòng)態(tài)參數(shù)采集功能105.3.3告警管理與故障診斷功能

2、115.3.4電池健康狀態(tài)評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)功能115.3.5系統(tǒng)建模與仿真功能115.3.6電池?cái)?shù)據(jù)管理功能126關(guān)鍵技術(shù)126.1有源箝位技術(shù)126.2動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試技術(shù)136.3SOC估計(jì)技術(shù)136.4均衡技術(shù)146.5內(nèi)阻的在線測(cè)試技術(shù)146.6SOH估計(jì)與故障診斷技術(shù)146.7電池模型技術(shù)151 概述電池管理系統(tǒng)是整個(gè)XXXX系統(tǒng)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，它擔(dān)負(fù)著為監(jiān)控系統(tǒng)的其他系統(tǒng)提供有效載荷的重要任務(wù)。電池管理系統(tǒng)供電質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響監(jiān)控系統(tǒng)整體的工作狀態(tài)，由于XXXX系統(tǒng)上的各種電子設(shè)備多，用電量大，XXXX系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制較為復(fù)雜，供電系統(tǒng)的浪涌、尖峰等瞬態(tài)變化過(guò)程，會(huì)引起XXXX系統(tǒng)電子

3、設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)誤的信息，或?qū)υO(shè)備的性能產(chǎn)生不利的影響，導(dǎo)致測(cè)控任務(wù)失敗，設(shè)計(jì)一個(gè)具有高可靠性的測(cè)控電池管理系統(tǒng)是非常有必要的。2 系統(tǒng)功能電池管理系統(tǒng)的功能主要分為兩部分，一部分為嵌入式軟件功能，另一部分為電池信息管理系統(tǒng)軟件功能。2.1 嵌入式軟件功能XXXX電池管理分系統(tǒng)（以下稱(chēng)本系統(tǒng)）是XXXX電池管理系統(tǒng)（以下稱(chēng)電池管理系統(tǒng)）的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，完成針對(duì)電池管理系統(tǒng)的檢測(cè)、控制、信息通訊和信息存儲(chǔ)等功能。檢測(cè)功能：完成對(duì)電池管理系統(tǒng)有效載荷及輸出的電壓、電流等參數(shù)的檢測(cè)功能；控制功能：完成對(duì)電池管理系統(tǒng)輸出電壓、電流的控制功能和啟動(dòng)、暫停、停止等操作的控制功能；信息通訊功能：完成與上位機(jī)電池

4、信息管理控制系統(tǒng)的通訊功能；信息存儲(chǔ)功能：完成檢測(cè)信息、控制信息及與上位機(jī)電池管理控制系統(tǒng)通訊信息的存儲(chǔ)功能。2.2 電池信息管理系統(tǒng)軟件功能電池管理分系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和電池的控制，控制指令的產(chǎn)生是有條件的。需要根據(jù)用戶設(shè)置的閾值和采集到的參數(shù)共同做出判斷。閾值參數(shù)設(shè)置功能：軟件閾值參數(shù)設(shè)置功能設(shè)計(jì)在系統(tǒng)工作之前，需要對(duì)采集的參數(shù)設(shè)置參考值，額定電壓、額定電流、溫度范圍等，設(shè)置完成的參數(shù)可以保存在數(shù)據(jù)庫(kù)里。參數(shù)動(dòng)態(tài)采集功能：通過(guò)動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)各特性參數(shù)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握溫度參數(shù)、電壓參數(shù)、電流參數(shù)等參數(shù)。告警管理功能：告警模塊分溫度過(guò)高、溫度過(guò)低、電流過(guò)大、電壓過(guò)低告警模式。超出電池的使用范

5、圍會(huì)大大降低其使用壽命，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部斷裂，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)變差。充放電管理功能：充電管理單元需要實(shí)施監(jiān)控電池目前的電壓狀態(tài)和電流狀態(tài)；電池放電的時(shí)候最重要的是防止其過(guò)放電，過(guò)放電容易影響化學(xué)物質(zhì)的性能。電池健康狀態(tài)評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)功能：系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電池狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)、估計(jì)和預(yù)測(cè)來(lái)控制、管理電池的充放電過(guò)程，以保持電池在不同環(huán)境下、不同操作條件下能夠安全、可靠地運(yùn)行，從而減少電池故障，延長(zhǎng)電池壽命，確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。系統(tǒng)建模與仿真功能：通過(guò)電池系統(tǒng)的建模，以及基于模型的仿真，提高電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，驗(yàn)證電池的健康狀態(tài)。電池模型管理包括SOC模型、SOH模型、阻抗模型、溫度模型、充放電

6、功率模型、充放電效率模型。電池?cái)?shù)據(jù)管理功能：通過(guò)電池?cái)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)，建立電池電子履歷檔案，支持對(duì)電池相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、整理、處理、存儲(chǔ)、管理、應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)的備份。3 系統(tǒng)基本工作原理根據(jù)XXXX系統(tǒng)實(shí)際用電參數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)電池（磷酸鐵鋰電池OR鋰電池）和主電路（DC/DC變換器）都采用冗余技術(shù)，同時(shí)在輸出端加入備用電池，以保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和安全性。電池管理分系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件基本原理如圖1所示。圖1 電池管理分系統(tǒng)基本原理圖若采用雙余度有源箝位正激式變換器并聯(lián)給負(fù)載供電，需要在主電路中加入均流控制環(huán)。采用三閉環(huán)控制，能夠提高電池管理系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)優(yōu)先級(jí)原則對(duì)用電負(fù)載進(jìn)行劃分

7、，控制系統(tǒng)為第一優(yōu)先級(jí)，其他負(fù)載為次優(yōu)先級(jí)。當(dāng)電壓參數(shù)正常時(shí)，主電路輸出電壓同時(shí)對(duì)各個(gè)負(fù)載供電；當(dāng)監(jiān)測(cè)到XXXX系統(tǒng)電池電量不足時(shí)，將其他負(fù)載全部斷開(kāi)，只給控制系統(tǒng)供電，來(lái)保證XXXX系統(tǒng)執(zhí)行主要命令。因此在總體方案設(shè)計(jì)中輸出電壓直接給控制系統(tǒng)供電，其他負(fù)載則是輸出電壓經(jīng)過(guò)控制開(kāi)關(guān)后供電。4 硬件系統(tǒng)電池管理分系統(tǒng)總體上分為電池管理模塊和主電路模塊。電池管理模塊負(fù)責(zé)電池信號(hào)的檢測(cè)，主電路模塊負(fù)責(zé)電池的狀態(tài)的監(jiān)控、開(kāi)關(guān)以及連接其他功能器件。電池管理分系統(tǒng)功能組成圖如圖2所示。圖2 測(cè)控電池管理系統(tǒng)功能組成電池管理分系統(tǒng)由兩大部分組成：主電路模塊和電池管理模塊。主電路模塊分為主電路功率級(jí)設(shè)計(jì)和主電

8、路控制級(jí)設(shè)計(jì)兩部分。電池管理模塊分為輔助供電電路、信號(hào)檢測(cè)電路、余度切換電路、溫控系統(tǒng)、通信電路。4.1 主電路模塊4.1.1 功率級(jí)主電路有源箝位正激式功率級(jí)主電路包括：輸出濾波電路、自舉偏置電路、輸出整流電路、功率變壓器、有源箝位電路。輸出濾波電路：輸出濾波電路即輸出率波電感和輸出率波電容。有源箝位正激變換器，可以實(shí)現(xiàn)變壓器磁芯磁通的自動(dòng)復(fù)位，無(wú)需另加復(fù)位措施，并可使激磁電流沿正反方向流通，使磁芯可以在磁化曲線的第一和第三象限運(yùn)行，提高了磁芯的利用率。自舉偏置電路：在穩(wěn)態(tài)工作期間變換器用一個(gè)自舉電路來(lái)產(chǎn)生它自身的偏置源，給控制芯片供電。這種方法常使用簡(jiǎn)單高效的電路來(lái)供電。通常偏置源用一個(gè)專(zhuān)

9、用的輔助繞組由主變壓器給出。輸出整流電路：輸出整流電路作為變換器的重要組成部分，提供簡(jiǎn)單有效的自驅(qū)動(dòng)電路，使用的輔助繞組電壓自驅(qū)動(dòng)電路。功率變壓器：根據(jù)電池組電壓和實(shí)際使用電壓進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，一般為12V、36V、72V三種。有源箝位電路：有源箝位電路設(shè)計(jì)包括主開(kāi)關(guān)管的選擇、箝位開(kāi)關(guān)管的選擇、箝位電容的選擇。有源箝位電路復(fù)位電壓可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，切在變壓器上是完整的方波，能很自然的給副邊兩個(gè)同步，為整流管提供簡(jiǎn)單有效的自驅(qū)動(dòng)的方案。4.1.2 控制級(jí)主電路通過(guò)主電源控制級(jí)的設(shè)計(jì)，使主電路工作在閉環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)。主電路控制級(jí)設(shè)計(jì)主要包括：PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制電路設(shè)計(jì)、均流電路設(shè)計(jì)、繼電器開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)

10、、備用電池電路設(shè)計(jì)。PWM控制電路：采用峰值電流型控制方式，實(shí)現(xiàn)最大占空比設(shè)計(jì)、軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)、偏置源、延遲時(shí)間調(diào)整、輸入欠壓和過(guò)壓保護(hù)的設(shè)計(jì)、電流檢測(cè)和斜率補(bǔ)償。均流電路：均流電路設(shè)計(jì)包括均流控制電路和外圍電路設(shè)計(jì)。繼電器開(kāi)關(guān)電路：根據(jù)優(yōu)先級(jí)原則對(duì)用電設(shè)備負(fù)載進(jìn)行劃分。備用電池電路：主電路輸出電壓處使用備用電池與其并聯(lián)，組成浮充供電電路。4.2 電池管理模塊電池管理模塊的設(shè)計(jì)主要包括：輔助供電電路設(shè)計(jì)、信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、余度切換電路設(shè)計(jì)、溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通信電路設(shè)計(jì)。 電池管理模塊需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主回路的輸出電壓與電流，并根據(jù)采集的電壓電流值控制電池管理系統(tǒng)的工作狀態(tài)。4.2.1 輔助供電電路通過(guò)控制

11、芯片，使供電電池的供電電壓發(fā)生轉(zhuǎn)變，使系統(tǒng)獲得額定電壓。4.2.2 信號(hào)檢測(cè)電路信號(hào)檢測(cè)電路包括對(duì)供電電池電壓值的檢測(cè)、主電路的輸出電壓和輸出電流檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)到的電源電壓值和電流值，控制開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)余度的切換。電壓檢測(cè)電路：在電池管理分系統(tǒng)中，不僅要采集電池的剩余電量，還要檢測(cè)主電路的輸出電壓信號(hào)。電流檢測(cè)電路：電流檢測(cè)方法有檢測(cè)電阻法、電流互感器法和霍爾傳感器法，由于成本低廉的檢測(cè)電阻的精度較低，溫漂大，而若選用精度高的，溫漂小的合金電阻將使成本大大提高。4.2.3 余度切換電路系統(tǒng)采用雙余度（兩電池并聯(lián)）供電系統(tǒng)給負(fù)載供電。當(dāng)一塊電池出現(xiàn)問(wèn)題提供不了電量的時(shí)候另一塊電池能給負(fù)

12、載供電，保證系統(tǒng)的正常飛行。4.2.4 溫控系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)由檢測(cè)電路，單片機(jī)系統(tǒng)，控制電路構(gòu)成。其基本原理是檢測(cè)電路通過(guò)電池表貼的溫度傳感器測(cè)量電池工作溫度，經(jīng)放大電路將溫度電壓信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)根據(jù)溫度電壓信號(hào)的數(shù)值判斷是否要對(duì)電池表貼電阻絲加熱；設(shè)置單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的PWM控制寄存器產(chǎn)生脈沖寬度可調(diào)的PWM波對(duì)控制電路進(jìn)行開(kāi)通或關(guān)斷操作，同時(shí)單片機(jī)應(yīng)用PID算法對(duì)PWM控制寄存器的值進(jìn)行修正，從而達(dá)到對(duì)電池工作溫度的精確調(diào)整，使電池工作在最佳的放電狀態(tài)。硬件電路部分：硬件電路包括檢測(cè)電路、單片機(jī)系統(tǒng)、控制電路。軟件設(shè)計(jì)部分：軟件設(shè)計(jì)共分為溫度采集模塊，PID算法模塊和PWM波控

13、制模塊3大模塊。4.2.5 通信電路設(shè)計(jì)為了保證測(cè)控電池管理分系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要將電池管理系統(tǒng)中電池剩余電量(SOC)、溫度以及電壓、電流等參數(shù)實(shí)時(shí)地傳送給控制系統(tǒng)，以保證其可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的判斷及動(dòng)作，因此需要設(shè)計(jì)安全性高、傳輸速率高的通訊電路。5 軟件系統(tǒng)5.1 總體框架從使用的角度考慮，可將系統(tǒng)劃分為三層：應(yīng)用層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)層。應(yīng)用層：主要是實(shí)現(xiàn)與使用者交互的功能。該層將用戶的信息顯示到界面上，或者將用戶輸入的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言能夠識(shí)別的信息，可能是代碼，也可能是漢字，為存入數(shù)據(jù)庫(kù)做準(zhǔn)備。傳輸層：主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)采集層與應(yīng)用層數(shù)據(jù)的傳輸。用戶需要錄入到數(shù)

14、據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)和下位機(jī)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)傳輸層到達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)或者應(yīng)用層。用戶查看的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出來(lái)或者直接從采集層得到，然后傳輸?shù)綉?yīng)用層，以約定的方式顯示。傳輸層的穩(wěn)定工作是系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)采集層：主要實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與傳輸層之間數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)軟件將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或傳輸?shù)綉?yīng)用層。用戶查看的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出來(lái)，然后傳輸?shù)綉?yīng)用層，以約定的方式顯示。數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要存儲(chǔ)從下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)和上位機(jī)計(jì)算的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)連接數(shù)據(jù)庫(kù)，查找數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，或者將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)架構(gòu)模式圖如圖所示。圖3 系統(tǒng)架構(gòu)模式圖電池管理系統(tǒng)當(dāng)中，底層有兩部分，采集層和數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接層。應(yīng)用層和各個(gè)模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)之間

15、通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接模塊實(shí)現(xiàn)，它的工作我們直觀的感受不到，實(shí)在每次系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候開(kāi)始工作的。5.2 系統(tǒng)功能組成數(shù)據(jù)采集部分實(shí)際還實(shí)現(xiàn)電池充電和放電工作的管控工作。采集和控制的數(shù)據(jù)或指令通過(guò)串口發(fā)送或接收。系統(tǒng)基本框架圖如圖所示。圖4 系統(tǒng)基本框架圖由于涉及到電池充電和放電問(wèn)題，時(shí)間控制不好或者參數(shù)設(shè)置不對(duì)，容易對(duì)電池組造成傷害，所以設(shè)計(jì)登陸驗(yàn)證功能，只有熟悉系統(tǒng)操作方式的人員經(jīng)過(guò)授權(quán)才可以登陸系統(tǒng)進(jìn)行操作。用戶首先要輸入用戶名和密碼，然后才可以操作軟件。登陸后要與下位機(jī)取得聯(lián)系。其方式就是輸入系統(tǒng)約定的通行參數(shù)，如：串口號(hào)、波特率、校驗(yàn)方式、停止位等信息。連接串口的工作有軟件自動(dòng)完成，如果串口號(hào)不

16、對(duì)，會(huì)返回來(lái)要求用戶重新選擇串口，再次連接。然后系統(tǒng)軟件對(duì)各部分進(jìn)行初始化操作，用戶也可以選擇手動(dòng)操作方式或者是自動(dòng)工作方式。自動(dòng)方式將根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)與下位機(jī)以固定的模式進(jìn)行通信，手動(dòng)模式情況下，用戶可以隨時(shí)修改參數(shù)，與下位機(jī)通信。5.3 軟件功能設(shè)計(jì)5.3.1 閾值參數(shù)設(shè)置功能設(shè)計(jì)軟件閾值參數(shù)設(shè)置功能設(shè)計(jì)在系統(tǒng)工作之前，需要對(duì)采集的參數(shù)設(shè)置參考值，額定電壓、額定電流、溫度范圍等。因?yàn)閰?shù)采集的硬件的參數(shù)是有一定范圍的，并不是任意的數(shù)值都能夠采集，使用不當(dāng)?shù)脑捜菀讚p壞器件。設(shè)置完成的參數(shù)可以保存在數(shù)據(jù)庫(kù)里，每次系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候可以將最后一次設(shè)置的信息顯示在對(duì)話框的標(biāo)簽內(nèi)，如果本次單數(shù)與上次相

17、同，直接可以使用。5.3.2 動(dòng)態(tài)參數(shù)采集功能通過(guò)動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)各特性參數(shù)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握溫度參數(shù)、電壓參數(shù)、電流參數(shù)等參數(shù)。1) 溫度參數(shù)采集功能要對(duì)電池組中安裝的熱電偶的實(shí)際溫度準(zhǔn)去采集，要對(duì)其采集的頻率、采集的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行規(guī)劃。只有采集頻率足夠高，才能夠消除因?yàn)闀r(shí)間長(zhǎng)而導(dǎo)致的誤差加大現(xiàn)象。采集點(diǎn)數(shù)的增加可以是軟件的算術(shù)平均濾波法的計(jì)算結(jié)果更貼近真實(shí)值。2) 電壓參數(shù)采集功能單節(jié)電池的電壓通常是固定的，測(cè)量不同的電池組，使用的電池不同，其額定電壓就不同，只有電池管理系統(tǒng)將參數(shù)通知到下位機(jī)，下位機(jī)才能夠相應(yīng)調(diào)整其它參數(shù)，輸出正確的結(jié)果。電池電壓的采集也設(shè)計(jì)到采集周期、采集點(diǎn)數(shù)、采集頻率的問(wèn)題。3)

18、 電流參數(shù)采集功能當(dāng)被測(cè)量是直流時(shí)，應(yīng)選直流測(cè)量機(jī)構(gòu)的原理。當(dāng)被測(cè)量是交流時(shí)，應(yīng)注意波形與頻率。若為正弦波，只需測(cè)出有效值即可換算為其它值（如最大值、平均值等）；若為非正弦波，則應(yīng)區(qū)分需測(cè)量的是什么值，有效值可選用磁系或鐵磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)，平均值則選用整流系測(cè)量機(jī)構(gòu)。電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的儀表常用于交流電流和電壓的精密測(cè)量。單節(jié)電池的最大放電電流通常是固定的，測(cè)量不同的電池組，使用的電池不通，其額定流就不同，只有電池管理系統(tǒng)將參數(shù)通知到下位機(jī)，下位機(jī)才能夠相應(yīng)調(diào)整其它參數(shù)，輸出正確的結(jié)果。電池電流的采集也設(shè)計(jì)到采集周期、采集點(diǎn)數(shù)、采集頻率的問(wèn)題。要充分發(fā)揮下位機(jī)采集準(zhǔn)確度的作用，還必須根據(jù)被測(cè)量的大小，

19、合理選用測(cè)量上限，如選擇不當(dāng)，其測(cè)量誤差將會(huì)很大。一般使對(duì)被測(cè)量的指示大于電池最大電流的1/22/3以上，而不能超過(guò)其最大測(cè)量上限。5.3.3 告警管理與故障診斷功能告警模塊分溫度過(guò)高、溫度過(guò)低、電流過(guò)大、電壓過(guò)低告警模式。故障診斷基于電路板各元器件運(yùn)行參數(shù)，判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。超出電池的使用范圍會(huì)大大降低其使用壽命，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部斷裂，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)變差。電池的工作電流最好工作在一個(gè)大致恒定的區(qū)間，即使有大電流工作的時(shí)候，也應(yīng)該是工作在脈沖模式，過(guò)大電流放電容易導(dǎo)致電池壽命下降，故對(duì)電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控至關(guān)重要。電池的容量是一定的，其大部分時(shí)間工作在額定電壓附近，一旦電池電量接近耗完，電壓將

20、急劇下降。這時(shí)候應(yīng)該提示用戶迅速關(guān)閉電池組，否則容易損傷電池。5.3.4 電池健康狀態(tài)評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)功能系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電池狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)、估計(jì)和預(yù)測(cè)來(lái)控制、管理電池的充放電過(guò)程，以保持電池在不同環(huán)境下、不同操作條件下能夠安全、可靠地運(yùn)行，從而減少電池故障，延長(zhǎng)電池壽命，確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。全面的系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)包括：數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、安全保護(hù)與報(bào)警、電池狀態(tài)估計(jì)與預(yù)測(cè)、電池充電和放電控制、單體電池的均衡管理、熱管理（溫控管理）、信息傳輸（系統(tǒng)通信）等。5.3.5 系統(tǒng)建模與仿真功能針對(duì)電池管理的特點(diǎn)，建立電池模型管理，包括SOC模型、SOH模型、阻抗模型、溫度模型、充放電功率模型、充放電效率模型。通

21、過(guò)電池系統(tǒng)的建模，以及基于模型的仿真，提高電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，驗(yàn)證電池的健康狀態(tài)。5.3.6 電池?cái)?shù)據(jù)管理功能電池?cái)?shù)據(jù)管理是電池全生命周期過(guò)程數(shù)據(jù)的管理，以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理。功能上分為電池檔案管理和數(shù)據(jù)庫(kù)備份管理1) 電池檔案管理功能通過(guò)電池檔案管理系統(tǒng)，能夠?qū)﹄姵叵嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、整理、處理、存儲(chǔ)、管理及應(yīng)用等操作。電池檔案管理功能主要表現(xiàn)在電池全生命周期的信息管理，包括電池的基本信息、狀態(tài)信息、使用信息、維護(hù)信息、健康及壽命信息等。2) 軟件數(shù)據(jù)庫(kù)備份模塊一個(gè)健壯的管理系統(tǒng)，能夠在任何情況下保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。為了防止意外的情況，包括硬件故障和人為因素的原因，本設(shè)計(jì)完成了數(shù)據(jù)備份

22、功能，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)內(nèi)容定時(shí)進(jìn)行備份存儲(chǔ)，當(dāng)數(shù)據(jù)意外丟失的時(shí)候，可以將備份數(shù)據(jù)恢復(fù)至原來(lái)的狀態(tài)。備份數(shù)據(jù)被固定存儲(chǔ)在系統(tǒng)軟件設(shè)置的文件夾內(nèi)，用戶可以定期查看備份效果。本分功能均在軟件空閑時(shí)間工作，不影響系統(tǒng)的正常使用。6 關(guān)鍵技術(shù)6.1 有源箝位技術(shù)有源箝位正激變換器可以實(shí)現(xiàn)變壓器磁芯磁通的自動(dòng)復(fù)位，無(wú)需另加復(fù)位措施，并可使激磁電流沿正反方向流通，使磁芯可以在磁化曲線的第一和第三象限運(yùn)行，提高了磁芯的利用率。同時(shí)該復(fù)位技術(shù)和其他復(fù)位方式相比，該電路還具有如下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)由于它的復(fù)位電壓可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，所以占空比可以大于 0.5，非常適合DC/DC 變換器的寬范圍要求； (2)有源箝位正激電

23、路變壓器上是完整的方波，能很自然的給副邊兩個(gè)同步整流管提供簡(jiǎn)單有效的自驅(qū)動(dòng)的方案。它的缺點(diǎn)是變壓器的復(fù)位電壓由箝位電容與輸入電壓之差來(lái)提供，所以其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度上會(huì)略顯不足，通常將箝位電容設(shè)計(jì)得比較小以取得較好的動(dòng)態(tài)性能，但這又會(huì)使得開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力增大，因而設(shè)計(jì)時(shí)，還需要折中考慮。通過(guò)對(duì)各種復(fù)位方式優(yōu)缺點(diǎn)分析，根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，本文采用有源箝位技術(shù)，即有源箝位正激電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前，常用有的有源箝位正激式電路包括低邊有源箝位電路和高邊有源箝位電路，下面通過(guò)對(duì)高低邊有源箝位電路分析，選出一種適合本課題的有源箝位電路。6.2 動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試技術(shù)動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試技術(shù)是電池管理系統(tǒng)中的基本功能，通過(guò)動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的精確測(cè)量。評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括測(cè)量精度、穩(wěn)定性、電測(cè)兼容性、通信可靠性。此外，再借助電池管理系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力、運(yùn)算能力和通訊能力，使得動(dòng)態(tài)參數(shù)得以更加高效的獲取、處理、存儲(chǔ)、管理和使用。同事，動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)可用來(lái)分析SOC（剩余電量）、SOH（電池健康狀態(tài)）、均衡控制、內(nèi)阻測(cè)試、故障診斷等。6.3 SOC估計(jì)技術(shù)SOC也叫剩余電量，代表的是電池使用一段時(shí)間