仇士玉，王娟

（1.淮安市高級(jí)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇淮安，223005；2.淮安市北京路中學(xué)，江蘇淮安，223001）

1 電池管理系統(tǒng)概述

通常來(lái)講，電動(dòng)汽車的動(dòng)力源構(gòu)成為上百節(jié)單體鋰電池，由于體積和配重較大，因此汽車中會(huì)將這些電池組分散開來(lái)。采用分布式系統(tǒng)方案在成本方面并不占據(jù)優(yōu)勢(shì)，而選擇集中式系統(tǒng)方案系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)有比較大?；诖?，本文采取折中方案對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文選擇單體電池組合成電池包的方案，共計(jì)12個(gè)，并將電池模塊監(jiān)控單元設(shè)置在電池包中，選擇多個(gè)BUMU與一個(gè)主控單元構(gòu)成BMS。

系統(tǒng)可分為上層與下層，分別為主控模塊與監(jiān)控模塊。后者又被分為兩部分進(jìn)行監(jiān)控，即電池單體與電池組。兩個(gè)模塊的通訊方式采用SCI總線，外部通訊利用CAN總線由主控模塊實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 CAN通訊

汽車內(nèi)部選擇CAN總線通訊作為主要的通訊方式。該系統(tǒng)中，主控單元與電池模塊監(jiān)控單元對(duì)CAN控制器進(jìn)行了集成。CAN總線接口可以從負(fù)責(zé)電池管理的模塊中獲取，上位機(jī)會(huì)利用CAN總線，對(duì)檢測(cè)接受的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，然后以設(shè)置的閥值條件，對(duì)故障進(jìn)行提示，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。通常情況下，CAN總線并不適用于電腦，因此，選擇CAN卡對(duì)接口進(jìn)行擴(kuò)展，并與CAN總線相連。在該系統(tǒng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)端，接口選擇雙路智能CAN卡，為其與CAN總線的連接提供便利。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 電池管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖

2.2 BMS主控單元

BMU的數(shù)據(jù)可以通過(guò)CMU獲取，然后采取保護(hù)措施以控制電池組，實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與其的通訊。

圖3 系統(tǒng)的主控單元結(jié)構(gòu)

3 BMS監(jiān)控單元

3.1 電壓檢測(cè)

在本文所述的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇的監(jiān)控芯片為bq76PL536，可以對(duì)多節(jié)電池進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。該芯片的設(shè)計(jì)特點(diǎn)決定了系統(tǒng)可以串聯(lián)多節(jié)電池，如此一來(lái)，就可以更加準(zhǔn)確的監(jiān)控串接電池組中每節(jié)電池的電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端口共計(jì)9個(gè)，分別用于電池單體電壓輸入、電池單體總電壓輸入、溫度輸入以及通用輸入。在該系統(tǒng)中，串聯(lián)的鋰離子電池單體數(shù)量有12個(gè)，每塊電路都會(huì)使用上述芯片2個(gè)，單個(gè)芯片可以檢測(cè)的電池?cái)?shù)量為6個(gè)。

3.2 溫度采集

bq76PL536芯片可以通過(guò)ADC對(duì)兩路差分輸入電壓進(jìn)行檢測(cè)。外部熱敏電阻與普通電阻會(huì)形成一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，并由此獲取到查分輸入。根據(jù)此可以得到一個(gè)比例式結(jié)果，然后將電路受到溫漂的影響消除掉。在本設(shè)計(jì)中，會(huì)選擇一個(gè)NTC外部熱敏電阻與芯片進(jìn)行配合，在25℃時(shí)，該電阻標(biāo)稱值為10kΩ。設(shè)計(jì)要求與外部阻容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，在關(guān)心的范圍內(nèi)對(duì)熱敏電阻加以控制。

3.3 均衡功能

當(dāng)電池組中不同電池單體間存在不一致情況時(shí)，均衡功能子模塊就會(huì)發(fā)揮作用，對(duì)能量不同的電池單體進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，使電池組壽命得以延長(zhǎng)。該模塊由變壓器執(zhí)行其功能。根據(jù)反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)變壓器兩側(cè)進(jìn)行命名，分別為初級(jí)線圈與次級(jí)線圈。前者與整個(gè)電池組兩邊相連，后者則與電池單體的兩邊相連。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇EA0708101117型變壓器作為均衡變壓器，其初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的數(shù)量分為1與14。根據(jù)本設(shè)計(jì)，次級(jí)線圈有12組得到使用。

4 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，電池管理系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境采用Code Warrior,編寫選用C語(yǔ)言，軟件設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，即主控模塊與監(jiān)控模塊。前者的功能為同步通訊、檢測(cè)鼓掌、采集數(shù)據(jù)、處理故障、發(fā)布信息等等；后者的功能有同步通訊、處理數(shù)據(jù)、接收與發(fā)送數(shù)據(jù)以及均衡執(zhí)行等等。

5 功能驗(yàn)證

本文主要對(duì)上位機(jī)監(jiān)控測(cè)試與靜態(tài)精度試驗(yàn)進(jìn)行闡述。在上位機(jī)監(jiān)控測(cè)試中，可以對(duì)上位機(jī)軟件CAN通訊功能與電壓顯示功能進(jìn)行驗(yàn)證。利用CAN總線江計(jì)算機(jī)與電池管理系統(tǒng)相連，軟件就可以對(duì)電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及變量進(jìn)行采集與顯示。

靜態(tài)精度試驗(yàn)則是通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后基于靜態(tài)工況條件，對(duì)靜態(tài)測(cè)量精度進(jìn)行分析。在試驗(yàn)中選用額定電壓為3.3v，由美國(guó)A123公司生產(chǎn)的汽車鋰離子電子作為電池單體共計(jì)12個(gè)，由此構(gòu)成電池組模塊，并連接到電池管理系統(tǒng)。試驗(yàn)中會(huì)采用萬(wàn)用表對(duì)電池單體的電壓進(jìn)行測(cè)定。

表1 靜態(tài)工況下電池組的數(shù)據(jù)與萬(wàn)用表測(cè)定數(shù)據(jù)

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)基于飛思卡爾單片機(jī)控制的電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與探討，具體包括軟件與硬件的設(shè)計(jì)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)汽車鋰離子電池管理系統(tǒng)的相關(guān)功能，并對(duì)上位機(jī)檢測(cè)與靜態(tài)精度試驗(yàn)的驗(yàn)證內(nèi)容進(jìn)行了闡述，希望能夠?yàn)榧冸妱?dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究提供一點(diǎn)理論支持。