電動汽車動力電池狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建探究

蔣松云

（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南株洲，412001）

電動汽車動力電池狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建探究

蔣松云

（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南株洲，412001）

近年來，電動汽車在我國也得到了快速發(fā)展，其中，電池管理問題成為汽車行業(yè)內(nèi)的關(guān)注熱點(diǎn)，電池狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測至關(guān)重要，本文對電動汽車動力電池狀態(tài)的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行探究，以期能夠?yàn)殡妱悠嚨碾姵貙?shí)時監(jiān)測提供幫助和借鑒。

電動汽車；零排放；汽車領(lǐng)域；實(shí)時監(jiān)測

0 引言

近些年，電動汽車快速發(fā)展，而電動汽車發(fā)展的核心技術(shù)就是電池、電機(jī)和電控，而電動汽車的電池對電動汽車的性能起著決定性影響，同時在汽車的實(shí)際運(yùn)行中及時掌握電池的實(shí)時狀態(tài)參數(shù)對電動汽車的運(yùn)行維護(hù)具有十分重要的意義。本文在國內(nèi)外現(xiàn)有電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套電動汽車電池監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

電池管理系統(tǒng)如圖1所示，主要由以下幾部分組成：電壓監(jiān)測模塊、電路監(jiān)測模塊、絕緣性監(jiān)測模塊、溫度監(jiān)測模塊、故障報警模塊、CAN總線模塊、MCU中央控制單元、顯示單元、供電模塊等。

圖1 電動汽車電池管理系統(tǒng)框圖

1.2 主控芯片的選擇

因?yàn)楸O(jiān)測系統(tǒng)的電池連接方式是串聯(lián)，并且電池組的單體電池?cái)?shù)量大，所以需要收集、整理的相關(guān)信息量也大，需要處理的數(shù)據(jù)量多，同時，數(shù)據(jù)運(yùn)算難度大，一個模塊與其他模塊之間數(shù)據(jù)信息交互量大，交互運(yùn)算十分復(fù)雜，所以要選擇集成度高，而且能夠快速運(yùn)算數(shù)據(jù)，可以有效保證運(yùn)算結(jié)果準(zhǔn)確性的處理器作為實(shí)時檢測系統(tǒng)的主要控制芯片，結(jié)合此處的需求可知，純電動汽車電池管理系統(tǒng)需要的是一款帶有AD功能、具有CAN通訊功能的單片機(jī)，因此我們選擇了基于增強(qiáng)型51內(nèi)核的STC系列的單片機(jī)STC12C5A60S2，STC12C5A60S2是STC生產(chǎn)的一個集成性高效的信號處理性的單片機(jī)，依靠其豐富的片內(nèi)資源，完全可以達(dá)到我們想要的幾乎全部的要求。

1.3 電源模塊

電源部分是極為重要的，因此我們需要認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)，使電源部分盡可能的穩(wěn)定。電動車的整車供電采用的是12V輸出，單片機(jī)部分需要一個5V的可靠電源，OZ890 芯片需要進(jìn)行電池檢測，因此需要一個盡可能寬的電壓，需要±15V，風(fēng)扇和蜂鳴器電壓+5V。各個芯片通過 DC-DC轉(zhuǎn)換獲得供電電壓，并能起到隔離抗干擾的作用。+5V 電壓通過LM2956 轉(zhuǎn)換。

1.4 電壓監(jiān)測模塊

隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，電壓監(jiān)測的方法也逐漸增多，目前使用頻率最高、最為精準(zhǔn)的有以下四種，第一種是直接監(jiān)測，即單體電池經(jīng)過保護(hù)電路以后，將其直接送給AD，對電池信號進(jìn)行檢測，這一過程中，不需要度單體電池進(jìn)行任何的隔離，也無需任何環(huán)節(jié)與程序的切換，直接監(jiān)測法，不僅可以為每節(jié)電池單獨(dú)設(shè)置監(jiān)測模塊，同時還能夠利用專用芯片對所有電池進(jìn)行監(jiān)測。第二種是電阻分壓法。第三種是光耦隔離監(jiān)測法，此種方法原理簡單，但是，需要使用許多光耦合器，此外，其電路復(fù)雜程度大，傳輸比的誤差大，容易導(dǎo)致測量結(jié)果與真實(shí)數(shù)據(jù)之間存在較大差異。第四種是飛度電容法，使用的繼電器數(shù)量交過，同時，其電路設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜，更為重要的是，其中還會涉及到分組電壓，對電阻的要求較高，特別是電阻的精度，因此，此種方法的使用頻率較低。OZ890芯片含有電池電壓巡查電路，這些電路集成了多路單體才構(gòu)成，根據(jù)圖3的設(shè)計(jì)，主要是把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)借助總線傳送到STC-12C5A60S2。鑒于OZ890 芯片巨頭能夠自動平衡的功能。電路由兩部分組成，單體電壓的采集電路，還有另一種電路叫做均衡電路。

1.5 電流監(jiān)測模塊

電流作為估計(jì)電池相關(guān)的容量以及參數(shù)，所以系統(tǒng)對電流的采集有很高的要求，不僅要保證采樣中電流由高精度，同時要求必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力。在本系統(tǒng)中,電流是通過測量外部傳感電阻兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)采用由LAM公司生產(chǎn)的多量程電流傳感器LA-28NP,原邊電流提供了5A～25A間5種選擇,可通過不同的接線方式靈活設(shè)置,副邊電流為25mA ,采樣電阻R取4.7Ω。實(shí)際電流=±(K*電流寄存器的絕對值)/R*4096 ,K為互感器變比,±取決于電流寄存器的符號位。

1.6 溫度監(jiān)測模塊

在此模塊中，使用的傳感器為DS18B20，其優(yōu)點(diǎn)明顯，一方面，體積小，性能穩(wěn)定，另一方面，不易受外界因素影響，可以直接對溫度進(jìn)行檢測，無需外圍電路的支持。改傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)同時進(jìn)行溫度測量以及轉(zhuǎn)換的目標(biāo)，然后，可以將電路溫度的測量結(jié)果，存在進(jìn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息庫當(dāng)中，在讀取電路溫度時，實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)要先發(fā)送所要讀取的傳感器序號，接受到序號后，到對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息庫中查找數(shù)據(jù)，讀取溫度。

1.7 絕緣性監(jiān)測模塊

電動汽車電池電壓一般在300V以上，為了保證電動汽車的用電安全，電池組高電壓系統(tǒng)必須與汽車地盤之間的絕緣線必須穩(wěn)定可靠，否則會危及乘客的人身安全，因此實(shí)時監(jiān)測高壓電池組與汽車底盤直接的電氣絕緣性能，對保證乘客安全、電氣設(shè)備正常工作和車輛安全運(yùn)行具有重要意義。本系統(tǒng)中采用對電池組正端對汽車底盤的電壓和動力電池負(fù)端對底盤的電壓分別進(jìn)行采集，并提供給中央控制單元，中央控制單元根據(jù)采集到的信息輸出絕緣檢測控制信號，分別對電池正、負(fù)極絕緣性進(jìn)行監(jiān)測。

1.8 CAN總線通信模塊

CAN最先是由德國Bosch 公司在上世紀(jì)設(shè)計(jì)的，專門應(yīng)用于汽車電子的一種新型總線。經(jīng)過了三十多年的驗(yàn)證，可以知道CAN總線是一個非常好的總線標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)中主要采用控制器、光耦隔離電路和 收發(fā)器IC等部分構(gòu)成了CAN總線的接收電路。我們使用的STC12C5A60S2單片機(jī)是支持CAN總線的MCU，輸出后的信號經(jīng)過了我們外部的驅(qū)動器連接了CANH和CANL。同時因?yàn)槠囯娮拥母蓴_是很大的，因此我們使用了光耦進(jìn)行了信號的隔離。對于收發(fā)芯片的選擇，我們使用采用 82C250 芯片，工作電壓為5V。能夠?qū)AN 控制器提供接收功能，同時對總線也有差動發(fā)送數(shù)據(jù)的能力，作為控制器上的物理總線之間的接口。

1.9 報警模塊

在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為方便了解電池組運(yùn)行情況,主控單元中電路板上設(shè)置了指示燈及蜂鳴器來顯示不同的電池故障。發(fā)光二極管可以作為指示燈選用。選用LED燈來代表的故障顯示。故障分為的兩級是臨界故障及嚴(yán)重故障。如果發(fā)生臨界故障的情況下,對應(yīng)的故障指示燈將會閃爍。如果發(fā)生嚴(yán)重故障時,對應(yīng)的故障指示燈將常亮。如果無故障發(fā)生時,所有的指示燈都熄滅。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

對于系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)而言，主控流程是不斷循環(huán)的，主要應(yīng)用作用是對電池組的電壓，以及電池組的電流溫度等相關(guān)的電池信息、電池狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，同時，承擔(dān)報警工作，若是電流過高，或者是電池溫度過高時，發(fā)出警報。對系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存貯，為上位機(jī)的信息采集提供便利。

在實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)通電后，第一步，是要對各個模塊進(jìn)行初始化，檢查模塊是否可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，第二步，進(jìn)入主循環(huán)，首先，監(jiān)測主電路的電流，若是主電路中有電流經(jīng)過，則發(fā)出警報，若是電流過高，則會切斷系統(tǒng)的主電路；其次，監(jiān)測單體電池的溫度，當(dāng)溫度過高時，也會發(fā)出警報，在溫度達(dá)到一定數(shù)值時，則會自動切斷主電路；再次，監(jiān)測電池的電壓，對過電壓的處理與上述內(nèi)容一樣；最后，將得到的所有測量結(jié)果存儲，并將電池的溫度，以及警報信息進(jìn)行顯示。經(jīng)過上述工作流程后，可以實(shí)現(xiàn)對電動汽車動力電池的監(jiān)測。

3 總結(jié)

筆者立足自己的工作實(shí)踐，對電動汽車動力電池狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了探究，電動汽車動力是我國汽車領(lǐng)域未來發(fā)展的主要趨勢，因此，汽車研發(fā)設(shè)計(jì)企業(yè)以及相關(guān)工作人員要采用先進(jìn)技術(shù)，利用先進(jìn)理念，采取有效措施，構(gòu)建出科學(xué)性、合理性的電動汽車動力電池的實(shí)時檢測系統(tǒng)，促進(jìn)電動汽車的發(fā)展與進(jìn)步。

[1]李曉輝,張向文,侯少陽.電動汽車動力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2016.

[2]徐錦超.電動汽車動力電池實(shí)時在線監(jiān)測系統(tǒng)及SOC估計(jì)[D].廣東工業(yè)大學(xué),2014.

[3]郭航.純電動汽車電池管理系統(tǒng)的研究[D].南昌大學(xué),2011.

[4]朱正禮,任少云.CAN總線系統(tǒng)在電動轎車上的應(yīng)用[D].汽車工程.2013.

羅德與施瓦茨： 踐行5G測試， 共同推動5G未來商用

2017年6月14日，R&S公司在北京舉辦了“引領(lǐng)5G測試-R&S 5G測試技術(shù)研討會”，會議期間來自R&S公司德國的專家及中國本地專家在系列演講中和參會嘉賓一起暢談了4G到5G的技術(shù)演進(jìn)和新技術(shù)。5G增強(qiáng)移動寬帶場景下的有源天線陣列波束成形測試，毫米波寬帶測試；5G海量機(jī)器通信場景下的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)及其他無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的測試；5G高可靠低時延場景下的車輛網(wǎng)測試，及網(wǎng)絡(luò)安全測試等方面的內(nèi)容。會議期間，參會嘉賓饒有興趣地參觀了現(xiàn)場搭建的利用R&S?SMW矢量信號源和R&S?FSW信號分析儀在60GHz頻段的802.11ad寬帶毫米波信號； R7S?CMW200A綜合測試儀測試NB-IoT及eMTC被測終端；由NRPM功率探頭組構(gòu)成的28GHz頻段的5G信號波束成形OTA測試；以及28GHz頻段的V5G 信號產(chǎn)生（R&S?SMW200A矢量信號源）和（FSW信號分析儀）分析等5G測試演示。

Research on construction of real - time monitoring system for power battery status of electric vehicle

Jiang Songyun
(Hunan Automobile Engineering Professinal college，Zhuzhou Hunan,412001)

In recent years, electric vehicle has also been developed rapidly in China, among which, battery management has become a hot spot in the automotive industry, the real-time monitoring of battery status is very important, this paper explores the status of electric vehicle power battery monitoring system, in order to provide help and reference for the real-time monitoring of electric vehicle battery.

electric vehicle;zero release;Automobile field;Real - time monitoring