电动车电池管理系统设计

代仲

【摘要】：随着经济的高速发展，蓄电池产业获得了巨大的市场机遇，广泛地应用于工业生产和人们生活的各个领域。对于同规格、同型号的蓄电池来说，由于制造工艺水平的限制和使用时管理方法不当，蓄电池单体不一致问题是不可避免的；在电池组使用中，单体电池不一致问题对电池组性能造成了很大的影响，尤其是电动车的电池组，一个单体电池坏了，整组电池要全部换掉，浪费严重，报废严重，污染严重。蓄电池组寿命较短的原因主要是电动车启动时蓄电池要大电流放电，造成电池过放，蓄电池充电时没及时断开充电器造成蓄电池过充。所以对电动车的蓄电池组进行合理有效地管理是当前急需解决的重要问题。

【关键词】：电动车；电池管理系统；设计要点

1、导言

对于电动车产业而言，电动车能源供给系统是必不可少的子系统，一旦电动车动力电池电能消耗到某种程度，为了保持电动车的循环使用，就必须为电动车运行提供能量补给，即利用充电系统对其动力电池进行电能补充。充（换）电站的电池管理控制系统是实现其智能化最重要环节，也是电动车产业化和推广普及的关键条件，有益于电动车产业的长远发展。

2、电池管理系统结构

由于电池使用的特殊性，其管理系统与传统中的监控系统相比，要求布局布线简单，可传输的距离远，稳定性和可操作性要求更高。按照此要求，本文设计的电池管理系统采用以下技术：借助GPRS技术进行数据传输，使得现场监控采集器件能够将采集的数据远距离无丢失的传输，不增加传输布线，降低成本，提高系统使用的可行性；该系统采集模块和处理系统之间采用C/S（客服端/服务器）系统架构，具有较高稳定性和较快的反应速率，能够对多个电池组数据同时管理，并保证采集的监控数据实时存储到数据库中；该系统的数据传输协议采用TCP/IP协议和Socket通信技术，其安全性较高，保证了数据的稳定和可靠；数据处理系统与用户之间采用B/S架构，用户可以方便地通过浏览器查询和分析数据。

3、电动车电池管理系统设计要点

3.1电池管理系统数据库设计

根据电池使用情况，数据库主要由以下几个表组成：电池组串的不可变信息表。该信息表含有每个电池单体单元数、型号以及位置等信息。这些信息在每个实际存在的电池组中都是一一确定的，不可更改。若它们被改变了，就说明该电池被替换，则必须更新数据表。为此，需要记录建表时间；电池组串的可变基本信息表。该信息表的数值主要用于报警门限设定，这些数值可进行改变，表示的是历史信息，用于电池出现故障或其他特殊情况下进行查询分析。所以当这些数值改变，随之应建立一个新的信息表。对于电池组串，其可变基本信息包含：电池电压上限报警（一般报警和紧急报警两种门限）、电池电压下限报警、电池内阻上限报警、电池内阻下限报警、电池温度上限报警、电池温度下限报警等信息；电池组串数据信息表。该信息表为电池组串数据表的核心部分。它主要记录电池组串中各单体电池的电压、内阻、温度等若干信息。

3.2控制算法设计

3.2.1充电终止判断方法

由于电池充满电后若不及时停止充电，不仅会浪费电能源，还可能会对电池造成损害，不利于电池的维护，因此设计智能充电方案时必须考虑到该问题，使设计程序充满电后对充电机进行合理的控制，确保在充满电后电池管理系统能够对充电做出指令停止充电。用电压电流曲线斜率法对充电是不是已经停止来判断。这个方法把电压曲线率是某个值的时候认为是终止。在如图1所示中能够知道电池在恒值电流的时候U增加的很快，中间是一个很平和的时间段，直到电压改变到一定程度时，必须终止充电，否则可能出现过度充电的现象，A点是充电终止点。

图1充断电曲线

3.2.2智能充电控制流程

智能充电控制流程举例如下：假设系统检测电池组电压和Uol，对应充电电压曲线上的A，充电电流曲线上的B两点，对应时刻为t1，那么此时智能充电系统就只需要按照t1以后的充电曲线（如图2）对蓄电池进行充电直至正常充电结束，假设充电结束时刻为t2，则整个充电时间Δt=t1-t2，并做出记录。

图2智能充电曲线

智能充电系统在正常充电中，通过检测蓄电池的状态，可以判断出在充电过程中蓄电池是否存在异常情况及极化现象，一旦发现异常情况，还能够及时的采取修正措施。不仅如此，智能充电系统还能够实时监测蓄电池组的状态，实时保护充电电路。

3.3软件设计

3.3.1主控系统程序设计

主控制器采用TI的TMS320F28055做为主控芯片，对电池电压和电池组温度进行测量监控，并且通过触控屏和上位机对其进行监控且对温度报警上限和均衡电压进行设置，上位机还具有对电压数据趋势曲线进行显示和存储的功能，方便对数据进行分析。主框架如图3所示。

图3系统主程序流程图

3.3.2电池数据采集程序设计

为了对电池更好地管理，对电池的数据采集是最为重要的一部分。电池监控芯片通过自带的SPI功能与CPU之间进行数据传输。在数据传输速率上面，LTC6804-1支持的最大波特率为1MHz。当系统上电后，电池管理芯片处于开始的休眠状态，必须通过控制器给管理芯片发送芯片唤醒指令，通过指令唤醒管理芯片到工作状态，当芯片唤醒后，对管理芯片进行相应设置，包括ADC采用频率、均衡电压等配置信息。为了确保检验通信成功，采用了读取配置寄存器的方法来验证是否通信成功，通过相应的程序来读取单体电池的电压并进行数据处理和转换。

3.3.3电池监控界面

控制器与触控屏之间是通过串口B进行数据通信。通过触控屏显示每一节单体电池的电压和电池组的温度，对电池进行监控，还可以通过触控屏对电池组的参数进行设置，包括温度上限、电压上限、电压下限、WiFi开关、CAN开关。显示如图4所示。如图4所示，显示部分包括12节单体电池的电压、电池总电压、电池最高最低电压及其压差、电池组温度、WiFi连接状态、CAN连接状态、均衡状态。状态指示灯红色灯表示工作状态为关闭状态，绿色工作状态为正在工作中。

图4触控屏功能主界面

4、结论

总之，该文设计开发的电动车电池管理控制系统，实时监测各种运行参数、故障诊断报警和热管理等功能，系统精度高、稳定可靠、安全运行周期长，并已在电动车研发厂家的电池管控系统设计得到较为广泛应用，现相关研发单位与国家主管部门正积极制定技术标准规范，为优良的电动车电池管理控制系统生产设计做好基石，也为电动车的推广使用奠定了技术支持。

【参考文献】：

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