一种纯电动推土机电池管理系统

刘 燕，李雪如，孟德涛，孟凡文

（济宁职业技术学院，山东 济宁 272000）

1 研究背景

节能环保已经成为制造业的主题之一，推土机产业本着绿色动力、节能环保的理念，向纯电动方向进军。目前，发展纯电动推土机面临的四大核心问题：①电池排布问题，推土机的可用空间有限，没有底盘这样的整体平整空间，平铺电池；②受推土机马力的限制，电池组的总数选择有限制，电量有限，工作所需的能耗较大，故工作时间约2h 左右；③电池管理系统与整车控制系统相对独立，不利于相关功能的扩展，整车控制器不能根据不同的工况对其进行调整。

针对上述问题，本论文设计了一款电动推土机的控制系统，通过集成化设计，使纯电动推土机达到适应性、拓展性强，安全性高，能耗低的目的。

2 纯电动推土机电池管理系统

2.1 控制系统简介

纯电动推土机电池管理系统将动力电池管理控制功能设计到整车控制器中，相关电路和散热管理也集成到整车线路中，整体设计包括整车电器控制线路、整车控制器、电机控制器、整车显示器、远程监控系统、单体BMS6 等部分组成，如图1 所示。

图1 纯电动推土机动力电池管理系统的整体设计实现图

2.2 系统特点

该系统通过上述6 大部分的相互配合，改变原来动力电池管理系统的相对独立性问题，集成化设计有利用整车控制器进行动力电池的相关控制、显示、报警、数据传输，并将结合具体工况和动力电池情况进行电机功率输出控制，系统的具体特点如下。

1）集成化设计，将动力电池管理控制功能设计到整车控制器中，相关电路和散热管理也集成到整车线路中，减少动力电池及配件排布所需要的空间。

2）打破控制壁垒，各个部分之间的控制和通信都是双向的，整车控制器具有最高控制权。

3）节约能耗，减少能量浪费，控制器会根据数据情况判断是否需要单体BMS 的电路和整车保护电路的开启，这样可以节约一些不必要的电路能量消耗。

4）针对性控制，增加BMS 开启电路，对单体BMS 由整车控制器进行控制，除了能实现传统电池管理系统的数据获取功能外，还可以对内部单个BMS 进行具体控制操作。例如当检测到某块单体电池温度超过一定数值后，可进行开启单体内部保护电路的方式，加之控制水泵的排水量散热的方式进行加速散热并对整体功能进行保护。

5）整车控制器通过读取单体电池的信息，进行数据分析和转化，通过CAN 线发送给整车显示器进行电池组数据的实时数据，并能对单体进行报警提示，增强人机交互性能。与此同时，还利用Server 服务器将数据发送到远程终端，进行远程数据记录和分析，方便获取整车数据，为组建相关数据库打下基础。

6）整车控制器在获取了动力电池组的信息后，根据电池组的状态，及实车的工况，预判电池组的剩余工作时间，当电量达到一定数据后要结合电机控制器进行限功率输出设计，保证整车工作在合理的匹配状态。

2.3 单体电池管理系统

单体电池管理系统受整车控制器的控制，并加入系统开启电路环节。单体电池管理系统主要由电池状态检测电路、电池状态分析电路、电池安全保护电路、能量控制管理电路、电池信息管理电路组成。与常规单体电池管理系统相比，功能更加齐全。具体组成结构图如图2 所示。

图2 纯电动推土机单体电池管理系统（BMS）电路组成

通过上述电路的设置，检测到动力系统的总电流、总电压、总绝缘电阻信息并传递到总的电池管理系统，总系统通过计算分析，对整个系统进行保护电路的控制，通过CAN 总线接收到各个分管理系统的检测数据，进行数据交互，估算分析，得出整个电池组的状态参数，并根据单体电池需要来判断是否开启保护、均衡、维护或更换电池的操作。

与此同时，动力电池组上的绝缘电路，连接电池组的正负极，用于检测正负极对车体的绝缘电阻；保护电路串联在动力电池组的总电路上，在必要的时候断开电池组的充放电回路；温度管理电路用于检测环境温度等相关参数，必要时对电池组进行升温或降温；总电流检测电路时时检测该动力系统电流，总电压检测电路检测该系统的电压。6 大部分相互配合，纯电动推土机达到较强的适应性、扩展性和安全性，降低能量损耗。

3 结语

本文提供了一种纯电动推土机电池管理系统设计思路，旨在通过集成化的设计，避免原来动力电池管理系统的相对独立，将动力电池管理控制功能设计到整车控制器中，结合整车系统中相关电路和散热管理设计，利用整车控制器完成对动力电池的相关控制、显示、报警、数据传输，使得纯电动推土机能够结合具体工况进行电机功率输出控制，使纯电动推土机达到适应性、拓展性强，安全性高，能耗低的目的。