關于主動均衡技術的純電動汽車電池管理系統研究

何佳健+南銀姬+盧楚輝

摘 要：隨著社會的發展，科學技術的不斷提升，逐漸出現了一種全新類型的汽車產品，即純電動汽車，這種汽車擺脫了傳統汽車以燃油為動力燃料，而是利用電池為汽車提供能量，從而使汽車能夠快速的運行。因此，本文對主動均衡技術的純電動汽車電池管理系統進行了研究，從系統的硬件與軟件兩個方面對其進行了設計，為我國純電動汽車的發展貢獻出自己的一份力量。

關鍵詞：主動均衡技術；純電動汽車；電池管理系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.130

0 引言

純電動汽車是由很多部位構成，其中電池管理系統占據重要的地位，利用該系統可以將純電動汽車與電池進行連接，從而使電池為汽車的運行源源不斷的提供能源。電池管理系統運行的過程中，重要有以下幾點功能：物理參數數據的采集，隨時對電池的溫度、電壓等進行監控；電池狀態估計，推算出剩余的使用電量；充放電控制，保證電池能夠均衡的充放電，提高電池的使用年限；安全管理，及時的診斷出電池出現的故障等。

1 系統硬件的設計

1.1 均衡采集板硬件總體設計

1.1.1 LTC6803電壓、溫度采集模塊

電池管理系統的硬件當中，對均衡采集板硬件進行設計時，必須要對電壓、溫度采集模塊進行設計，以使每一個單體電池能夠實現主動均衡，當單體電池實現主動均衡之后，所產生的物理信息會通過采集板中的CAN1總線進行傳遞，從而使信息進入到電池管理系統中。電池管理系統受到信息之后，對電池進行相應的評估，如電池出現異常情況，會將這一現象及時的傳遞給用戶，并將電路切斷，以使電池組得到保護。電池上還利用電阻及電容的電抗耦合濾波，與LTC6803進行了連接，從而提高了采集的準確度，使整個系統能夠對電池狀態更好的進行分析。

1.1.2 主動均衡拓撲電路模塊

對該模塊進行設計時，利用金屬-絕緣體-半導體管（MOS管）為開關材料，如電池運行一段時間之后，BAT16電壓不足需要充電時，可以對下段Q40及上端的MOS管進行控制，使兩者聯通對該電池進行充電，充電過程中，電流會按照Q40、D40、BAT16、D28、Q28的順序流通，從而形成了整個充電回路，持續為BAT16電池補充電量。同時，充電的過程中，電量變化較大時，會對其造成損壞，導致MOS管擊穿，使電池出現短路問題，影響電池的使用與壽命。因此，為了避免這一問題的出現，對該模塊進行設計時，在每一個分支當中，安裝了大電流二極管進行整流，從而對電池進行了一定的保護。

1.1.3 恒流源模塊

運行的過程中，首先對電阻R150的分壓經運放LM358的一級運放放大24倍，并對其進行檢查，然后對LM358的二級運放即J1端子的IN2-進行檢查，并將兩者檢查的結果進行比，得出相應的電平之后，利用引線的末端FB將其傳遞給XL4016。當XL4016接收到信息之后，根據信息的不同對開關進行控制。如接受的信息小于0.8V時，該芯片則會開啟，如接受的信息高于3.3V時，該芯片則會關閉，從而使系統中出現恒流源。并且，根據電池的實際運行情況，利用J1端子的改變，對該模塊的電流進行調整，利用J2端子的改變，對該模塊的輸出電壓進行調整。

1.2 主控板硬件設計

主控板由很多模塊構成，根據功能的不同，可以將其分為六個部分，第一部分為通信模塊，第二部分為充放電繼電器控制模塊，第三部分為存儲模塊，第四部分為實時時鐘模塊，第五部分為母線電流采集模塊。對主控板設計時，選擇性能良好的STM32F207VET6處理器；對實時時鐘進行設計時，選擇準確度較高的DS1302芯片，同時該芯片還具有功耗低的特點；存儲模塊進行設計時，選取SDIO接口協議，從而使信息能夠實時保存；充放電繼電器控制模塊設計時，選擇霍爾電流傳感器，其具有閉環的特點，能夠對整個電路中的正負電流信息進行搜集，并進行相應的轉化，從而使控制的更加精確。

2 系統軟件的設計

2.1 均衡采集板軟件設計

采集板的軟件部分通電之后，可以將所有模塊恢復到原始狀態，然后再次完成各自的工作。對該部分運行時，主要由以下兩個過程。首先各個模塊還原之后，采集板會向采集程序發布命令，從而對電池的電壓進行搜集，并將搜集的結果向電子控制單元傳遞。然后處理程序對搜集的結果進行比較，將其中數值最小的電池位置尋找出來，如該電池的電壓低于最高數值的0.01V，電子控制單元對相應的回路進行控制，使其處于導通狀態，為該電池進行均衡充電，反之則無需對該電池進行均衡充電。

2.2 主控板軟件設計

主控板通電之后，也會使所有模塊恢復到原始狀態，然后再次使各模塊完成各自的工作。對該軟件進行設計時，主要包括了以下幾個方面。（1）根據母線電流的實際情況，并結合電池實際電壓，對電池的剩余電量進行推斷；（2）采集板采集到電池的信息之后，將信息傳遞到通信程序中，通信程序對數據進行整理與發送，并且，電池充電時，將相應的命令傳遞給充電器；（3）通信程序整理完信息之后，交給存儲程序進行儲存，并通過對該程序的管理，對以往的數據進行查看；（4）故障處理程序對電池進行檢查，確定出電池是否存在異常，并判斷出引發異常的主要原因。

3 總結

綜上所述，本文在當前現有電池管理系統的基礎之上，進行了重新設計，從而使電池管理系統的性能得到了一定提升，將其應用到純電動汽車中之后，不僅能夠降低汽車對電力能源的應用，使汽車能夠運行的更遠，而且該系統還可以對能量進行回收，提高汽車的穩定性，是當前階段較為良好的電池管理系統。

參考文獻：

[1]盧蘭光，李建秋，歐陽明高等.電動汽車鋰離子電池管理系統的關鍵技術[J].科技導報，2016（06）：39-51.

[2]張里，張劼.面向電動汽車充電站的智能主動型均衡控制研究[J].西南大學學報（自然科學版），2016（04）：150-157.

作者簡介：何佳健（1987-），男，廣西南寧人，助理工程師，本科，研究方向：純電動乘用車電池包。