微型纯电动汽车电池管理系统的设计与研究_何代杰.pdf

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1、DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2012.09.017第３４卷第９期西南大学学报（自然科学版）２０１２年９月Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．９ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｓｅｐ．２０１２文章编号：１６７３－９８６８（２０１２）０９－０１３６－０５微型纯电动汽车电池管理系统的设计与研究①何代杰，王泽京，李庆东，何培祥，明莉，徐波西南大学工程技术学院，重庆４００７１５摘要：结合长安６３６３纯电动汽车的总体要求和设计理念，设计了微型纯电动汽车电池管理系统，实现了对铅酸电池组的单

2、体电压和总电压、电池组电流和电池组的温度、电池组ＳＯＣ和绝缘电阻大小等信息的实时监控和计算，并通过ＣＡＮ总线将信息传送给整车控制器，同时，ＢＭＳ接受整车控制器传送反馈信息．关键词：电池管理系统；纯电动汽车；铅酸蓄电池；绝缘电阻；ＣＡＮ总线中图分类号：Ｕ４６９．７２＋２文献标志码：Ａ２０１１年我国汽车产销量超过１８５０万辆，随着越来越多的燃油汽车投放使用，汽车排放所造成的空气质量恶化和石油资源紧缺现象日渐突出，社会经济的可持续发展迫切需要一种低排放和低油耗的新型汽车［１］来取代燃油机汽车．以零排放、零污染和不消耗石油资源为主要特点的纯电动汽车越来越受

3、到人们的青睐和关注．蓄电池是纯电动汽车的动力源，纯电动汽车的性能取决于对蓄电池的管理是否有效合理，电池管理系统（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ）的设计与研究已经成为制约纯电动汽车发展的关键技术，而如何有效的利用和管理车载电池的能量、延长车载电池的使用寿命则是电池管理系统研究的重要部［２－３］分．电池管理系统不仅可以估算电池剩余电量ＳＯＣ，保证ＳＯＣ维持在正常的工作范围之内，防止由于［４－５］系统过充电或过放电对蓄电池造成的损伤，提高电池的使用寿命，而且还能对故障的电池做出早期的预测，防止因个别蓄电池的损坏而未能及时发现造成整

4、体电池组寿命的降低，从而降低纯电动汽车的运行［６］成本，提高纯电动汽车的工作效率．１ＢＭＳ总体设计方案在使用纯电动汽车的动力电池时，必须保证铅酸电池工作在合理的电压、电流和温度范围内，根据纯电动汽车电池管理的功能要求，ＢＭＳ主要包括：铅酸电池电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、［７］绝缘电阻检测模块、故障报警模块、ＣＡＮ通信模块等，ＢＭＳ总体设计方案如图１所示．２ＢＭＳ硬件电路的设计ＢＭＳ选用了Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生产的ＰＩＣ１８Ｆ４５８０和ＰＩＣ１２Ｆ６７５两种单片机，其中，ＰＩＣ１８Ｆ４５８０单片机①收稿日期：２０１２－０５－０３基金项

5、目：基本科研业务费专项资金项目（ＸＤＪＫ２０１２Ｂ００１）．作者简介：何代杰（１９８８－），男，四川江油人，硕士研究生，主要从事汽车电子应用方面的研究．第９期何代杰，等：微型纯电动汽车电池管理系统的设计与研究１３７作为本系统的主控芯片，主要实现对铅酸蓄电池组的单体电压、总电压、温度、电流等测量，同时与整车控制器（ｔｈｅＶｅｈｉｃｌｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ，ＶＭＳ）实时通信；ＰＩＣ１２Ｆ６７５单片机作为绝缘电阻检测模块的控制芯片，来实现对铅酸蓄电池正负极对地绝缘电阻大小的检测功能．图１电池管理系统总体框图２．１电压检测模块ＢＭＳ针对８个单体

6、铅酸蓄电池串联的铅酸蓄电池组，每个单体铅酸蓄电池的正常输出电压为１２Ｖ，串联电池组总电压为９６Ｖ．电压检测模块是检测各单体铅酸蓄电池的端电压和铅酸蓄电池组的总电压．为了实现该目的，ＢＭＳ采用串联电阻分压的原理，对电池组进行电压的采集和检测．电压检测电路如图２所示．图２电压检测电路２．２电流检测模块为了防止对铅酸蓄电池进行过充电和过放电现象，以及实现对铅酸蓄电池组的ＳＯＣ估算，ＢＭＳ必须１３８西南大学学报（自然科学版）ｈｔｔｐ：／／ｘｂｂｊｂ．ｓｗｕ．ｃｎ第３４卷要检测电池充电和放电过程中电流的大小．在纯电动车正常行驶过程中，铅酸蓄电池组处于放电的状

7、态；充电机工作时，铅酸蓄电池处于充电的状态．因此要检测充电和放电过程的电流大小就需要采用两路Ａ／Ｄ转换．ＢＭＳ选用霍尔传感器ＤＨＡＢＳ／１４进行充放电电流大小的检测，其充放电电流检测电路如图３所示．图３充放电电流检测电路２．３温度检测模块电池管理系统需要检测铅酸电池组中各个单体电池温度的高低，防止由于单体电池受各种因素的影响而出现温度过高或者过低的现象，影响铅酸电池的使用寿命．温度检测模块采用精密温度／电压传感器ＴＣ１０４７Ａ对图４温度检测电路温度大小进行检测．ＴＣ１０４７Ａ是线性的电压输出温度传感器，其输出的电压大小和测得的温度大小直接成比例关系

8、，它可以精确测量从－４０℃～［８］＋１２５℃范围内的温度大小．ＴＣ１０４７Ａ输出信号经电容Ｃ１滤波后输入到单片机进行Ａ／Ｄ