關(guān)于主動(dòng)均衡技術(shù)的純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)研究

何佳健+南銀姬+盧楚輝

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷提升，逐漸出現(xiàn)了一種全新類型的汽車產(chǎn)品，即純電動(dòng)汽車，這種汽車擺脫了傳統(tǒng)汽車以燃油為動(dòng)力燃料，而是利用電池為汽車提供能量，從而使汽車能夠快速的運(yùn)行。因此，本文對(duì)主動(dòng)均衡技術(shù)的純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，從系統(tǒng)的硬件與軟件兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為我國(guó)純電動(dòng)汽車的發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的一份力量。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)均衡技術(shù)；純電動(dòng)汽車；電池管理系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.130

0 引言

純電動(dòng)汽車是由很多部位構(gòu)成，其中電池管理系統(tǒng)占據(jù)重要的地位，利用該系統(tǒng)可以將純電動(dòng)汽車與電池進(jìn)行連接，從而使電池為汽車的運(yùn)行源源不斷的提供能源。電池管理系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，重要有以下幾點(diǎn)功能：物理參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，隨時(shí)對(duì)電池的溫度、電壓等進(jìn)行監(jiān)控；電池狀態(tài)估計(jì)，推算出剩余的使用電量；充放電控制，保證電池能夠均衡的充放電，提高電池的使用年限；安全管理，及時(shí)的診斷出電池出現(xiàn)的故障等。

1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

1.1 均衡采集板硬件總體設(shè)計(jì)

1.1.1 LTC6803電壓、溫度采集模塊

電池管理系統(tǒng)的硬件當(dāng)中，對(duì)均衡采集板硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要對(duì)電壓、溫度采集模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使每一個(gè)單體電池能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)均衡，當(dāng)單體電池實(shí)現(xiàn)主動(dòng)均衡之后，所產(chǎn)生的物理信息會(huì)通過采集板中的CAN1總線進(jìn)行傳遞，從而使信息進(jìn)入到電池管理系統(tǒng)中。電池管理系統(tǒng)受到信息之后，對(duì)電池進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估，如電池出現(xiàn)異常情況，會(huì)將這一現(xiàn)象及時(shí)的傳遞給用戶，并將電路切斷，以使電池組得到保護(hù)。電池上還利用電阻及電容的電抗耦合濾波，與LTC6803進(jìn)行了連接，從而提高了采集的準(zhǔn)確度，使整個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵貭顟B(tài)更好的進(jìn)行分析。

1.1.2 主動(dòng)均衡拓?fù)潆娐纺K

對(duì)該模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，利用金屬-絕緣體-半導(dǎo)體管（MOS管）為開關(guān)材料，如電池運(yùn)行一段時(shí)間之后，BAT16電壓不足需要充電時(shí)，可以對(duì)下段Q40及上端的MOS管進(jìn)行控制，使兩者聯(lián)通對(duì)該電池進(jìn)行充電，充電過程中，電流會(huì)按照Q40、D40、BAT16、D28、Q28的順序流通，從而形成了整個(gè)充電回路，持續(xù)為BAT16電池補(bǔ)充電量。同時(shí)，充電的過程中，電量變化較大時(shí)，會(huì)對(duì)其造成損壞，導(dǎo)致MOS管擊穿，使電池出現(xiàn)短路問題，影響電池的使用與壽命。因此，為了避免這一問題的出現(xiàn)，對(duì)該模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在每一個(gè)分支當(dāng)中，安裝了大電流二極管進(jìn)行整流，從而對(duì)電池進(jìn)行了一定的保護(hù)。

1.1.3 恒流源模塊

運(yùn)行的過程中，首先對(duì)電阻R150的分壓經(jīng)運(yùn)放LM358的一級(jí)運(yùn)放放大24倍，并對(duì)其進(jìn)行檢查，然后對(duì)LM358的二級(jí)運(yùn)放即J1端子的IN2-進(jìn)行檢查，并將兩者檢查的結(jié)果進(jìn)行比，得出相應(yīng)的電平之后，利用引線的末端FB將其傳遞給XL4016。當(dāng)XL4016接收到信息之后，根據(jù)信息的不同對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制。如接受的信息小于0.8V時(shí)，該芯片則會(huì)開啟，如接受的信息高于3.3V時(shí)，該芯片則會(huì)關(guān)閉，從而使系統(tǒng)中出現(xiàn)恒流源。并且，根據(jù)電池的實(shí)際運(yùn)行情況，利用J1端子的改變，對(duì)該模塊的電流進(jìn)行調(diào)整，利用J2端子的改變，對(duì)該模塊的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。

1.2 主控板硬件設(shè)計(jì)

主控板由很多模塊構(gòu)成，根據(jù)功能的不同，可以將其分為六個(gè)部分，第一部分為通信模塊，第二部分為充放電繼電器控制模塊，第三部分為存儲(chǔ)模塊，第四部分為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，第五部分為母線電流采集模塊。對(duì)主控板設(shè)計(jì)時(shí)，選擇性能良好的STM32F207VET6處理器；對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，選擇準(zhǔn)確度較高的DS1302芯片，同時(shí)該芯片還具有功耗低的特點(diǎn)；存儲(chǔ)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，選取SDIO接口協(xié)議，從而使信息能夠?qū)崟r(shí)保存；充放電繼電器控制模塊設(shè)計(jì)時(shí)，選擇霍爾電流傳感器，其具有閉環(huán)的特點(diǎn)，能夠?qū)φ麄€(gè)電路中的正負(fù)電流信息進(jìn)行搜集，并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化，從而使控制的更加精確。

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

2.1 均衡采集板軟件設(shè)計(jì)

采集板的軟件部分通電之后，可以將所有模塊恢復(fù)到原始狀態(tài)，然后再次完成各自的工作。對(duì)該部分運(yùn)行時(shí)，主要由以下兩個(gè)過程。首先各個(gè)模塊還原之后，采集板會(huì)向采集程序發(fā)布命令，從而對(duì)電池的電壓進(jìn)行搜集，并將搜集的結(jié)果向電子控制單元傳遞。然后處理程序?qū)λ鸭慕Y(jié)果進(jìn)行比較，將其中數(shù)值最小的電池位置尋找出來，如該電池的電壓低于最高數(shù)值的0.01V，電子控制單元對(duì)相應(yīng)的回路進(jìn)行控制，使其處于導(dǎo)通狀態(tài)，為該電池進(jìn)行均衡充電，反之則無需對(duì)該電池進(jìn)行均衡充電。

2.2 主控板軟件設(shè)計(jì)

主控板通電之后，也會(huì)使所有模塊恢復(fù)到原始狀態(tài)，然后再次使各模塊完成各自的工作。對(duì)該軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要包括了以下幾個(gè)方面。（1）根據(jù)母線電流的實(shí)際情況，并結(jié)合電池實(shí)際電壓，對(duì)電池的剩余電量進(jìn)行推斷；（2）采集板采集到電池的信息之后，將信息傳遞到通信程序中，通信程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行整理與發(fā)送，并且，電池充電時(shí)，將相應(yīng)的命令傳遞給充電器；（3）通信程序整理完信息之后，交給存儲(chǔ)程序進(jìn)行儲(chǔ)存，并通過對(duì)該程序的管理，對(duì)以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看；（4）故障處理程序?qū)﹄姵剡M(jìn)行檢查，確定出電池是否存在異常，并判斷出引發(fā)異常的主要原因。

3 總結(jié)

綜上所述，本文在當(dāng)前現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，從而使電池管理系統(tǒng)的性能得到了一定提升，將其應(yīng)用到純電動(dòng)汽車中之后，不僅能夠降低汽車對(duì)電力能源的應(yīng)用，使汽車能夠運(yùn)行的更遠(yuǎn)，而且該系統(tǒng)還可以對(duì)能量進(jìn)行回收，提高汽車的穩(wěn)定性，是當(dāng)前階段較為良好的電池管理系統(tǒng)。

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作者簡(jiǎn)介：何佳健（1987-），男，廣西南寧人，助理工程師，本科，研究方向：純電動(dòng)乘用車電池包。