电动汽车电池管理系统中传感器技术应用研究

刘阳勇

摘要：电动汽车的出现为人们的出行提供了更多的选择，相比传统燃油汽车而言，电动汽车更加符合绿色环保理念，也是我国汽车行业未来发展的趋势。电动汽车的广泛推广可以大大减少汽车对于石油能源的依赖，更加环保和节能。然而，在实际的电动汽车发展过程中依然存在不少问题需要解决，因此，对于电动汽车发展的瓶颈问题进行探究具有十分重要的意义。

关键词：电动汽车;电池管理系统;传感器技术;应用;

引言

2020年全球电动汽车销量突破324万辆，在汽车总销量锐减五分之一的背景下，逆势上涨43%，未来或将全面取代燃油车，市场潜力巨大。车载蓄电池作为电动汽车的核心，直接关系到车辆寿命、行驶里程、车辆经济性、安全性，这一切又取决于电池管理系统的性能。而电池管理系统监控的准确性、执行动作可靠性则依赖各类传感器，故对于传感器技术的研究与分析尤为必要。

1电动汽车发展现状概述

电动汽车指的是以电源为动力进行正常行驶的车辆，同时电动汽车与传统汽车同样需要遵守交通法规，符合各项规定。然而，目前我国电动汽车的发展还存在一些问题，很多人在汽车的选择上依然以传统燃油汽车为主，电动汽车虽然有着良好的发展前景，但是想要超过传统汽车还有很长的一段路要走。国际上不少发达国家电动汽车行业的发展呈现良好态势，无论规模还是技术方面都远超我国，我国电动汽车的发展更多的依靠政府出台的各种激励政策，单纯依靠政策的支持对于电动汽车的发展来说十分有限，如何通过技术方面的提升来促进人们对于电动汽车的认可和选购才是更关键的问题。

2电动汽车电池管理系统

电池管理系统BMS是电动汽车动力电池的核心组成部分，它利用测得的电压、电流和温度等信息，分析动力电池的运行状态，实现电池保护。BMS的功能主要包括：①数据采集，对电池单体电压、温度、工作电流等信息进行采集;②能量管理，利用容量积分法、神经网络算法实现电池的SOC估计;③均衡管理，动力电池是由一定数量的单体电池组合而成，单体电池的性能不同，会导致动力电池在使用时出现一系列问题，因此，设置电压或SOC为均衡变量，根据不同的硬件电路设计，采用恰当的均衡策略，保证电池组正常运行时的性能均衡;④热管理，通过冷却系统降低动力电池内部温度，以延长寿命;⑤数据通信，实现BMS中的主控板与检测板、BMS与上位机、BMS与车载控制器等之间的数据通信;⑥故障检测诊断，检测和诊断BMS中的传感器、执行器及其他元器件，及时发现故障，提醒BMS采取相应的处理措施。

3电动汽车电池管理系统架构

3.1电动汽车BMS的硬件设计

3.1.1电源部分的设计

汽车BMS主控板需要12V的电源电压，主控板为单元板提供电源;收集电压组件的参数信息，并将霍尔电压传感器的供电电压提升至15V，DFA5-12D15的DC-DC电源把5V或12V的电源电压提升到15V;3.3V或5V满足单元板供电，WD25-12S05的DC-DC电源将12V供电电压降低至5V电压，再经由通过LM1117-3.3的DC-DC电源再低至3.3V。

3.1.2均衡控制的设计

在DC-DC电源充电平衡的根基上设计均衡组件。电池组供给平衡体系的供电电压，还能够将电池充电压降低到满足单体电池供电的要求。均衡组件能够处理并阻扰电磁干涉运作，通过阻扰原件光耦阻隔芯片矩阵，来操纵电能动向用来达到阻隔电磁干涉，平衡供给电能。电路中XRE10/24S05的DC-DC电源通过电池组取得电能，能够把电压从24V变换为5V，并把电池组接纳的18-36V电压降低至5V供给。供给单个磷酸铁锂电池的电压不凌驾3.6V之上，需要通过KIS-3R33电源组件来降低每块电池电压，将5V的电源输出电压变换成3.3V供给。最后经由过程MCU管控光耦芯片矩阵为低电量的单体电池供电，以达到平衡电量的目的。

3.2电动汽车BMS的软件设计

3.2.1温度采集程序设计

温度采纳装置选用DS18B20数字传感器，Alone接口就能够完成所有信息的交流。先还原温度传感器，经由过程CAN总线将默认状况信息传递到总线控制器模块，DS18B20传感器归位，同时进入预备姿态，然后对電池温度的丈量，并将其改变成现实的参数经由过程寄存器保存，即完成一次温度采集，再以轮询体例完成其他部件温度收集，最后把全部收集的参数整合并上传。

3.2.2充放电控制程序设计

充电机向MCU发送充电要求，MCU接受到充电要求后对电池状况进行检查，按照检查成果决意是否要给电池充电。若通过充电要求，BNS不会立刻充电，而是按照当前电池的状况判定是否需要充电。倘若需要进行充电，经线路闭合方可充电。然后实时反馈电池电压，当电压值接近3.5V而且维持1秒左右时，充电终了后开路MOSFET管。

4电池管理系统中传感器应用

4.1霍尔电流传感器

霍尔效应（HallEffect）传感器变化的磁场转为变化的电压，其属于间接测量。可分为开环式、闭环式两类，后者精度较高。霍尔电流传感器简化了电路，仅要连通直流电源正负极，将被测电流母线穿过传感器便完成主电路和控制电路的隔离检测。传感器输出信号为副边电流，和原边电流（输入信号）成正比，数值较小，需进行A/D转换。霍尔电流传感器集互感器、分流器优点于一身且结构更为简单，但易受干扰，已不适用于越来越精密复杂的电动车电源环境。

4.2穿隧磁阻效应电流传感器

穿隧磁阻效应（TMR）电流传感器是全新一代磁敏元件，较霍尔器件、各向异性磁电阻（AMR）、巨磁电阻（GMR）相比，其拥有能耗低、温漂低、灵敏度高等优点，能够明显改善电流检测的灵敏度与温度特性，故而在新一代电动汽车电池管理系统中，被用于全面取代霍尔传感器。TMR电流传感器在检测电流时不再需要进行温度补偿，将-40℃～85℃环境下的温度漂移总量由1%～2%降低到0.1%～0.2%。例如对于车载充电器的电流检测与控制上，其能够对铜排或导线电流的精准检测而使用芯片体积更小，精度、线性度、响应速度和温漂特性则更为优化，为电动车带来极佳的安全性与经济性。

4.3位置传感器

BMS中的位置传感器是一项《电池温控管理系统及电动汽车》实用新型专利当中提到的，目前在电动汽车中尚未广泛应用。位置传感器主要是用于检测BMS系统中水冷装置中冷却液面的位置情况。位置传感器被安装在冷却水浮漂上，用于对冷却液相对于膨胀水壶液面位置进行检测，得到膨胀水壶的出液口同所述液体的接触情况。通常至少需要3个浮漂，并在每个浮漂上安装位置传感器，以便于车辆在经过陡坡等路段或冷却系统中存有大量气泡时，BMS及时调节控制主水泵与副水泵进行切换运行。

结束语

随着国内外电动车产业的不断升级，越来越多的传感器技术将会应用到电动汽车、BMS当中，企业应当把握良机为市场生产出更优质、更廉价的电动汽车产品和BMS。当然在新的传感器技术支持下，BMS也会由现在的“硬件+算法”体系升级到“数据+主动式管理”体系。

参考文献

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