純電動汽車電池管理系統的應用

劉力 史龍飛

【摘要】隨著環境污染的日益嚴重和環保理念的深入人心，人們對環境保護的重視程度越來越高，尤其注重清潔能源的使用和開發。汽車尾氣一直以來都是影響城市空氣質量的主要因素之一，而化石燃料的燃燒在帶來大氣污染的同時，也造成能源的過度使用，不利于經濟的可持續發展。純電動汽車的開發和使用能夠減少大氣污染物的排放，有很高的環保價值，但是純電動汽車的一次充電行駛里程過短的問題嚴重影響了電動汽車的廣泛應用，因此，本文主要對其電池管理系統展開介紹，為汽車電池擴容提供一定的參考。

【關鍵詞】純電動汽車 電池管理系統 應用

一、前言

電動汽車具有的環保性和低污染的優點使其在現代汽車領域占有重要比重。純電動汽車是電動汽車的主要類型之一，能源供給依靠動力電池，純電動汽車的技術在今天己經相對比較成熟，可以進行市場化生產。純電動汽車的最關鍵部分為動力電池，其在整個汽車的成本中占有較大比例，有時候能夠占整車成本的三分之一多。為了降低汽車的整體成本，同時保證汽車行駛的穩定性，必須要對純電動汽車的電池管理系統進行研究。

二、電池管理系統分析

（一）系統結構

純電動汽車是以動力電池作為能源供給的，在實際動力源的使用中，可以將動力電池分組串并聯形成整車高壓電源。根據汽車的使用目的從整體汽車的角度出發，采用分布式網絡控制管理結構設計電池管理系統，在系統中，每個電池電池包中配備電池測控模塊，并將中央控制器通過總線連接到一起構成完整的系統。

（二）系統功能分析

純電動汽車的電池管理系統首先需要具備參數檢測的功能，能夠及時監測到電池充放電的情況，而且電池總電壓和電池總電流可以通過采集到的數據來分析。傳統車的油量相當于電池的剩余電量，汽車在行駛的過程中為了保證司機能夠實時觀測到剩余的電量，系統需要采用即時采集充放電電流和電壓等參數。其次，需要進行充放電空盒子，根據實際電池的荷電裝填控制對電池的充放電進行監測。[2]如果出現某個電池電壓波動的情況或者某些參數超標時，系統需要能夠及時切斷繼電器，停止電池的能量供給保證汽車的正常行駛。電池管理系統還需要具備熱管理和均衡控制的功能，系統不僅要能夠及時的得到每包電池測點溫度，并及時采用相應措施比如控制散熱風扇的工作效率防止電池過熱，而且因為電池之前存在一定的差異性以及使用狀態有所去區別，所以在電池使用過程中容易發生不一致性，電池管理系統需要有一定的均衡控制能力。電池管理系統在故障診斷環節中，通過對汽車行駛參數的收集和分析，實現對電池性能的預測，以及故障的及時判斷和報警。最后，電池管理系統還需要具有信息監控和參數標定的功能，我們可以在車載顯示端實時觀測到電池的主要信息，同時由于不同的純電動汽車車型使用的電池數量、類型以及電池包種類不同，會給系統的信息標定造成一定的干擾，因此，需要電池管理系統能夠綜合分析整車系統的工作情況，合理完成信息標定。

（三）電池管理系統的主要功能

電池管理系統的主要功能包括以下功能：電池信息采集功能：電池電壓，溫度采集，充放電電流，以及將主板總線采集到主控芯片的幫助下估算SOC功能：采集板的電池信息。基于剩余動力電池的主控芯片采用一定的算法收集SOC估算值（充電狀態），為駕駛員的行駛距離和參考值提供安全保護。電控系統管理功能：在電動汽車電池充放電過程中，電源電池過充是很有可能的，電池之間的電量不平衡，放電，極大地影響電池的使用壽命，影響效率和安全性。即使有一個問題，電池管理系統可以快速有效地執行預定的安全措施，如切割關閉充放電電路，確保電池組的正常安全使用。為消除電池的固有差異，可以建立均衡電路和控制算法，實現單體電池之間的平衡。電池安全性保護功能：電動車電池組的安全管理主要負責監控電池是否運行異常，一旦發現問題系統，應及時做出應急響應，確保電池組正常運行并防止爆炸數據通信和顯示功能：將電池采集信息管理系統發送至電池管理系統（BMS）主控芯片以估計并均衡電池SOC，然后將結果通過CAN總線發送至其他設備同時，電池管理系統BMS通過串口顯示上位機的信息通信，使駕駛員和維修人員對車輛信息有清晰的把握和判斷。

三、電池管理系統硬件設計

電池管理系統中的電池測控模塊與中央控制器需要根據動力電池管理系統的實際參與控制對象與系統功能進行設計。系統可以依據模塊化和功能劃分的設計理念完成分離，采用CAN控制器模塊設計微控制器，選用PCA82C250作為CAN收發器。人機接口的通信采用RS485，其他控制器之間的通信使用CAN總線來完成，同時選用集成2路12bit精度的芯片構建電池測控模塊微控制器。由于電動汽車的電路系統相對來說比較復雜，用電環境變化多樣，因此為了減少不同電路和元器件之間的電磁干擾和電磁屏蔽，避免影響電池管理系統的工作效率，可以通過適當在CAN收發器與微控制器之間添加高速光耦隔離器以及分離車輛電源地線等形式保證電池管理系統的有效工作。

四、系統軟件設計

采用模塊化程序進行系統軟件設計，用C語言編寫中央控制器程序，并根據系統具有的功能將整體程序分成幾個子程序，主要包括SOC估計子程序、標定子程序、信號監控、故障分析子程序以及報警子程序等。在安裝系統硬件的過程中，綜合考慮到電動汽車的實際運行環境，完成軟件抗干擾設計。為了防止程序失效并保證系統的正常穩定運行，可以在軟件設計過程中使用軟件陷阱、冗余以及濾波等技術。采用VB程度完成系統標定程序的開發，應用模塊程序設計的方法完成軟件的構建，在實際純電動汽車的運行中，軟件需要具備的功能主要包括數據實時采集與保存、系統參數標定、繼電器輸出以及數據和曲線顯示等幾種。系統軟件設計的合理性直接關系著整車運轉的安全性，只有保證系統軟件設計切實符合電動汽車的電池管理系統，才能夠確保汽車電池能夠最大限度的發揮功效，實現電動汽車的進一步提升。

五、結束語

綜上所述，純電動汽車在環境保護中具有十分廣泛的應用價值，在實際純電動汽車使用中，電池動力因素長久以來都是制約純電動汽車生產規模進一步擴大的重要因素。本文主要通過對純電動汽車的電池管理系統進行介紹和分析，設計構建了新型電池管理系統，希望能夠提升純電動汽車電池管理效率，保證整體汽車使用的合理性和安全性，促進純電動汽車更好的發展。

參考文獻：

[1]孫逢春，張承寧，祝家光.電動汽車——21世紀的重要交通工具[M].北京：北京理工大學出版社，1997.

[2]金偉正.單線數字溫度傳感器的原理及應用[J].電子技術應用，2000.