纯电动汽车电池管理系统概述与发展(3)

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合理摆放位置，使电池箱具有有效地热平衡与迅速教热功能，通过温度传感器测量温度帮箱体电池温度，确定电池箱体的阻尼通风孔开闭大小，以尽可能的降低功耗。

目前，在电动汽车上实现电池管理的难点和关键在于：(1)如何根据采集韵每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，建立确定每块电池剩余能量较精确豹数学模型，即准确估测电动汽车蓄电港的SOC状态。

2.2.3 FE动汽车储能电池的快速充电技术及均衡充电技术。这项技术是目前世界正在致力研究与开发的另一顼电池麓董管理系统的关键技术。除了计算电池SOC，电池管理系统的另一个重要作用就是实时监控电池组的各项参数，将电池报警信息实时反映给驾驶员。 主要在以下几种情况进行报警并进行相应管理：／单体电压：蓄电池单体电压判断分为两部分：(1)单体电池的正常工作电压范围是[2.5V，3.8V]超出这一范围就要作出相应的提示。(2)电池单体之间的电压差。如果电压差超过0．5V就要提示，并指出是哪个单体的电压值出错。／电流判断：放电电流过大，对于电池组与电动汽车都是非常危险的。放电电流的大小由负载决定，安全放电范围则由电池组安全放电电流而定。过流时，电池管理系统会直接触发继电器，切断电池组与汽车的连接。以确保安全。／剩余电量判断：动力锂电池SOC小于30％，及时提醒驾驶员电池电量低。／温度判断：这里主要是指单体电池的体表温度。不同蓄电池的工作温度范围是不一样的。锂电池的工作温度是-40\。温度过低要提醒驾驶员，电池此时不能工作。电池温度过高超出正常范围通常说明电池坏了。状态检测是实时进行的。准确及时的状态检测直接影响到电池组与电动汽车的安全问题，非常重要。

第四章 电池管理系统的原理

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图4.1系统的工作原理图

4.1 个管理系统的结构的原理

图4.1.1示为系统的工作原理图．其中电池单体检测模块完成对电池单体的电压和现场温度采集，然后通过RS--485总线传输到电池组综合管理器中；综合管理器能够采集电池组的电压、电流和环境温度，并针对电池组剩余电量SOC预测算法完成软硬件实现。此外。电池组综合管理器还带有RS一485通讯接口和CAN通讯接口．前者完成对电池单体检测模块的数据交换。后者完成对整车综合控制器的数据交换，并且其自带液晶显示单元和键盘单元，可以实时显示电池单体电压和电池组的状态信息。利用放大电路中的正反馈和负反馈，这里的电池组单体电压采集是通过一种压控恒流源电路加以实现的，其原理图如图3所示。

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图4.1.2

根据输入信号可分解为差模信号和共模信号的原理。如果利用差动放大电路来采集单体电池电压．尽管不同节点上电池的参考点不同，但由于差动放大电路对共模信号的抑制作用。处于低电位节点处的电压就被抑制。而差动放大电路仅对单体电池电压进行放大．使得相邻电池节点处的电池都具有一个共同的参考点，所以可以实现对长串电池组单体电压的测量。在该电路中。就是利用上述原理把被检测的电压差(即单体电池端电压)转换成电流的形式长距离传输而不受外界干扰．且传输精度高，适合不同电压级别的微机接口电路．以便数据采集和转换，为实际使用带来了方便和灵活性。在图3中可以看到采用运算放大器组成的压控恒流源．被检测电压差取自每节电池的正负极输出端钮，即单体电池的电压值玑。4.1.1式所列：

Ubat?U1?U2 4.1

由于电路中引入了负反馈，故可以认为运算放大器两个输 入端电压相等．即有：

U??U? 4.2

而且在结点2、3的电流方程分别为：

U2?U1U??U3?R2R4U1?U?U??U4?R1R3

4.3

4.4

若在选取电阻时满足R3??R0，那么输出电流，则由下式 可得：

4.5

当各电阻满流I满足：

I?Ubat.R3 4.6 R.R1R1R3?时，时，联立上述五式，即可得输出电 R2R4也就是说流过负载电阻R，的电流与单体电池电压值Ubat成正比，而与负载电池Rt的值

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无关。这样只要改变Rl的阻值，就可把电流转换成不同的电压级别，从而满足不同单片机接口的需要。图4即为电池单体检测模块结构原理示意图，其中a1～aL5为单体电压采集电路的输出端，A1，A5为单片机上对应的A／D接口，R、T分别为单片机串行接口的接收端和发送端，R0、D为对应的发送端和接收端。不难看出模块就是将五组单体电压采集电路置于同一块电路板中设计而成的，再经过A／D转换和RS一485串行总线通信完成数据采集和传输，这样根据串联电池组中的电池数量采用一个或多个模块就实现了对其中每块电池单体电压的测量。

图4.3电池管理系统采集方式

4.2单线式温度采集单元

电池单体检测模块中的温度采集单元采用了“1-wire”单线式串行数据通讯总线，实现简单而且具有12位的采集精度，采集温度范围宽，如DSl8b20，其稳定性和精度都优于传统的动力电池组综合管理器硬件设计图5所示为电池组综合管理器硬件结构示意图，j。、y。代表了霍尔形式的电流、电压传感器，其中电压传感器输入0V～600V，输出0mA～20mA，电流传感器输入一200A～200A，输出一100mA～100mA；微处理器选用了带CAN通讯接口的单片机P87C591；在总线通讯方面。CAN总线采用了内置CAN控制器的单片机P87C591和总线

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驱动器82C250，并加以光电耦合器6N137与外部总线隔离。RS485总线使用了差动信号驱动器65LBCl84，并用光耦ⅡL117实现隔离，RS232总线选用了控制器MAX232以实现综合管理器与PC机的数据交换。从而方便系统调试；ANFIS是电池组剩余电量的核心计算单元．通过单片机软件编程得以算法实现，硬件上则借助电压、电流传感器模拟温度传感器。和一个V佰压频转换电路完成信息采集：显示单元选用了集成的液晶模块T6963C，使用和开发都非常方便。

图4.4线路通讯流程图

4.3动力电池组分布式管理系统软件设计 4.3.1 电池单体检测模块软件设计

电池单体检测模块软件设计采用了中断的程序结构，即利用定时器中断完成数据采集和看门狗保护，利用串行口中断完成电池单体检测模块RS--485总线通讯，这样既保证了数据采集的实时性。又可以使模块在总线通讯时能够快速响应电池组综合管理器对单体数据的收集要求，其中RS一485总线通讯流程图如图4.2.1所示

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