純電動汽車電池管理系統(tǒng)

1、匯報人：吳楊春2015 年 4月14日電池管理系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵組成模塊，電池要配備電池管理系統(tǒng)才能正常工作。電池管理系統(tǒng)的功能主要包括以下幾項。1、實時采集電池系統(tǒng)運行狀態(tài)參數(shù)實時采集電動汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流以及電池組總電壓等。由于電池組中的的每塊電池在使用中的性能和狀態(tài)不一致，因而對每塊電池的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)都要進行監(jiān)測。2、確定電池的SOC（電池荷電狀態(tài)）準(zhǔn)確估測動力電池組的SOC，從而隨時預(yù)報電動汽車儲能電池還剩余多少能量或儲能電池的SOC，使電池的SOC值控制在30一70。3、故障診斷與報警當(dāng)蓄電池電量或能量過低需要充電時，及時報警，以防止電池過放

2、電而損害電池的使用壽命；當(dāng)電池組的溫度過高，非正常工作時，及時報警，以保證蓄電池正常工作。4、電池組的熱平衡管理電池?zé)崞胶夤芾硐到y(tǒng)是電池管理系統(tǒng)的有機組成部分，其功能是通過風(fēng)扇等冷卻系統(tǒng)和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于正常工作溫度范圍內(nèi)。5、一致性補償當(dāng)電池之間有差異時，有一定措施進行補償，保證電池組性能良好，并有一定的手段來顯示性能不良的電池位置，以便修理替換。一般采用充電補償功能。設(shè)計有旁路分流電路，以保證每個單體都可以充滿電，這樣可以減緩電池老化的進度，延長電池的使用壽命。6、通過總線實現(xiàn)各檢測模塊和中央處理單元的通信在電動汽車上實現(xiàn)電池管理的難點和關(guān)鍵在于如何根據(jù)采集的每塊電池的電壓、溫

3、度和充放電電流的歷史數(shù)據(jù)，建立確定每塊電池剩余能量的較精確的數(shù)學(xué)模型，即準(zhǔn)確估計電動汽車蓄電池的SOC。硬件的設(shè)計取決于管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能?；疽獙崿F(xiàn)對動力 電池組的合理管理，即保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)通信、抗干擾性。在具體實現(xiàn)過程中，根據(jù)設(shè)計要求確定需要采集動力電池組的數(shù)據(jù)類型；根據(jù)采集量以及精度要求確定前向通道的設(shè)計；根據(jù)通信數(shù)據(jù)量以及整車的要求選用合理的總線。電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：1、電壓的采樣的實現(xiàn)電壓是判斷電池組好壞的重要依據(jù)，系統(tǒng)要求能得到電池組在同一時刻的電壓值的變化和各電池組的值，通過算法來找出有問題的電池組，因此電壓的采樣精度要求比較高。電壓采樣是對電動汽

4、車電池組的電壓進行采樣，每個電池組由10個單體電池構(gòu)成。本系統(tǒng)中一共有14個電池組組成電動汽車的動力電池。原理框圖如下圖所示，每個電池為一個電池組。ATMEGA8L單片機通過邏輯控制單元，控制高壓開關(guān)陣列的通斷來采樣電池組電壓，電壓信號在經(jīng)過線性隔離器件，再經(jīng)放大后輸入到ATMEGA8L單片機的A/D。2、電流采樣的實現(xiàn)電流的采樣是估計電池SOC的主要依據(jù)，因此對其采樣的精度，抗干擾能力，零飄、溫飄和線性度誤差的要求都很高，這里采用電流傳感器LT308 即LEM。其測量電路圖如下圖所示。LEM的輸入電流經(jīng)過可調(diào)電阻R2轉(zhuǎn)換為電壓信號，可調(diào)電阻用于調(diào)節(jié)將電流與其對應(yīng)的電壓之間的比例關(guān)系。由于從L

5、EM過來的電流是雙向的，因此其轉(zhuǎn)換得到的電壓是以地(GND)為中心變化的一個正負(fù)電壓，而選用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是單向的，因此必須將其電壓提高至0V以上。為此，設(shè)計一個加法器(前端的運算放大器)，它的功能是將以0V為中心的正負(fù)電壓提升至以2.5V為中心的正電壓。后端的運算放大器為一個反相器，將由加法器得到地負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓，同時起到功率放大的作用。通過兩級運放，最終將信號變?yōu)?5V的標(biāo)準(zhǔn)信號進入A/D轉(zhuǎn)換器。3、溫度采樣的實現(xiàn)電池的溫度是判斷電池能否正常使用的關(guān)鍵性參數(shù)，如果電池的溫度超過一定值，有可能造成電池的不可恢復(fù)性破壞。電池組之間的溫度差異造成電池組的單體之間的不均衡，從而會造成電池壽命的降

6、低。系統(tǒng)中溫度采樣單元，是通過總線數(shù)字化溫度傳感器完成，溫度采樣精度可達到0.5。溫度采集電路如下圖所示度檢測系統(tǒng)采用直接電源供電方式。溫度傳感器采用增強型單總線數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等性能方面較為出色。4、車載CAN通信設(shè)計實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)是混合電動車車載電氣系統(tǒng)的一部分。它與整車控制系統(tǒng)的通信聯(lián)系是通過CAN通信來實現(xiàn)的。在電池管理系統(tǒng)中，CAN通信的實現(xiàn)是由外圍設(shè)置CAN的控制器和接收器組成的通信模塊完成的，其設(shè)計原理圖如下圖所示。電路主要由4部分構(gòu)成：微處理器ATMEGA8L、CAN的控制器SAJl000、CAN總線驅(qū)動器82C250和高

7、速光電耦合器6N137。電池管理系統(tǒng)的軟件主要包括3個部分：中央處理單元的管理部分、各ECU的測量與控制部分、整個系統(tǒng)的通信部分。電池管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是檢查電池的電壓、電流和溫度。通過對測量參數(shù)的分析，估計電池的剩余容量并做出各種錯誤報警。系統(tǒng)軟件是基于ATMEGA8L的C語言實現(xiàn)的，主要有以下幾部分：1、系統(tǒng)初始化2、參數(shù)檢測及濾波電壓、電流的檢測都是通過AD中斷采集的。在中斷服務(wù)程序中，采集多組數(shù)據(jù)，剔除兩端極值，然后對數(shù)據(jù)進行平均濾波。在溫度數(shù)據(jù)采集中也同樣經(jīng)過濾波處理。3、剩余容量估計剩余容量估計在系統(tǒng)軟件中分3部分：開機參數(shù)初始化，數(shù)據(jù)采集及電流積分，根據(jù)估計模型計算。4、CAN通信CAN通信是電池管理系統(tǒng)與整車控制單元進行通信的中介，電池管理系統(tǒng)把電池的SOC、溫度及相關(guān)報警信息發(fā)送到CAN總線上，中央控制單元接收到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行處理，進行對整車的控制。5、數(shù)據(jù)診斷報警在電油管理系統(tǒng)中，對電池組相關(guān)的數(shù)據(jù)分析處理是關(guān)鍵，也是電池管理系統(tǒng)的核心所在，這中間涉及溫度的診斷、電壓高低的診斷、電池組好壞的診斷等，并且要在危險情況下做出緊急處理和報警。如在溫度診斷中，利用總線式溫度傳感器對電池溫度