電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

申彩英，原 晨，李啟龍

（1．遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州121001；2。凌海供電有限責(zé)任公司，遼寧 凌海121200）

電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

申彩英1，原 晨2，李啟龍2

（1．遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州121001；2。凌海供電有限責(zé)任公司，遼寧 凌海121200）

電池管理系統(tǒng)可以對(duì)電池參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、并進(jìn)行熱管理、故障報(bào)警。本文對(duì)電池管理系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，以STC12C5A60S2微控制器為核心，對(duì)電池管理系統(tǒng)電流、電壓、溫度檢測(cè)電路及過壓、過流檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電池管理系統(tǒng)；硬件電路;設(shè)計(jì)

隨著石油資源匱乏及環(huán)境污染的加劇，電動(dòng)汽車作為21世紀(jì)一種新結(jié)構(gòu)形式的交通工具，很大一部分緩解了上述問題。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的主要能量源，為電動(dòng)汽車提供行駛能量，同時(shí)也為車載電器設(shè)備提供必要的能量。因此電池管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車中占有非常重要的地位，一直以來都是研究的熱點(diǎn)[1-3]。

電池管理系統(tǒng)主要由信息檢測(cè)單位、均衡單元、主控單元和顯示單元、充電控制單元組成。信息檢測(cè)單位用于實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池電壓、溫度檢測(cè)、電流的檢測(cè)。主控單元用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電池SOC的估算，信息量（電壓、電流、溫度）的轉(zhuǎn)換。均衡單元用于實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池電壓的均衡，確保電池不超過其極限電壓，使電池處于最佳狀態(tài)。充電控制單元主要負(fù)責(zé)充電過程中充電電壓和充電電流的控制，保護(hù)蓄電池不受損壞[4-5]。本文對(duì)電池管理系統(tǒng)硬件檢測(cè)電路及過壓、過流檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 電池管理系統(tǒng)組成

電池管理系統(tǒng)的硬件檢測(cè)電路部分包括參數(shù)檢測(cè)電路，過壓、過流檢測(cè)電路如圖1。

圖1 電池管理系統(tǒng)組成

其中包括參數(shù)檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路和溫度檢測(cè)電路3部分，電流檢測(cè)電路用于檢測(cè)電池充電、放電電流，電壓檢測(cè)電路用于檢測(cè)電池的單體電壓和總電壓，溫度檢測(cè)電路用于檢測(cè)單體電池溫度和單片機(jī)控制系統(tǒng)溫度。過電壓、過電流檢測(cè)電路用于檢測(cè)電池過電壓、欠電壓和過度放電、充電，保護(hù)蓄電池不受損壞。

2 主控單元

主控單元采用增強(qiáng)型51芯片STC12C5A60S2，由晶振電路、復(fù)位電路、電源電路和上電指示電路組成。如圖2所示。

其中晶振電路用于給單片機(jī)提供工作時(shí)序；復(fù)位電路用于單片機(jī)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況下實(shí)現(xiàn)復(fù)位；電源電路給單片機(jī)提供穩(wěn)定的工作電源；上電指示電路用于顯示單片機(jī)是否上電，若上電則LED燈亮，單片機(jī)有電，否則無電。

3 參數(shù)檢測(cè)電路

由于電動(dòng)汽車電池不能過充電、過放電，電流檢測(cè)原理圖如圖3所示，采用ACS712電流傳感器，量程為30A，被測(cè)電流與輸出電壓成正比，經(jīng)過濾波后進(jìn)入單片機(jī)。

電壓測(cè)量采用分壓原理，電池組電壓不會(huì)大于15 V，測(cè)量電路如圖4所示，被測(cè)量電壓經(jīng)過分壓、濾波后進(jìn)入單片機(jī)。電池總電壓的測(cè)量電路只是將電路中的R1和R2的值重新設(shè)計(jì)。

圖2 主控單元電路

圖3 電流測(cè)量原理圖

圖4 電壓測(cè)量原理圖

溫度測(cè)量分2部分，一部分是測(cè)量單體電池的溫度，采用熱敏電阻測(cè)量，測(cè)量原理如圖5所示，熱敏電阻的分壓值與被測(cè)溫度值一一對(duì)應(yīng)，單片機(jī)通過檢測(cè)對(duì)應(yīng)AD口的數(shù)字量值即可求出對(duì)應(yīng)的溫度值，從而可以檢測(cè)電池溫度。

另一部分是測(cè)量主控單元的溫度，采用DS18B20單總線傳送方式，將檢測(cè)值送給單片機(jī)，溫度測(cè)量原理圖如圖6所示。

圖5 熱敏電阻測(cè)量原理

圖6 溫度測(cè)量原理圖

4 過電壓、過電流檢測(cè)電路

為了保護(hù)電動(dòng)汽車電池，不能過充電、也不能過放電，電池電壓要在一定范圍之內(nèi)，本文設(shè)計(jì)了過電壓、欠電壓及過流檢測(cè)電路。過電壓、欠電壓檢測(cè)電路如圖7所示。當(dāng)電池電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，該電路輸出高電平，若過壓或者欠壓則輸出低電平。過流檢測(cè)原理相同。

5 結(jié)論

本文對(duì)電動(dòng)汽車用電池參數(shù)檢測(cè)電路及過電壓、欠電壓、過電流檢測(cè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的電路可以準(zhǔn)確的對(duì)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

圖7 過壓、欠壓檢測(cè)電路

[1]楊靜,張朝暉.基于單片機(jī)及可編程器件的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)[J].機(jī)電一體化,2004(6):60-63.

[2]汪世國(guó).電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)現(xiàn)狀分析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2014(2):65-67.

[3]李仲興,余峰,郭麗娜.電動(dòng)汽車用鋰電池組均衡控制算法[J].電力電子技術(shù),2011,45(12):54-56.

[4]陳洋,李榮正.電池管理系統(tǒng)(BMS)及其均衡充電的方法[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,29(3):213-217.

[5]宋雪樺,吳和生,劉錦娟,等.混合電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2011,25(9): 787-792.

責(zé)任編校：劉亞兵

Hardware Electric Circuit Design of Battery Management System

SHEN Cai-ying1,YUAN Chen2,LI Qi-long2

（1。Automobile&Transportation Engineering College,Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China；2.Linghai Electric power supply company limited,Linghai,121200,China）

Battery parameters can be detected by battery management system,at the same time,it can make thermal management and trouble alarm.Hardware electric circuit is designed in the paper.Taking STC12C5A60S2 Microcontroller as a core,current of battery management system,voltage, temperature detecting circuit,over-current,and over-voltage circuit are designed.

battery management system;hardware electric circuit;design

TN709

A

1674-3261(2017)01-0025-03

2016-07-07

遼寧省高校重大平臺(tái)項(xiàng)目資助（JP2016016）

申彩英(1981-)，女，遼寧錦州人，講師，博士。

10.15916/j.issn1674-3261.2017.01.007