摘要：本文介绍了对电动汽车车用电池组进行监控的一种方法。本方法从硬件和软件两方面来实现。本文对系统中的各个模块作了说明和分析，并着重讲述了电池组管理系统的作用和实现方法。
关键词：电动汽车；电池组；GPS；监控

1.  引言

随着人类对环境的重视，电动汽车作为无污染的交通工具也越来越被人们关注。从各方面分析，电动汽车将有很好的发展前景。现在制约电动汽车发展的一个大的因素就是安全性，由于电动汽车车用电池一般为锂离子电池组，锂离子电池有一定的危险性，如对其管理不当，电池有时将自燃甚至爆炸。所以研制出一套对电动汽车车用电池组的监视系统变得尤为重要。

2. 电动汽车及锂电池特性简介

在介绍电动汽车电池组网络监控系统之前让我们先来了解一下电动汽车和近阶段电动汽车的主要动力源—-锂电池的一些特性。被认为是“未来汽车”的电动汽车分为三种：纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力电动汽车。纯电动汽车是指以车载电源蓄电池为动力，用电机驱动车轮行驶；燃料电池电动汽车是一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，它的特点是能量转化效率高，约是内燃机的2-3倍，生成物是水，不污染环境。混合动力电动汽车是装有两个以上动力源的汽车，最常见的是在城里用电机驱动，在城外用内燃机驱动。

锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池具有重量轻，容量大，内阻小的特点，因而广泛使用。但是它又极容易损坏，如果不按照它的充电特性，可充电次数将大大折扣。锂电池的充电过程见下图：

1.     锂电池充电分为以下四个阶段：

1).PRECHARGE                当电压降低到2.3V以下

2).CONST CURRENT CHARGE  电压在2.3V到4.2V之间

3).CONST VOLTAGE CHARGE  当电压>= 4.2V

4).TRICKLE CHAGE            当充电电流小于某个值

2.     四个阶段说明：

1).precharge             一般取20mA, 预充10分钟

2).const charge          一般取0.2C, 充至4.2V,其间要求监视电池温度

3).const voltage charge  充至 < 某个电流值

4).trickle charge        当3结束后，以某一个极小的电流平衡自放电

3. 电动汽车电池组网络监控系统

此系统针对电动车用锂离子动力蓄电池组在使用过程中的工作状况（如启动、爬坡、运行、刹车、停车），融合现代控制理论和人工智能技术，通过计算机控制，对电池组进行软硬件双套实时、可靠、有效、合理的监控与管理，从而确保电池组的安全使用。此电池监控系统包括了如下四部分：

电压及温度保护模块

   此模块主要是利用电压泵、压力应变片以及热敏电阻对电池组上下限电压、温度以及内压起到限制保护作用。

均充保护模块

   此模块采用了能量回收型均充电路，在电池组充电过程中不但起到了电池均充的作用，而且还起到了能量回收、节约能源的作用。

过温保护模块

    此模块利用温度开关，在硬件上对电池组温度进行第二重控制，从而起到严密的双保险管理；

电压及温度保护模块、均充保护模块和过温保护模块是从硬件方面来控制和实现。

电池组管理系统   此系统主要是从软件上管理电池组。

电池组管理系统是专门为解决电池组在使用时的安全问题而开发设计的：有效、合理的监控与管理，从而确保电池组的安全使用。此电池管理系统包括如下功能（见下表）：

软件实现的要求

给所有的电动车加装GPS和无线遥控系统，再搭建一个中心信息控制系统，所有加装该系统的电动车就形成了一个“车网”；中心信息控制系统对所有在“车网”中的车辆都进行24小时不间断的监测监控（不论电动车是处于充电、行驶还是闲置状态），同时它还将对异常状况进行紧急处理。电动汽车把有关其自身和电池组的数据和GPS信息通过无线电波发送出去。总体功能框图如下：

电动汽车下位机采样系统和GPS数据发送设备安装在电动汽车上。

中心信息控制系统对数据和信息进行分析。中心信息控制系统所要接收和处理的信息和数据有：

1.电池工作状态

主要是电池的温度，放电电压和工作电流等。实时的画出温度、电压和电流的关于时间的曲线。并显示采样点数、温度、电压和电流。当放电完成时算出电池容量,电池容量=放电电流*放电时间。如某辆电动汽车的电池的温度，电压和电流处于非正常状态，则马上发出报警信号，同时在信息中心和该辆电动汽车中都要有语音警告，并调出该辆电动汽车的此前一段时间的所有数据，供管理员分析。

2.电机工作状态

主要是电动机的温度，同样要求画出曲线和报警功能。

3.充电机工作状态

此时接收电池的充电电压、电流和温度等，要求保存数据，可以画出充电曲线，显示采样点数和采样电压。并监控充电状态正常否，非正常时发出警告。

4.建立数据库，对所有数据进行管理，可以随时调出某一辆电动汽车所需要查看的数据和曲线。

5.异常状态下不仅要发出警告信号，在必要时信息中心可以对电动汽车进行控制。如：关闭充电或放电电路等。

统计分析系统的设计

1.整车技术性能统计分析模块主要实现以下功能

①车辆行驶性能统计分析: 根据车辆运行信息和故障信息的原始数据, 统计分析出车辆指定时间段内的行驶时间、行驶里程、故障次数等综合指标。

②车辆故障信息统计分析: 根据选择的车辆和设定的时间段, 统计出该车在设定时段内的各种故障类型发生故障的次数以及所占百分比, 以柱状图和饼状图的形式给出分析结果。

2.电池组性能统计分析模块主要实现以下功能

①电池组故障信息统计分析: 统计某电池组在设定时间段内各种故障类型发生故障的次数及所占百分比, 以柱状图的形式给出分析结果。

②电池组性能统计分析: 根据电池组充电信息、放电信息和故障信息的原始数据, 统计分析出电池组的充电次数, 故障次数、故障率等综合指标。

③剩余电量的预测: 给出当前时刻电池组剩余电量占总电量的百分数值，此预测数为一大概值，剩余电量 = 电池容量 – 所用电量。所用电量 = 电流×时间。由于电流是一变化值，所以算出的所用电量有误差。

④剩余电量变化过程分析: 根据电池组电压、电流值, 以图形的形式给出车辆在设定时间段内行驶过程中剩余电量随时间变化的情况。

⑤曲线分析与预警：根据接收到的各项数值并通过计算实时划出电动汽车运行时的电池组的电压、电流、温度和剩余电量随时间变化的曲线。并且实时监测电池电压，当电压处于非正常状态下，发出预警信号。

4. 结束语

    本文对电动汽车电池组网络监控系统作了系统的分析，随着国家的重视、人们对电动车的了解以及环保问题和能源短缺的日益严重，电动车终将会进入到产业化阶段，到时本系统也会变的尤为重要，该系统具有较高的应用价值和广阔的应用前景, 对推动我国电动汽车的发展有积极的作用。

参考文献

[1] （美）Jon W.Mark,Weihua Zhuang,无线通信与网络,电子工业出版社，2004

[2]  Chen, Qizhi， Crustal deformation along the San Andreas Fault and within the Tibetan Plateau measured using GPS&nb，2002

[3].《公交电动汽车运行智能管理系统》，毕军,关伟,申金升。

[4] Global Positioning System : theory and practice / B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, J