電動汽車電池管理系統中傳感器技術應用研究

劉陽勇

摘要：電動汽車的出現為人們的出行提供了更多的選擇，相比傳統燃油汽車而言，電動汽車更加符合綠色環保理念，也是我國汽車行業未來發展的趨勢。電動汽車的廣泛推廣可以大大減少汽車對于石油能源的依賴，更加環保和節能。然而，在實際的電動汽車發展過程中依然存在不少問題需要解決，因此，對于電動汽車發展的瓶頸問題進行探究具有十分重要的意義。

關鍵詞：電動汽車;電池管理系統;傳感器技術;應用;

引言

2020年全球電動汽車銷量突破324萬輛，在汽車總銷量銳減五分之一的背景下，逆勢上漲43%，未來或將全面取代燃油車，市場潛力巨大。車載蓄電池作為電動汽車的核心，直接關系到車輛壽命、行駛里程、車輛經濟性、安全性，這一切又取決于電池管理系統的性能。而電池管理系統監控的準確性、執行動作可靠性則依賴各類傳感器，故對于傳感器技術的研究與分析尤為必要。

1電動汽車發展現狀概述

電動汽車指的是以電源為動力進行正常行駛的車輛，同時電動汽車與傳統汽車同樣需要遵守交通法規，符合各項規定。然而，目前我國電動汽車的發展還存在一些問題，很多人在汽車的選擇上依然以傳統燃油汽車為主，電動汽車雖然有著良好的發展前景，但是想要超過傳統汽車還有很長的一段路要走。國際上不少發達國家電動汽車行業的發展呈現良好態勢，無論規模還是技術方面都遠超我國，我國電動汽車的發展更多的依靠政府出臺的各種激勵政策，單純依靠政策的支持對于電動汽車的發展來說十分有限，如何通過技術方面的提升來促進人們對于電動汽車的認可和選購才是更關鍵的問題。

2電動汽車電池管理系統

電池管理系統BMS是電動汽車動力電池的核心組成部分，它利用測得的電壓、電流和溫度等信息，分析動力電池的運行狀態，實現電池保護。BMS的功能主要包括：①數據采集，對電池單體電壓、溫度、工作電流等信息進行采集;②能量管理，利用容量積分法、神經網絡算法實現電池的SOC估計;③均衡管理，動力電池是由一定數量的單體電池組合而成，單體電池的性能不同，會導致動力電池在使用時出現一系列問題，因此，設置電壓或SOC為均衡變量，根據不同的硬件電路設計，采用恰當的均衡策略，保證電池組正常運行時的性能均衡;④熱管理，通過冷卻系統降低動力電池內部溫度，以延長壽命;⑤數據通信，實現BMS中的主控板與檢測板、BMS與上位機、BMS與車載控制器等之間的數據通信;⑥故障檢測診斷，檢測和診斷BMS中的傳感器、執行器及其他元器件，及時發現故障，提醒BMS采取相應的處理措施。

3電動汽車電池管理系統架構

3.1電動汽車BMS的硬件設計

3.1.1電源部分的設計

汽車BMS主控板需要12V的電源電壓，主控板為單元板提供電源;收集電壓組件的參數信息，并將霍爾電壓傳感器的供電電壓提升至15V，DFA5-12D15的DC-DC電源把5V或12V的電源電壓提升到15V;3.3V或5V滿足單元板供電，WD25-12S05的DC-DC電源將12V供電電壓降低至5V電壓，再經由通過LM1117-3.3的DC-DC電源再低至3.3V。

3.1.2均衡控制的設計

在DC-DC電源充電平衡的根基上設計均衡組件。電池組供給平衡體系的供電電壓，還能夠將電池充電壓降低到滿足單體電池供電的要求。均衡組件能夠處理并阻擾電磁干涉運作，通過阻擾原件光耦阻隔芯片矩陣，來操縱電能動向用來達到阻隔電磁干涉，平衡供給電能。電路中XRE10/24S05的DC-DC電源通過電池組取得電能，能夠把電壓從24V變換為5V，并把電池組接納的18-36V電壓降低至5V供給。供給單個磷酸鐵鋰電池的電壓不凌駕3.6V之上，需要通過KIS-3R33電源組件來降低每塊電池電壓，將5V的電源輸出電壓變換成3.3V供給。最后經由過程MCU管控光耦芯片矩陣為低電量的單體電池供電，以達到平衡電量的目的。

3.2電動汽車BMS的軟件設計

3.2.1溫度采集程序設計

溫度采納裝置選用DS18B20數字傳感器，Alone接口就能夠完成所有信息的交流。先還原溫度傳感器，經由過程CAN總線將默認狀況信息傳遞到總線控制器模塊，DS18B20傳感器歸位，同時進入預備姿態，然后對電池溫度的丈量，并將其改變成現實的參數經由過程寄存器保存，即完成一次溫度采集，再以輪詢體例完成其他部件溫度收集，最后把全部收集的參數整合并上傳。

3.2.2充放電控制程序設計

充電機向MCU發送充電要求，MCU接受到充電要求后對電池狀況進行檢查，按照檢查成果決意是否要給電池充電。若通過充電要求，BNS不會立刻充電，而是按照當前電池的狀況判定是否需要充電。倘若需要進行充電，經線路閉合方可充電。然后實時反饋電池電壓，當電壓值接近3.5V而且維持1秒左右時，充電終了后開路MOSFET管。

4電池管理系統中傳感器應用

4.1霍爾電流傳感器

霍爾效應（HallEffect）傳感器變化的磁場轉為變化的電壓，其屬于間接測量。可分為開環式、閉環式兩類，后者精度較高。霍爾電流傳感器簡化了電路，僅要連通直流電源正負極，將被測電流母線穿過傳感器便完成主電路和控制電路的隔離檢測。傳感器輸出信號為副邊電流，和原邊電流（輸入信號）成正比，數值較小，需進行A/D轉換。霍爾電流傳感器集互感器、分流器優點于一身且結構更為簡單，但易受干擾，已不適用于越來越精密復雜的電動車電源環境。

4.2穿隧磁阻效應電流傳感器

穿隧磁阻效應（TMR）電流傳感器是全新一代磁敏元件，較霍爾器件、各向異性磁電阻（AMR）、巨磁電阻（GMR）相比，其擁有能耗低、溫漂低、靈敏度高等優點，能夠明顯改善電流檢測的靈敏度與溫度特性，故而在新一代電動汽車電池管理系統中，被用于全面取代霍爾傳感器。TMR電流傳感器在檢測電流時不再需要進行溫度補償，將-40℃～85℃環境下的溫度漂移總量由1%～2%降低到0.1%～0.2%。例如對于車載充電器的電流檢測與控制上，其能夠對銅排或導線電流的精準檢測而使用芯片體積更小，精度、線性度、響應速度和溫漂特性則更為優化，為電動車帶來極佳的安全性與經濟性。

4.3位置傳感器

BMS中的位置傳感器是一項《電池溫控管理系統及電動汽車》實用新型專利當中提到的，目前在電動汽車中尚未廣泛應用。位置傳感器主要是用于檢測BMS系統中水冷裝置中冷卻液面的位置情況。位置傳感器被安裝在冷卻水浮漂上，用于對冷卻液相對于膨脹水壺液面位置進行檢測，得到膨脹水壺的出液口同所述液體的接觸情況。通常至少需要3個浮漂，并在每個浮漂上安裝位置傳感器，以便于車輛在經過陡坡等路段或冷卻系統中存有大量氣泡時，BMS及時調節控制主水泵與副水泵進行切換運行。

結束語

隨著國內外電動車產業的不斷升級，越來越多的傳感器技術將會應用到電動汽車、BMS當中，企業應當把握良機為市場生產出更優質、更廉價的電動汽車產品和BMS。當然在新的傳感器技術支持下，BMS也會由現在的“硬件+算法”體系升級到“數據+主動式管理”體系。

參考文獻

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