动力电池管理系统硬件设计电路图
电动汽车VCU和BMS集成控制器硬件设计
一、概述
整车控制器是纯电动汽车控制系统的核心，它负责接收驾驶员的控制指令，根 据车辆的运行状态和电池的电量等信息，控制车辆的加速、减速、制动等动作， 同时还要监控电池的状态和充电情况，保证车辆的安全性和续航能力。
二、硬件设计
1、中央控制单元
中央控制单元是整车控制器的核心部件，它负责处理各种传感器和开关量信号， 根据车辆的运行状态和驾驶员的意图，控制车辆的加速、减速、制动等动作。 同时，中央控制单元还要与电池管理系统、充电控制系统等其他部件进行通信， 实现整车信息的实时监控和控制。
5、通信接口：BMS需要与VCU、充电桩等其他设备进行数据交换。因此，需要 配置相应的通信接口，如CAN、LIN等。考虑到电池管理系统的通信需求和数 据安全性，应选择具有高速、稳定、安全的通信接口。
6、故障诊断和处理单元：BMS应具备故障诊断和处理能力，能够对电池组进行 实时监测和故障预警。因此，需要配置相应的故障诊断和处理单元，包括故障 检测、故障处理、故障记录等功能。
电动汽车VCU和BMS集成控 制器硬件设计
目录
01 一、VCU硬件设计
03
三、VCU和BMS的集成 设计
02 二、BMS硬件设计 04 参考内容
随着环保意识的不断提高和电动汽车技术的不断发展，电动汽车在交通领域的 应用越来越广泛。作为电动汽车的关键部分，车辆控制单元（VCU）和电池管 理系统（BMS）的集成控制对于整车的性能和安全性具有至关重要的意义。本 次演示将探讨电动汽车VCU和BMS集成控制器的硬件设计。
（4）安全保护措施：采用防电击、防泄漏等安全保护措施确保人员的安全。
3、可维护性设计
可维护性是指控制系统出现故障时容易维修和恢复的程度。在硬件设计过程中， 应考虑以下几点：
电动汽车动力电池管理系统(BMS)设计
电动汽车动力电池管理系统（BMS）设计摘要：本文主要从硬件系统设计、软件系统设计两个方面，对电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）综合设计，进行了深度的分析与研究，以通过不断地实践研究，积极探索出电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）最具高效性的综合设计方案，以充分提升电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）的设计水准，确保电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）各项功能能够满足于电动汽车实际的应用需求，为我国电动汽车行业的长期发展奠定基础。
关键词：电动汽车；动力电池；管理系统（BMS）；设计前言：电动汽车（battery electric vehicle；BEV），主要是指以车载类电源为基本动力，利用电机来驱动车轮达到行驶目地，符合于我国安全法规与交管各项规定的车辆。
基于电动汽车有着环保性特征，所以，其在国内的发展前景相对较为良好。
但是，基于国内电动汽车相关技术还处于初步探索阶段，各项技术还不够成熟，若想实现突破性发展还需作出更多的努力。
电动汽车，它与传统汽车最大的不同之处就在于电动汽车内部包含着一种动力的电池。
在一定程度上，通过该动力电池可实现电动汽车节能化、环保化的行使。
那么，为了能够更好地助推我国电动汽车行业的发展，就需从其内部的动力电池入手，对其所在的管理系统（BMS），进行系统化的分析与研究。
从而能够设计出更具有功能特性的动力电池内部管理系统（BMS），为电动汽车提供强大动力电池内部管理系统支持，进一步推动我国电动汽车行业的快速发展，让其可稳步向着新的发展征程迈进。
1、硬件系统设计基于电池组主要是由多节电池的单体并联与串联而成，实现对所有电池单体实时化监控。
因而，如图1所示，电池内部管理系统主要应用了主从结构，以实现灵活性通讯，提升通讯实际速度。
从板均需具有电池单体的温度与电压检测、CAN总线的通讯等各项功能。
图1 BMS系统框图示图1.1 IMCU系统处理器系统处理器主要选用的是Freescale -9S12DT64型号的MCU系统处理器，该型号MCU系统处理器为16位系统的单片机，主要是由CAN系统的总线模块、PWM的调节器（1个）AD的转换器（2个）定时器（1个）外部串口（1个）内部串口（2个）。
毕业设计(论文)-纯电动汽车电池管理系统(bms)[管理资料]
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摘要随着工业发展和社会需求的增加，汽车在社会进步和经济发展中扮演着重要的角色。
汽车工业的迅速发展，推动了机械、能源、橡胶、钢铁等重要产业的发展，但同时也日益面临着环境污染、能源短缺的严重问题。
纯电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。
作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统(BMS)，是纯电动车产业化的关键。
车载网络数据采集系统就是这样一个电池管理系统，可以直接检测及管理电动汽车的储能电池运行的全过程，实现对车载多级串联锂电池、电池温度、车速等数据的监测、采集和分析。
本论文是基于CAN总线的车载网络数据采集系统选用STM32F103VB作为系统的核心芯片，通过芯片自带的12位ADC对端口电压分别进行采集和监测，并通过CAN网络将采集到的数据发送到汽车仪表盘，为车辆状态量实时监测提供数据来源。
关键词：纯电动车，电池管理系统，电池状态，STM32F103VBAbstractWith industrial development and social demand, vehicle of social progress and economic development play important roles. Although the rapid development of automobile industry promote the machinery, energy, rubber, steel and other important industries, it is increasingly faced with environmental pollution, energy shortages and other serious problems.With the merit of zero-emission, and low noise, the pure electric vehicles which is called green cars has got more and more attention around the world. As one of the key technologies for the development of electric vehicles ,battery management system (BMS) is the point of the pure electric vehicle industry. Vehicle network data acquisition system is a battery management system that can directly detect and manage the storage battery electric vehicles to run the whole process, to achieve the data monitoring, collection and analysis of the on-board multi-level series of lithium battery, battery temperature, speed, and otherThe thesis is based on the vehicle CAN bus data acquisition system to chose STM32F103VB network as the core of the system ADC which comes from the chip collect and monitor the port voltages and sent the collected data to the car dashboard through the CAN network , which offer real-time monitoring of vehicle status amount of data sources.Key words：Pure electric cars, Battery Management Systems, The battery state, STM32F103VB摘要 (1)Abstract (2)第一章前言 (5)本课题研究的目的和意义 (5)车载网络数据采集系统的国内外研究现状 (6)本论文研究的主要工作 (7)第二章车载网络数据采集系统设计的原理 (9)车载网络数据采集系统的功能概述 (9)车载网络数据采集系统的结构 (10)基于STM32的车在网络数据采集系统设计控制框图 (10)信号的采集与处理 (11)车载系统的网络通讯 (12)CAN网络的基本概念 (12)CAN网络在车载数据采集系统中的应用 (13)系统主要性能指标 (14)系统预期误差的评估 (15)第三章基于STM32F103VB数据采集系统的硬件设计 (16)STM32F103VB简介 (16)STM32F103VB电源模块的设计 (18)电源电路的设计 (18)STM32启动模式电路选择设计 (18)STM32F103VB外围接口电路的设计 (19)模数转换器的电路设计 (19)测温电路设计 (20)复位电路的电路设计 (21)STM32F103B通讯电路的设计 (21)CAN通讯接口电路设计 (21)JTAG程序调试接口电路设计 (22)RS485通讯电路设计 (23)第四章基于STM32数据采集系统的软件设计 (25)Keil uVision3平台简介 (25)基于STM32的车在网络数据采集系统的程序设计 (25)数据采集模块程序设计 (26)LCD显示模块程序设计 (27)数据存储模块程序设计 (27)CAN数据通讯模块程序设计 (28)RS485通讯模块程序设计 (28)第五章误差分析与处理 (29)误差概述 (29)误差的主要来源 (29)误差的处理 (29)误差分析 (30)测控系统的非线性 (30)系统工作环境的噪声 (31)系统的稳定性 (31)误差处理 (32)实测电压数据分析 (32)整机PCB板设计 (33)第六章总结与展望 (35)总结 (35)展望 (35)参考文献 (36)致谢 (36)第一章前言本课题研究的目的和意义随着世界工业经济的不断发展和人类需求的不断增长，对全球气候造成严重的影响，二氧化碳排放量增大，臭氧层遭受到破坏等。
电池管理系统整体设计(一)
电池管理系统整体设计（一）引言概述电池管理系统（BMS）是一种用于监控、控制和保护电池组的关键系统。
其设计对于电池的性能和寿命至关重要。
本文将介绍电池管理系统整体设计的第一部分，包括系统架构、功能需求和硬件设计。
一、系统架构1.1 主控单元：负责整个电池管理系统的控制和协调工作。
1.2 通信模块：用于与外部系统进行数据交换和通信。
1.3 传感器模块：监测电池组的各种参数，如温度、电压、电流等。
1.4 保护模块：负责电池组的过流、过压、过温等保护功能。
1.5 显示模块：提供实时的电池信息展示和用户操作界面。
二、功能需求2.1 监测功能：实时监测电池组的各项参数，包括电流、电压、SOC（State of Charge）等。
2.2 控制功能：根据监测数据进行充放电控制，包括电池组的容量均衡和电池的保护控制。
2.3 通信功能：与外部系统进行数据交换和通信，以实现远程监控和控制。
2.4 故障诊断功能：对电池组进行故障诊断，及时发现和处理故障。
2.5 数据存储与分析功能：实时记录和存储电池组的历史数据，并进行数据分析和报告生成。
三、硬件设计3.1 主控单元：选择适当的处理器和存储器，设计相应的电路板布局。
3.2 通信模块：选择合适的通信模块，并与主控单元进行连接。
3.3 传感器模块：选择适当的传感器，并设计相应的电路板布局。
3.4 保护模块：选择合适的保护元件，并与主控单元进行连接。
3.5 显示模块：选择合适的显示器和按键，并设计相应的电路板布局。
总结通过引言概述，本文介绍了电池管理系统整体设计的第一部分，包括系统架构、功能需求和硬件设计。
对于电池管理系统的设计来说，合理的系统架构、满足用户需求的功能设计和合适的硬件选型都是至关重要的。
在下一部分中，我们将继续详细讨论电池管理系统的软件设计和性能优化。
动力电池的应用原理图
动力电池的应用原理图1. 动力电池的概述•动力电池是一种高能量密度的可充电电池，广泛应用于电动汽车和混合动力汽车等领域。
•动力电池的应用原理图包括电池组、电控系统和电动机等组成部分。
2. 电池组的原理图•电池组是由若干个电池单体组成的，通过连接在一起形成串联或并联的电路。
•电池组的串联结构能够提供更高的电压，而并联结构能够提供更大的电流。
•电池组的原理图通常以方框表示电池单体，方框之间的连线表示电池之间的连接关系。
3. 电控系统的原理图•电控系统是动力电池系统的控制中枢，负责监测电池组的状态和管理电池的充放电过程。
•电控系统的原理图包括电池管理系统（BMS）、电控单元等组成部分。
•BMS负责监测电池的电压、电流、温度等参数，保证电池的安全运行。
•电控单元通过信号控制电池组的充放电过程，实现对电池状态的优化控制。
4. 电动机的原理图•电动机是动力电池系统的输出装置，将电能转化为机械能，驱动车辆运动。
•电动机的原理图通常以图标表示，包括定子、转子、绕组等关键部件。
•电动机与电池组之间通过电控系统进行连接，实现对电动机的控制和调节。
5. 动力电池系统的工作原理•动力电池系统的工作原理是将电池的化学能转化为电能，并通过电控系统输出给电动机。
•当车辆需要加速或行驶时，电控系统向电池组发出指令，控制电池组输出电流，驱动电动机运动。
•当车辆减速或制动时，电动机通过回馈系统将动能转化为电能，储存在电池组中，实现能量的回收利用。
6. 动力电池系统的优势•动力电池系统具有高能量密度、高效率、无污染等优势，能够满足电动汽车的高性能要求。
•动力电池系统具有可充电性的特点，使用寿命较长，方便维护和更换。
•由于动力电池系统是以电能为动力源，可以实现零排放，对环境友好。
7. 动力电池系统的发展趋势•动力电池系统的发展趋势是追求更高的能量密度、更低的成本和更长的使用寿命。
•研发新型电池材料和技术，如固态电池、钠离子电池等，以提高动力电池的能量密度。
动力电池管理系统硬件设计电路图
动力电池管理系统硬件设计电路图电动汽车是指全部或部分由电机驱动的汽车。
目前主要有纯电动汽车、混合电动车和燃料电池汽车3种类型。
电动汽车目前常用的动力来自于铅酸电池、锂电池、镍氢电池等。
锂电池具有高电池单体电压、高比能量和高能量密度，是当前比能量最高的电池。
但正是因为锂电池的能量密度比较高，当发生误用或滥用时，将会引起安全事故。
而电池管理系统能够解决这一问题。
当电池处在充电过压或者是放电欠压的情况下，管理系统能够自动切断充放电回路，其电量均衡的功能能够保证单节电池的压差维持在一个很小的范围内。
此外，还具有过温、过流、剩余电量估测等功能。
本文所设计的就是一种基于单片机的电池管理系统。
1电池管理系统硬件构成针对系统的硬件电路，可分为MCU模块、检测模块、均衡模块。
1.1MCU模块MCU是系统控制的核心。
本文采用的MCU是M68HC08系列的GZ16型号的单片机。
该系列所有的MCU均采用增强型M68HC08中央处理器(CP08)。
该单片机具有以下特性：(1)8MHz内部总线频率；(2)16KB的内置FLASH存储器；(3)2个16位定时器接口模块；(4)支持1MHz～8MHz晶振的时钟发生器；(5)增强型串行通信接口(ESCI)模块。
1.2检测模块检测模块中将对电压检测、电流检测和温度检测模块分别进行介绍。
1.2.1电压检测模块本系统中，单片机将对电池组的整体电压和单节电压进行检测。
对于电池组整体电压的检测有2种方法：(1)采用专用的电压检测模块，如霍尔电压传感器；(2)采用精密电阻构建电阻分压电路。
采用专用的电压检测模块成本较高，而且还需要特定的电源，过程比较复杂。
所以采用分压的电路进行检测。
10串锰酸锂电池组电压变化的范围是28V～42V。
采用3.9M?赘和300k?赘的电阻进行分压，采集出来的电压信号的变化范围是2V～3V，所对应的AD 转换结果为409和*。
对于单体电池的检测，主要采用飞电容技术。
纯电动汽车动力电池管理系统原理及故障诊断
图1 北汽新能源EV200控制系统网络通讯对于电动汽车动力电池来讲，各个整车厂商的控制策略基本相同，但选用的控制元器件精度、性能有所不同，特别是实现控制策略的算法、应用程序各不相同，因此也成为各个厂家的特色和机密。
各整车厂商在控制软件开发上，会根据使用过程发现的问题不断完善，可以通过刷程序来为车主的爱车升级。
维修人员取得整车厂商的授权，得到控制程序和密码后，就可以通过车辆图2 动力电池管理系统与外部系统CAN通讯关系框图图3 电芯电压检测接点分布从控盒电路板上的检测电路对各个电芯巡回检查，电压数据经隔离后送到电路板计算区域处理，再通过内部CAN线送主控盒分析处理。
主控盒要进一步计算整个电池包的SOC，以及最高电压电芯与最低电压电芯的差值是否超标，是否达到放电截止电压或充电截止电压，然后再做后续控制处理。
电池温度检测一般在电池模组上安置温度传感器检查，温度传感器安置在模组的接线柱附近。
温度传感器的测量引线分别送图4 电芯电压检测线与检测电阻阵列图5 动力电池上下电过程原理图图6 高压回路绝缘检测与继电器开闭状态检测控制盒2．动力电池母线继电器开闭状态检测与高压回路绝缘检测(1)动力电池对外高压上下电过程控制图5是动力电池上下电过程原理图。
动力电池对外部负载上的电指令如下。
驾驶员起动车辆，钥匙置ON位，动力电池负极继电器闭合，全车高压系统各个控制器初始化、自检，完成后通过CAN线通报。
动力电池对内部电芯电压和温度检查合格、母线绝缘检测合格，动力电池主控盒接通预充继电器（预充继电器与预充电阻串联，然后与正极继电器并联）。
动力电池为外部负载所有电容图7 变阻抗网络电路图9 套装在母线上的霍尔电流传感器图7b 变阻抗网络电路图7c 变阻抗网络电路关断时,图7b桥式阻抗网络的等效形式为R g1与串联。
这时,电源电压为U 01，电流为I 1。
R/(R g1+R)) (1)关断时，图7c桥式阻抗网络的等效形式为R g2串联,这时,电源电压为U 02、电流为I 2。
002 动力电池管理系统
（一到控制要求 （三）电池自身的可靠性
六、典型的电动汽车管理系统 • 电动汽车电池管理系统，是电动汽车电源系统中监控运
行及保护电池关键技术中的核心部件，能给出剩余电量 和功率强度预测、进美国一直处于世界汽车技术领域的 最前列，在电动汽车的电池管理系统的研究方面也处于 前列。 • 通用汽车公司的BMS采用了一个微电脑，对电池组进行 管理，监测和控制蓄电池组的充放电工作状态，提高电 池的充放电性能，预测蓄电池组的荷电状态和剩余能量。
情境一 动力电池管理系统的基本构成和工作原理
一、动力电池管理系统的定义
• 电池管理系统 (BMS)并没有严格的定义，我们可以这样理 解：电池管理系统是用来对动力电池组进行安全监控和 有效管理，保持动力电源系统正常应用和提高电池寿命 的一种装置，俗称电池保姆或电池管家。
• 它能监控电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预 测动力电池的电池容量(SOC)和相应的剩余行驶里程，进 行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池 之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能 力和循环寿命。
（一）美国通用汽车公司的EV1电动汽车电池管理系统 EV1电动汽车是最成功的电动汽车之一。其电池管理
系统包括：电池模块、电池组控制模块BMP、电池组热管 理系统和电池组高压断点保护装置四个组成部分。其中电 池组控制模块有以下功能：电池单体电压监测、电流采样、 电池组高压保护、六个热敏电阻对不同部位进行温度采样， 控制充放电、电量或里程计算、高压回路继电器。
• 随着电动汽车的发展，对先进电池的需求和对电池管理 系统的要求也日益提高。电池管理技术来越成熟，电池管 理系统功能也不断改善。在《电动汽车用电池管理系统技 术条件》国家标准之中定义了不少BMS的功能需求，分为 一般要求和技术要求。
电池管理系统硬件电路设计
电池管理系统硬件电路设计电池管理系统最基本的作用是监控电池的工作状态：电池的电压、电流和温度，预测电池组的荷电状态SOC 和相应和剩余行驶里程，管理电池的工作情况，避免出现过放电、过充、过热，对出现的故障应能及时报警，以便最大限度地利用电池的存储能力和循环寿命。
为了实现这些任务，本系统对各个功能模块进行了划分，形成各智能测量与控制节点，这些节点又统一由一个基于MC9S12DP512 的中央控制单元(CCU)进行控制管理，整个系统与整车各控制器间用基于CAN (ControllerArea Network)的总线来进行通讯。
CAN 总线的应用，可以完全满足现代汽车设计中通讯的高可靠性和快速性要求。
CAN 通讯的采用可以使整个管理系统与整车的管理系统对接，实现整车管理系统的优化。
同时为了便于以后对电池模型的研究，本系统设计了基于USBCAN 的PC 机端CAN 通讯接口，实现了PC 对BMS 的快速访问，以便用PC 强大的数据处理功能来处理所采集到的数据。
1.1 电池管理系统硬件方案设计1.1.1 BMS 硬件功能硬件的设计必须要实现对动力电池组的合理管理，首先必须保证采集数据的准确性；其次是可靠稳定的系统通信；最后非常重要的是抗干扰性。
在具体实现过程中，根据设计要求决定需要采集动力电池组的数据类型；根据采集量以及精度要求决定前向通道的设计；根据抗干扰性要求设计合理的通讯接口电路。
1）电池组管理系统的硬件电路为管理软件提供了工作平台，该硬件的主要功能与基本特点如下：(1)设计有掉电保护RAM，用于存储故障诊断结果、自学习结果、电池历史使用情况等参数。
由于研制阶段的BMS 的备用电源随时可能掉电，使用过程中的备用电源也可能在车辆维护过程中拆除，因此须在这些情况下保持数据不丢失。
(2)具有BMS 的自学习策略。
(3)BMS 的EMC 能力强。
(4)实现BMS 的模块化设计，特别是可靠的独立的CPU 板设计，降低开发成本、提高开发效率。
基于STM32的电动汽车动力电池管理系统设计
基于STM32的电动汽车动力电池管理系统设计随着对环境保护和汽车技术的不断追求，电动汽车逐渐取代传统燃油汽车成为人们的首选。
作为电动汽车的核心组成部分之一，动力电池的管理系统在保证车辆性能和安全的同时起着至关重要的作用。
本文将基于STM32单片机介绍电动汽车动力电池管理系统的设计。
一、电动汽车动力电池管理系统的概述动力电池管理系统是电动汽车控制系统中的一个重要模块，主要用于监测、控制和保护动力电池组。
其主要功能包括电池组的电压、电流、温度的监测与采集，对电池组进行均衡和充放电控制，以及电池过充、过放和过温等异常条件的检测和保护。
二、STM32单片机的选择STM32单片机具有功耗低、性能强大、集成度高等特点，是嵌入式系统设计的理想选择。
在电动汽车动力电池管理系统设计中，STM32单片机可以实现对电池组各种参数的高精度采集与控制，具备良好的可靠性和稳定性。
三、电池组参数的采集与控制1. 电池组电压采集：通过电压分压电路和模数转换器实现对电池组电压的采集，并通过STM32单片机进行精确测量和数据处理。
2. 电池组电流采集：采用电流传感器和模数转换器对电池组电流进行实时监测，实现对电池组的充放电控制。
3. 电池组温度采集：通过温度传感器实时测量电池组温度，并结合STM32单片机的温度补偿功能，对电池组的温度进行精确控制。
4. 电池组均衡控制：根据对电池组电压的监测和比较，通过控制均衡电路，实现对电池组各个单体电池的均衡充放电，从而提高电池组的使用寿命和性能。
四、电池异常状态的监测与保护1. 过充保护：当电池组电压超过设定阈值时，系统会自动切断充电电路，避免电池过度充电造成安全隐患。
2. 过放保护：当电池组电压低于设定阈值时，系统会自动切断负载电路，保护电池组避免过度放电。
3. 过温保护：通过温度传感器实时监测电池组温度，当温度超过设定阈值时，系统会自动采取保护措施，如切断充电和放电电路，保证电池组的安全运行。
新能源汽车动力电池管理系统的设计与控制
新能源汽车动力电池管理系统的设计与控制新能源汽车的普及趋势下，动力电池管理系统成为了关键技术之一。
动力电池管理系统（BatteryManagementSystem，简称BMS）是指为电动汽车中的动力电池组提供高效安全的管理和控制的一系列技术和设备。
它不仅能提高电池的使用寿命和工作效率，还能确保电池组的安全性和可靠性。
本篇文章将介绍新能源汽车动力电池管理系统的设计与控制原理。
1.动力电池管理系统的功能和构成动力电池管理系统主要分为硬件和软件两部分，其主要功能包括电池状态估计、电池细胞均衡、充放电控制、温度管理和失效诊断等。
下面将详细介绍各个功能的作用和构成。
1.1电池状态估计电池状态估计是指通过对电池内部各个参数的监测与计算，对电池的SOC（StateofCharge，充电状态）和SOH（StateofHealth，健康状态）进行估计。
通过准确估计电池的SOC和SOH，可以提供给车辆控制系统准确的电池能量信息，并可用于预测电池的寿命和性能。
电池状态估计主要依靠电池传感器、电流传感器和温度传感器等硬件设备以及算法模型的组合来实现。
其中，电池传感器可以监测电池细胞的开放电压和电流，电流传感器可以实时测量电池组的充放电电流，温度传感器则用来监测电池组的温度。
1.2电池细胞均衡电池细胞均衡是指通过等化电池细胞之间的电荷和放电量，使得每个电池细胞的电荷水平保持一致。
这可以避免由于细胞间的不均衡导致电池寿命缩短和性能下降的问题。
电池细胞均衡系统主要由均衡电路和均衡控制器组成。
均衡电路可以将电池细胞之间的电荷进行转移，以保持细胞间的一致性。
均衡控制器则负责监测电池细胞的电压差异，并控制均衡电路的工作状态。
1.3充放电控制充放电控制是指通过对电池组内部和外部电路的控制，实现电池的充电和放电操作。
通过合理地控制充放电过程，可以提高电池的工作效率和使用寿命。
充放电控制系统包括充电控制器和放电控制器。
充电控制器负责监测电池组的充电状态和充电电流，并根据需要控制充电电流的大小和充电方式。
基于单片机的动力电池管理系统的硬件设计
ＬＩ ａ Ｂｉ ｇ， Ｉ Ｌｉｎ ｎ Ｌ ＡＮＧ ｏ， Ｉ Ｈａ Ｌ Ｕ Ｂｉｇ Ｓ ｎ ｎ ｈａ
（ｃ ｏｌｏ Ｉｓｔｔ ａｄ Ａ ｔｍ ｔ ｎ ｅｅ Ｕ ｉ ｒｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉ ｊ ０ １０， ｈｎ ） Ｓｈ ｏ ｆ ｎｔｕｅ ｎ ｕｏ ａｏ ，Ｈ ｂｉ ｎｖ ｓｙ ｆＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｔａ ｉ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ ｉ ｉ ｅ ｉ ｏ ｎｎ
镍氢 电池等 。
系 列的 Ｇ ｌ Ｚ ６型 号 的 单 片 机 。 系 列 所 有 的 ＭＣ 该 Ｕ均 采 用 增 强 型 Ｍ６ ＨＣ ８中 央 处 理 器 （ Ｐ ８ 。 单 片 机 具 有 以 下 ８ ０ Ｃ０ ） 该
特性：
（） ｚ内 部 总 线 频 率 ；２１ Ｂ 的 内 置 Ｆａｈ存 储 １８ＭＨ （）６ Ｋ ｌｓ 器 ；） （ ２个 １ 定 时 器 接 口模 块 ；４支 持 １ＭＨｚ ８ ＭＨ ３ ６位 （） － ｚ晶 振 的时钟 发 生器 ； ） 强型 串行通 信接 Ｉ（Ｓ Ｉ （增 ５ ： Ｅ Ｃ） １ 模块 。
１ ２ 检 测 模 块 ． 检 测 模 块 中 将 对 电压 检 测 、 流 检 测 和 温 度 检 测 模 电 块 分别进 行介绍 。 １２． 电压 检 测 模 块 ． １
Ｋ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｒ ｓ： ｐ ｗｅ ａ ｔｒ ； ＣＭ ； ＭＳ ｏ ｒｂｔ ｙ Ｓ ｅ Ｂ
CC430F5137单片机的动力电池管理系统设计
大 ， 要 充 放 电 控 制 电路 对 电 池 进 行 保 护 充 放 电 ， 免 损 需 以
针对 以上缺 点 ， 现采 用基 于 单 片机 Ｃ ３Ｆ １７为控 制 核 ￣ ０ ５３ 心 的设计 方 案 。Ｃ＿ ０ ５ ３ Ｃ Ｆ １７内部集 成 了 ＣＥ ｌ１无 线 电收 发 Ａ３ Ａ ｌ０
１ 电池 管 理 系统 运 行原 理
本 系统 安 装 在 电 动 汽 车 中 ， 以 实 时 监 视 电 池 的 状 可 况 。 当 电池 汽 车充 电 时 ， 统 可 以 将 充 电 数 据通 过无 线 模 系 块传 输 给 充 电 中心 ， 自动 进 行 充 放 电 管 理 。这 样 充 电 中 并 心就 可 以实 时 了解充 电 的状 态 ， 且 充 电 中 心 不 用将 其 他 而 线路 接 人 汽 车 内 ， 少 了搭 建 线 路 的 麻 烦 ， 高 了 工 作 效 减 提 率 ； 汽 车 在 正 常 使 用 电池 时 ， 当 系统 会 实 时 监 测 电池 的 用 电 情 况 ， 剩 余 电量 不 足 时 及 时 通 知 驾 驶 人 员 ， 将 警 报 在 并 通 过 无 线 模 块 发 送 给 充 电 中心 ， 知 需 要 充 电 。 告 电 池 管 理 系 统 结 构 框 图 如 图 １所 示 。 本 系 统 以 Ｃ ３ Ｆ １ ７为 控 制核 心 ； 电 池 充 放 电 控 制 电 路 主 要 是 Ｃ４ ｏ ５ ３ 蓄
２ ０ 第 ８期 １ ７年
ｗＷＷ ． ｍｅｓ ｅｆ ｃ ｎ ． １ ｎ ． ｏｒ ｃｉ
学 习 园 地
坏 电 池 ； 电 池 检 测 电 路 主 要 是 检 测 电 池 的充 放 电 电压 、 蓄
HV系统(电池管理系统)
步骤 1: SMR 1 / SMR 3 ON 步骤 2: SMR 2 ON 步骤 3: SMR 1 OFF
HV 蓄电池
SMR (系统主继电器) – READY ON
步骤 1: SMR 1 / SMR 3 ON 步骤 2: SMR 2 ON 步骤 3: SMR 1 OFF
HV 蓄电池
系统 电压 (实际)
系统 电压 (要求)
0
Time
电机控制
应用电压的增加 – 电压控制范围
扭矩 中速
低速 高速
电机速度
变频器总成
变频器运作 – 电机驱动
变频器
IPM IPM
MG
U W V
ON
ON
变频器 总成
变频器 运作 – 电机驱动
变频器
IPM IPM
MG
U W V
ON
ON
变频器 总成
变频器 运作 – 电机驱动
9.5 V 或更低
不能变成 READY ON状态
7 V 或更低
辅助蓄电池
当辅助蓄电池电压低时的车辆状态
PRIUS
9.5 V
0V
正常
档位指示灯不亮
多信息显示 屏熄灭
档位指示灯闪烁
熄灭
READY ON
HV 蓄电池 和 SMR
系统 主继电器
HV 系统图
车辆后部
SMR1 SMR2 电阻 MG1
车辆前部
变频器
空调变频 器
升压转换器
DC-DC 转换器
SMR1, 2 and 3 蓄电池 ECU
DLC3
辅助电池
HV 蓄电池
HV蓄电池
Prius系统框图
蓄电池冷却风 扇继电器
几款经典的BMS系统方案图
几款经典的BMS系统方案图电池管理系统（BMS）是一个本世纪才诞生的新产品，因为电化学反应的难以控制和材料在这个过程中性能变化的难以捉摸，所以才需要这么一个管家来时刻监督、调整、限制电池组的行为，以保障使用安全，其主要功能为：1. 实时监测电池状态。
通过检测电池的外特性参数（如电压、电流、温度等），采用适当的算法，实现电池内部状态（如容量和SOC等）的估算和监控，这是电池管理系统有效运行的基础和关键；2. 在正确获取电池的状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理、故障报警等；3. 建立通信总线，与显示系统、整车控制器和充电机等实现数据交换。
电池管理系统（BMS）主要分为两部分，第一部分是前端模拟测量保护电路（AFE），包括电池电压转换与量测电路、电池平衡驱动电路、开关驱动电路、电流量测、通讯电路；第二部分是后端数据处理模块，就是依据电压、电流、温度等前端计算，并将必要的信息通过通信接口回传给系统做出控制。
目前的电池管理系统（BMS）产品设计方案，被国外厂商垄断，都选用国外半导体IC厂商提供的电池管理IC，并以其应用方案为参考进行设计。
Maxim、Linear Technology（已被ADI收购）、Intersil、TI、ADI、NXP是主要方案提供商。
Maxim方案Maxim系列产品构建完备的12节电池监测方案，Maxim的电池监测器（MAX172XX等系列）、电池保护器（DS277X系列）以及电池选择器（MAX1538）能够有效延长电池工作寿命，确保安全、可靠的系统工作。
其系列高压器件有助于实现向低碳能源方案的转变，器件集成了先进的功能，可降低电池管理系统的尺寸、成本和设计复杂度。
消费者则可获得更高的系统可靠性、更长的电池使用时间和更快的产品上市时间。
Maxim方案特点：1.极大地简化了多节电池组的设计。
器件包含12个测量通道，采用电容隔离式阶梯形SMBus通信总线，大大减少了元件数量，降低成本。
电动汽车动力电池管理系统设计
电动汽车动力电池管理系统设计随着全球工业和交通的发展，能源和环境问题越来越受到关注。
而电动汽车，作为可替代传统汽车的新型交通工具，正逐渐成为人们的关注焦点。
然而，电动汽车所依赖的动力电池，在使用过程中存在充电、放电、温度、容量等复杂的管理问题，这就需要一套高效、稳定的电池管理系统来保证电池的寿命和性能。
本文将探讨电动汽车动力电池管理系统的设计。
一、动力电池管理系统的主要任务动力电池管理系统是电动汽车的核心部件，主要任务是对动力电池进行监测、控制和保护。
具体来说，它需要实现以下几个方面的功能。
1.数据采集和处理：包括电池组的电压、电流、温度等实时数据的采集和处理，通过算法分析电池的状态（例如充电状态、剩余容量、健康状态等），可预测电池的寿命和性能。
2.运行控制：对电池组的充电和放电进行控制，包括充电速度的控制、防止过充或过放、控制温度等。
3.故障检测和保护：自动检测电池组的故障状况，如电芯异常、接触不良等，防止故障引起电池的短路、过电流等危险。
4.通信和显示：与整车的通信接口，在车辆仪表盘或中控屏上显示电池状态等信息。
二、电池管理系统的硬件设计动力电池管理系统的硬件设计主要包括以下几个方面。
1.电池管理芯片：负责采集、处理和控制电池组的电气参数，如TI的BQ76PL102和ST的L9963等。
2.电流传感器和电压传感器：用于采集电池组的电流和电压数据，这些数据可以用于估计电池组的状态。
3.温度传感器：用于监测电池组的温度，如果温度过高或过低，则需要采取相应的措施进行控制。
4.电源管理单元：用于管理系统的电源供应和电池充电等问题。
5.冗余设计：在实际应用中，为了保证系统的可靠性和稳定性，一般会进行冗余设计，如多个电池管理芯片的并联等。
三、电池管理系统的软件设计电池管理系统的软件设计主要包括以下几个方面。
1.数据采集和处理算法：这些算法一般基于电池化学特性和电气响应模型建立，通过采集到的电流、电压、温度等数据，估计电池的状态和容量，并预测电池寿命等问题。
设计动力锂电池组的的智能管理系统
动力锂电池组智能管理系统设计锂电池由于具有体积小、质量轻、电压高、功率大、自放电少以及使用寿命长等优点，逐渐成为动力电池的主流。
但是由于锂离子电池具有明显的非线性、不一致性和时变特性，因此在应用时需要进行一定的管理。
另外锂电池对充放电的要求很高，当出现过充电、过放电、放电电流过大或电路短路时，会使锂电池温度上升，严重破坏锂电池性能，导致电池寿命缩短。
当锂电池串联使用于动力设备中时，由于各单节锂电池间内部特性的不一致，会导致各节锂电池充、放电的不一致。
一节性能恶化时，整个电池组的行为特征都会受到此电池的限制，降低整体电池组性能。
为使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性能，延长使用寿命，必须要对锂电池在充、放电时进行实时监控，提供过压、过流、温度保护和电池间能量均衡。
本文设计的动力锂电池组管理系统安装在锂电池组的内部，以单片机为控制核心，在实现对各节锂电池能量均衡的同时，还可以实现过充、过放、过流、温度保护及短路保护。
通过LCD显示电池组的各种状态，并可以通过预留的通信端口读取各节锂电池的历史性能状态。
系统总体方案设计动力锂电池智能管理系统主要由充电模块、数据采集模块(包括电压、电流、温度数据采集)、均衡模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块组成。
系统框图如图1所示。
图1 管理系统结构框图整个系统以单片机为主控制器，通过采集电流信息，判断出电池组是在充电、放电还是在闲置状态及是否有过流现象，并对其状态做出相应处理。
对各节电池电压进行采集分析后，系统决定是否启动均衡模块对整个电池组进行能量均衡，同时判断是否有过充或过放现象。
温度的采集主要用于系统的过温保护。
整个系统的工作状态、电流、各节电压、剩余电量及温度信息都会通过液晶显示模块实时显示。
下面对其各个模块的实现方法进行介绍。
微控制器ATmega8本系统采用的微控制器是美国ATMEL公司推出的一种高性能8位单片机ATmega8。
该单片机具备AVR高档单片机系列的全部性能和特点，支持在线编程(ISP)，只需要一条可自制的下载线就可以进行单片机系统的开发。
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动力电池管理系统硬件设计电路图
电动汽车是指全部或部分由电机驱动的汽车。
目前主要有纯电动汽车、混合电动车和燃料电池汽车3种类型。
电动汽车目前常用的动力来自于铅酸电池、锂电池、镍氢电池等。
锂电池具有高电池单体电压、高比能量和高能量密度，是当前比能量最高的电池。
但正是因为锂电池的能量密度比较高，当发生误用或滥用时，将会引起安全事故。
而电池管理系统能够解决这一问题。
当电池处在充电过压或者是放电欠压的情况下，管理系统能够自动切断充放电回路，其电量均衡的功能能够保证单节电池的压差维持在一个很小的范围内。
此外，还具有过温、过流、剩余电量估测等功能。
本文所设计的就是一种基于单片机的电池管理系统。
1电池管理系统硬件构成
针对系统的硬件电路，可分为MCU模块、检测模块、均衡模块。
1.1MCU模块
MCU是系统控制的核心。
本文采用的MCU是M68HC08系列的GZ16型号的单片机。
该系列所有的MCU均采用增强型M68HC08中央处理器(CP08)。
该单片机具有以下特性：
(1)8MHz内部总线频率；(2)16KB的内置FLASH存储器；(3)2个16位定时器接口模块；(4)支持1MHz～8MHz晶振的时钟发生器；(5)增强型串行通信接口(ESCI)模块。
1.2检测模块
检测模块中将对电压检测、电流检测和温度检测模块分别进行介绍。
1.2.1电压检测模块
本系统中，单片机将对电池组的整体电压和单节电压进行检测。
对于电池组整体电压的检测有2种方法：(1)采用专用的电压检测模块，如霍尔电压传感器；(2)采用精密电阻构建电阻分压电路。
采用专用的电压检测模块成本较高，而且还需要特定的电源，过程比较复杂。
所以采用分压的电路进行检测。
10串锰酸锂电池组电压变化的范围是28V～42V。
采用3.9M?赘和300k?赘的电阻进行分压，采集出来的电压信号的变化范围是2V～3V，所对应的AD 转换结果为409和*。
对于单体电池的检测，主要采用飞电容技术。
飞电容技术的原理图如图1所示[2]，为电池组后4节的保护电路图，通过四通道的开关阵列可以将后4节电池的任意1节电池的电压采集到单片机中，单片机输出驱动信号，控制MOS管的导通和关断，从而对电池组的充电放电起到保护作用。
如图1所示，为电池组后4节的保护电路图，通过四通道的开关阵列可以将后4节电池的任意1节电池的电压采集到单片机中，单片机输出驱动信号，控制MOS管的导通和关断，从而对电池组的充电放电起到保护作用。
以上6节电池可以用2个三通道开关切换阵列来实现。
MAX309为1片4选1、双通道的多路开关，通过选址实现通道的选择。
开关S5、S6、S7负责将电池的正极连接至飞电容的正极。
开关S2、S3、S4负责将电池负极连接至飞电容的负极。
三通道开关切换阵列结构与四通道开关切换阵列类似，只是通道数少1路。
工作时，单片机发出通道选址信号，让其中1路电池的正负极与电容连接，对电容进行充电，然后断开通道开关，接通跟随放大器的开关，单片机对电容的电压进行快速检测，由此完成了对1节电池的电压检测。
若发现检测电压小于2.8V，则可推断出电池可能发生短路、过放或保护系统到电池的检测线断路，单片机将马上发出信号切断主回路MOS管。
重复上述过程，单片机即完成对本模块所管理的电池的检测。
1.2.2电流采样电路
电流采样时，电池管理系统中的参数是电池过流保护的重要依据。
本系统中电流采样电路如图2所示。
当电池放电时，用康铜丝对电流信号进行检测，将检测到的电压信号经过差模放大器的放大，变为0～5V的电压信号送至单片机。
如果放电的电流过大，单片机检测到的电压信号比较大，就会驱动三极管动作，改变MOS管栅极电压，关断放电的回路。
比如，对于36V的锰酸锂电池来说，设定其保护电流是60A。
康铜丝的电阻是5mΩ左右。
当电流达到60A时，康铜丝的电压达300mV左右。
为提高精度，将电压通过放大器放大10倍送至单片机检测。
1.2.3温度检测
电池组在充、放电过程中，一部分能量以热量形式被释放出来，这部分热量不及时排除会引起电池组过热。
如果单个镍氢电池温度超过55℃，电池特性就会变质，电池组充、放电平衡就会被打破，继而导致电池组永久性损坏或爆炸。
为防止以上情况发生，需要对电池组温度进行实时监测并进行散热处理。
采用热敏电阻作为温度传感器进行温度采样。
热敏电阻是一种热敏性半导体电阻器，其电阻值随着温度的升高而下降。
电阻温度特性可以近似地用下式来表示：
1.3均衡模块
电池组常用的均衡方法有分流法、飞速电容均衡充电法、电感能量传递方法等。
在本系统中，需要较多的I/O口驱动开关管，而单片机的I/O口有限，所以采取整充转单充的充电均衡方法。
原理图如图3所示。
Q4是控制电池组整充的开关，Q2、Q3、Q5是控制单节电池充电的开关。
以10节锰酸锂电池组为例，变压器主线圈两端电压为42V，副线圈电压为电池的额定电压4.2V。
刚开始Q4导通，Q2、Q3、Q5截止，单节电池的电压不断升高，当检测到某一节电池的电压达到额定电压4.2V以后，电压检测芯片发出驱动信号，关闭Q4，打开Q2、Q3、
Q5，整个系统进入单充阶段，未充满的电池继续充电，以达到额定电压的电池保持额定电压不变。
经测试，电压差值不会超过50mV。
图3整充转单充的均衡模块电路图
2SOC电量检测
在锂离子电池管理系统中，常用的SOC计算方法有开路电压法、库伦计算法、阻抗测量法、综合查表法[3]。
(1)开路电压法是最简单的测量方法，主要根据电池开路电压的大小判断SOC的大小。
由电池的工作特性可知，电池的开路电压与电池的剩余容量存在着一定的对应关系。
(2)库仑计算法是通过测量电池的充电和放电电流，将电流值与时间值的乘积进行积分后计算得到电池充进的电量和放出的电量，并以此来估计SOC的值。
(3)阻抗测量法是利用电池的内阻和荷电状态SOC之间一定的线性关系，通过测出电池的电压、电流参数计算出电池的内阻，从而得到SOC的估计值。
(4)综合查表法中电池的剩余容量SOC与电池的电压、电流、温度等参数是密切相关的。
通过设置一个相关表，输入电压、电流、温度等参数就可以查询得到电池的剩余容量值。
在本设计中，从电路的集成度、成本、所选MCU的性能方面考虑，采用了软件编程的方法。
综合几种方法，采用库伦计算法比较合适。
(1)用C表示锂电池组从42V降到32V时放出的总的电量。
(2)用η表示电流i经过时间t后，放出的电量与C的比值。
其中CRM为剩余电量。
令ΔCi=i×Δt，表示?驻t时间内电池组以i放电的放电量；或者是以i充电的充电量，剩余电量实际上是对ΔCi的计算以及累加。
设定合适的采样时间Δt，测定当前的电流值，然后计算乘积，得到Δt时间内剩余容量CRM的变化量，从而不断更新CRM 的值，即可实现SOC电量的检测。
3试验结果
通过电池管理系统对锰酸锂电池组进行充放电测试。
图4(a)为锂电池组放电测试图，放电电流为8A，当电池组电压降至32V时，放电MOS管关断。
图4(b)为充电的测试图。
充电结束4小时后，均衡完成。
本文的电池管理系统以M68HC08GZ16为核心，实现了对电池组单体电压、电流、温度信号的采集。
充电电量平衡以后，单体电池的电压差值不超过50mV。
整体系统运行性能良好，能够满足电动车动力电池组应用需要。