电动汽车电池管理系统简介 一、电动汽车用电池的主要问题 １．安全问题 电动汽车用的蓄电池组是具有 高电压的化学反应系统，确一定的危 险性，所以电池组的安全问题是电动 汽车首要问题。 （１）漏电及短路问题 由于电动汽车的绝大部分是金 属材料，而车载蓄电池组是高压系 统，如果发生漏电或者短路现象，后 果比较严重。 （２）电池充放电问题 电池充电或放电电流如果太大， 超过电池允许的电流，会导致电池内 部发热严重，电池可能出现热失控， 甚至有发生爆炸的危险。当电池满 充后继续对其进行充电，即过充，会 导致电池内部电压升高、电池变形、 漏液等情况发生，也可能导致热失控 产生。 ２．不一致性问题 电池组一般由若干个电池串并 联组成，由于单体电池在生产和制造 过程中工艺的差别，以及单体电池在 使用过程中的差异，电池在长时间使 用中，必然使电池的性能出现不一 致。比如，在放电时，当大部分电池 还处在浅放电时，个别电池已经处在 过放电状态了；在充电时，当大部分 电池还没充满电时，个别容量小的电 池已经过充电。 ３．电量估测问题 电量估测是指较准确地估测出 电池中当前剩余的电量，它是电池管 理系统的核心问题。准确的电量估 测可以保证电动汽车在行车过程中 蔡元兵 不会对电池产生伤害，延长电池的使 电池管理是基于微计算技术、柃 用寿命：可以提醒司机安排好驾驶计 测技术和自动控制技术对电池组和 划，不至于出现半路上因为没电而抛 电池单元运行状态进行动态监控，精 锚的尴尬情况。 确测量电池的剩余电量，同时对电池 但是对应电池的估测具有一定 进行充放电保护，并使电池工作在最 的难度，受影响的因素比较多，如放 佳状态，进一步提高电池组的可靠 电流，自放电，以及温度等等。其中 性，达到延长电池使用寿命，降低运 温度的影响最大，它对放电容量、充 行成本的目的。 放电效率、自放电等等均有影响。 电池管理系统要实现以下几个 二、电池管理系统 功能： 电池管理系统是连接车载动力 ·数据采集：实时采集电动车电 电池和电动汽车的重要纽带，它＿口ｊ。以 池组中的每块电池的端电压、温度和 有效监控电池的运行状态，防止出现 充放电电流。 过充、过放、过温等情况，并能及时发 ·ＳＯＣ（荷电状态）的估算：预报 现电池组中的落后电池，最终提高蓄 电动车电池的剩余容量，让用户了解 电池的使用效率，达到增加续驶里 电池的使用情况。 程，延长其使用寿命和提高电池组可 ·电气控制．根据所柃测的电池 靠性的目的。 组中每块电池的有关数据，通过一定 １．基本功能及系统结构 的运算处理，确定每块电池的充放电 （１）基本功能 状态，当电池的充电达到额定容量时 度，采用全范围等精度较高的分流器 车载中央处理器 ３ ｃ 检测电池组总电流。信号经调理后 送高速ＡＤ进行数模转换和电流积分 运算，数字信号经光耦隔离后输入 ＭＣＵ进行处理。 ＣＡＮ总线 耋 ，一一 （２）电压采集电路 在整车实际工况中，随肴电池组 充放电的进行，电池绀的 压不断变 化，单体电池之间电压的一致性也会 大大影响电池组的忤能，所以也有必 本地电控单元 暮 １２Ｃ通讯总线 要检测每个单体电池的电压。采用 专用的电压采集芯片对单体电池电 压进行模数转换后，通过光耦将数字 信号传 ＭＣＵ。 测精度为ｌ０ｍｖ。 Ｉ： Ｌ一一体电池电压的检 电池模块ｌ ——————…一：。Ｉ 一Ｌ一一…电池模块２ ————一Ｉ 一一一一蛊地捷挟ｎ一一一一 ——————…一 （３）温度采集电路 电池组温度也是影响电池组十生 Ｌ…ＥＣＩ Ｊ模块１ ＥＣＵ模块２ ＥＣＵ模块ｎ 图１电池系统结构 控制充电器继续充电，实现智能充 电。当电池电量过低需要充电时，及 时报警，以防止电池过放电而损害电 池的使用寿命。当电池组的温度过 能的重要参数，电池组温度过高或过 低会造成电池组不口Ｊ逆转破坏。本 有控制芯片的外围电路、电路电压采 集电路、温度采集电路、ＣＡＮ通信接 口电路。首先分别对单体电池的电 压、单体电池温度、串联电池组的＿Ｔ 系统采用数字式温度传感器，把每个 温度传感器的地线、数据线、电源线 进行合并，采用１根数据总线来进行 通信，温度检测精度为ｌ℃。 （４）ＣＡＮ收发模块电路 采片］ＣＡＮ收发器来进行ＭＣＵ与 动力总成控制系统及其 已控制器之 问ＣＡＮ通信。ＣＡＮ通信采用了共模 扼流圈滤波等技术，通信抗干扰能力 强，通信比较稳定。ＣＡＮ通信能够用 高时，及时报警并停止电池放电。 ·作电流、环境温度进行采样。然后输 出数据通过显示板显示，并通过ＣＡＮ 数据显示：实时显示电池组总 电压、单体电压、电／Ｊ ｉＬ￣温度参数。 ·总线，送到电动汽车控制中心作相应 的控制和液晶显示。 （１）电流采集电路 电池组在整车的实际工况中，电 数搌共享：与外部设备进行通 信，实现数据的共享。 （２）系统结构 电池管理系统采用中央控制单 元和本地控制单元２级结构，本地智 能采集 ．冗主要完成电池信息和状 态柃测，包括电压、电 ／Ｊｉｂ、温度、充放 流的变化范围为一２００Ａ～＋５００Ａ（精 度：ｌＡ）之间，为了保证电流采集的精 于动力总成控制系统与ＭＣＵ间的数 据通信及程序的标定与诊断。ＣＡＮ 电状态等的检测 中央控制单元完成 数据的处理、ＳＯＣ计算、逻辑判断和 相应的控制。数据传递方式通过 ＣＡＮ总线通信，实现系统的集中管理 与分布控制，方便电池在车上的分散 布置，减少线束，提高系统的可靠 性。电池系统结构如 １所示。 ２．电池管理系统的主要硬件电 路 电池管理的硬件电路部分主要 入口 收发器波特率为 ２５０ｋｂｐｓ，数据结构采用扩 展帧（２９位ＪＤ值）。 ３．电池管理系统的 电流检测与ＳＯＣ计量 主要软件模块 （１）主控模块 电压与绝缘检测 系统上电后，首先进 行系统的初始化，对一些 数据处理与故障判断 重要的参数进行赋值，对 相关的外设进行配置和 数据存储 初始化。初始化完成后， 进入主循环，在主循环里 循环执行电流检测和 ＳＯＣ计量，总电压与绝缘 检测，数据处理与故障判 断，数据存储，２３２通讯、 处理ＣＡＮ１（整车控制器） ＣＡＮＯ通讯、ＣＡＮ１通讯 和ＣＡＮ２通讯这些子程 处理ＣＡＮ２（监控终端，充电机） 序。主控模块工作流程如 图２所示。 图４数据处理与ｓ０（ 估算工作流程 图２主控模块工作流程 （２）从控模块 上电后先完成系统初始化，对一 算工作，包括电池组的ＳＯＣ，最高、 低温度，最大、最／Ｊ、充放电功率， 大、最小充放电电流，最大、最／Ｊ、模 些重要的参数进行赋值，对相关的外 没进行配置和初始化。初始化完成 后，在主循环里执行电压检测、均衡 控制、温度检测、热管理等子程序。 从控模块工作流程如图３所示。 电压等数据的分析计算。ＳＯＣ的 算在安时计量方法的基础上，采用 池的ＯＣＶ—ＳＯＣ曲线对ＳＯＣ进行 正。数据处理与ＳＯＣ估算工作流 如图４所示。 （３）数据处理与ＳＯＣ估算 承担了电池管理系统核心的计 （作者单位：惠州城市ｇ，ｑ业学院 图３从控模块工作流程