基于單片機的電動汽車電池管理系統設計

劉丹妮 申建武

摘要：本文設計的電池管理系統是以STM32F101為主控處理器，與之配套CAN總線和各個電池參數數據采集單元，同時具有分析數據與儲存功能，還有方便的PC端接口，可以更方便人們了解車輛的工作情況;同時還有與此系統配套的顯示屏，可以顯示文字與圖像，更加能方便駕駛人員對于整體車況的了解。此次設計在保證電池管理系統整體的性能和安全性的前提下，盡可能的使用高質量、低成本的元器件，大大減少成本，適合在電動汽車上普遍使用。

關鍵詞：電池管理系統;STM32F101;數據采集單元

1. 引言

隨著人民生活水平的不斷提高，傳統燃料內燃機汽車在世界上的保有量在不斷增加，使得人類面臨著生物能源短缺、氣候逐年變暖、大氣和水的污染越來越嚴重等問題。人類必須想辦法來解決這些問題。各國面對著日益嚴峻的節能減排壓力，尋找新的技術、開發低污染甚至零污染的清潔汽車成為了解決以上問題的有效途徑。因此各國相繼出臺了適合本國國情的新能源電動汽車發展戰略，大力推廣本國電動汽車行業的發展。主要因為電動汽車具有低噪聲、低熱福射、低排放甚至零排放的環境友好特點。電動汽車的出現無疑對于保護化石能源和減少空氣污染起到了重要作用。

2. 電池管理系統基本概述

電池管理系統（BMS）又可以稱為電池管家或電池保姆，它的主要作用是智能化管理蓄電池的每項參數，可以防止電池的過充電和過放電，延長電池的使用壽命，還可以監控電池的各項參數的實時狀態，可以根據電池狀態進行故障診斷和報警，同時電動汽車在充電樁或家里充電的時候，可以實時監測充電器和電池的溫度，防止過熱。同時可以實時管控充電樁或充電器輸入的電壓電流，更好的保護電動汽車車載蓄電池，可以防止車載蓄電池因短路引起自燃，避免帶來財產經濟損失，保障人們生命安全。

3. 硬件系統的設計

電池管理系統的硬件設計是電池管理系統穩定運行的基礎。所以，好的電池管理系統硬件設計就顯得尤為重要，直接關系到電池管理系統的整體運行情況。

3.1電池控制系統整體結構設計

電池控制系統的硬件設計可以劃分為幾大區域，分別為：數據采集區、中斷控制器、通訊顯示部分。電池控制系統整體結構設計如圖1所示

3.2電池參數采集監控單元設計

其中包括溫度監測單元設計，充放電電流監測單元設計，電池電壓監測單元設計。如圖分別是單個溫度采集器工作圖，單個電池電壓數據采集圖，如圖2圖3所示。

3.3中央控制處理器單元設計

本設計采用的中央處理器是STM32F101，這款處理器的核心是32位的ARM的CPU，這款處理器的CPU最高工作頻率可達36MHz，完全可以滿足電動汽車管理系統中的各種數據的實時處理。存儲器則是高達128K字節的高速閃存，完全可以快速的記錄下電動汽車內各種數據。同時這款中央處理器還自帶LCD屏的并行接口，為連接顯示屏提供了快捷、方便。

3.4CAN通訊總線單元設計

CAN總線，又可叫做CAN通訊總線。CAN是控制器局域網絡ControlAreaNetwork的簡稱，最早于1983年德國BPSCH公司為汽車應用而開發，用于汽車內部測量與執行之間的數據通信。電池監控系統是電動汽車內部CAN總線的重要組成部分。電動汽車內部CAN總線的總構成圖如圖4所示。

3.5顯示單元的設計

本設計所選用的顯示屏是DM12864M，它本身自帶漢字庫，省去了后期繁瑣的漢字破解或漢字庫捆綁軟件的更新。并且還可以顯示圖像信息，更加方便駕駛人員對整車情況的了解。顯示屏顯示的內容可以是電池剩余電量、電壓、電流數值等。

4. 軟件系統的設計

溫度、電流、電壓和剩余電量這些數據的采集與傳輸可以實現同步進行，因為主處理器STM32F101的性能完全可以同時進行，這樣可以大大減少程序的反應時間，更加快速的完成數據的實時監測，提高整車的電池管理系統的安全系數。STM32F101在接受到信號之后要進行一個判斷，判斷這些數據是否超過各廠商所生產的電動汽車內部元器件規定的數據閾值，然后進行判斷是否發出警報，這也是全車的重中之重。

4.1CAN總線內A/D模數轉化流程

A/D模數轉換流程是電充管理系統中很重要的一個流程。將模擬信號轉換位數字信號可以更加方便主控處理器STM32F101進行對數據的分析，同時可以方便FM24C16進行數據存儲。

5. 總結

本設計是一種純電動汽車的電池管理系統。本設計擁有溫度、電流、電壓采集單元，同時具有中央控制處理器、存儲單元以及顯示單元，更加完善電池管理系統的整體結構。通過CAN總線的連接使各單元成為一個總體，并且盡量減少布線面積，減少線路自身流過電流所產生的溫度上升，同時可以留出大量面積增添其他元器件。旨在設計的電池管理系統在安全性、精準度不下降的情況下采用最經濟的元件，可以進行大規模的量產。降低電池管理系統整體的造價和售賣價格，遵從我國對新能源汽車的大力推廣與扶持。

參考文獻

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