電動汽車動力電池狀態實時監測系統構建探究

蔣松云

（湖南汽車工程職業學院，湖南株洲，412001）

電動汽車動力電池狀態實時監測系統構建探究

蔣松云

（湖南汽車工程職業學院，湖南株洲，412001）

近年來，電動汽車在我國也得到了快速發展，其中，電池管理問題成為汽車行業內的關注熱點，電池狀態的實時監測至關重要，本文對電動汽車動力電池狀態的監測系統進行探究，以期能夠為電動汽車的電池實時監測提供幫助和借鑒。

電動汽車；零排放；汽車領域；實時監測

0 引言

近些年，電動汽車快速發展，而電動汽車發展的核心技術就是電池、電機和電控，而電動汽車的電池對電動汽車的性能起著決定性影響，同時在汽車的實際運行中及時掌握電池的實時狀態參數對電動汽車的運行維護具有十分重要的意義。本文在國內外現有電動汽車監控系統的基礎上，設計了一套電動汽車電池監控系統。

1 系統硬件設計

1.1 系統結構框架

電池管理系統如圖1所示，主要由以下幾部分組成：電壓監測模塊、電路監測模塊、絕緣性監測模塊、溫度監測模塊、故障報警模塊、CAN總線模塊、MCU中央控制單元、顯示單元、供電模塊等。

圖1 電動汽車電池管理系統框圖

1.2 主控芯片的選擇

因為監測系統的電池連接方式是串聯，并且電池組的單體電池數量大，所以需要收集、整理的相關信息量也大，需要處理的數據量多，同時，數據運算難度大，一個模塊與其他模塊之間數據信息交互量大，交互運算十分復雜，所以要選擇集成度高，而且能夠快速運算數據，可以有效保證運算結果準確性的處理器作為實時檢測系統的主要控制芯片，結合此處的需求可知，純電動汽車電池管理系統需要的是一款帶有AD功能、具有CAN通訊功能的單片機，因此我們選擇了基于增強型51內核的STC系列的單片機STC12C5A60S2，STC12C5A60S2是STC生產的一個集成性高效的信號處理性的單片機，依靠其豐富的片內資源，完全可以達到我們想要的幾乎全部的要求。

1.3 電源模塊

電源部分是極為重要的，因此我們需要認真進行設計，使電源部分盡可能的穩定。電動車的整車供電采用的是12V輸出，單片機部分需要一個5V的可靠電源，OZ890 芯片需要進行電池檢測，因此需要一個盡可能寬的電壓，需要±15V，風扇和蜂鳴器電壓+5V。各個芯片通過 DC-DC轉換獲得供電電壓，并能起到隔離抗干擾的作用。+5V 電壓通過LM2956 轉換。

1.4 電壓監測模塊

隨著相關技術的發展，電壓監測的方法也逐漸增多，目前使用頻率最高、最為精準的有以下四種，第一種是直接監測，即單體電池經過保護電路以后，將其直接送給AD，對電池信號進行檢測，這一過程中，不需要度單體電池進行任何的隔離，也無需任何環節與程序的切換，直接監測法，不僅可以為每節電池單獨設置監測模塊，同時還能夠利用專用芯片對所有電池進行監測。第二種是電阻分壓法。第三種是光耦隔離監測法，此種方法原理簡單，但是，需要使用許多光耦合器，此外，其電路復雜程度大，傳輸比的誤差大，容易導致測量結果與真實數據之間存在較大差異。第四種是飛度電容法，使用的繼電器數量交過，同時，其電路設計也較為復雜，更為重要的是，其中還會涉及到分組電壓，對電阻的要求較高，特別是電阻的精度，因此，此種方法的使用頻率較低。OZ890芯片含有電池電壓巡查電路，這些電路集成了多路單體才構成，根據圖3的設計，主要是把轉換好的數據借助總線傳送到STC-12C5A60S2。鑒于OZ890 芯片巨頭能夠自動平衡的功能。電路由兩部分組成，單體電壓的采集電路，還有另一種電路叫做均衡電路。

1.5 電流監測模塊

電流作為估計電池相關的容量以及參數，所以系統對電流的采集有很高的要求，不僅要保證采樣中電流由高精度，同時要求必須具有較強的抗干擾能力。在本系統中,電流是通過測量外部傳感電阻兩端的電壓來實現的。系統采用由LAM公司生產的多量程電流傳感器LA-28NP,原邊電流提供了5A～25A間5種選擇,可通過不同的接線方式靈活設置,副邊電流為25mA ,采樣電阻R取4.7Ω。實際電流=±(K*電流寄存器的絕對值)/R*4096 ,K為互感器變比,±取決于電流寄存器的符號位。

1.6 溫度監測模塊

在此模塊中，使用的傳感器為DS18B20，其優點明顯，一方面，體積小，性能穩定，另一方面，不易受外界因素影響，可以直接對溫度進行檢測，無需外圍電路的支持。改傳感器能夠實現同時進行溫度測量以及轉換的目標，然后，可以將電路溫度的測量結果，存在進對應的數據信息庫當中，在讀取電路溫度時，實時監測系統要先發送所要讀取的傳感器序號，接受到序號后，到對應的數據信息庫中查找數據，讀取溫度。

1.7 絕緣性監測模塊

電動汽車電池電壓一般在300V以上，為了保證電動汽車的用電安全，電池組高電壓系統必須與汽車地盤之間的絕緣線必須穩定可靠，否則會危及乘客的人身安全，因此實時監測高壓電池組與汽車底盤直接的電氣絕緣性能，對保證乘客安全、電氣設備正常工作和車輛安全運行具有重要意義。本系統中采用對電池組正端對汽車底盤的電壓和動力電池負端對底盤的電壓分別進行采集，并提供給中央控制單元，中央控制單元根據采集到的信息輸出絕緣檢測控制信號，分別對電池正、負極絕緣性進行監測。

1.8 CAN總線通信模塊

CAN最先是由德國Bosch 公司在上世紀設計的，專門應用于汽車電子的一種新型總線。經過了三十多年的驗證，可以知道CAN總線是一個非常好的總線標準，本設計中主要采用控制器、光耦隔離電路和 收發器IC等部分構成了CAN總線的接收電路。我們使用的STC12C5A60S2單片機是支持CAN總線的MCU，輸出后的信號經過了我們外部的驅動器連接了CANH和CANL。同時因為汽車電子的干擾是很大的，因此我們使用了光耦進行了信號的隔離。對于收發芯片的選擇，我們使用采用 82C250 芯片，工作電壓為5V。能夠對CAN 控制器提供接收功能，同時對總線也有差動發送數據的能力，作為控制器上的物理總線之間的接口。

1.9 報警模塊

在該系統設計中，為方便了解電池組運行情況,主控單元中電路板上設置了指示燈及蜂鳴器來顯示不同的電池故障。發光二極管可以作為指示燈選用。選用LED燈來代表的故障顯示。故障分為的兩級是臨界故障及嚴重故障。如果發生臨界故障的情況下,對應的故障指示燈將會閃爍。如果發生嚴重故障時,對應的故障指示燈將常亮。如果無故障發生時,所有的指示燈都熄滅。

2 系統軟件設計

對于系統軟件設計而言，主控流程是不斷循環的，主要應用作用是對電池組的電壓，以及電池組的電流溫度等相關的電池信息、電池狀態進行實時的監測，同時，承擔報警工作，若是電流過高，或者是電池溫度過高時，發出警報。對系統實時監測得到的數據信息進行存貯，為上位機的信息采集提供便利。

在實時監測系統通電后，第一步，是要對各個模塊進行初始化，檢查模塊是否可以正常運轉，第二步，進入主循環，首先，監測主電路的電流，若是主電路中有電流經過，則發出警報，若是電流過高，則會切斷系統的主電路；其次，監測單體電池的溫度，當溫度過高時，也會發出警報，在溫度達到一定數值時，則會自動切斷主電路；再次，監測電池的電壓，對過電壓的處理與上述內容一樣；最后，將得到的所有測量結果存儲，并將電池的溫度，以及警報信息進行顯示。經過上述工作流程后，可以實現對電動汽車動力電池的監測。

3 總結

筆者立足自己的工作實踐，對電動汽車動力電池狀態的實時監測系統的構建進行了探究，電動汽車動力是我國汽車領域未來發展的主要趨勢，因此，汽車研發設計企業以及相關工作人員要采用先進技術，利用先進理念，采取有效措施，構建出科學性、合理性的電動汽車動力電池的實時檢測系統，促進電動汽車的發展與進步。

[1]李曉輝,張向文,侯少陽.電動汽車動力電池狀態遠程監測系統設計[J].計算機工程與應用,2016.

[2]徐錦超.電動汽車動力電池實時在線監測系統及SOC估計[D].廣東工業大學,2014.

[3]郭航.純電動汽車電池管理系統的研究[D].南昌大學,2011.

[4]朱正禮,任少云.CAN總線系統在電動轎車上的應用[D].汽車工程.2013.

羅德與施瓦茨： 踐行5G測試， 共同推動5G未來商用

2017年6月14日，R&S公司在北京舉辦了“引領5G測試-R&S 5G測試技術研討會”，會議期間來自R&S公司德國的專家及中國本地專家在系列演講中和參會嘉賓一起暢談了4G到5G的技術演進和新技術。5G增強移動寬帶場景下的有源天線陣列波束成形測試，毫米波寬帶測試；5G海量機器通信場景下的蜂窩物聯網及其他無線物聯網技術的測試；5G高可靠低時延場景下的車輛網測試，及網絡安全測試等方面的內容。會議期間，參會嘉賓饒有興趣地參觀了現場搭建的利用R&S?SMW矢量信號源和R&S?FSW信號分析儀在60GHz頻段的802.11ad寬帶毫米波信號； R7S?CMW200A綜合測試儀測試NB-IoT及eMTC被測終端；由NRPM功率探頭組構成的28GHz頻段的5G信號波束成形OTA測試；以及28GHz頻段的V5G 信號產生（R&S?SMW200A矢量信號源）和（FSW信號分析儀）分析等5G測試演示。

Research on construction of real - time monitoring system for power battery status of electric vehicle

Jiang Songyun
(Hunan Automobile Engineering Professinal college，Zhuzhou Hunan,412001)

In recent years, electric vehicle has also been developed rapidly in China, among which, battery management has become a hot spot in the automotive industry, the real-time monitoring of battery status is very important, this paper explores the status of electric vehicle power battery monitoring system, in order to provide help and reference for the real-time monitoring of electric vehicle battery.

electric vehicle;zero release;Automobile field;Real - time monitoring