摘要：本文介绍智能电池传感器IBS的理论模型及策略算法，依据理论模型及策略算法实现IBS的开发和在车辆上的应用。
    重型载重汽车不断增加的电器负载给蓄电池带来了巨大的挑战，如空调独立暖风工作、电气系统供电不足、车辆静置过长使得蓄电池自放电严重等问题都与电池性能有关。了解了电池状态，这些故障是可以减少和避免的。智能交流发电机控制、车辆电源管理等系统也需要详细得到电池状态信息。智能电池传感器（IBS）可快速、可靠地监测车辆运行过程中蓄电池的充放电状态（SOC ）、健康状态（SOH）和功能状态（SOF） 、 IBS把检测到的蓄电池状态参数以总线（LIN或CAN）发于整车控制器（BCM）或仪表（IC），实现显示和控制车辆蓄电池状态。因此，IBS可以帮助车辆最大限度地解决因电池意外故障而导致的汽车故障，实现最长电池电寿命和最大化电池能效管理，并可实现环保。IBS可通过测量电池端电压、电池工作时的放电电流和温度，结合适当的模型算法得到电池的SOC%SOH和SOF。

    1 整车电力管理系统
    通常，支持车辆电池检测管理系统所用的典型网络包括一个BCM、一个IBS、一个IC、一个车辆控制器（VCU）和附加的车联网终端，系统思路见图1。

    该系统的核心在于IBS 、 IBS在最恶劣的条件下也能以高精确度测量电池电压、电流和温度，并能够依据所测量的参数在电池的整个使用寿命中，准确地预测电池的SOC、 SOH和SOF。这些参数根据要求定期通过总线传送至BCM，同时IC可直观显示电池的SOC、 SOH、 SOF状态。通过连接在CAN总线节点上的车联网终端和后台网络系统，可监控蓄电池的实时信息并进行分析、反馈，实现智能化功能。

    2 电池监控
    如前所述，IBS的主要用途是检测电池状态，并根据需要将状态值发给BCM或VCU。其中SOCSOH、 SOF状态值需要通过理论模型和相应的算法来计算分析。
    2.1充电状态（SOC ）
    SOC的定义非常直观，通常以百分数的形式表示。完全充电的电池SOC为100%，完全放电的电池SOC为0%，实际使用过程中是不允许蓄电池的SOC为0％的。SOC值随电池的充电和放电时间而改变，是一个由充放电引起的蓄电池充电状态的改变值，如式（1）描述。
    
   式中：SOC----需要检测的蓄电池充电状态；CN----蓄电池额定容量，一般取蓄电池20 h放电容量C20.
    图2为SOC简略图。SOC是蓄电池最重要的参数，SOH和SOF的参数计算都是在该参数的基础上进行的扩展计算和判断，是一个间接的与SOC有内在联系的参数量。所以SOC的计算方法尤为关键，不同的SOC算法模型都会对IBS最终输出量的精度产生影响。


    2.1.1基于端电压的SOC估算方法
    开路电压（Open Circuit Voltage）是指蓄电池在没有进人深度放电前开路状态下的端电压，在数值上接近电池电动势。开路电压法是根据电池的剩余容量与开路电压有一定的线性关系而建立起来的，通过测量开路电压就能够直接得到剩余容量的大小。其优点是不依赖蓄电池尺寸、大小、放电速度、型号和容量等，只以开路电压为关联参数，相对比较简单。图3是在用车辆在试验中得到的不同型号、容量的铅酸蓄电池100%SOC放电时间和端电压变化关系，图4是相同容量100%SOC进行的不同放电电流时电压变化关系。图3和图4在放电初始阶段的端电压近似直线下降，在放电快结束时端电压突然下降。实测发现，突然下降过程有2个点电压值比较重要：①蓄电池突变拐点电压；②放电终止电压（起动机无法起动的电压）。图3和图4的突变拐点电压和放电终止电压基本相同。



    表1描述了铅酸蓄电池开路电压、剩余容量和电解液密度的关系，并给出了SOC与开路电压之间的计算公式（2）。图5为理论计算所得的SOC与开路电压的关系图。



            SOC=a[ U-I （R1+R2）］+b  （2）
    式中：U----蓄电池的端电压；I----蓄电池放电电流；R1----蓄电池内部电阻；R2----蓄电池的极化电阻（蓄电池充放电时的变化内阻）；a和b由多组不同型号、容量蓄电池的试验数据统计以最小二乘法确定。
使用该方法时，通过测量电池的开路电压，一般查表就可得到估计的SOC值。但是开路电压法也存在着明显的缺点：①电池需要静置才能达到稳定状态，静置时间如何确定也是问题，工程应用中一般静置4h以上；②随着电池老化、剩余电量下降时，开路电压变化不明显，无法准确预测剩余电量；③在放电末期，由于端电压的突然下降，SOC估计误差比较大。一般不单独使用开路电压法，常与其他方法结合使用。

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