电池管理系统硬件设计

申彩英，原 晨，李启龙

（1．辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州121001；2。凌海供电有限责任公司，辽宁 凌海121200）

电池管理系统硬件设计

申彩英1，原 晨2，李启龙2

（1．辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州121001；2。凌海供电有限责任公司，辽宁 凌海121200）

电池管理系统可以对电池参数进行检测、并进行热管理、故障报警。本文对电池管理系统硬件电路进行设计，以STC12C5A60S2微控制器为核心，对电池管理系统电流、电压、温度检测电路及过压、过流检测电路进行设计。

电池管理系统；硬件电路;设计

随着石油资源匮乏及环境污染的加剧，电动汽车作为21世纪一种新结构形式的交通工具，很大一部分缓解了上述问题。动力电池是电动汽车的主要能量源，为电动汽车提供行驶能量，同时也为车载电器设备提供必要的能量。因此电池管理系统在电动汽车中占有非常重要的地位，一直以来都是研究的热点[1-3]。

电池管理系统主要由信息检测单位、均衡单元、主控单元和显示单元、充电控制单元组成。信息检测单位用于实现对单体电池电压、温度检测、电流的检测。主控单元用于实现对电池SOC的估算，信息量（电压、电流、温度）的转换。均衡单元用于实现对单体电池电压的均衡，确保电池不超过其极限电压，使电池处于最佳状态。充电控制单元主要负责充电过程中充电电压和充电电流的控制，保护蓄电池不受损坏[4-5]。本文对电池管理系统硬件检测电路及过压、过流检测电路进行设计。

1 电池管理系统组成

电池管理系统的硬件检测电路部分包括参数检测电路，过压、过流检测电路如图1。

图1 电池管理系统组成

其中包括参数检测电路电流检测电路、电压检测电路和温度检测电路3部分，电流检测电路用于检测电池充电、放电电流，电压检测电路用于检测电池的单体电压和总电压，温度检测电路用于检测单体电池温度和单片机控制系统温度。过电压、过电流检测电路用于检测电池过电压、欠电压和过度放电、充电，保护蓄电池不受损坏。

2 主控单元

主控单元采用增强型51芯片STC12C5A60S2，由晶振电路、复位电路、电源电路和上电指示电路组成。如图2所示。

其中晶振电路用于给单片机提供工作时序；复位电路用于单片机在系统出现故障情况下实现复位；电源电路给单片机提供稳定的工作电源；上电指示电路用于显示单片机是否上电，若上电则LED灯亮，单片机有电，否则无电。

3 参数检测电路

由于电动汽车电池不能过充电、过放电，电流检测原理图如图3所示，采用ACS712电流传感器，量程为30A，被测电流与输出电压成正比，经过滤波后进入单片机。

电压测量采用分压原理，电池组电压不会大于15 V，测量电路如图4所示，被测量电压经过分压、滤波后进入单片机。电池总电压的测量电路只是将电路中的R1和R2的值重新设计。

图2 主控单元电路

图3 电流测量原理图

图4 电压测量原理图

温度测量分2部分，一部分是测量单体电池的温度，采用热敏电阻测量，测量原理如图5所示，热敏电阻的分压值与被测温度值一一对应，单片机通过检测对应AD口的数字量值即可求出对应的温度值，从而可以检测电池温度。

另一部分是测量主控单元的温度，采用DS18B20单总线传送方式，将检测值送给单片机，温度测量原理图如图6所示。

图5 热敏电阻测量原理

图6 温度测量原理图

4 过电压、过电流检测电路

为了保护电动汽车电池，不能过充电、也不能过放电，电池电压要在一定范围之内，本文设计了过电压、欠电压及过流检测电路。过电压、欠电压检测电路如图7所示。当电池电压在正常范围内时，该电路输出高电平，若过压或者欠压则输出低电平。过流检测原理相同。

5 结论

本文对电动汽车用电池参数检测电路及过电压、欠电压、过电流检测电路进行了设计，所设计的电路可以准确的对电动汽车电池管理系统参数进行检测。

图7 过压、欠压检测电路

[1]杨静,张朝晖.基于单片机及可编程器件的电动汽车电池管理系统[J].机电一体化,2004(6):60-63.

[2]汪世国.电动汽车电池管理系统现状分析[J].汽车实用技术,2014(2):65-67.

[3]李仲兴,余峰,郭丽娜.电动汽车用锂电池组均衡控制算法[J].电力电子技术,2011,45(12):54-56.

[4]陈洋,李荣正.电池管理系统(BMS)及其均衡充电的方法[J].上海工程技术大学学报,2015,29(3):213-217.

[5]宋雪桦,吴和生,刘锦娟,等.混合电动汽车电池管理系统设计[J].电子测量与仪器学报,2011,25(9): 787-792.

责任编校：刘亚兵

Hardware Electric Circuit Design of Battery Management System

SHEN Cai-ying1,YUAN Chen2,LI Qi-long2

（1。Automobile&Transportation Engineering College,Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China；2.Linghai Electric power supply company limited,Linghai,121200,China）

Battery parameters can be detected by battery management system,at the same time,it can make thermal management and trouble alarm.Hardware electric circuit is designed in the paper.Taking STC12C5A60S2 Microcontroller as a core,current of battery management system,voltage, temperature detecting circuit,over-current,and over-voltage circuit are designed.

battery management system;hardware electric circuit;design

TN709

A

1674-3261(2017)01-0025-03

2016-07-07

辽宁省高校重大平台项目资助（JP2016016）

申彩英(1981-)，女，辽宁锦州人，讲师，博士。

10.15916/j.issn1674-3261.2017.01.007