第1章绪论
11课题背
随着汽车工业的不断发展，燃油汽车在给我们带来便利的同时，造成了全球能源危机不断加深及环境的严重污染[1]，国际能源署2006年的数据统计显示，16%的二氧化碳来自于汽车尾气，估计汽车排放的二氧化碳总量将从1990年的30亿吨增加到2020年的60亿吨。汽车排放的尾气不仅仅包括二氧化碳，同时还包含有一氧化碳、苯、琉化物、芳烃、炼烃、含银化合物等有毒污染物。一氧化碳有剧毒，与人体内血红蛋白的结合能力比强氧气强，使得血红蛋白无法运送氧气，因此如果空气中一氧化碳的浓度过高，会引起胸痛、头痛、动脉硬化、脑溢血等症状，甚至可能使人体因缺氧而窒息或死亡，此外一氧化碳对胎儿和幼儿的生长发育影响更大；尾气中的许多芳烃和炼经类化合物属于致癌物质；氮氧化物会造成各种呼吸道疾病，如呼吸困难、咳散、呼吸道感染，甚至损害肺部功能，对儿童的影响尤为巨大；含银粒子对人体的呼吸、免疫和血液循环系统均有较大损害，汽车尾气的危害可见一斑[3]。汽车工业在对环境产生污染的同时，还消耗了大量的石油资源，而石油是不可再生资源，专家表示，按照现在的发展要求，全球的石油储量将在40年后枯竭，而现在约60%的交通运输设备依赖于石油⑷。石油作为不可再生能源，各个国家处于未来经济发展和国家安全的考虑，都竞相做着石油储备。这意味着，一旦被别国控制住了石油来源，则意味着被控制住了经济命脉。因此，如何能做到尽量不依靠石油，或者早日找到石油替代品是极为富有战略意义和十分紧迫的[5]。而电动汽车以其无尾气排放，噪声低，热排放少，可回收利用能量多等诸多优点得到各国政府和很多汽车企业的关注，纷纷将新能源电动车的发展作为未来汽车的主要发展方向并投入研究。
根据乘用车发展理论判断，2009年后我国基本进入汽车普及化阶段，这阶段汽车的市场需求快速增长，普及化时间长，初步估计到2020年之前我国乘用车市场仍将处于快速发展时期，增长率相当于GDP增长率的1.5倍左右巨大的市场容量将为我囯发展各类新能源汽车提供规模经济基础，使得我国发展电动汽车都有一个可观的市场需求规模[7],早在2001年，中国启动的“863”计划中就有电动车专项，建立了“三横三纵”的开发布局[8]； 2004年国家发改委发布的《汽车产业发展政策》中提到：要突出发展节能环保、可持续发展的汽车技术。并出台了促进发展清洁汽车、电动汽车的政策措施[9]。2005年中国政府又出台了优化汽车产业结构，提出了 2010年电动汽车保有量占汽车总量的5%~10%, 2030年电动车保有量占汽车保有量50%以上的发展目标[1^。然而，长期以来，受到电池能量密度，安全性等制约，作为电动汽车动力主要来源的充电电池是限制电动汽车发展的最主要因素，国内外也都投入了大量的人力、物力进行研究。电池是否能满足电动汽车在各种实际运行情况下(如爬坡、加速、制动、快速充电等)的使用要求，如何优化电感、电容等电路参数以减小电池直流侧电流谐波、电池长时间运行温升的，等等情况尚不清楚，因此对动力电池的测试必不可少。
1.2电池测试系统的研究现状
电池测试设备是数字电路、计算机技术等新兴技术在电池领域的一个成功应用，随着电子信息和计算机技术的迅猛发展，电池测试设备也有了长足的进步。最初，电池测试设备以普通单片机为核心，配以少量的数字电路和模拟电路，实现如电压、电流等电池性能的监测。但是这种方法存在很大问题：单片机主频低，内存资源有限，很难实现较复杂的数据运算；其次，受单片机系统的资源所限，人机接口停留在按键、数码管或者小型触摸屏等层面，人机交互不友好；另外，单片机检测系统的数据存储有限,存储的数据读取困难。因此，又出现了以PC机作为上位机，单片机作为下位机的二级系统。单片机进行数据的测量和釆集，PC机负责数据的管理和分析。随着数字化监测技术的飞速发展，数字化电池测试设备也纷纷出现。早在90年代，欧洲国家和美国就依赖其先进的电子监测技术优势实现了电池测试的自动化，并且长期处于领先地位，其检测精度和产品合格率都很高，但价格昂贵。
第2章Simulink下电池测试系统建模与仿真
2.1电池模型
2.1.1动力电池概况
作为最早的充电电池至今已经有一百多年的历史，是比较成熟的电动汽车动力电池，现在很多内燃机汽车都采用错酸电池作为汽车启动电机的电源。在电动汽车最初的发展阶段，银酸电池是应用最广泛的动力电池，在20世纪80年代，银酸电池的年产量已经超过1亿。银酸电池主要有相对成本较低，电池原材料比较容易获取，制造工艺简单等优点。错酸电池能够兼顾高功率，低价格，高可靠性等优点。但是比能量低，低温工作性能差，而且通常银酸电池为富液式电池，且极片完全由游离酸浸泡起来。这要求电池保持直立放置，影响了银酸电池的便携性。与银酸电池相比，镍氢电池的比能量较高，其比功率可达到200W/kg,大约是银酸电池的2倍，能够提高电池的续航能力，并且，镍氧电池还具有高倍率的放电特性，可以使电动汽车获得更好的加速性能。丰田公司之前研制的“RAV4LEV”所采用的就是密封性的银氢电池，该车最高时速可达125km/h,续航里程215km,本田公司开发的新型“HONDAEV’’，也装有镍氢电池，以lOOkm/h恒速运行时，续航里程可达到350km。镍氢电池的优点是，电能储存能量大，镍氢电池内部釆用非晶金属作为电极，导电性能氣好，在相同容量下能充入普通电池2倍的电能；放电充分，一般电池在放电完毕之前再充电，下一次使用时不能全部释放储存的电能，这种特性被称为“记忆效应’’，而镍氢电池不存在这种记忆效应，能充分充放电；镍氢电池能快速充电，只需15min就可以充电至60%;使用寿命长，镍氢电池的充放电寿命近2000次。
第3章测试系统设计.......... 29
3.1电池测试系统组成......... 30
3. 1. 1充电机......... 30
3.1.2电池管理系统......... 32
3.1.3电机及其驱动器......... 34
3.1.4能量回馈单元......... 36
3.1.5转矩传感器和测速单元......... 37
3. 1. 6超级电容 .........38
3. 2测试系统上位机软件设计......... 39
第4章实验结果及分析......... 56
4. 1直流侧波形分析 .........56
4. 1. 1测试环境及测试设备......... 56
4.1.2测试结果及数据处理......... 57
4. 1. 3结果分析 .........59
4.2电池温升实验......... 61
4. 3超级电容实验......... 63
第5章总结......... 66
5. 1本文主要工作......... 66
5. 2未来展望 .........66
结论
电动汽车是当前在国际社会上备受关注的、涉及多学科领域的前沿热点研究领域，作为电动汽车动力主要来源的电池特性也备受各个研究机构和公司的关注，本文通过对现有的电池测试系统的对比研究，总结其优缺点，设计了一套仿真度高，操作方便，可扩展性强的综合电池测试系统，主要工作如下：
1)查阅大量的文献和技术手册，介绍了电池测试系统的必要性并分析了现有的电池测试系统的优点与不足，针对现有系统的不足，提出了构建一套适用于电动汽车的电池测试平台方案。
2)在Matlab/Simulink环境下依此建立了电池模型、电容模型和电机驱动器模型，最后搭建了整个测试系统的仿真模型。在所搭建的模型上做了仿真，依据仿真结果分析了电感、电容及载波频率对直流母线电流的影响。
3)针对现有电池测试系统模型的不足，采用上下位机结抅，搭建了整个测试系统的硬件平台并完成了上位机软件的编写，设计了 CAN总线通信和485总线通信的接口、数据的实时显示与保存、三种电池放电方式控制等部分程序，并通过恒电流放电和模拟实际路况放电的两个实验验证了测试系统和软件的可用性。
4)在所设计的测试平台下完成了国内5个厂家的电池测试实验。测试了电池在各种不同负载下的电流谐波并对其结果进行了分析，所得结果与仿真模型得到的相近。测试并分析了恒流放电情况下电池的温井情况。研究了超级电容对电动汽车运行过程中能量回收的影响，并通过实验验证了超级电容对冲击电流的吸收效果和对能量的节省作用。
参考文献
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