可以根據電池狀態進行故障診斷和報警,同時具有熱管理功能等
；係統參數通過PC進行標定，通過CAN總線與整車其他係統進行通信實現信息共享。係統已經在BK6121EV純電動公交客車上安裝。實驗室和實車試驗結果表明：係統電池電壓測量精度為1%滿足要求，係統各個功能運行穩定

、可靠。

 

電動汽車的無(低)汙染優點，使其成為當代汽車發展的主要方向[1]。電動汽車從為動力係統提供能源的角度來分類，主要分為：純電動、混合動力和燃料電池汽車。純電動汽車主要是由動力電池提供能源,muqianjishuxiangduichengshu，keyijinxingchanyehuashengchanheyingyong。hunhedongliqicheshiyouranyouhedonglixudianchidengduozhongnengyuangongtongtigongnengyuan，tongguokongzhicelveshineiranjidongliyuanhedianlidongliyuanxietiaopeihe
，shixianzuijianengliangfenpei,既能保持電動汽車超低排放的優點，又彌補了純電動行駛裏程短的不足，是一種過渡車型
，但是目前技術還沒有完全成熟；燃料電池汽車由燃料電池作為主要能源提供驅動汽車所需的功率，由於燃料電池是以氫氣為燃料,空氣(O2)為氧化劑進行工作,其排放物質是沒有汙染的水,因此非常具有發展前景,但是目前技術還不成熟。

 

作為目前唯一可以產業化的純電動汽車,其主要能源的動力電池是關鍵的部分,在整車成本中占有較高的比例,如在使用金屬鋰離子電池為主要能源的純電動大客車中,動力電池占整車成本的三分之一以上,因此為了延長電池的使用壽命,降低使用成本,本文設計了動力電池管理係統,實現對動力電池的在線監測與控製。

 

 

在純電動汽車中將動力電池分組串並聯形成整車高壓電源為整車提供動力源,如由北京理工大學和北方客車廠聯合研製開發的電動客車BFC6110EV共使用了306塊鋰離子電池,將3塊電池並聯形成組,最後將102組電池串連,動力電池分成8個電池包,裝在8個電池箱中。從整車角度考慮,設計電池管理係統采用分布式網絡控製係統結構,係統結構和在車上的布置情況如圖1所示。係統中在每個電池包中布置電池測控模塊,各個電池測控模塊通過485總線與電池管理係統中央控製器連接在一起形成整個係統。電池管理係統中央控製器同時通過RS232總線將監控信息發送到信息顯示器,通過CAN總線接口與整車控製係統進行通信。

 

圖1 電池管理係統結構及在車上布置情況示意圖

 

 

電池管理係統應具有如下功能:

 

1)參數檢測。實時采集電池充放電狀態。采集的數據有電池總電壓、電池總電流、每包電池測點溫度以及單體模塊電池電壓等;

 

2)剩餘電量(SOC)估計。電池剩餘能量相當於傳統車的油量。為了讓司機及時了解SOC,係統應即時采集充放電電流、電壓等參數,通過相應的算法進行SOC的估計;

 

3)充放電控製。根據電池的荷電狀態控製對電池的充放電。若某個參數超標,如單體電池電壓過高或過低,為保證電池組的正常使用及性能的發揮,係統將切斷繼電器,停止電池的能量供給;

 

4)熱管理。實時采集每包電池測點溫度,通過對散熱風扇的控製防止電池溫度過高;

 

5)均衡控製。由於每塊電池個體的差異以及使用狀態的不同等原因,因此電池在使用過程中不一致性會越來越嚴重。係統應能判斷並自動進行均衡處理;

 

6)故障診斷。通過對電池參數的采集,係統具有預測電池性能
、故障診斷和提前報警等功能;

 

7)信息監控。電池的主要信息在車載顯示終端進行實時顯示;

 

8)參數標定。由於不同的車型使用的電池類型、數量、電池包大小和數量不同,因此係統應具有對車型、車輛編號、電池類型和電池模式等信息標定的功能。電池管理係統通過RS232接口與上位機標定軟件進行通信來實現;

 

9)CAN總線接口。根據整車CAN通信協議,與整車其他係統進行信息共享。

 

 

根據動力電池管理係統功能和實際參與控製的對象,設計出電池管理係統中央控製器及電池測控模塊[2,3],電池管理係統中央控製器結構如圖2所示。采用功能劃分和模塊化設計思想,係統分離成不同的功能模塊。電池管理係統中央控製器是整個係統的核心,微控製器選用集成了CAN控製器模塊的DSP56F807芯片,CAN收發器選用PCA82C250。通過CAN總線與其他控製係統進行通信;通過RS485與電池測控模塊進行通信與管理;通過RS232,實現與人機接口的通信,以及係統的標定等。電池測控模塊微控製器選用集成了2路12bit精度A/D的Aduc812芯片,選用數字溫度傳感器DS18B20[2]采集電池包內測試點溫度。通過RS485與中央控製器進行通信。由於電動汽車用電環境非常複雜,驅動電機、DC/DC和充電機都會產生強的電磁幹擾,從而影響信號在線檢測與控製係統的正常工作。為了減小電磁幹擾,采取如下措施:

 

 

圖2 電池管理係統中央控製器結構框圖

 

1)在微控製器和CAN收發器之間加入高速光耦隔離器;

 

2)單片機工作電源與車輛電源地線分離,消除地線竄擾的可能;

 

3)數字溫度傳感器使用屏蔽電纜封裝,屏蔽地搭鐵;

 

4)CAN總線選用屏蔽雙絞線,RS485總線也選用雙絞線;

 

5)PCB製作盡量加大線間距以降低導向間的分布電容,使導向垂直以減小磁場耦合,減小電源線走線有效麵積;

 

6)選用性價比高的器件等。

 

 

係統軟件均采用模塊化程序設計,中央控製器程序采用C語言編寫,根據係統具有的功能分為若幹子程序,其中包括:標定子程序
、SOC估計子程序
、故障分析子程序
、信號監控與報警子程序等;電池測控程序采用彙編語言編寫[3]。中央控製器主程序流程框圖如圖3所示。

 

 

圖3 中央控製器主程序流程圖

 

考慮到電動汽車的運行環境,在係統硬件采用抗幹擾措施的基礎上,進行了軟件抗幹擾設計。在軟件設計中使用了濾波、冗餘、軟件陷阱等技術,防止程序失效,保證係統正常運行。係統標定程序采用VB6.0進行開發,采用模塊化程序設計,軟件的主要功能有:係統參數標定、數據實時采集與保存
、數據和曲線顯示(包括實時動態曲線,曆史曲線)
、繼電器輸出等[4]。上位機軟件的結構框圖如圖4所示。

 

圖4 係統標定軟件結構

 

 

係統設計完成後,經過實驗室考核及算法驗證,已安裝在BFC6110EV和HFF6110GK50電動大客車上,這2種車型分別使用了3.6V/200A?h金屬鋰離子電池和12V/85A?h的鉛酸電池。結合這2種車型的場地試驗[5]

進行了係統的聯合調試。圖5是對世紀千網公司鉛酸電池在充電過程中實測數據和利用設計係統采集數據的對比。試驗表明:動力電池電壓測量誤差為1%,電流測量精度為1%,溫度測量誤差為±0.5%,SOC誤差在8%以內,能實時對動力電池進行監控
、故障分析和報警,達到了設計要求。

 

圖5 鉛酸電池停車充電過程中電壓采集數據曲線

 

 

 

該文設計開發了純電動汽車電池管理係統,通過裝車試驗驗證具有:實時檢測各種運行參數、故障診斷報警和熱管理等功能,而且係統精度、可靠性也滿足使用要求,為純電動汽車的推廣使用奠定了基礎。

 

 

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

 

[2]金偉正,單線數字溫度傳感器的原理及應用[J].電子技術應用,2000,6:66-68.

 

[3]張振榮,晉明武,王毅平.MCS-51單片機原理及實用技術[M].北京:人民郵電出版社,2000.

 

[4]王建群,傅立鼎,南金瑞.分布式溫度測控係統的設計與實現[J].計算機應用,2002,22(10):323-324,326.

 

[5]廖權來,羅玉濤.電動汽車的試驗研究[J].機械工程學報,1997,33(5):71-76.