摘? 要：為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車電池的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在研究了鋰離子電池特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種用于混合動(dòng)力汽車的分布式電池管理系統(tǒng)。其中，硬件系統(tǒng)包括電源模塊、基于Freescale 系列單片機(jī)的主控制模塊和子模塊、均衡模塊以及CAN 總線通信模塊等; 軟件系統(tǒng)包括基于下溢中斷的數(shù)據(jù)采集與處理、SOC 估算、均衡處理和CAN 通信等任務(wù)。

0 引言

混合動(dòng)力汽車的整車性能很大程度上依賴于動(dòng)力蓄電池。高性能、高可靠性的電池管理系統(tǒng)( Bat ter yManag ement Sy stem，BMS) 能使電池在各種工作條件下獲得最佳的性能。電池管理系統(tǒng)不僅要監(jiān)測(cè)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電池的充放電電流、總電壓、單體電壓和剩余電量SOC，還要預(yù)測(cè)電池的功率強(qiáng)度，以便監(jiān)控電池的使用狀況，在汽車啟動(dòng)和加速時(shí)提供足夠的輸出功率，剎車時(shí)電池組能回收更多的能量，即提供足夠的輸入功率，并且不對(duì)電池組造成傷害。當(dāng)電池出現(xiàn)過充或過放、溫度過高等異常情況時(shí)，電池管理系統(tǒng)會(huì)記錄電池號(hào)、診斷電池故障并報(bào)警，同時(shí)整車控制系統(tǒng)對(duì)充電機(jī)和用電設(shè)備給出控制信號(hào)。因此，電池管理系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車的重要電子控制單元之一，對(duì)保障電池的可靠性和安全性起到重要作用。

1?? 電池管理系統(tǒng)的功能

電池管理系統(tǒng)的主要功能包括: 電池狀態(tài)參數(shù)的采集、電池狀態(tài)的預(yù)測(cè)、電池組故障診斷、均衡保護(hù)以及通信等。

1. 1?? 電池狀態(tài)參數(shù)采集

電池管理系統(tǒng)的所有算法都是以采集到的電池狀態(tài)參數(shù)為基礎(chǔ)的，因此必須保證數(shù)據(jù)的精確度。采用Fr eescale 集成的10 位A/ D 轉(zhuǎn)換模塊完成對(duì)單體電壓、溫度、總電壓以及充放電電流的采集。

1. 2?? 電池狀態(tài)的預(yù)測(cè)

電池狀態(tài)預(yù)測(cè)包括兩個(gè)方面。一方面是以安時(shí)積分法為基礎(chǔ)的電池荷電狀態(tài)的預(yù)測(cè); 另一方面是以電流、電壓、溫度為輸入完成最大充放電功率的預(yù)測(cè)。整車控制器以這兩個(gè)參數(shù)為參考，正確地進(jìn)行功率分配。

1. 3?? 電池組故障診斷

能夠根據(jù)采集到的參數(shù)，實(shí)時(shí)診斷電池溫度過高、過低故障，電池過壓、欠壓故障，發(fā)出電池充放電電流過大、電池組絕緣故障警告。這是保證動(dòng)力電池系統(tǒng)可靠、車輛行駛安全、滿足用戶駕車需求的重要技術(shù)手段。

1. 4?? 均衡保護(hù)

單體電池的差異性，不僅會(huì)導(dǎo)致電池組的使用壽命比單體電池短很多; 同時(shí)，對(duì)于鋰離子電池而言，由于其對(duì)充放電要求很高，當(dāng)過充、過放、過電流及短路等情況發(fā)生時(shí)，鋰離子電池壓力與熱量大量增加，容易產(chǎn)生火*、燃燒甚至爆炸。為確保安全性和穩(wěn)定性，必須采取均衡措施。

1. 5?? 通信功能

主要指整車與電池管理系統(tǒng)的CAN 通信。

2?? 分布式電池管理系統(tǒng)硬件組成

目前，常用的電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式主要有兩種:

分布式設(shè)計(jì)和集中式設(shè)計(jì)。分布式電池管理系統(tǒng)是將電池管理系統(tǒng)分為若干個(gè)子模塊和一個(gè)主控制模塊。

每一個(gè)子模塊能單獨(dú)完成電池信息測(cè)量、電池能量均衡、通信等功能，每一個(gè)子模塊都分別與一個(gè)電池模塊連接在一起，各個(gè)子模塊之間以及子模塊與主控制模塊之間通過總線進(jìn)行通信。主控制模塊完成電池信息的處理、荷電狀態(tài)估算、電池故障診斷、電池組熱管理、電池組與整車通信等功能。

主控制模塊和子模塊分別采用Freescale 9S12 系列的DP512 和DG128 作為處理器。系統(tǒng)硬件框圖如圖1 所示。

圖1?? 系統(tǒng)硬件框圖

2. 1?? 電源模塊

整車為BMS 提供的電壓是12 V，管理系統(tǒng)需要的電壓有: 5 V，單片機(jī)及驅(qū)動(dòng)芯片用; ! 15 V，運(yùn)放及電流傳感器用。采用DC/ DC 模塊將12 V 電壓轉(zhuǎn)成5 V或者15 V。

2. 2?? A/ D 轉(zhuǎn)換模塊

Frescale 16 位系列芯片集成10 位的A/ D 轉(zhuǎn)換模塊，滿足整車的采樣精度要求。A/ D 采樣電路包括電壓采樣、電流采樣與溫度采樣。子模塊中用CPLD 控制光耦陣列開關(guān)，實(shí)現(xiàn)模塊電壓巡檢采樣，主模塊中直接對(duì)總電壓周期采樣; 采用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)電流采樣;采用熱敏電阻實(shí)現(xiàn)溫度采樣。

DG128 通過I/ O 向CPLD 實(shí)時(shí)發(fā)送電池模塊選通信號(hào)，CPLD 根據(jù)傳送過來的信號(hào)經(jīng)由內(nèi)部與非邏輯組合的運(yùn)算，向高壓光電隔離開關(guān)陣列發(fā)出控制信號(hào)，控制光電開關(guān)固態(tài)繼電器分時(shí)導(dǎo)通; 被選中的模塊電壓信號(hào)再經(jīng)過線性隔離放大和低通濾波預(yù)處理，最后進(jìn)入DG128 的A/ D 轉(zhuǎn)換模塊。開關(guān)陣列控制隔離濾波電路如圖2 所示。

圖2? 模塊電壓采集電路

如圖3 所示，設(shè)電池總電壓為U，電阻R2 兩端的電壓為U2 ，當(dāng)求得R2 兩端的電壓U2 ，即可反求U。為了提高U2 的采樣精度，抑制高頻干擾，在R 2 兩端增加由電阻R 3 和電容C1 組成的低通濾波器，再經(jīng)光藕AQW214隔離后，將U2 傳給

總結(jié)

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