系統(tǒng)調(diào)試及試運行

管理系統(tǒng)的調(diào)試分為各種功能模板的調(diào)試，軟件功能調(diào)試及系統(tǒng)的整體調(diào)試。系統(tǒng)運行正常后，再對電流、電壓、溫度等精度進行校準。接著進行一段時間的臺架試驗。最后這套系統(tǒng)裝車，進行整車性能試驗和試運行。在調(diào)試和運行的過程中，重要遇到了以下幾個問題：

1.系統(tǒng)抗干擾能力較差，當(dāng)電池大電流放電或車上電機運轉(zhuǎn)時，CAN總線通訊會丟失數(shù)據(jù)或錯誤。

2.單電池電壓測量電路中的場效應(yīng)管和運算放大器由于靜電原因和插拔的影響，會損壞。

3.2003年七月的5000公里運行實驗中，由于持續(xù)幾天陰雨天氣，導(dǎo)致環(huán)境濕度非常大，系統(tǒng)的CAN通訊完全中斷。經(jīng)深入檢查及測試后，發(fā)現(xiàn)CAN接口電路多數(shù)損壞，原因重要是電池組450伏高壓漏電所致。

針對以上問題，我們重要采取了如下方法和措施。

1.改進電路板，重新布線。電路板上數(shù)字與模擬部分要分開布線，最后實現(xiàn)一點接地。電源及CAN接口部分與其他電路要建立足夠的隔離區(qū)，以防止電路的相互漏電干擾。在單電池測量電路上加上對場效應(yīng)管和運放的保護器件。CAN接口芯片由82C250改為耐高壓的82C251.

2.濾波。BMS-Ⅲ系統(tǒng)中，系統(tǒng)供電入口端必須加一濾波器，濾波器的電流不要太大，一般為負載的2～3倍，這樣可防止外界騷擾對系統(tǒng)的沖擊。實驗中還發(fā)現(xiàn)，充電機的輸出端必須加一個濾波器，有效抑制高頻干擾，否則，單電池電壓測量不準。電池測量線的外面套一個磁環(huán)，對抑制干擾也起一定用途。

3.屏蔽。在實驗中發(fā)現(xiàn)，假如不用屏蔽線，當(dāng)小電流充放電或者電機DC/DC沒有工作室時，CAN總線還能正常工作，電流一旦加大或電機開始工作，CAN總線就有可能失靈。最后改用屏蔽線，并且整個CAN總線的屏蔽都接在一起，CAN總線才完全工作正常。電動汽車是一個強干擾源的地方，能用屏蔽線的地方盡量用屏蔽線以防患于未然，這是非常值得注意的。

4.改進供電系統(tǒng)。以前CAN總線由一點來供電，這樣當(dāng)空氣潮濕時，電池組450伏高壓漏電很容易擊穿CAN接口電路。一方面將接口芯片改成耐高壓的器件，另一方面我們將供電系統(tǒng)改成一頭一尾兩點供電，大大提高了可靠性。

5.修改軟件。在軟件中我們加強了對CAN總線錯誤狀態(tài)的監(jiān)測，一旦總線出錯，程序?qū)⒆詣訌?fù)位該CAN節(jié)點。從軟件方面增強抗干擾能力。

8.1運行結(jié)果

8.2.1精度實驗

在實驗室我們對系統(tǒng)的精度做了一次全面的試驗，結(jié)論是必須采取有效的抗干擾措施，單電池電壓精度才能達到15毫伏，圖8.1是14路單體電池電壓的精度試驗圖。

8.2.2均衡實驗

我們研制的旁路分流均衡模塊在實驗室進行了42路均衡實驗。控制算法是全過程電壓均衡控制。按兩只單體電池為一單元進行均衡，均衡精度約為正負0.02伏。圖8.2是均衡實驗圖。

8.2.3診斷實驗

在實驗室我們用8節(jié)鋰離子電池進行了專家系統(tǒng)的診斷實驗。圖8.3是診斷實驗時在放電過程中采樣到的單電池端電壓變化曲線，圖8.4是電池診斷模糊專家系統(tǒng)給出的診斷結(jié)果。

8.2.4臺架實驗

系統(tǒng)樣機在電池實驗室斷續(xù)調(diào)試運行了近3-4個月，2002年九月末開始在整車組進行現(xiàn)場臺架試驗。改進后的樣機裝在燃料動力電池平臺車上調(diào)試和試運行。

在臺架上進行了不同倍率的充電和放電試驗，記錄了充放電過程中的溫度、電壓、電流變化曲線。特別是收集了大量的單電池電壓的變化曲線，分析了電池組的一致性，對靜態(tài)SOC進行了標(biāo)定和測試，考核了系統(tǒng)的可靠性。圖8.5是臺架試驗過程中單電池充電時電壓變化曲線，圖8.6是1/2C放電初期時的電壓變化曲線，圖8.7是1/2C放電后期的電壓變化曲線。

8.2.5運行實驗這套系統(tǒng)裝在燃料動力電池大客車上，完成了整車電路調(diào)試，進行了整車性能試驗和1600公里的運行，圖8.8是車輛行駛過程中的放電電流及電量曲線。

圖8.9和圖8.10是2003年十月二十五日車上實驗的數(shù)據(jù)曲線。初始走車時，路面比較平穩(wěn)，坡少且坡度都不大，汽車運行平穩(wěn)。由下面兩圖可以看出，當(dāng)汽車處于平穩(wěn)運行狀態(tài)時，蓄電池處于小電流充電狀態(tài)，總電壓變化不大，單體電池電壓也基本處于不變狀態(tài)。

這套管理系統(tǒng)經(jīng)過了實驗室性能試驗、近4個月的臺架試驗和整車調(diào)試及5000公里的實際運行。在整個過程中，系統(tǒng)運行基本正常。在單電池電壓測量、總電壓、總電流、溫度測量及SOC估計和其他功能方面均達到了整車的要求。對均衡方法和模糊專家診斷也進行了研究。結(jié)果表明，這套系統(tǒng)具有較高的可靠性和實用性。取得的重要成果如下：

1.系統(tǒng)實現(xiàn)了分布式結(jié)構(gòu)、模塊化、多CAN通訊及多功能的先進系統(tǒng)。

2.測量實現(xiàn)了高精度，總電流與總電壓精度分別為0.5%和0.2%，使電量計量更加精確。

3.具有特色的鋰離子電池單體電壓測量電路，達到了108-126路，可以擴展至更多路，精度在(0.1-0.2)%.

4.對鋰離子電池的均衡電路和均衡算法進行了研究和設(shè)計，對鋰離子電池的模糊診斷專家系統(tǒng)進行了基本的實驗。

5.新的SOC估計方法充分考慮各種因素包括一致性對電量估計的影響，加入了各種補償，提高了電量估計的精度。

6.實現(xiàn)了系統(tǒng)在車上的運行，解決了系統(tǒng)24V電源自動控制、抗靜電干擾、抗電機DC/DC干擾，抗高壓漏電等一系列問題。通過了臺架實驗并完成了5000公里的整車實際運行試驗，解決了出現(xiàn)的一系列技術(shù)問題，工程化水平和可靠性有了很大的提高。

同時系統(tǒng)也不可防止地也存在一些不足，關(guān)于系統(tǒng)下一步的改進，有如下幾點建議：

1.考慮到將來診斷系統(tǒng)的擴展以及在混合車上對SOC的長期跟蹤，建議更換CpU.可考慮采用philips的32位ARM系列嵌入式微控制器，在兼顧性能與成本的基礎(chǔ)上，建議采用32位微控制器LpC2129，LpC2129具有非常小的64腳封裝、極低的功耗、多個32位按時器、4路10位ADC、2路CAN、pWM通道、46個GpIO以及多達9個外部中斷使它們特別適用于汽車、工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯維護總線。這不僅可以降低成本，還可以縮小測量電路板的體積，關(guān)于電池管理系統(tǒng)真正走向市場具有重要的意義。

2.均衡電路還只是作了初步的研究，采用了簡單的旁路分流法，控制算法是全過程電壓均衡。究竟選用一種什么樣的均衡電路及控制算法才能讓能量的損耗最小，充電均衡還是放電均衡都是很值得研究的問題。

3.模糊診斷專家系統(tǒng)離真正實用還有一定的距離，故障診斷所用規(guī)則以及各隸屬度值的確定還要與電池專家深入探討，并且通過大量的實驗不斷調(diào)整。

目前系統(tǒng)的診斷以靜態(tài)或慢變化為主，關(guān)于實際車上的動態(tài)診斷還需在數(shù)據(jù)獲取和SOR評估算法上作進一步的研究和改進。