纯电动汽车电池管理系统的应用

刘力 史龙飞

【摘要】随着环境污染的日益严重和环保理念的深入人心，人们对环境保护的重视程度越来越高，尤其注重清洁能源的使用和开发。汽车尾气一直以来都是影响城市空气质量的主要因素之一，而化石燃料的燃烧在带来大气污染的同时，也造成能源的过度使用，不利于经济的可持续发展。纯电动汽车的开发和使用能够减少大气污染物的排放，有很高的环保价值，但是纯电动汽车的一次充电行驶里程过短的问题严重影响了电动汽车的广泛应用，因此，本文主要对其电池管理系统展开介绍，为汽车电池扩容提供一定的参考。

【关键词】纯电动汽车 电池管理系统 应用

一、前言

电动汽车具有的环保性和低污染的优点使其在现代汽车领域占有重要比重。纯电动汽车是电动汽车的主要类型之一，能源供给依靠动力电池，纯电动汽车的技术在今天己经相对比较成熟，可以进行市场化生产。纯电动汽车的最关键部分为动力电池，其在整个汽车的成本中占有较大比例，有时候能够占整车成本的三分之一多。为了降低汽车的整体成本，同时保证汽车行驶的稳定性，必须要对纯电动汽车的电池管理系统进行研究。

二、电池管理系统分析

（一）系统结构

纯电动汽车是以动力电池作为能源供给的，在实际动力源的使用中，可以将动力电池分组串并联形成整车高压电源。根据汽车的使用目的从整体汽车的角度出发，采用分布式网络控制管理结构设计电池管理系统，在系统中，每个电池电池包中配备电池测控模块，并将中央控制器通过总线连接到一起构成完整的系统。

（二）系统功能分析

纯电动汽车的电池管理系统首先需要具备参数检测的功能，能够及时监测到电池充放电的情况，而且电池总电压和电池总电流可以通过采集到的数据来分析。传统车的油量相当于电池的剩余电量，汽车在行驶的过程中为了保证司机能够实时观测到剩余的电量，系统需要采用即时采集充放电电流和电压等参数。其次，需要进行充放电空盒子，根据实际电池的荷电装填控制对电池的充放电进行监测。[2]如果出现某个电池电压波动的情况或者某些参数超标时，系统需要能够及时切断继电器，停止电池的能量供给保证汽车的正常行驶。电池管理系统还需要具备热管理和均衡控制的功能，系统不仅要能够及时的得到每包电池测点温度，并及时采用相应措施比如控制散热风扇的工作效率防止电池过热，而且因为电池之前存在一定的差异性以及使用状态有所去区别，所以在电池使用过程中容易发生不一致性，电池管理系统需要有一定的均衡控制能力。电池管理系统在故障诊断环节中，通过对汽车行驶参数的收集和分析，实现对电池性能的预测，以及故障的及时判断和报警。最后，电池管理系统还需要具有信息监控和参数标定的功能，我们可以在车载显示端实时观测到电池的主要信息，同时由于不同的纯电动汽车车型使用的电池数量、类型以及电池包种类不同，会给系统的信息标定造成一定的干扰，因此，需要电池管理系统能够综合分析整车系统的工作情况，合理完成信息标定。

（三）电池管理系统的主要功能

电池管理系统的主要功能包括以下功能：電池信息采集功能：电池电压，温度采集，充放电电流，以及将主板总线采集到主控芯片的帮助下估算SOC功能：采集板的电池信息。基于剩余动力电池的主控芯片采用一定的算法收集SOC估算值（充电状态），为驾驶员的行驶距离和参考值提供安全保护。电控系统管理功能：在电动汽车电池充放电过程中，电源电池过充是很有可能的，电池之间的电量不平衡，放电，极大地影响电池的使用寿命，影响效率和安全性。即使有一个问题，电池管理系统可以快速有效地执行预定的安全措施，如切割关闭充放电电路，确保电池组的正常安全使用。为消除电池的固有差异，可以建立均衡电路和控制算法，实现单体电池之间的平衡。电池安全性保护功能：电动车电池组的安全管理主要负责监控电池是否运行异常，一旦发现问题系统，应及时做出应急响应，确保电池组正常运行并防止爆炸数据通信和显示功能：将电池采集信息管理系统发送至电池管理系统（BMS）主控芯片以估计并均衡电池SOC，然后将结果通过CAN总线发送至其他设备同时，电池管理系统BMS通过串口显示上位机的信息通信，使驾驶员和维修人员对车辆信息有清晰的把握和判断。

三、电池管理系统硬件设计

电池管理系统中的电池测控模块与中央控制器需要根据动力电池管理系统的实际参与控制对象与系统功能进行设计。系统可以依据模块化和功能划分的设计理念完成分离，采用CAN控制器模块设计微控制器，选用PCA82C250作为CAN收发器。人机接口的通信采用RS485，其他控制器之间的通信使用CAN总线来完成，同时选用集成2路12bit精度的芯片构建电池测控模块微控制器。由于电动汽车的电路系统相对来说比较复杂，用电环境变化多样，因此为了减少不同电路和元器件之间的电磁干扰和电磁屏蔽，避免影响电池管理系统的工作效率，可以通过适当在CAN收发器与微控制器之间添加高速光耦隔离器以及分离车辆电源地线等形式保证电池管理系统的有效工作。

四、系统软件设计

采用模块化程序进行系统软件设计，用C语言编写中央控制器程序，并根据系统具有的功能将整体程序分成几个子程序，主要包括SOC估计子程序、标定子程序、信号监控、故障分析子程序以及报警子程序等。在安装系统硬件的过程中，综合考虑到电动汽车的实际运行环境，完成软件抗干扰设计。为了防止程序失效并保证系统的正常稳定运行，可以在软件设计过程中使用软件陷阱、冗余以及滤波等技术。采用VB程度完成系统标定程序的开发，应用模块程序设计的方法完成软件的构建，在实际纯电动汽车的运行中，软件需要具备的功能主要包括数据实时采集与保存、系统参数标定、继电器输出以及数据和曲线显示等几种。系统软件设计的合理性直接关系着整车运转的安全性，只有保证系统软件设计切实符合电动汽车的电池管理系统，才能够确保汽车电池能够最大限度的发挥功效，实现电动汽车的进一步提升。

五、结束语

综上所述，纯电动汽车在环境保护中具有十分广泛的应用价值，在实际纯电动汽车使用中，电池动力因素长久以来都是制约纯电动汽车生产规模进一步扩大的重要因素。本文主要通过对纯电动汽车的电池管理系统进行介绍和分析，设计构建了新型电池管理系统，希望能够提升纯电动汽车电池管理效率，保证整体汽车使用的合理性和安全性，促进纯电动汽车更好的发展。

参考文献：

[1]孙逢春，张承宁，祝家光.电动汽车——21世纪的重要交通工具[M].北京：北京理工大学出版社，1997.

[2]金伟正.单线数字温度传感器的原理及应用[J].电子技术应用，2000.