一種純電動推土機電池管理系統

劉 燕，李雪如，孟德濤，孟凡文

（濟寧職業技術學院，山東 濟寧 272000）

1 研究背景

節能環保已經成為制造業的主題之一，推土機產業本著綠色動力、節能環保的理念，向純電動方向進軍。目前，發展純電動推土機面臨的四大核心問題：①電池排布問題，推土機的可用空間有限，沒有底盤這樣的整體平整空間，平鋪電池；②受推土機馬力的限制，電池組的總數選擇有限制，電量有限，工作所需的能耗較大，故工作時間約2h 左右；③電池管理系統與整車控制系統相對獨立，不利于相關功能的擴展，整車控制器不能根據不同的工況對其進行調整。

針對上述問題，本論文設計了一款電動推土機的控制系統，通過集成化設計，使純電動推土機達到適應性、拓展性強，安全性高，能耗低的目的。

2 純電動推土機電池管理系統

2.1 控制系統簡介

純電動推土機電池管理系統將動力電池管理控制功能設計到整車控制器中，相關電路和散熱管理也集成到整車線路中，整體設計包括整車電器控制線路、整車控制器、電機控制器、整車顯示器、遠程監控系統、單體BMS6 等部分組成，如圖1 所示。

圖1 純電動推土機動力電池管理系統的整體設計實現圖

2.2 系統特點

該系統通過上述6 大部分的相互配合，改變原來動力電池管理系統的相對獨立性問題，集成化設計有利用整車控制器進行動力電池的相關控制、顯示、報警、數據傳輸，并將結合具體工況和動力電池情況進行電機功率輸出控制，系統的具體特點如下。

1）集成化設計，將動力電池管理控制功能設計到整車控制器中，相關電路和散熱管理也集成到整車線路中，減少動力電池及配件排布所需要的空間。

2）打破控制壁壘，各個部分之間的控制和通信都是雙向的，整車控制器具有最高控制權。

3）節約能耗，減少能量浪費，控制器會根據數據情況判斷是否需要單體BMS 的電路和整車保護電路的開啟，這樣可以節約一些不必要的電路能量消耗。

4）針對性控制，增加BMS 開啟電路，對單體BMS 由整車控制器進行控制，除了能實現傳統電池管理系統的數據獲取功能外，還可以對內部單個BMS 進行具體控制操作。例如當檢測到某塊單體電池溫度超過一定數值后，可進行開啟單體內部保護電路的方式，加之控制水泵的排水量散熱的方式進行加速散熱并對整體功能進行保護。

5）整車控制器通過讀取單體電池的信息，進行數據分析和轉化，通過CAN 線發送給整車顯示器進行電池組數據的實時數據，并能對單體進行報警提示，增強人機交互性能。與此同時，還利用Server 服務器將數據發送到遠程終端，進行遠程數據記錄和分析，方便獲取整車數據，為組建相關數據庫打下基礎。

6）整車控制器在獲取了動力電池組的信息后，根據電池組的狀態，及實車的工況，預判電池組的剩余工作時間，當電量達到一定數據后要結合電機控制器進行限功率輸出設計，保證整車工作在合理的匹配狀態。

2.3 單體電池管理系統

單體電池管理系統受整車控制器的控制，并加入系統開啟電路環節。單體電池管理系統主要由電池狀態檢測電路、電池狀態分析電路、電池安全保護電路、能量控制管理電路、電池信息管理電路組成。與常規單體電池管理系統相比，功能更加齊全。具體組成結構圖如圖2 所示。

圖2 純電動推土機單體電池管理系統（BMS）電路組成

通過上述電路的設置，檢測到動力系統的總電流、總電壓、總絕緣電阻信息并傳遞到總的電池管理系統，總系統通過計算分析，對整個系統進行保護電路的控制，通過CAN 總線接收到各個分管理系統的檢測數據，進行數據交互，估算分析，得出整個電池組的狀態參數，并根據單體電池需要來判斷是否開啟保護、均衡、維護或更換電池的操作。

與此同時，動力電池組上的絕緣電路，連接電池組的正負極，用于檢測正負極對車體的絕緣電阻；保護電路串聯在動力電池組的總電路上，在必要的時候斷開電池組的充放電回路；溫度管理電路用于檢測環境溫度等相關參數，必要時對電池組進行升溫或降溫；總電流檢測電路時時檢測該動力系統電流，總電壓檢測電路檢測該系統的電壓。6 大部分相互配合，純電動推土機達到較強的適應性、擴展性和安全性，降低能量損耗。

3 結語

本文提供了一種純電動推土機電池管理系統設計思路，旨在通過集成化的設計，避免原來動力電池管理系統的相對獨立，將動力電池管理控制功能設計到整車控制器中，結合整車系統中相關電路和散熱管理設計，利用整車控制器完成對動力電池的相關控制、顯示、報警、數據傳輸，使得純電動推土機能夠結合具體工況進行電機功率輸出控制，使純電動推土機達到適應性、拓展性強，安全性高，能耗低的目的。