超过460,000+ 应用技术资源下载
pdf

电动汽车动力电池组管理系统设计

  • 1星
  • 日期: 2018-06-13
  • 大小: 2.13MB
  • 所需积分:1分
  • 下载次数:1
  • favicon收藏
  • rep举报
  • 分享
  • free评论
标签: 电池组电动汽车

提出了一套集中 / 分布式动力电池组管理系统的整体设计方案。以单片机 STC12C5616AD 和 STC12C5A16AD 为核心处理器 , 设计出一个体积小和成本低的系统。本系统可以实时监测电池组电流、电池组电压、单电池电流、单电池电压及单电池温度等参数。并利用硬件和软件抗干扰等技术来提高系统运行的稳定性。经长时间运行时测得数据精度可达到 1%,同时可靠性和稳定性均满足电动汽车应用要求。

文档内容节选

软件 2011 年第 32 卷 第 3 期 Software 国际 IT 传媒品牌 电动汽车动力电池组管理系统设计 杨 君 邱晓明 徐正藻 1 大连理工大学物理与光电工程学院,大连 1160242 大连理工大学船舶工程学院,大连 116024 摘 要:提出了一套集中 分布式动力电池组管理系统的整体设计方案以单片机 STC12C5616AD 和 STC12C5A16AD 为核心 处理器 设计出一个体积小和成本低的系统本系统可以实时监测电池组电流电池组电压单电池电流单电池电压及单电池温 度等参数并利用硬件和软件抗干扰等技术来提高系统运行的稳定性经长时间运行时测得数据精度可达到 1,同时可靠性和稳 定性均满足电动汽车应用要求 关键词:电动汽车动力电池电池管理系统 中图分类号:TP202      文献标识码:B      doi 103969jissn10036970201103015 Design on Power Battery Management System for Electric Vehicle YANG Jun1 QIU Xiaoming1 XU Zhengzao2 1S......

软件 2011 年第 32 卷 第 3 期 Software 国际 IT 传媒品牌 电动汽车动力电池组管理系统设计 杨 君1 邱晓明1 徐正藻2 (1. 大连理工大学物理与光电工程学院,大连 116024;2. 大连理工大学船舶工程学院,大连 116024) 摘 要:提出了一套集中 / 分布式动力电池组管理系统的整体设计方案。以单片机 STC12C5616AD 和 STC12C5A16AD 为核心 处理器 , 设计出一个体积小和成本低的系统。本系统可以实时监测电池组电流、电池组电压、单电池电流、单电池电压及单电池温 度等参数。并利用硬件和软件抗干扰等技术来提高系统运行的稳定性。经长时间运行时测得数据精度可达到 1%,同时可靠性和稳 定性均满足电动汽车应用要求。 关键词:电动汽车;动力电池;电池管理系统 中图分类号:TP202      文献标识码:B      doi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.015 Design on Power Battery Management System for Electric Vehicle YANG Jun1, QIU Xiao-ming1, XU Zheng-zao2 (1.School of Physics and Optoelectronic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; 2.Department of Maval Architecture, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China) 【Abstract】 A kind of centralized/distributed management system for power battery packs was proposed. The small size and low cost of the system based on STC12C5616AD and STC12C5A16AD MCU as the core processor was designed. And this system monitors various operating parameters of the power battery in real time such as generatrix voltage, generatrix current, sing le battery voltage, sing le battery temperature. To improve the stability of the system operation that using hardware and software anti-interference technology. The system can keep running normally for long time and accuracy of measurement modules which takes up little additional space can reach 1%, and the reliability and the stability were qualified for electric vehicle applications. 【Key words】Electric vehicle; Power battery; Battery management system 0 引言 汽车产业蓬勃发展,使得人类的出行变得方便。不过随着 汽车数量的增多,汽车的对资源的消耗和环境的污染也日渐突 出。而电动汽车的节能和(无)低污染受到各国的重视。电动 汽车分为纯电动汽车和混合动力汽车。而混合动力车是汽车 到电动汽车的过度。近年开发出新型动力电池,使纯电动汽车 具备了产业化生产的条件。同时如何充分利用蓄电池的能量 成为了一个课题。电源管理系统解决这一难题 [1-2]。 本文设计的电池管理系统可以测量电池的电压、温度和充 放电电流,并查看电压状态控制电池的充放电,根据温度状态 检测电池当前的状度,根据电流大小提供充放电保护。电池管 理系统的控制部分主要是依据采集的电压状态而选择充放电 方式,并且在产生过压、过流、欠压状态时对电池进行保护,防 止电池损坏。通信接口采用 485 总线技术实现上位机与下位 机之间信息交换。 1 电池管理系统的结构 本系统采用了集中 / 分布式管理方法,该方法是综合了 分布式和集中式两种方法,实现了局部集中,整体分布。分布 式管理将各个电池对应各自模块独立进行检测,这样提高了精 确度。这种使用电子器件较多,成本较高,功耗大。而集中式 管理是将所有电池使用一个模块轮流进行检测,这样节省了成 本。这种方式的弊端是单电池数量较多时使用的信号线多,测 量精度降低,且将所有电池信号监测一次所需时间较长,影响 了系统的实时性 [3]。 集中 / 分布式管理系统保证系统精确度的同时又控制了 系统的成本。 系统的结构框图如图 1 所示,将电动汽车所用 的蓄电池分为 22 组,每组 4 快单电池,每组电池都有一个下位 机对其组电池电压及其温度进行实时监测、运算。在整个电池 组的一端附加有一个电流监测模块与上位机通信。带有 LCD 显示模块的上位机位于驾驶室内,通过 485 总线与各个下位机 通信。本系统还带有一些附加功能,如电动汽车的速率测量, 时钟显示,掉电数据保存,打印机等功能。还带有 CAN 接口可 与电动汽车其它控制部分通信。这一方案尽管采用了较多的 监测模块,但每个模块都小巧轻便,可以做到将电压信号和温 度信号同时处理,不仅成本低,又保证系统的实时性。 作者简介:杨君 (1985-), 男,吉林扶余人,大连理工大学硕士研究生,主要研究领域为单片机应用开发  · 54 · 软件 杨君 等:电动汽车动力电池组管理系统设计 电源;为了实现掉电数据保存,在测量电池组总电压输入电路 中使用了 FM25040 芯片储存数据。在测量电池组总电流的电 路中,由于单片机的端口资源的限制,系统转换电路模块 A/D 转换器 ICL7135CN 采用 BUSY 线定时的积分的方法,这样做 只使用 2 个端口,相对于个、十、百、千、万位独自连接 8 个以上 端口的方法,大大节省了单片机的端口资源。还有电池组工作 的电流很大,不容易直接测量,所有使用非接触式的霍尔传感 器测得。同时上位机系统还带有时钟模块(两个电源的时钟芯 片,备用电源自行充电,掉电时给时钟芯片供电)、转速测量功 能、打印机功能等。 图 1 电池组管理系统结构框图 Fig.1 The topology of the battery management system diagram 2 系统硬件设计 此系统的硬件组成包括下位机和上位机两个部分。 2.1 下位机部分 图 3 上位机框图 Fig.3 The upper computer diagram 2.3 硬件电路防干扰 电动汽车中动力电池组位于车尾部与管理系统的上位机 部分相距较远,并且其间有电动汽车动力及电子设备等,会对 图 2 下位机框图 管理系统不同部分间的通信造成不同程度的干扰,严重的话会 Fig.2 The lower computer diagram 使系统无法正常通信。针对这种情况,系统中下位机与上位机 下位机部分包括电池组单体电压、电池单体温度、串联电 部分采用 485 总线传输,传输线使用双绞线以减小外界干扰 [4]。 池组电流检测,如图 2 所示。电压检测部分是将待测的电池组 系统在 485 传输接口附近,使用光耦 6N137 及 P181 来光电隔 电压通过降压电路 2 次降压输入到单片机上进行计算。电池 离避免干扰,保证了 9600bps 的数据传输。在上位机的电流、 单体温度信号是通过数字温度芯片 TC72 进行采样及处理成电 电压输入时,采用线性光耦 HCNR200 隔离保护单片机不被烧 信号,再使用 SPI 接口输送到单片机后进行数据的分析、计算。 毁。为了保护芯片和信号,在每个芯片的电源上滤波电容,滤 而串联电池组电流通过单片机计算得到。下位机的核心芯片 去交流成分,使其直流更加平滑 [5];在信号线、电源与地使用去 采用 STC12C5616AD,无论是性能还是资源与其他常用的 51 耦电容、旁路电容,滤去噪声;在采集电压信号使用一级滤波电 单片机相比有明显优势。单片机将测得的单体电压、单体温度、 容、二级滤波电容;在放大器电路中接入去耦电容用于消除自 单体电流作为参数通过算法估算蓄电池的荷电状态(State of 激,使放大器稳定工作。 Charge,SOC)。通过 485 接口以上数据传给上位机做出蓄电 池的工作状态的判断。 2.2 上位机部分 3 软件设计 系统软件部分设计流程如图 4 所示,本程序全部用 C 语言 系统上位机部分由单片机、LCD 显示屏、485 总线接口等 编写 。系统开始运行时,上位机与下位机都初始化,下位机通 组成,如图 3 所示。电动汽车运行时,管理系统采集、处理的信 过采集样本来得到单电池电压参数、单电池温度参数,并得到 息并在 LCD 上显示,LCD 显示屏位于驾驶室仪表区,驾驶员 的参数存储。再经过判断是否将其带入 SOC 算法。由于下位 可即时获得电动汽车运行情况及电池工作状态。 机时刻进行采集、处理数据,当通过上位机 485 总线发送指令 系 统 上 位 机 部 分 核 心 芯 片 采 用 STC12C5616AD 单 片 给下位机,命令其将电压、温度、SOC 参数上传送。这样使得系 机;LCD 显 示 模 块 使 用 带 简 体 字 库 的 图 形 点 阵 液 晶 显 示 器 统有很好的实时性。上位机采集、处理总电压和总电流信号。 240128AZK;电源的设计采用 TL431 稳压电路获得稳定的 5V 最后将电压、电流、温度、估算的 SOC、车转速和时间等显示在 · 55 · 软件 杨君 等:电动汽车动力电池组管理系统设计 LCD 液晶屏上。 先除去由于外界干扰而产生的信号,再将有效信号进行递推平 均运算,从而获得比较精确地结果。 4 结论 该文开发了适用于纯电动汽车的电池管理系统,经装车调 试与验证具有以下特点: (1) 驾驶室内可以方便在 LCD 显示屏检查示动力电池组 工作状态参数以及汽车运行的机械性能参数。 (2) 在查看 LCD 显示的参数同时,系统上位机依据采集的 电压参数、电流参数、温度参数及估算的 SOC 值快速地判断电 池工作状态并实施相应的控制,从而做到通信的实时性。并且 监测节点采用 10 位 AD 转换保证了信号检测精度。 SOC 值 的精确估算也满足应用要求。 (3)下位机监测部分位于电池两极之间,信号及数据传输 线占用车身空间可以忽略,系统总重不超过 10Kg,同时本系统 图 4 系统程序流程图 在板层布局、所用处理器芯片及其他电子元件做到了成本低。 Fig.4 The system program flow chart (4)为了与整车系统配合更匹配,可以将本系统采用的 485 总 由于考虑核心处理器的运算能力,本程序的估算 SOC 算 线传送数据方式改成 CAN 总线通信方式。 法采用的按时积分法。除按时积分法之外,还有最大功率法、 电压脉冲法、电压恢复法、模糊逻辑控制等。按时积分法的原 致谢 理如下: 在系统设计期间,得到邱晓明老师和徐正藻老师的亲切关 电动汽车运行时,动力电池组由于电流输出至电动机转化 怀和悉心指导。在系统设计中,系统布局和电子器件的选择上, 为机械能来驱动汽车,同时电池组储存的电量相应地减少。动 徐正藻老师都始终给予我很大的指导性建议,邱晓明老师在系 力电池在充满电的情况下,电池中最大电量是已知,如果在各 统模块设计细节上及论文撰写与修改上都提供宝贵的意见,在 个时间段上能够测量到相应的输出电流大小,就可以使用公式 此表示真诚的感谢。 (1)近似计算出动力电池的荷电状态。 参考文献 (1) [1]  南金瑞,孙逢春,王建群 . 纯电动汽车电池管理系统的设计及应用 其中 SOC0 为初始荷电状态,It 为 t 时刻电池的工作电流, 充电时为正,放电时为负,C 为电池的额定容量(A·h)[6]。 [J]. 北京:清华大学学报 ( 自然科学版 )2007 年第 47 卷第 S2 期 . [2]  岳仁超 ,  王艳 .  电池管理系统的设计 . 北京:智能电器及计算机 应用 [J],2010,11. [3]  王涛,齐铂金,吴红杰,等 . 基于 DSP 和 OZ890 的电池管理系统 在软件设计中为了提高测量的精确度,常常使用数字滤波 设计 [J]. 电池工业 ,2009,2.  的方法来防干扰。同时,在程序中使用软件陷阱和看门狗使得 程序运行安全稳定。由于电池的电流、电压信号正常工作时, [4]  Stefano  Barsali,  Massimo  Ceraodo.  Dynamical  models  of  lead-acid  batteries[J].  IEEE  Transactions  on  Energy  Con- version,2002,17 (1): 16-23. 递归变化的,递推平均滤波法相对算术平均滤波得出的结果更 [5]  曹莹瑜,齐铂金,郑敏信 . 电动汽车电池管理系统抗干扰设计 . 工 平滑。当环境因素干扰而使得输入信号突变时,会得到较大或 业控制计算机 [J],2005,18(12). 较小的测量结果,为此可引入限幅滤波法及消抖滤波法。所以 本系统采用的是限幅滤波法、消抖滤波法和递推平均滤波法, [6]  TSENTER  B.  Battery  management  for  hybrid  electric  ve- hicle  and  telecommunication  applications[C] ∥ Battery  Conference on Applications and Advances. 2002: 233-237.  · 56 ·
更多简介内容

推荐帖子

了解一点电动汽车锂离子电池管理系统
综合各国的电动汽车研究情况,可以发现共同存在的一个现象,即电池是整个电动汽车研究中出问题最多的部件。在电池生产的过程中,电池必须要经过化成检测工序,即在电池生产过程中需要对电池进行多次充放电才能完成整个电池的生产。所以化成控制系统的性能直接影响着锂电池的技术状态、使用寿命,并决定着放电时对电网的污染程度。为了满足电动汽车的实际运行需求,电池管理系统在功能、可靠性、实用性、安全性等方面都做出了重要努
Aguilera 【模拟与混合信号】
混合动力及电动汽车的电池管理技巧
对于混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)而言,使用锂离子电池可在功率、能量密度、效率和环境影响之间取得最佳平衡。但同时,锂离子电池也是易损坏和危险的,而汽车环境又相当棘手、难以应付。混合动力汽车和电动汽车中电子产品面临的挑战是,如何弥补要求苛刻的汽车环境和电池敏感特性之间的差距。 考虑到汽车对能量、功率和环境的要求,安全、可靠地使用大型锂离子电池组绝对不是一个简单的任务。锂离子电池以完全
holy20052005 电源技术
ADI【混合动力汽车(HEV)/电动汽车(EV)】锂电池管理解决方案
越来越多的私家车开始使用混合动力汽车或者纯电动汽车了,新能源汽车在汽车行业的地位日渐重要。 由于锂电池在混合动力汽车和纯电动汽车领域的出色电能和功率特性,汽车行业目前普遍采用锂电池作为新能源汽车的解决方案。对于插电式混合动力或纯电动汽车,通常需要几百伏电压的电池组,锂电池正是理想之选。 《ADI混合动力汽车(HEV)/电动汽车(EV)锂电池管理解决方案》也许能给你的设计开发带来些许帮助。 点
EEWORLD社区 汽车电子
比亚迪e6电池组电池管理系统
本帖最后由 qwqwqw2088 于 2019-4-1 20:39 编辑 1.比亚迪e6电动汽车电池组   e6电动汽车采用磷酸铁锂电池,简称铁电池,也是锂电池的一种,它放在汽车底部,由90个单体电池组成,总电压307V,电池容量达220A・h,可以使续驶里程达到300km,如图8-3所示。     2.电动汽车电池管理系统BMS   (1)电池管理系统的作用电池管理系统英文单
qwqwqw2088 【模拟与混合信号】
电动汽车电池基本参数
   电动汽车电池是新能源电动汽车的重要部件,在产品研发和检验检测中需要对很多关键指标进行考核。下面本文就对电动汽车电池端电电动势、容量、内阻等基本参数进行详细介绍。 一  电动汽车电池端电压和电动势 图示:电动汽车电池充放电曲线   端电压:动力电池正极和负极之间的电位差。动力电池在没有负载情况下的端电压叫开路电压。动力电池接上负载后处于放电状态,
qwqwqw2088 【模拟与混合信号】
解决混合动力汽车/电动汽车中的高压电流感应设计难题
解决混合动力汽车/电动汽车中的高压电流感应设计难题 电气化已为汽车动力系统创造了一个新的范例——无论该设计是混合动力汽车(HEV)还是电动汽车(EV),总有新的设计难题要解决。在这篇技术文章中,我想要强调高压电流感应的一些主要挑战,并分享其他资源来帮助和简化您的设计过程。  有关电流感应的介绍,请参阅我们的电子书“简化电流感应。”  高电压、高电流:(>200 A或更常见
alan000345 TI技术论坛

评论

+20 下载积分

个人中心

意见反馈

求资源

回顶部

下载专区

电源设计技术资料
点击获取

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

EEWorld电子技术资料下载——分享有价值的资料

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
$(function(){ var appid = $(".select li a").data("channel"); $(".select li a").click(function(){ var appid = $(this).data("channel"); $('.select dt').html($(this).html()); $('#channel').val(appid); }) })