純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用

劉力 史龍飛

【摘要】隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重和環(huán)保理念的深入人心，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度越來越高，尤其注重清潔能源的使用和開發(fā)。汽車尾氣一直以來都是影響城市空氣質(zhì)量的主要因素之一，而化石燃料的燃燒在帶來大氣污染的同時(shí)，也造成能源的過度使用，不利于經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。純電動(dòng)汽車的開發(fā)和使用能夠減少大氣污染物的排放，有很高的環(huán)保價(jià)值，但是純電動(dòng)汽車的一次充電行駛里程過短的問題嚴(yán)重影響了電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用，因此，本文主要對(duì)其電池管理系統(tǒng)展開介紹，為汽車電池?cái)U(kuò)容提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】純電動(dòng)汽車 電池管理系統(tǒng) 應(yīng)用

一、前言

電動(dòng)汽車具有的環(huán)保性和低污染的優(yōu)點(diǎn)使其在現(xiàn)代汽車領(lǐng)域占有重要比重。純電動(dòng)汽車是電動(dòng)汽車的主要類型之一，能源供給依靠動(dòng)力電池，純電動(dòng)汽車的技術(shù)在今天己經(jīng)相對(duì)比較成熟，可以進(jìn)行市場(chǎng)化生產(chǎn)。純電動(dòng)汽車的最關(guān)鍵部分為動(dòng)力電池，其在整個(gè)汽車的成本中占有較大比例，有時(shí)候能夠占整車成本的三分之一多。為了降低汽車的整體成本，同時(shí)保證汽車行駛的穩(wěn)定性，必須要對(duì)純電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)進(jìn)行研究。

二、電池管理系統(tǒng)分析

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純電動(dòng)汽車是以動(dòng)力電池作為能源供給的，在實(shí)際動(dòng)力源的使用中，可以將動(dòng)力電池分組串并聯(lián)形成整車高壓電源。根據(jù)汽車的使用目的從整體汽車的角度出發(fā)，采用分布式網(wǎng)絡(luò)控制管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，每個(gè)電池電池包中配備電池測(cè)控模塊，并將中央控制器通過總線連接到一起構(gòu)成完整的系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)功能分析

純電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)首先需要具備參數(shù)檢測(cè)的功能，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到電池充放電的情況，而且電池總電壓和電池總電流可以通過采集到的數(shù)據(jù)來分析。傳統(tǒng)車的油量相當(dāng)于電池的剩余電量，汽車在行駛的過程中為了保證司機(jī)能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)到剩余的電量，系統(tǒng)需要采用即時(shí)采集充放電電流和電壓等參數(shù)。其次，需要進(jìn)行充放電空盒子，根據(jù)實(shí)際電池的荷電裝填控制對(duì)電池的充放電進(jìn)行監(jiān)測(cè)。[2]如果出現(xiàn)某個(gè)電池電壓波動(dòng)的情況或者某些參數(shù)超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)需要能夠及時(shí)切斷繼電器，停止電池的能量供給保證汽車的正常行駛。電池管理系統(tǒng)還需要具備熱管理和均衡控制的功能，系統(tǒng)不僅要能夠及時(shí)的得到每包電池測(cè)點(diǎn)溫度，并及時(shí)采用相應(yīng)措施比如控制散熱風(fēng)扇的工作效率防止電池過熱，而且因?yàn)殡姵刂按嬖谝欢ǖ牟町愋砸约笆褂脿顟B(tài)有所去區(qū)別，所以在電池使用過程中容易發(fā)生不一致性，電池管理系統(tǒng)需要有一定的均衡控制能力。電池管理系統(tǒng)在故障診斷環(huán)節(jié)中，通過對(duì)汽車行駛參數(shù)的收集和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池性能的預(yù)測(cè)，以及故障的及時(shí)判斷和報(bào)警。最后，電池管理系統(tǒng)還需要具有信息監(jiān)控和參數(shù)標(biāo)定的功能，我們可以在車載顯示端實(shí)時(shí)觀測(cè)到電池的主要信息，同時(shí)由于不同的純電動(dòng)汽車車型使用的電池?cái)?shù)量、類型以及電池包種類不同，會(huì)給系統(tǒng)的信息標(biāo)定造成一定的干擾，因此，需要電池管理系統(tǒng)能夠綜合分析整車系統(tǒng)的工作情況，合理完成信息標(biāo)定。

（三）電池管理系統(tǒng)的主要功能

電池管理系統(tǒng)的主要功能包括以下功能：電池信息采集功能：電池電壓，溫度采集，充放電電流，以及將主板總線采集到主控芯片的幫助下估算SOC功能：采集板的電池信息。基于剩余動(dòng)力電池的主控芯片采用一定的算法收集SOC估算值（充電狀態(tài)），為駕駛員的行駛距離和參考值提供安全保護(hù)。電控系統(tǒng)管理功能：在電動(dòng)汽車電池充放電過程中，電源電池過充是很有可能的，電池之間的電量不平衡，放電，極大地影響電池的使用壽命，影響效率和安全性。即使有一個(gè)問題，電池管理系統(tǒng)可以快速有效地執(zhí)行預(yù)定的安全措施，如切割關(guān)閉充放電電路，確保電池組的正常安全使用。為消除電池的固有差異，可以建立均衡電路和控制算法，實(shí)現(xiàn)單體電池之間的平衡。電池安全性保護(hù)功能：電動(dòng)車電池組的安全管理主要負(fù)責(zé)監(jiān)控電池是否運(yùn)行異常，一旦發(fā)現(xiàn)問題系統(tǒng)，應(yīng)及時(shí)做出應(yīng)急響應(yīng)，確保電池組正常運(yùn)行并防止爆炸數(shù)據(jù)通信和顯示功能：將電池采集信息管理系統(tǒng)發(fā)送至電池管理系統(tǒng)（BMS）主控芯片以估計(jì)并均衡電池SOC，然后將結(jié)果通過CAN總線發(fā)送至其他設(shè)備同時(shí)，電池管理系統(tǒng)BMS通過串口顯示上位機(jī)的信息通信，使駕駛員和維修人員對(duì)車輛信息有清晰的把握和判斷。

三、電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電池管理系統(tǒng)中的電池測(cè)控模塊與中央控制器需要根據(jù)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的實(shí)際參與控制對(duì)象與系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)可以依據(jù)模塊化和功能劃分的設(shè)計(jì)理念完成分離，采用CAN控制器模塊設(shè)計(jì)微控制器，選用PCA82C250作為CAN收發(fā)器。人機(jī)接口的通信采用RS485，其他控制器之間的通信使用CAN總線來完成，同時(shí)選用集成2路12bit精度的芯片構(gòu)建電池測(cè)控模塊微控制器。由于電動(dòng)汽車的電路系統(tǒng)相對(duì)來說比較復(fù)雜，用電環(huán)境變化多樣，因此為了減少不同電路和元器件之間的電磁干擾和電磁屏蔽，避免影響電池管理系統(tǒng)的工作效率，可以通過適當(dāng)在CAN收發(fā)器與微控制器之間添加高速光耦隔離器以及分離車輛電源地線等形式保證電池管理系統(tǒng)的有效工作。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

采用模塊化程序進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，用C語言編寫中央控制器程序，并根據(jù)系統(tǒng)具有的功能將整體程序分成幾個(gè)子程序，主要包括SOC估計(jì)子程序、標(biāo)定子程序、信號(hào)監(jiān)控、故障分析子程序以及報(bào)警子程序等。在安裝系統(tǒng)硬件的過程中，綜合考慮到電動(dòng)汽車的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，完成軟件抗干擾設(shè)計(jì)。為了防止程序失效并保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，可以在軟件設(shè)計(jì)過程中使用軟件陷阱、冗余以及濾波等技術(shù)。采用VB程度完成系統(tǒng)標(biāo)定程序的開發(fā)，應(yīng)用模塊程序設(shè)計(jì)的方法完成軟件的構(gòu)建，在實(shí)際純電動(dòng)汽車的運(yùn)行中，軟件需要具備的功能主要包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與保存、系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定、繼電器輸出以及數(shù)據(jù)和曲線顯示等幾種。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系著整車運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，只有保證系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)切實(shí)符合電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)，才能夠確保汽車電池能夠最大限度的發(fā)揮功效，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的進(jìn)一步提升。

五、結(jié)束語

綜上所述，純電動(dòng)汽車在環(huán)境保護(hù)中具有十分廣泛的應(yīng)用價(jià)值，在實(shí)際純電動(dòng)汽車使用中，電池動(dòng)力因素長(zhǎng)久以來都是制約純電動(dòng)汽車生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大的重要因素。本文主要通過對(duì)純電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計(jì)構(gòu)建了新型電池管理系統(tǒng)，希望能夠提升純電動(dòng)汽車電池管理效率，保證整體汽車使用的合理性和安全性，促進(jìn)純電動(dòng)汽車更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫逢春，張承寧，祝家光.電動(dòng)汽車——21世紀(jì)的重要交通工具[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.

[2]金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理及應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2000.