純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

史吏　趙惠文

[摘 要] 如今是新能源時(shí)代，純電動(dòng)汽車減少了傳統(tǒng)汽車的排放、噪音等環(huán)境污染問題。純電動(dòng)汽車的運(yùn)作不需要靠汽油等容易產(chǎn)生污染的燃料提供動(dòng)力，它是靠純動(dòng)力進(jìn)行運(yùn)作，在運(yùn)作過程中，減少能源的使用。從節(jié)能減排的角度，對(duì)純電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了一系列探討。

[關(guān) 鍵 詞] 電池管理系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

[中圖分類號(hào)] TM911 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）27-0047-01

純電動(dòng)汽車能產(chǎn)生的污染是最低的，因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要是靠動(dòng)力電池來提供的，這是我國(guó)目前唯一一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的一個(gè)發(fā)展項(xiàng)目，隨著環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，這個(gè)項(xiàng)目具有廣闊的發(fā)展前景，當(dāng)然，動(dòng)力系統(tǒng)作為一輛車的核心，其動(dòng)力電池的成本也是比較貴的。

一、電池管理系統(tǒng)

純電動(dòng)車依靠電池提供動(dòng)力，就必須保證電池的安全性，所以就需要有一個(gè)電池管理系統(tǒng)來時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車的運(yùn)行參數(shù)，包括剩余電量、電池的電流電壓是否在安全值內(nèi)以及電池內(nèi)的特征溫度，這些數(shù)據(jù)都是安全正常使用的前提。當(dāng)然，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，還可以加入一些特征指標(biāo)對(duì)電池的工作狀態(tài)進(jìn)行故障診斷和報(bào)警提醒，實(shí)現(xiàn)熱管理系統(tǒng)的功能。管理系統(tǒng)的參數(shù)通過PC進(jìn)行分析、比較，還可以加入CAN總線，讓數(shù)據(jù)與其他系統(tǒng)進(jìn)行共享，這也更方便管理和使用。

二、電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在純電動(dòng)汽車電池設(shè)計(jì)中，我們可以將多個(gè)電池分組并聯(lián)，以此提高整車的電壓，通過高壓電源作為純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)功能分析

電池管理系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：

1.參數(shù)檢測(cè)。實(shí)時(shí)采集電池充放電狀態(tài)。可以通過檢測(cè)電池的總電壓、電池的總電流量、每包電池的溫度和單體模塊電池的電壓這些數(shù)據(jù)來對(duì)電池的狀況做出分析。

2.剩余電量（SOC）估計(jì)。對(duì)于傳統(tǒng)汽車而言，其可前進(jìn)的行程可以通過燃料的剩余量來判斷，那對(duì)于純電動(dòng)汽車，對(duì)繼續(xù)前行路程則可以通過電池電量的多少來判斷。電池管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有一套完善的算法對(duì)電流、電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，讓司機(jī)對(duì)能夠前行多少距離有一個(gè)準(zhǔn)確的判斷。

3.充放電控制。電量不能無限充下去，也不能還沒有充滿，就停止充電，應(yīng)該根據(jù)電池荷電狀態(tài)來對(duì)電池進(jìn)行充放控制，所以對(duì)于這個(gè)問題，也是首要解決的。我們可以設(shè)置某個(gè)參數(shù)，通過這個(gè)參數(shù)來控制電量。比如某個(gè)單體電池的電壓過高了，這會(huì)影響整個(gè)電池組的正常使用和性能發(fā)揮，這時(shí)候系統(tǒng)就應(yīng)該將繼電器切斷，停止充電。

4.熱管理。這個(gè)系統(tǒng)主要是用來檢測(cè)溫度，時(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)電池的溫度，當(dāng)溫度過高的時(shí)候，通過風(fēng)扇或其他散熱裝置使溫度降低，以保證電池正常運(yùn)行。

5.均衡控制。每個(gè)電池都會(huì)存在個(gè)體差異，這些差異使電池在使用過程中會(huì)朝著越來越嚴(yán)重的方向發(fā)展，不一致性會(huì)越來越嚴(yán)重。這時(shí)就需要電池管理系統(tǒng)對(duì)此做出判斷，并能夠自動(dòng)地對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行均衡處理。

（三）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

當(dāng)設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)中央控制器和電池測(cè)控模塊的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)參照動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的功能以及實(shí)際參與控制的對(duì)象。如果參考模塊化和功能劃分的設(shè)計(jì)理念，那么系統(tǒng)將可區(qū)分出各異的功能模塊。因?yàn)殡妱?dòng)汽車的用電環(huán)境非常復(fù)雜，一些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生比較強(qiáng)的電磁干擾，比如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、DC/DC和充電機(jī)都等，它們會(huì)進(jìn)一步阻礙信號(hào)在線檢測(cè)與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)采取如下措施去降低電磁干擾的程度：

1.在PCB制作的過程中，要使導(dǎo)向垂直去減小磁場(chǎng)耦合，降低電源線走線有效面積，就應(yīng)當(dāng)盡可能加大線間距去降低導(dǎo)向間的分布電容。

2.CAN總線選用屏蔽雙絞線，RS485總線也選用雙絞線。

3.數(shù)字溫度傳感器使用屏蔽電纜封裝，屏蔽地搭鐵。

4.在微控制器和CAN收發(fā)器之間加入除地線竄擾的可能。

三、電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用

根據(jù)電動(dòng)汽車的運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜程度，選擇抗干擾措施作為系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)，軟件設(shè)計(jì)也同樣采用了抗干擾的設(shè)計(jì)方式。為了防止程序失效，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，在軟件設(shè)計(jì)的過程中選用了濾波、冗余、軟件陷阱等技術(shù)。系統(tǒng)軟件都選擇模塊化程序設(shè)計(jì)，中央控制器程序選擇C語言編寫，按照系統(tǒng)擁有的功能，將其分為若干子程序，其中包括：SOC估計(jì)子程序、標(biāo)定子程序、信號(hào)監(jiān)控與報(bào)警子程序、故障分析子程序等；序采用匯編語言編寫電池測(cè)控程序。對(duì)于系統(tǒng)標(biāo)定程序，則選擇VB6.0進(jìn)行研發(fā)，選用模塊化程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件的主要功能有：數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與保存、繼電器輸出、系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定、數(shù)據(jù)和曲線顯示（包括實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線、歷史曲線）等。

純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)在滿足電池使用需求的同時(shí)，不但能夠保證系統(tǒng)的精確度、穩(wěn)定性，還能實(shí)時(shí)檢測(cè)各種運(yùn)行參數(shù)、故障診斷報(bào)警和熱管理功能，從而提升純電動(dòng)汽車的發(fā)展速度。

參考文獻(xiàn)：

[1]南金瑞，孫逢春，王建群.純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（S2）.

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