电动汽车电池管理系统研究

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翻新时间：2023-04-09

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电动汽车电池管理系统研究

摘要：目前，电池管理技术是制约电动汽车行业发展的瓶颈问题，本文根据电动汽车目前采用的电池特点和要求，在常见的管理方案前提下，针对单个电池的电压数据系统检测，在整合数据、故障诊断、信息分析方面具有一定的优势。可以在一定的传输速率前提下，完成对电池参数的实时监控，并且通过主控制器的网络状态设定安全电压和安全电流，保持电池网络管理系统的整体性和完整性，当出现异常情况下可以立即断开异常回路，实现对整个电动汽车电池管理控制单元的有效控制。

关键词：电动汽车电池管理控制单元

1 概述

20世纪以来，全球汽车工业的不断发展导致地球环境恶化，各国都面临着能源危机，环境污染的问题。这也促使了各个国家开始大规模投资在新科技、新能源领域，以解决目前的危机。在上个世纪90年代美国开发一批电动汽车样车，得到了广泛的好评。电动汽车的结构简单，操控系统灵活，设计新颖出色，更重要的是对环境没有任务污染物的排放。称为目前代替传统燃料的汽油机和柴油机的最佳替代品。这也成为各国争相开展电动汽车技术创新的突破点。电动汽车的核心部件就是动力电池。为了维持一定的续航能力，保证电池在工作过程中的安全性，需要我们加强对电动汽车电池管理系统的研究，做好电池管理系统与汽车总线控制系统的衔接。

2 电池管理系统功能分析

电池管理的主要目的是能够对电动汽车动力电池的工作状态进行实时监控，可以最大限度的使用电池能量，提高单位体积电池组的能量比；在提高蓄电池续航里程的前提下，增加电池的使用时间。目前，多数电池管理系统都采用集成化模块，电动汽车动力电池对于电池的使用安全性和稳定性具有较高要求，因此，电池管理系统结构的设计功能直接影响动力输出与续航里程。为了满足电动汽车对电池管理的功能要求，我们从五个方面来说明电池管理系统的主要作用，见图1。

由于动力电池本身性质的差异，以及在生产和装配环节的误差，导致每一单格电池的存电量、输出电压、端电压、端电流等出现不同程度的差异性。这些单格电池之间的差异会影响到整个电池组的电量输出等关键参数，也对动力电池组使用的时间有所缩短。随着电动汽车用电设备和部件的增多，要求电池管理系统不断完善和增加部分功能，对电池管理系统的结构设计进一步的优化，使电池管理系统在功能上具有更大的扩展性，在运行上可以更加方便操作。

3 电池管理系统设计

电池管理系统结构进行初步优化和重新设计后，将嵌入式平台引入控制单元。对电池管理系统的运行程序进行调试后，总结该系统特点如下：

①集成性较高性能优良的英特尔处理器，该处理器低功率损耗；②电池管理系统采用的先进的Windows 系统，方便用户进行数据传输与沟通；③系统具有良好的扩展功能和内部存储功能，允许高层通信协议的运行。④该系统能够将CAN总线与RS232串行通信结合在一起，对电池管理实施综合管理，构成了两种动力电池不同管理方案。如图2：

方案一：

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图2 电池管理系统方案一结构图

方案二：

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图3 电池管理系统方案二结构图

两种电池管理系统的设计结构方案不同点在于，运行网络与节点之间的数据通信方式。第一种设计方案采用的是CAN总线通信技术，这种管理系统操作可以实现一点对多点之间的数据通信，也可以是多点对多点进行通信，传输速率快，效率高，可以满足不同电池组的控制系统。第二种方案的设计较为简单，只需要一个电路系统监控板来与串行接口连接，一个电池组连接一块监控板，实施单点对单点的管理模式，结构简单，管理直接方便。数据传输准确快速。但是，不能满足多组电池同时管理的数据传输需求。

本系统按照方案二进行初步设计，并不断在完善功能。这种单一的电池管理系统结构特点是，依托嵌入式数据通信平台，将监控板与采样板用RS232串行接口连接，用来监控电池电压电流等数据，采样板与主控制器之间采用1-Wire总线通信。

4 采样板设计

电池管理系统中需要在第一时间将电池的工作参数采集到主控制单元中，这样就要将采样板直接设计为电池组的固定板上。相当于电池组自我管理系统。电池采样板中的核心部件是DS2770。这是达拉斯半导体公司生产的一种用来计算电池剩余电量的集成基础电路。采样板可以通过1-wire的数据接口将采集到的电池的各种参数信号传递到主控制器，并存储到处理单元的存储器中。

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图4 读电流值流程图

5 电池管理系统控制程序实现

利电池管理系统的主要作用是对电池组进行动态监控和充电放电程序的控制。系统要实现充电时可以对充电电流进行监控，将监控的数据存储到控制器内。锂离子电池组管理系统采用的是嵌入式管理系统，可以坚持单片机和采样板的数据上传到控制单元。图5是对电池系统的各项参数的检测过程，看以看出监控系统主要检测单体电池的平均电压、平均电流、平均温度等参数。