纯电动汽车电池管理系统的研究与应用

纯电动汽车电池管理系统的研究与应用
【摘要】新能源汽车是实现汽车工业可持续发展的必由之路。

纯电动汽车是未来发展的主要新能源汽车之一，其电池管理技术的优劣是电动汽车商品化、实用化的关键。

本文对纯电动汽车电池管理系统进行研究，设计了其硬件系统，试验证明了该方法的正确性和有效性。

【关键词】电动汽车，电池，管理
一、电池管理系统的作用
电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的、复杂的电气测控系统，也是电动汽车商品化、实用化的关键。

准确和可靠地获得电池SOC是电池管理系统中最基本和最首要的任务，在此基础上才能对电动汽车的用电进行管理，特别是防止电池的过充电及过放电。

蓄电池的荷电状态是不能直接得到的，只能通过电池特性――电压、电流、电池内阻、温度等参数来推断。

这些参数与SOC的关系并不是简单的对应的关系。

二、电池管理系统的硬件实现
硬件的设计取决于管理系统实现的功能。

基本要实现对动力电池组的合理管理，即保证采集数据的准确性、可靠稳定的系统通信、抗干扰性。

在具体实现过程中，根据设计要求确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确定前向通道的设计；根据通信数据量以及整车的要求选用合理的总线。

电池管理系统的结构如图1所示。

电池的SOC一部分是经过对电流的积分得到的，电流信号检测的精度直接影响系统的SOC的准确度，因此要求电流转换隔离放大单元在较大范围内有较高的精度，较快的响应速度，较强的抗干扰能力，较好的零飘、温飘抑制能力和较高的线性度。

电流转换隔离放大单元是用电流性霍尔元件将-400A到+400A的电流（充电电流为正，放电电流为负）转换为电压信号。

电流的采样精度要求为1%。

电动汽车中电动机等强电磁干扰源的存在对系统的抗干扰性要求较高，所以要求系统从硬件设计、印制电路板的制作和软件程序方面提高系统的抗干扰性。

本硬件系统是在基于ATMEGA8L单片机进行设计的。

1.电压采样的实现。

电压采样是对电动汽车电池组的电压进行采样，每个电池组由10个单体电池构成。

本系统中一共有14个电池组组成电动汽车的动力电池。

每个电池为一个电池组。

ATMEGA8L通过逻辑控制单元，控制高压开关阵列的通断来采样电池组电压，电压信号在经过线性隔离器件，再经放大后输入到ATMEGA8L的A/D。

2.电流采样的实现。

电流的采样是估计电池SOC 的主要依据，因此对其采样的精度，抗干扰能力，零飘、温飘和线性度误差的要求都很高。

在这里采用电流传感器LT308（LEM），该电流传感器是基于霍尔原理的闭环（补偿）电流传感器，具有高的精度、良好的线性度和最佳的反应时间，同时也具有很好的抗干扰能力。

其原边的额定电流为300A，满足系统设计的要求。

副边的额定电流为150mA，其转换率为1：2000。

供电电源为士12V或士15V。

LEM的输入电流经过可调电阻R2转换为电压信号，可调电阻用于调节电流与其对应的电压之间的比例关系。

由于从LEM过来的电流是双向的，因此其转换得到的电压是以地（GND）为中心变化的一个正负电压，而选用的模数转换器是单向的，因此必须将其电压提高至0V以上。

为此，设计一个加法器（前
端的运算放大器），它的功能是将以0V为中心的正负电压提升至以2.5V为中心的正电压。

后端的运算放大器为一个反相器，将由加法器得到地负电压转换为正电压，同时起到功率放大的作用。

通过两级运放，最终将信号变为0～5V的标准信号进入A/D转换器。

3.抗干扰措施的设计。

由于蓄电池管理系统用在情况比较复杂的电动汽车上，所以干扰信号可以沿各种线路侵入单片机系统。

其主要的渠道有3条：即空间干扰、供电系统干扰、过程通道干扰。

干扰信号对单片机系统的作用可以分为3个部位：第1个部位是输入系统，干扰叠加在信号上，使数据采集误差增大，特别在前向通道的传感器接口是小电压信号输入时，此现象会更加严重；第2个部位是输出系统，使各输出信号混乱，不能正常反映单片机系统的真实输出量，导致一系列严重后果；第3个部位是单片机系统的内核，使总线上的数字信号错乱，程序运行失常，内部程序指针错乱，控制状态失灵，单片机中数据被修改，更严重的会导致死机，使系统完全崩溃。

4.车载CAN通信设计实现
电池管理系统是混合电动车车载电气系统的一部分。

它与整车控制系统的通信联系是通过CAN通信来实现的。

在电池管理系统中，CAN通信的实现是由外围设置CAN的控制器和接收器组成的通信模块完成的，其的设计原理如图4所示。

为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SAJ1000的CAN接口不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与82C250相连，这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。

同时光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD也完全隔离，否则采用光耦就失去了意义。

三、结束语
纯电动汽车的电池管理系统的优劣，对保证电池寿命和整体的能量效率至关重要，因此，对电动汽车电池管理系统的研究具有十分重要的意义。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。