电池管理系统范文

电池管理系统范文（精选12篇）

电池管理系统 第1篇

关键词：热电池,加热粉,激活时间

引言

热电池是一种以烟火热源引燃启动的熔盐电池,具有比能量高,贮存期内不需要维护和保养的优点。自20世纪70年代问世以来,世界上主要军事强国对该种热电池的兴趣倍增,80年代得到迅速发展。在军事对抗激烈的今天,许多新概念武器不断出现,许多新技术装备不断发展,对热电池的各种性能指标要求也越来越高,热电池激活时间也逐渐引起众多专家学者的关注。

热电池激活时间是指热电池从接收到激活指令到电池输出电压达到要求使用电压下限所经历的时间。影响热电池激活时间的因素较多,主要有电化学体系的类型、活性物质的性质、电解质的种类、电池的结构、烟火体系的组成等。常用热电池的激活时间主要由点火头发火时间、引燃纸燃烧时间、加热片燃烧时间、热量传递到电解质并使其熔化的时间及电极反应达到要求所需时间四部分组成。

在热电池的激活时间组成中,目前常用电发火头引爆点燃,其发火时间大都在20ms内;加热片燃烧时间与加热片燃速、电解质种类和单电池的制造结构及工艺有关;热量传递及电解质熔融时间与电化学体统有关。经过活化处理的电极反应速度一般较快,占用时间较少,时间主要消耗在烟火加热系统的燃烧、热量释放及传递中。

本文通过研究加热粉的配比及成型技术对激活时间的影响,探讨热电池体系加热粉中铁与高氯酸钾的最佳配比以及加热片的密度对传热效率的影响,以达到降低激活时间的目的。

一、试验

1. 试验材料和仪器

加热材料为铁(Fe)和高氯酸钾(KCl O4),正极材料为锂化后的二硫化铁,负极材料为锂硼合金(Li B),隔膜材料由一定比例的Li Cl、Li Br、Li F三元电解质和氧化镁粘结剂组成。

试验仪器主要是燃速测试仪、放电测试系统。

2. 试验方法

(1)高效加热粉的制备

加热粉属于Fe-KCl O4体系,在使用中,其发热量主要来源于两者的氧化还原反应,发热量由氧化剂KCl O4决定,在加热粉中,高活性铁粉含量远远超过氧化还原反应的摩尔配比,多余的铁粉主要起着导电连接单体作用。试验中通过调整Fe/KCl O4配比来研究加热粉对激活时间的影响。

(2)加热片成型技术

在热电池生产工艺中,加热片单独成型制备,通过石墨基片的缓冲作用降低对正极材料的热冲击,减小热分解反应,以减小容量损失。为了让加热片能够对隔膜层进行直接加热,提高传热效率,试验中正极按一定比例混合配料,然后通过复合工艺制备,加热正极-隔膜复合片。

二、结果与讨论

1.加热片配比及成型密度对燃烧过程的影响

加热片由活性铁粉以及高氯酸钾按一定比例配置,由于铁粉过量,加热片燃烧过程的剧烈程度与高氯酸钾的用量有关,在设计及工艺控制中采用Fe/KCl O4质量比表征加热粉配比,也可以采用高氯酸钾质量百分比表征。在工艺控制中,成型密度关乎反应物间的孔隙率及接触方式,也会影响燃烧过程。试验中详细考察了配比及成型密度对加热片燃速的影响,结果如图1所示。

注:1-82/18 2-83/17 3-84/16 4-86/14 5-88/12

从图中可以看到,随着Fe/KCl O4成型密度增加,加热片燃速呈不断下降趋势,当高氯酸钾含量较高时,燃速随密度几乎直线下降。在加热片成型工艺中,极片密度越大,片中颗粒间孔隙率越小,颗粒间直接接触面积越大,极片的导电性也越高,然而由于加热片中铁粉含量较高,较大的压力虽然会增加反应界面面积,但是也会致使活性铁粉压实,改变铁粉的表面状态,影响其燃烧反应还原活性,降低燃烧速度。但当加热片的密度大于3.8g/cm3时,加热粉的配比对燃速几乎没有影响,燃速约为130cm/s,说明此时加热粉中高氯酸钾含量已经不是燃速的关键控制步骤。

另外,在加热片成型密度较低时,由于铁粉远远过量,高氯酸钾就直接关乎氧化还原反应的剧烈程度,高氯酸钾含量越高,燃烧速度越大,反应越猛烈。当KCl O4含量为16%以上时,加热片燃速急剧增加,当Fe/KCl O4比例为82/18时,加热片的燃烧反应基本达到实际应用的上限,燃烧速度约为290cm/s。若Fe/KCl O4比例更小,几乎就是爆炸式燃烧,生成物成铁珠状四处飞溅,应用于电池中可能造成电堆损坏、短路,引起爆炸等危险,不利于实际应用。当KCl O4含量降低至12%时,加热片的成型密度对燃速几乎没有影响,由于高氯酸钾含量首先,此时氧化剂的含量决定了燃烧过程的反应程度。

试验测定了不同配比加热片的发热量,结果如图2所示。

由图2可知,随着KCl O4含量的增加,加热粉发热量呈直线上升趋势,当高氯酸钾含量为18%时,加热粉发热量高达1400J/g,燃烧过程呈爆燃状态,反应产物会影响加热片的形状,使电池堆变形,不利于热电池的设计。然而高的发热量能够增加隔膜间的温度差,提高传热速度,能够快速让隔膜中的电解质熔融,有利于电池的快速激活。

2. 加热片配比对激活时间的影响

将不同配比的加热粉制备成8单体串联的电池进行放电试验,电池的激活过程如图3所示。

随着高氯酸钾含量的增加,电池的激活时间不断缩短。当采用Fe/KCl O4比例为88/12的加热粉时,电压爬升缓慢,由于该比例的加热片燃速较慢,并且发热量较低,都会影响电堆中热量传递程度,减缓电解质的熔融,不利于快速响应热电池的设计。然而当高氯酸钾比例超过17%时,电池的激活时间几乎没有改变,虽然含量更高加热片燃速更高,发热量更大,但是加热片的特性对激活时间的影响已经达到极限,而正负极的传热效率及隔膜吸热熔融制约着快速响应过程。Fe/KCl O4比例为83/17的加热粉是热电池安全实用的加热材料。

三、结论

试验研究发现,加热粉配比和成型密度是控制加热片燃速的重要因素,通过增加氧化剂(高氯酸钾)含量能够极大提高加热片发热量,但是当含量超过18%时,电池堆容易变形,不利于电池的设计。

在电池堆高较小的情况下,燃速并不能完全决定电池的激活时间,而加热片的传热效率及电解质的熔融将成为制约快速响应热电池的控制步骤。在后续技术开发工作中,开发薄型化小极片单体制备技术,提高传热效率和隔膜熔融速度将是快速响应热电池的重要发展方向。

参考文献

[1]郭炳,李新海,杨松青.化学电源-电池原理及制造技术[M].中南工业大学出版社,2000.

[2]王传东.热电池发展综述.电源技术,2013.

电池生产车间管理规定 第2篇

目的：为了维持良好的生产秩序，提高劳动生产率，保证生产工作的顺利进行特制订以下管理制度。

范围：适应于二期生产车间全体工作人员。

一．考勤制度

1．生产员工上、下班均应按时刷卡，刷卡必须亲自执行，违者按奖罚制度条款罚款处理。

2．若当日计算机无刷卡记录，应向主管报备，并于次日中午十二时前填写出勤申报单，经主管签核后送人力资源部备案，否则以旷工处理。

3．根据班次不同，工作时间分以下二种：

3．1三班二轮制工作时间：日班：上午08：00-晚上20：00、夜班：晚上20：00-次日上午08：00

3．2三班二轮制员工交接工作时间：07：50-08：00及19：50-20：00

4．出入门禁、风淋门处的员工一律刷卡通过，随手关门，违者按奖罚制度条款罚款处理。

5．生产员工应准时上下班刷卡，不得有迟到、早退之行为，生产主管亦应负起人员出勤管理之责。

6．有事外出人员则一律填写出门证，由生产主管签字后交保安处。

二．请假制度

1．员工请假必须提前一天（重点岗位须提前两天）填写请假单，请假者必须将经办事务交待其他员工代理，并在请假单内注明事由，经批准备案后方可离开公司，未办理请假手续，不得先行离岗，否则以旷工论处。

2．员工请假期满如没有提前两天办理续假或办理续假未获批准而不按时到岗者，除确因不可抗力事件外，均以旷工论处。

3．请假批准权限

请假一天由生产主管核准，请假三天（含）以上由生产副总经理核准。当月如有病假/事假的不发放全勤奖金。

三．清洁卫生制度

1.员工要保持岗位的清洁干净，物品要按规定位置放置整齐，不得到处乱放。

2.每天下班后值日生打扫卫生。

3.卫生工具用完后须清洗干净放在指定的区域，工具由专组专人保管，不得乱丢，倒置、甚至损坏。

4.不得随便在公司内乱丢垃圾、胡乱涂画。

四． 车间生产秩序管理制度

1..礼仪

1．1员工上班应保持衣冠、头发整洁，按公司规定统一着装。不得穿背心、拖鞋、短裤等进公司。

1．2上班前不得饮酒。

1．3员工应注重礼仪，讲究文明礼貌，自觉维护企业的集体荣誉和对外形象。

1．4对待客户、同事态度要自然、大方、热情、稳重、有礼。不以肤色、种族、信仰、服饰取人。

2．行为准则

2．1按时上下班，不得无故迟到、早退。

2．2进入或逗留厂区，必须按规定佩戴上岗证和穿着工作服。

2．3工作时间坚守岗位，不串岗、不打闹嬉戏，不大声说笑、喧哗等。

2．4车间内不得打私人电话，上班时间不做与工作无关的事情，尽职尽责做好本职工作。

2．5工作时间不准接待亲友，未经批准不得将亲友带入工作场所。

2．6上班时间不打瞌睡、睡觉，应保持良好的工作状态。

2．7注意保持清洁、不随地吐痰，不乱丢杂物。

2．8爱护公物，小心使用公司机器设备、工具、物料、不得盗窃、贪污或故意损坏公司财物。

2．9提倡增收节支，开源节流，节约用水、用电、用气，严禁浪费公司财物和公物私用。

2．10服从上级领导的指令，重视沟通，搞好人际关系，强调团队精神，不得无理取闹、打架斗殴、造谣生事。

2．11严守企业机密，维护集体利益，不得向任何人透露企业经营状况。

2．12关心公司，维护公司形象，敢于同有损公司形象的行为作斗争。

五．车间奖罚制度

1．奖励

以下条款以50-500元方式奖励

1．1在生产经营中为本公司赢得荣誉，有具体的事迹者。

1．2见义勇为，参与救援或救护工作，精神可嘉者。

1．3节约物料或对废物利用具有成效者。

1．4对改进生产工艺、技术革新，在对发展新产品、新工艺中，产品质量有大幅度提高者，或产品数量有较大提高者。

1．5如遇意外事故，奋勇抢救，使公司利益免受重大损失者。

1．6对工作环境、管理制度提出具体改善方案，经采纳确具有成效者

1．7工作积极、努力、全力配合，使专项重要任务按时完成者。

1．8有其他重大功绩，为其他员工学习楷模者。

2．处罚

2．1凡骑机动车（电瓶车）上下班的员工，为确保安全一律戴头盔，违者每次罚款10元。

2．2员工上下班委托刷卡及委托人均依公司规定罚款50元。

2．3员工如迟到早退5分钟内扣10元，5-30分钟扣30元，30分钟以上未请假者作旷工处理，旷工按日资的3倍罚款。

2．4员工出入公司的车辆必须按规定停放在车棚或指定地点，违者罚款20元。

2．5严禁随地吐痰，随地扔、倒垃圾、杂物，违者罚款20元。

2．6员工进出门禁、风淋门没有及时关上的人员，将处以10元/人次的罚款。

2．7车间员工进入车间工作时，不得私自离岗、串岗，若有事需离开工作岗位时，须向班长、工段长申请并佩戴离岗证方可离岗，离岗时间不得超过10分钟，违者罚款50元。

2．8员工之间如有发生矛盾，应相互谅解，不准相互打骂、吵架，违者罚款50-100元，并作检查，态度不好经教育后仍态度强硬者作辞退处理。

2．9上班时间车间员工应佩戴工作牌，穿好工作服、工作鞋、戴工作帽，女员工应把头发盘进帽子内，不允许穿拖鞋、短裤或衣帽不整，违者每次罚款10元。

2．10不得乱扔、乱丢自己的劳保用品，违者每次罚款10元。

2．11酒后上班闹事和影响工作者，罚款50元，写检查。态度不好或一个月累计两次予以解雇。

2．12厂区内严禁吸烟，违者每次罚款100元。造成危害者，追究其经济、行政及刑事责任。

2．13班中禁止做私活，违者每次罚款50元。

2．14偷盗公物或他人财物者，按实物价值10倍罚款，扣发工资，予以解雇。

2．15严禁私自带非服务于本公司的人员进入公司，违者罚款50元。

2．16严禁跨越或坐在任何机械设备部位，严禁随意拆除、挪动设备，严禁擅自拆装一切电器设施和变压器、控制柜、开关箱，新安装的各种设备未经测试、试转，不得擅自开动，违者每次罚款50元。

2．17严禁擅自动用各类消防器材，或在消防设施附近堆放其它物品，违者每次罚款50元。

2．18不得在生产区内随意使用临时电线，如果急需使用，须经主管人员批准，并由电工接电，用后应及时按期限拆除，违者每次罚款50元。

2．19各车间卫生由各车间负责打扫，设备、桌凳及半成品要摆放整齐。打扫不干净，每次对责任人罚款20元。

2．20现场作业必须按照既定的速度，严禁偷工减料，消极怠工，违者罚款50元。

2．21上班时间不允许睡觉、打瞌睡，违者作辞退处理。

2．22严重失职或营私舞弊，对公司利益造成损害的视情节严重情况给予罚款或解雇。

水下锂电池管理系统研究 第3篇

【摘 要】锂电池的在各个领域的应用也越来越广泛。目前已逐渐替代铅酸蓄电池、镍镉蓄电池，成为动力电池的主流。由于锂电池内部化学反应的复杂性，人们在不断提高电池本身性能的同时，也在不断的研究和发展电池的使用和管理技术来充分发挥电池的性能和提高电池效率及使用寿命。因此，电池的应用、监控和管理已经成为了水下设备发展中的不可缺少的关键技术之一，本文主要对锂电池整个系统的管理进行研究。

【关键词】锂电池；电压；电流；充电设计

一、 引言

电动汽车电池管理系统要实现以下几个功能：准确估测动力电池组的荷电状态，即电池剩余电量，保证剩余电量维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。动态监测动力电池组的工作状态：在电池充放电过程中，实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发新型电池、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供依据。

本文采用CAN 总线通信及数据传输、I2C 总线测量温度、新的剩余电量估计算法等；系统结构也实现了分布式、模块化；人机交互界面上也做到了人性化，进一步提高了实用性。本文研究的锂电池管理系统为两级控制结构：中央处理模块和本地测量模块。其中，中央处理模块的任务是通过RS232 与上位机进行通信和通过 CAN 总线网络与本地测量模块通信；而本地测量模块的任务包括充放电控制、单体电池均衡、数据采集（包括电压，电流，温度的采集）、电量计算和通过CAN总线与中央处理模块通信。

二、 锂电池硬件管理系统设计方案

电池管理系统应用于水下设备和混合电动车，在设计力争使系统结构先进、合理、可扩展；系统功能上要完备；各种参数测量精度高、可靠性高等。该系统实现的功能如下：（1）

能够对电池信息实时采集，包括单电池电压、电池组总电压、温度和充放电电流；（2）通过一定的算法对剩余电量估计及显示；（3）提供数据传送的接口。

在整个系统中本地测量模块负责电池组的充电，它主要由充电模块、均衡模块、数据采集模块（包括电压，电流，温度数据采集）和电量计算模块组成。各模块独立工作，由中央处理器控制，通过CAN总线与中央处理模块进行通信。中央处理模块是一台上位机，通过它监测每个电池组的状态，与本地测量模块进行通信。本地测量模块的主要功能如下：（1）充电模块：该模块在初始化阶段对自身进行初始化和自检，以确定自身是否工作正常，同时检测当前条件是否符合充电要求。（2）均衡模块：主要由开关电源实现，接受数据采集模块传来的电压信号，在适当的时候开启充电装置，使电池组内电池更加均匀和一致。（3）数据采集模块：负责采集电池的各种状态参数，如电流、电压、温度。（4）电量计算模块：分析采集过来的状态参数，根据研究试验得出的电量估测算法，对电池的当前电量进行估测。（5）CAN总线通信模块：负责在CAN 总线上收发数据。

三、锂电池管理系统本地测量模块各单元设计

该系统的总体设计中MCU使用凌阳 SPCE061A 型单片机，数据采集模块包括电压采集、电流采集和温度采集模块。

1. 电压模块

为了克服多电压控制的难度，本文采用的电压监测方案。其工作原理是：首先，MCU 控制的多路开关n1K？、n2K？（n= 1，2，3，4，5，6，7），同步地将电容分别接到各单元电池两端，使电容充电，使电容电压等于被测单元电池的电压；然后 MCU控制多路开关n1K？、n2K？断开，同时合上开关 K1 和 K2 接入单片机的 A/D 进行测量。在测量时，为了避免因电池端电压不稳定对测量结果的影响，会采取多次测量取平均值的方法。此方案可直接使用微处理器内部 A/D，不需要另外单独加入A/D，节省了设计成本。在实际电路中模拟开关采用继电器实现。

2.电流采集模块

本文采用LEM 公司的电流传感器 LTSR25-NP 测量充放电过程中的实时电流。该元件是基于霍尔效应的闭环（带补偿的）多量程电流传感器，采用单极性电压供电，具有出色的精度、良好的线性度、无插入损耗、最佳的反应时间和电流过载能力。25℃下的测量精度可达±0.2%。额定电流为25A，最高可测80A的电流，满足系统设计的要求。该电流传感器可把充放电电流转为0-5V的电压信号，送至单片机的A/D 转换可测得充放电电流。

3.温度采集模块的设计

温度采集模块本文的温度采集模块使用的是美国Dallas半导体公司研制的一款可编程智能数字温度传感器DS620。它将A/D转换器、寄存器、接口电路集成在一个芯片中，可以直接输出数字信号。与单片机的接口电路也很简单，具有控制功能强、传输距离远、抗干扰能力强等特点，非常适用于微型、低功耗的温度测量系统。DS620 数字温度传感器与恒温器提供低电压（1.7～3.5V）温度测量，在 0℃到+70℃温度范围内精度为±0.5℃，器件的工作温度范围是-55℃至+125℃。在分布式传感应用中，可实现多点连接，允许多达 8 个 DS620工作于一条总线。

4.均衡模块的电路设计

在对串联连接的蓄电池组进行充电时，由于电池组中各基本单元的电化学特性存在差异，当一些单元电池被充满电时，而另一些单元电池尚需继续充电，这使得被充满电的单元发生过充电现象。过充电，对蓄电池产生非常不利的影响。相反，那些长期充电不足的蓄电池，会使蓄电池容量下降，内阻增加，造成蓄电池的早期损坏。因此，被广泛使用的一种方法就是定期为电池进行均衡充电，使各个电池都达到均衡一致的状态。目前对电池组进行均衡管理的算法，主要有能量耗散型和非能量耗散型两种。

5.充电模块的设计

普通充电方法将蓄电池的充电过程划分为三个阶段：预充、恒流和恒压，控制过程及原理简单，充电初期速度快，充电效率高。但该算法功率消耗引发的热量是很大的。为克服这个弊端，本文采取的是将预充和恒压充电改为间歇充电，而恒流充电则借助于充电电源适配器的限流控制

系统的整体设计方面，本文只研究了1 个中央处理模块和 1 个本地控制模块组成的两级控制系统，大大提高了利用效率，方便了数据的采集和监控。

参考文献：

[1]郑杭波.新型电动汽车锂电池管理系统的研究与实现[D].清华大学，2004（06）.

[2]林成涛，王军平，陈全世. 电动汽车SOC估计方法原理与应用[J].电池，2004 （05）.

基金项目：河北省科技厅科技支撑项目。

电动汽车电池管理系统软件设计 第4篇

电动汽车引领着汽车技术的发展方向,具有低排放甚至零排放、热辐射低、噪音低且环境友好等特点,是节能、环保和可持续发展的新型交通工具,具有广阔的发展前景[1]。在产业过程中,蓄电池及其管理系统作为主要的动力源部件是其中最为重要的一个环节。电池管理系统能够实现实时监测电池参数并估计其荷电状态(SOC),为驾驶员提供剩余电量、续驶里程等信息;能防止电池过充、过放、过压、过流、过高温,其优劣直接决定着动力电池组的使用寿命,一个合适的电池管理系统能够在充分发挥电池优越性能的同时,给予电池最佳的保护,保证电池性能,延长电池寿命,降低电动汽车运行成本[2]。本文给出了一种基于CAN总线的电动汽车电池管理系统的软件设计。

1 电动汽车电池管理系统的功能

电池管理系统的主要原理可归纳为[1]:数据采集电路采集电池的相关重要数据,如:母线电压,电流,温度等,再发送给中央控制单元进行分析和处理,由系统内的控制模块发出控制指令,记录实时数据,对应的执行单元作出动作,进行调控。现在主流的电池管理系统一般是采用分布式结构,包含以下的主要功能部分:数据采集、剩余电量(SOC)估计、控制部分、安全管理和数据通讯[3]。

1)数据采集。数据采集是电池管理系统中最重要和最基本的功能,SOC估计,控制执行,安全管理等等都是以采集到的数据为依据的。

2)剩余电量(SOC)估计。电池管理系统的一个核心就是电池剩余电量的估计。现有的SOC估计方法有安时计量法、开路电压法与电动势法、内阻法、神经网络、卡尔曼滤波法、模糊预测法等[4,5]。

3)控制部分。控制部分要实现的功能有:控制充电过程等。

4)安全管理。安全管理包括了热管理,单体电池压力检测等等。

5)数据通讯。在现有的电池管理通信方式中主要还是采用CAN总线通信方式。

2 电池管理软件系统设计

2.1 软件系统总体流程图

电池管理系统的主要功能是检测电池包的电流、电压、过电流、漏电流、温度等数据,同时在运行过程中估计电池的剩余容量并做出各种错误报警。如图1所示为系统的主程序流程图:

各子模块测量所在电池包的单体电压和温度,将数据通过CAN总线报送母控制器,母模块完成电压、电流、过电流、漏电流等数据测量,同时控制热管理风机的启停,将重要数据信息整车通过CAN总线报送至整车控制器。

2.2 温度测量软件设计

这里的温度传感器DS18B20与微处理器间采用串行数据传送,因此,在对DS1820进行读写编程时,必须严格的保证读写时序,否则将无法读取测温结果。函数说明,本程序多个功能函数,分别是:

1)端口初始化函数,设置各端口的初始工作状态。

2)串口通信相关函数:

3)DS18B20操作相关函数:

如表1所示是利用“匹配ROM”指令实现对指定DS18B20的操作。先对DS18B20进行复位初始化操作,然后发送“匹配ROM”指令,紧跟着就要发送指定DS18B20的ROM序列号,DS18B20对ROM序列号进行比较,如果与自己的相同,则执行下面的指令,如果不同,则不再执行后面指令。

在程序中本文对指定DS18B20操作的步骤是:

1)复位;

2)发送跳过ROM指令;

3)发送温度转换命令;

4)延时1S,等待DS18B20完成温度采集;

5)复位;

6)发送“匹配ROM”指令;

7)发送指定ROM的64位序列号;

8)发送读内部RAM命令;

9)将采集到的温度值进行处理;

10)延时4S,然后跳到步骤1),重复步骤1)-8),完成下一次温度测量。

2.3 电流、电压测量软件设计

数据采集程序使用定时器中断,周期为30ms,每采集一次数据计算变量加一,采集对象为电流和,电压,数据采集控制程序将采集到的数据存放在数据缓冲区,在下一个采集周期结束后,有主程序处理数据。如图2所示为数据采集流程图。

3 CAN通信模块软件设计

3.1 通信协议的制定

系统的每个采集子板周期性采集底层数据,并并作作出出处处理理,,然然后后定定时时向向主主板板发发送送数数据据。。工工作作状状态态可可以以分分为为[[66]]::

11))上上电电诊诊断断状状态态::系系统统上上电电后后,,完完成成初初始始化化,,发送网络初始化信息,同时随时接收其它节点的网络初始化信息。通过网络初始化信息的交换,主控制器判断整个网络是否完成初始化过程,同时启动命令则进入正常工作状态。

2)正常工作状态:在正常工作状态下,个单元之间通过以CAN总线进行通信,以实现传感器测量数据的共享、控制指令的发送和接收等。当休眠条件满足时,控制模块从正常工作状态转入休眠状态;当CAN模块故障计数器的计数值满足条件后,各模块从正常工作状态转入总线关闭状态。

3)休眠状态:该状态下,系统处于低功耗模式。一旦接收到唤醒信号或远程唤醒信号,就从休眠状态转入正常工作状态其间需要使用网络初始化信息。

4)总线关闭状态:关闭状态的系统复位CAN模块,重建连接;如果几次连接失败,则转为看门狗复位,并向主控制器请求重新进入工作状态。

5)掉电状态:关闭电源时,控制单元所处的状态。

CAN控制器有6种工作方式:配置方式、关闭方式、正常工作方式、监听方式、自检方式和错误方式。

3.2 CAN模块子程序流程图

CAN模块通讯部分主要由初始化子程序,报文接收子程序和报文发送子程序组成,各子程序流程图如图3和图4所示:

4 结论

本文首先分析了电池管理系统的主要功能,在此基础上对系统总体流程图及其各个分块予以了描述,并描述了CAN通讯的程序设计,CAN通讯还给出了协议的制定依据和报文设置。

参考文献

[1]陈清泉,孙逢春,祝嘉光,等.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2002

[2]陈思忠,林程.电动汽车开发的关键技术及前景[M].北京:北京理工大学,2002

[3]成涛,王军平,陈全世.电动汽车SOC估计方法原理与应用[J].电池,2004,34(5):34-45

[4]杨朔,何莉萍,钟志华.电动汽车蓄电池荷电状态的卡尔曼滤波估计[J].贵州工业大学学报(自然科学版),2004,33(1):99-102

[5]Pritpal Singh,Craig Fennie,Jr David Reisner.Fuzzy Logic Modelling of State-of-charge and Available Capacity of Nickel/metal Hydride Batteries[J].Journal of Power Sources,2004,136(2):123-134

电动车电池充电系统介绍 第5篇

电动车充电的方法主要分为恒流充电、恒压充电以及脉冲快速充电三种方式，并且根据车辆的充电需求来进行排列组合，下面我们简单了解一下相关的充电方式：

1、恒流充电：其实这种充电方法是我们最常见的，其是指充电过程中使充电电流保持不变的方法。这种充电方法是一种标准的充电方法，包括涓流充电、最小电流充电、标准充电，以及高速率充电四种方法，而这几种方法也正是我们身边手机、笔记本电脑等电子产品最常用的充电方法。

着重介绍一下涓流充电，很多智能手机都会选择一个电池维护软件，其中就会在电池满电后进行涓流充电，而它的含义为补偿自放电，使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电，用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失，也就是所谓的维护性充电模式。

2、恒压充电：指的是保持充电电压不变的充电方法，充电电流随蓄电池电动式的升高而减小。合理的方式是在蓄电池即将充足时使其充电电流趋于零。

3、脉冲快速充电：先用脉冲电流对电池充电，然后让电池短时间、大脉冲放电，在整个充电过程中是电池反复充电、放电的方法。

电动车充电方式

1、常规充电方式：此类充电方式是采用恒压、恒流的传统方式对汽车进行

充电。这种方式已相当低的充电电流为蓄电池充电，电流大小约为15A，若以120A•h的蓄电池为例，充电至少要持续8个小时以上。

这种充电方式是目前比较常见的电动车充电模式，因为成本低且工作稳定，一般民用的充电设备充电功率为5～10kW，采用三相四线制380V供电或者单向220V供电。但缺点是充电速率较慢。

2、快速充电方式：其以150～400A的高充电电流在短时间内为蓄电池充电，与常规充电方式相比，其制造以及安装成本更高。其主要目的是在短时间内给电动车完全充电，此类充电模式一般充电功率都大于30kW，采用三相四线制380V供电。

虽然充电速度加快，但是因为在快速充电过程中，电池发热量急剧增加，同时电池内部剧烈进行化学反应，所以对电池的寿命会造成一定影响，从而使电动车的后期使用成本大幅度增加。

3、无线充电方式：这是一种比较新的充电模式，其概念类似于移动电话的原理，是一种将电能转换为一种符合现行技术标准要求的特殊的激光或者微薄束，并在汽车某位置安装接受器作为充电接入口即可。

4、更换电池充电式：即为在蓄电池能量耗尽后，用充满电的电池或电池组进行更换。不过这种模式在国内还没有出现，一般此类的模式中，电池归品牌经销商、厂家所有，电动车用户只需要租用电池即可。

不过此类方式还有些待解决问题，首先，这种电池更换系统的初始成本很高，比如昂贵的机械装置以及蓄电池；其次，犹豫存放大量未充电或满电电池需要很大的空间，最后，保有量以及电池结构统一等问题同样为需要解决的问题。

5、移动式充电：对于电动汽车的蓄电池而言，最理想的情况是在行驶中进行充电，这样就可以最大限度的降低续航里程对于电动车行驶和普及的制约，不过此类充电模式需要政府的大力支持才可以，因为需要关系到在公路路面之下架设充电系统。有点像我们玩过的碰碰车，只是电源供给端在路面之下，可以通过接触或者感应式进行充电。

电动汽车整车电池热管理探析 第6篇

摘 要：在电动汽车中，整车电池是一个非常重要的组成部分，是整个汽车运行的能源基础，所以做好电动汽车整车电池的热管理尤为重要，本文将就电动汽车整车电池热管理进行讨论探析，希望能够为相关从业者提供一些参考。

关键词：电动汽车；整车电池；热管理

电池管理系统（Battery Management System，BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。

1 电动汽车整车电池热管理的意义

电动汽车的电池热管理问题直接关系到整个电动汽车的使用性能以及寿命和安全性等内容，所以需要我们着重注意，在电动汽车中，蓄电池往往是重要的动力供应部分，所以如何提高电动汽车整车的性能以及安全性需要从蓄电池入手，蓄电池的温度特性關系着整个电动车的耐久性和使用寿命，常见的锂电池具有多方面的优点，例如循环寿命较长、允许工作温度范围较大、比能大、自放电率低等。所以目前的电动汽车常选用锂电池作为动力电源，在锂离子电池的热管理工作中需要根据锂离子的具体发热方式进行管理，通过对电池包结构的设计来进行热管理的方式和策略的设定，从而实现整个电池组中单体电池之间的串联和合理温度的保障，整个电池组中任何一个电池出现问题都会造成电池组整体的性能下降，所以要分别注重，例如在相同充电的条件下，不同的温差将会出现不同的电池组荷电状态，而电池热管理正是针对电池的热相关问题来进行的技术内容，通过热管理的方式来保障电池的正常动力供应，通常的热管理系统主要是在电池温度较低的情况下做好预热情况，保障低温充电、放电的高效和安全，其次是电池长时间工作之后温度升高，热管理进行有效的散热，避免因为温度过高造成的事故，另外在电池组之间的温度上也要进行均衡，避免产生过大的温度差异，造成局部过热，影响电池组的寿命和安全。

2 电动汽车整车电池热管理的措施

2.1 以锂电池为例

电动汽车目前而言运用的电源供应主要是锂电池的方式，所以以锂电池为例，在电动汽车的整车电池管理工作中，锂电池的电池温度对于整个车辆的使用和功率性能有直接的影响，所以需要进行热管理的控制，当温度较低时将造成电池容量的迅速衰减，在电动汽车的运行中不能提供足够的能源，例如在0度以下电池的可用容量大大减少，温度过低的情况还有可能出现瞬间的电压过充问题，出现电池内部锂的析出，有可能引起短路的问题，另外，在锂电池的热相关问题上，电池安全性的问题也与电池热问题相关，在生产和制造的过程中不当操作容易造成电池的局部过热，出现放热反应，严重的甚至造成爆炸、起火等严重事故，出现人员的安全隐患。除了以上问题，在锂电池的存放和工作过程中的环境温度也将影响到电池的寿命，通常而言，在电池的存放和工作过程中最佳温度为10-30度之间，温度的过高或过低都会造成电池的寿命和安全问题，电力的需求使得动力电池的大型化成为一种趋势，这就更容易造成内部温度的不均匀和局部温度过高的现象，造成电池寿命的问题，电池加速衰减，从而影响到电动汽车的使用，在具体的运行过程中，动力系统必须要及时降低锂离子电池的问题，保障电池的安全性和足够的动力。

2.2 空气强制对流

顾名思义，在电池的热管理工作中，散热是一个重要的内容，空气的强制对流是散热的重要方式，将空气作为主要的传热介质，通过空气在模块的穿过来消散热量，从而达到散热的目的，但是空气本身的冷却效果是很小的，这就需要强制的空气冷却方式，运动产生的流动空气带走电池的热量，从而尽可能的降低电池温度，在强制对流的实现中，需要注意的是电池间的散热槽、距离等方面的设计工作，只有做好了科学的散热面积以及电池封装工作才能有效的进行散热工作，通常常见的电池组采用串联和并联式的通道，在仿真结果下对电池的散热性进行研究可以得出热辐射在整个散热过程中占有非常大的比例，所以强化传热是降低温度的有效措施，通过风冷的方式能够有效的进行电池的散热工作，并且结构简单，成本较低，但是同时冷却和加热的速度较慢。

2.3 液体冷却

通常在普通的要求下采用空气的流通方式就可以满足基本的散热要求，但是在较复杂的工况和要求下空气对流的方式就不能满足热管理的要求，所以在这种情况下我们通常采用液体冷却的方式，通过液体的方式进行电池组的热交换，常见的采用模块间布置管线或者模块布置夹套的方式，通过液体的沉浸来进行热交换，常见的传热介质包括油、制冷剂、水、乙二醇等，由于液体的导电问题，所以必须采取有效的绝缘措施，避免出现短路的现象，造成严重事故。传热介质的传热速率主要是根据液体的热导率、流动速率、密度、粘度等确定，在相同的流速和条件下，液体的传热速度大大高于空气的传热速度，这是由于液体本身的特点高于空气的导热率，液冷的方式能够热传递效率高、速度快，但是同时也有重量较大、部件较为复杂、保养过程复杂等缺点。通过试验结果可以证明液体的热传递效果大大高于空气介质的传热效果，但是同时系统较为复杂，并联型的混合动力车中只采用空气的冷却方式即可保证散热要求，纯电动汽车由于要求较高则需要液体冷却的方式，通过流道设计的研究可以得出并联流道整体温度要低于串联流道，在具体的设计和应用角度来看，串联流道结构更适用于产品的使用，综合而言整体散热较好，随着电池模块容量的增大，恶劣环境下运行对电池性能的要求越来越苛刻，高效的电池热管理系统极其重要。

3 结束语

综上所述，在电动汽车管理中，整车电池的热管理是一个不可忽视的方面，在不同的汽车设计中，要针对不同的汽车特点选择合适的热管理方式，从而保障电池的动力供应和热管理效果，保障电动汽车的寿命和运行质量。

参考文献：

[1]王健.基于热管理的电动汽车动力电池成组设计[D].哈尔滨工业大学，2013.

[2]黎林.纯电动汽车用锂电池管理系统的研究[D].北京交通大学，2009.

电池管理系统 第7篇

蓄电池及其管理系统是电动汽车的关键技术之一。目前,锂电池应用于电动车的课题,有电池寿命机理、电池的低温性能表现、容许偏差、过热偏差、过负载偏差、检查诊断与降低电池成本等。而长期探索研究主要集中在系统与材料两方面。

一方面,各企业所公布的大部分纯电动汽车蓄电池实验室测试数据还须在复杂的外部环境实际运行下,进一步验证其可靠性,以及生产批量化质量控制。另一方面,在我国锂离子电池生产中,锂离子电池所需隔膜材料未能有实质性的突破,基本依靠进口,价格昂贵。如果在这一材料上实现规模化生产技术,即可大幅度降低成本。

此外,从20世纪90年代各国研究成功的电动汽车来看,虽然蓄电池的比能量比现在的新型电池要小,但是各种电动汽车测试达到的各项性能指标,对一般的使用者来说,也是可以满足的。当时实现不了电动汽车产业化的主要原因,在于蓄电池的使用寿命太短。纯电动汽车所使用的蓄电池组成本一般要占新车造价的二分之一,如果需要购车人在几年之内即更换蓄电池组,就意味着高额的使用成本。现在,新一代纯电动汽车蓄电池比能量已经有了很大的提高,生产蓄电池的材料与蓄电池的结构也取得了很大的进步,但是其使用寿命并未获得重大的突破。即使加速性能完全能达到或超过今天燃油车的最高水平,蓄电池充一次电的行驶里程能超过燃油车目前加一箱油的行驶里程,由于蓄电池寿命限制而造成的高额使用成本也将成为其商业化的一大瓶颈。

本次测试技术研究主要考察温度变化对锂离子电池寿命的影响,对提高锂离子蓄电池整体性能提供可靠的测试数据及方案。

1、Digatron电池测试系统及测试方案介绍

1.1 Digatron电池测试系统

德国Digatron公司EVT/BS300-800系统是国际先进的蓄电池测试系统,该系统硬件部分由3个高速充、放电回路组成三个机柜,机柜内由变压器、控制器、IGBT功率模块等部分构成(如图1所示)在其电流、电压和功率允许的范围内,可以测试各种类型的电池。使用IGBT技术的双向DC电源用于交流及直流的转换。能量全正弦波反馈电网。软件部分为BTS-600电池测试控制分析软件系统与相关通信协议组成,可用于对蓄电池组进行寿命测试、容量测试,内阻测试,等性能试验研究。

1.2 测试系统搭建

测试平台框图如图2所示,电池测控软件向被测蓄电池组及管理系统发送命令,闭合蓄电池组内部接触器,使蓄电池组及管理系统处于工作状态,Digatron测试机柜按照预先给定的加载方式向蓄电池组进行加载,同时BTS600测控分析软件记录电流和电压的值,电池测控软件通过CAN总线接受从蓄电池组发来的电流、电压、温度、容量等参数的值,并记录保存。

1.3 测试方案介绍

本次测试技术研究主要选取考察容量及内阻作为蓄电池寿命的表征量,选取温度作为影响因子考察其对蓄电池寿命的影响。测试过程中,先将电池充满,然后放在指定温度下静置一段时间。以1C进行充放电循环,每隔30次进行容量及内阻测试。满足下列两个条件的任何一个即定义为电池寿命终了:电池容量低于初始容量的80%;电池内阻为初始内阻的150%。

1.3.1 测试方案中相关定义

电池充电充满:(SOC=100%)

(1)静置电池30分钟;

(2)将电池用1C1/3恒流充电至电压升到n*3.65V;

(3)将电池用n*3.65V恒压充电至电流降到5%C1;

电池放电放空:(SOC=0%)

(1)静置电池30分钟;

(2)将电池用1C1/3恒流放电至电压降到n*2.6V;

1.3.2 测试内容

(1)容量测试

将电池在常温条件下(25℃)充电充满,在要求温度下,静置电池两小时,让电池内部也达到要求温度;待电压稳定后,将电池放电放空,这时电池所放出的电量就定义为电池在该温度下处于100%SOC状态下的容量。具体步骤如下:

1)常温(25℃)下静置电池一段时间(通常设置时间为30分钟);

2)将电池充电充满;

3)在要求温度下,静置电池两小时:

4)将电池放电放空;

5)记录电池放出电量。

(2)内阻测试

在要求温度条件下,静置电池两小时,让电池内部也达到要求温度;进行放电,数据记录时间间隔设定为0.05s。

测试说明:电池内阻计算表达式R=(U2-U1)/I,其中U2为电池开路电压U1为电池工作电压。在实际计算时,U2取值为电池静置时采集到的最后一个开路电压值;U1取值为电池放电时采集到的第一个工作电压值。

1.3.3 测试步骤

1.3.3. 1 标准工况的定义与测试(测试1):

(1)定义标准工况为:100%DOD、温度等于40℃、1C恒流充放电;

(2)确定电池寿命终了条件以及测试终了条件;

(3)将电池满充,并置入40℃恒温箱;

(4)对电池以1C电流进行满充满放循环;

(5)每经过50个充放循环后,对电池进行容量和内阻测试;

(6)判断电池寿命是否终了,如果接近终了,则结束循环测试,否则转第三步。

1.3.3. 2 针对不同影响因素下的测试(测试2):

(1)以测试1所处工况作为标准工况:

(2)确定电池寿命终了条件以及测试终了条件:

(3)将电池满充,将单电池分别置入20℃、30℃、50℃恒温箱中;

(4)对电池分别以1C电流进行充满与放空循环;

(5)每经过一定循环次数后(与温度高低相关,温度高的次数少,温度低的次数多),对电池进行容量和内阻测试;

(6)判断电池寿命是否终了,如果接近终了,则结束循环测试,否则转第本测试第一步。

1.4 测试对象

本次测试所选用的是额定容量为200Ah的磷酸铁锂蓄电池。

2、测试结果分析

2.1 容量—温度特性测试

测试不同温度下,电池容量的变化。温度设置为20℃到50℃,每间隔10℃取一个温度点进行测试,图3分别是在20℃、30℃、40℃、50℃时电池容量特性试验结果。

从图3中可以看出:20℃常温下200次循环后其容量约为起始容量的90%,30℃下200次循环后其容量下降为起始容量的88%,40℃下约为85%,而50℃下进行50次循环后其容量就下降为起始容量的80%,有了比较明显的变化。从图3可以看出,在30℃电池的容量是最高的,随着环境温度的升高或者温度降低,电池的容量都将下降。由图3还可以得出:在温度超过40℃的时候蓄电池的容量有了显著下降,其循环寿命大大减少,特别是环境温度为50℃时,其循环寿命下降速度更快。

2.2 内阻—温度特性测试

测试在不同温度下蓄电池内阻的变化值。温度设置为20℃到50℃,每间隔10℃取一个温度点进行测试。图4分别是20℃、30℃、40℃、50℃时电池内阻试验结果。

从图4中可以看出,随着试验温度的升高,内阻有增大的趋势。20℃下200次循环后其内阻约为初始内阻的1.1倍,30℃及40℃下200次循环后其内阻均为初始值的1.3倍,50℃下50次循环后其内阻就达到初始值的1.5倍。可以看出在高温下蓄电池的内阻有了比较明显的增大。因此我们可以看出在温度超过40℃的时候蓄电池的内阻有了显著增大,其循环寿命大大减少。

因此在实际车上使用时要注意蓄电池散热、控制环境温度以提高蓄电池的使用寿命和工作性能。

参考文献

[1]《锂离子电池原理与关键技术》黄可龙化学工业出版社2008年2月.

[2]《锂离子系统检测与评估》清华大学出版社2014年1月.

电池管理系统CAN通信模块的设计 第8篇

电池管理系统是一个基于微处理器的实时监控系统, 可以有效地监控电池状态 (电压、电流和温度等) , 对电池组可能出现的故障进行报警并保护, 保证电池组安全可靠地运行, 延长使用寿命[1]。

控制器局域网络 (Controller Area Network, CAN) 是一种通信速率高、可靠性高的现场总线, 在汽车电控装置中应用广泛, 使用CAN总线可减少线束的数量, 提高汽车各电控单元之间通信的可靠性[2]。

目前, 电池管理系统的信息通信实时性较差, 不能很好地满足大量采集数据的传输。给出了基于CAN总线技术、应用MC9S12C128单片机为核心控制器的电池管理系统总线通信设计方案。

1 系统的功能与组成

电池管理系统的基本功能包括对电池组单体电池的电压、温度以及电流的采集, 对电池进行实时检测和管理。根据功能的设计需要, 对数据的传输通信提出了很高的实时性和可靠性的要求[3]。为了满足以上通信要求, 设计以MC9S12C128单片机为核心控制器, 基于CAN总线数据传输的通信模块。系统内包含两块采集板, 每块采集板为16路, 可采集16块单体电池的电压, 同时采用数字温度传感器采集节点温度, 通过CAN通信子网将数据传输至主控制板。DSP自带CAN收发模块, 也可以通过通信子网对单体电池的充放电情况进行控制。该模块的时钟与电池管理系统的时钟一致为25MHZ, 消息处理的延时小于1ms, 单体电池的电压和温度要求在100ms之内采集完毕并通过CAN总线传至核心控制器。

2 C A N通信模块的硬件设计

2.1 核心控制器MC9S12C128

MC9S12C128单片机采用了高性能的16位处理器HCS12[4], 可提供丰富的指令系统, 具有较强的数值运算和逻辑运算能力, 其内大容量的FLASH存储器具有在线编程能力, EEP-ROM和RAM可存储各种控制参数。MC9S12C128的低功耗晶振、复位控制、看门狗及实时中断等配置和功能更有助于系统的可靠运行。该系列单片机有很高的集成度, 片上集成了很多功能模块, 如串行通信接口、串行设备接口、USB接口、A/D转换器、PWM和CAN等。

2.2 高速CAN收发器MCP2551

MCP2551是一个可容错的高速CAN器件, 可作为CAN协议控制器和物理总线接口。MCP2551可为CAN协议控制器提供差分收发能力, 它完全符合ISO-11898标准, 包括能满足24V电压要求。它的工作速率高达1Mb/s。典型情况下, CAN系统上的每个节点都必须有一个器件, 把CAN控制器生成的数字信号转化成为适合总线传输 (差分输出) 的信号。它也为CAN控制器和CAN总线上的高压尖峰信号之间加入了缓冲器, 这些高压尖峰信号可能是由外部器件产生 (EMI、ESD和电气瞬态等) 。

2.3 模块的组成

在电池管理系统中, CAN总线智能节点电路由MC9S12C128内置CAN控制模块, 高速CAN收发器MCP2551和光电隔离器si8431组成, 可实现数据的接受与发送等通讯任务。

CAN总线有两个状态:显性状态和隐性状态。显性状态发生在CANH和CANL之间的差分电压高于定义值 (如1.2V) 的时候。隐性状态发生在该差分电压低于某个定义值 (典型值为0V) 的时候。显性状态和隐性状态分别对应于TXD输入引脚的低电平和高电平。但是, 一个由别的CAN节点触发的显性状态将会改写CAN总线上的隐性状态。RXD输出引脚反映的是CANH和CANL之间的差分总线电压值。RXD输出引脚的低状态和高状态分别对应于CAN总线的显性和隐性状态。

CANH和CANL可以免受CAN总线上电池短路和电气瞬态的影响[5]。这一特性可以防止发送器的输出级在这样的错误条件下受到破坏。热关断电路在结点温度超过通常的标定值165°C的时候使输出驱动器停止工作, 这样就进一步保护器件免受过多负载电流的影响。芯片其他部分仍然保持工作, 但是由于发送器输出的功耗降低, 芯片的温度也随之降低。这一保护措施对于由短路引起的总线损坏是必需的。

3 C A N通信模块的软件设计

3.1 CAN模块功能

任何一个CAN的节点都可以连续发送数据流, 在每帧数据之间可以不失去对总线的控制。直到发送数据完毕, 再开始新一轮的总线仲裁。CAN节点内部的数据排列顺序决定了数据是按照优先级来发送的。CAN拥有三级缓冲, 每个传送缓冲区都有13个数据字节, 需要传送数据时, CPU必须首先根据TXE位来确认传送缓冲区是否可用。如果确认某缓冲区可用, 则CPU必须写CANTBSEL寄存器来把指针指向此缓冲区, 把标识符、控制位和数据存入缓冲区内, 最后此缓冲区被标记为准备发送, 并且TXE标志被清零。

3.2 CAN模块通信流程

MC9S12C128在初始化过程中要完成对CAN的控制寄存器、总线定时寄存器、标识符接受控制寄存器、标识符接受寄存器以及标识符屏蔽寄存器的设置。在正常工作模式下, 监听总线报文, 收到的报文放在接受缓冲器中, 接收程序只需从接收缓冲区读取接收的信息即可。当主控制器发送报文时将要发送的信息帧送到CAN的发送缓冲区, 然后命令寄存器里的发送请求。发送和接收程序均采用中断方式。

3.3 CAN总线通信协议

CAN协议是建立在国际标准化组织的开放系统互连模型基础上的, 不过其模型只有三层, 即只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层[6]。CAN总线通信接口集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能, 可完成对通信数据的成帧处理, 包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等。

结束语

设计了基于MC9S12C128单片机和MCP2551的CAN通信模块, 在电池管理系统中得到了应用, 解决了系统内部大量数据的采集和传输的问题。该系统配装整车后运行良好, 实现了电池的智能管理, 延长了电池的使用寿命, 取得了良好的经济效应。

摘要：电池管理系统起到了对电池的监控和管理的作用, 需要实时性、可靠性较高的通信方式对数据进行传输。设计了基于MC9S12C128单片机与MCP2551的电池管理系统的CAN通信模块, 能够很好地满足电池管理系统的信息传输要求。对该模块的系统结构、软硬件设计等方面做了详细说明。该模块已经投入整车运行当中, 达到了对各电池模块之间以及电池模块与核心控制器之间的通信设计要求。

关键词：电池管理系统,CAN总线,单片机

参考文献

[1]吴友宇, 尹叶丹.基于CAN总线的分布式动力电池管理系统[J].汽车工程.2004, 5 (26) :530-533.

[2]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1996.

[3]He zhiqiang, Zhang Chengning, Sun Fengchun.Design of EV BatteryManagement System.Korea:19th International Evs Conference, 2002.

[4]孙同景.Freescale9S12十六位单片机原理及嵌入式开发技术[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[5]Anil Paryani, Blake Dickinson.Battery Management for Fast ChargeSystems.Korea:19th International Evs Conference, 2002.

电动汽车动力电池组管理系统设计 第9篇

关键词：电动汽车,动力电池,电池管理系统

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。

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

下位机部分包括电池组单体电压、电池单体温度、串联电池组电流检测,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信号,再使用SPI接口输送到单片机后进行数据的分析、计算。而串联电池组电流通过单片机计算得到。下位机的核心芯片采用STC12C5616AD,无论是性能还是资源与其他常用的51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、单体电流作为参数通过算法估算蓄电池的荷电状态(State of 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

系统上位机部分由单片机、LCD显示屏、485总线接口等组成,如图3所示。电动汽车运行时,管理系统采集、处理的信息并在LCD上显示,LCD显示屏位于驾驶室仪表区,驾驶员可即时获得电动汽车运行情况及电池工作状态。

系统上位机部分核心芯片采用STC12C5616AD单片机;LCD显示模块使用带简体字库的图形点阵液晶显示器240128AZK;电源的设计采用TL431稳压电路获得稳定的5V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。

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]。系统在485传输接口附近,使用光耦6N137及P181来光电隔离避免干扰,保证了9600bps的数据传输。在上位机的电流、电压输入时,采用线性光耦HCNR200隔离保护单片机不被烧毁。为了保护芯片和信号,在每个芯片的电源上滤波电容,滤去交流成分,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激,使放大器稳定工作。

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语言编写。系统开始运行时,上位机与下位机都初始化,下位机通过采集样本来得到单电池电压参数、单电池温度参数,并得到的参数存储。再经过判断是否将其带入SOC算法。由于下位机时刻进行采集、处理数据,当通过上位机485总线发送指令给下位机,命令其将电压、温度、SOC参数上传送。这样使得系统有很好的实时性。上位机采集、处理总电压和总电流信号。最后将电压、电流、温度、估算的SOC、车转速和时间等显示在LCD液晶屏上。

由于考虑核心处理器的运算能力,本程序的估算SOC算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。按时积分法的原理如下:

电动汽车运行时,动力电池组由于电流输出至电动机转化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(1)近似计算出动力电池的荷电状态。

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(Ah)[6]。

在软件设计中为了提高测量的精确度,常常使用数字滤波的方法来防干扰。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,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,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。(4)为了与整车系统配合更匹配,可以将本系统采用的485总线传送数据方式改成CAN总线通信方式。

参考文献

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[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.工业控制计算机[J],2005,18(12).

风力发电变桨智能电池管理系统设计 第10篇

自2010年1月以来,全国在运行风电场中发生了数起由变桨系统备用电源(蓄电池组)引发的风电机组倒塌事故。事故表现为变桨系统失电后,由于备用电源失效,风电机组未能实现顺桨动作,导致机组超速而发生机组倒塌事故,造成巨大损失。为防止同类事故再次发生,中国可再生能源学会风能专业委员会组织相关专家通过深入分析,提出了采用性能良好的备用电池管理系统来预防。本设计利用32位ARM微控制器STM32F103实现对铅酸蓄电池的智能管理,包括系统自检、对电池组进行巡检、快速充放电、温度监测控制、显示与报警等。设计的备用电池管理系统功能完善,安全可靠,抗干扰能力强,成本低,具有良好的应用价值。

1智能电池管理系统

本文设计的智能电池管理系统采用了性价比很高的STM32F103芯片,其主要功能有:1实现对风力发电机变桨控制系统蓄电池组的巡检功能;2实现循环充电、浮充自动切换,在循环充电和浮充的同时对电压和电流进行监控,具备充电电压、充电电流自行调整的功能;3实现故障报警功能;4实现充电电池的过流、 过压、短路保护功能;5实现智能管理单元的温度监测与控制功能。

本文设计的智能电池管理系统结构框图如图1所示。

2系统硬件设计

2.1充放电电路设计

为保证每一节电池都能正常储能,本智能电池管理单元需要对12节电池循环充电,循环充电思路如下:系统对电池组自检后,将对各电池进行电压采样并排序,通过控制对应的继电器,系统将优先对电量最低的电池充电,并由低到高对电池组完成充电,每次充电结束后将再次对电池组进行巡检,直至整个电池组的电池不需要充电为止。

采用TI公司的BQ2031SN-A5芯片来实现对铅酸电池快 速充电。 每节电池 单次充电 时间上限 为15min,充电的同时对电压和电流 进行监控,并通过LED显示快充、浮充、充满的状态。当电压低于10.5V时,0.4A恒流充电;当电压大于10.5V时,2A恒流充电(注:电流不会变化的条件下);当检测到电流减小且大于0.2A时,进入到恒压充电,恒压充电的电压大约为14.7V;当检测到电流小于0.2A时,进入浮充状态,此时为恒压充电,充电电压为13.7V。这种充电方法比传统的恒压充电法安全,能耗比恒流充电法低[1]。

充电过程如图2所示,充电控制电路原理如图3所示。

系统通过接插件(J200)外接大功率黄金铝壳电阻进行放电,该电阻阻值为20Ω,功率为25 W,能允许通过1A的放电电流,原理设计如图4所示。

2.2温度控制设计

铅酸蓄电池的电压具有负温度系数,即温度每升高1 ℃,单格电池的电压将下降4mV。由此可知,环境温度为25 ℃时,充电器的工作很理想;当环境温度降到0℃时,电池就不能充电;当环境温度升到50℃, 电池将因严重过充电而缩短寿命[2]。因此,电池管理系统必须对蓄电池环境温度进行控制。

模块温度控制为智能电池管理单元扩充功能,该功能主要由温度采集及散热两部分组成,温度采集采用AD7416AR芯片,该芯片供电电压为+3.3V,10bit ADC转换精度,检测温度范围为-40 ℃ ~ +125 ℃。 当模块温度过高时,系统将启动风扇对模块进行散热。 风机主控系统具有对智能电池管理单元的机箱加热的功能,因此当模块温度过低时,智能电池管理单元可以通过告警方式将低温信号输出给风机主控系统,由主控系统决定是否对机箱进行加热。此设计能使电池在理想的环境中工作,性能发挥更好,寿命更长。

2.3自检设计

为了更好地保障系统的安全性,本文进行了自检设计。智能电池管理单元上电时将对STM32芯片、 BQ2031SN芯片、CAN口通讯、电池连接接口等进行自检。具体如下:1对BQ2031SN芯片自检,即检测该芯片是否能对电池进行充电;2对STM32芯片自检,即检测它能否对充电芯片进行控制;3对电池连接接口自检,即检测它能否进行电压采样得到各节电池电压,及能否对各节电池进行充电。

系统自检结果通过前面板红色LED灯显示,并通过告警或故障信号送给上位机软件。自检出错包括以下3个等级:连接故障(WIRING)、系统警告(WARING)和系统错误(FAULT)。CAN口通讯自检采用CAN口回环通讯测试,并通过前面板双色LED显示 (红色表示CAN口通讯不正常,绿色表示CAN口通讯正常)。

2.4巡检功能设计

智能电池管理单元上电时及每次充电后,需对电池组进行巡检,并对电池状况进行显示。巡检时,系统将通过对各电池电压采样,确认电池组线路连接及电池正常。当其中某节电池电压<10.5V时,则报警信号输出,LED指示,并通过数码管显示出错电池;电池组总电压在130V~140V之间时报警信号输出;电池组总电压低于130V时故障输出。当检测到电池电压过小或者为0V时,系统将通过数码管显示报错电池的编号,如果有多节电池则循环显示,并通过故障电路反馈给主控系统。由于告警及故障信号由外部供给,因此出现故障时,系统将采用继电器使信号回环输出,达到告警目的,该继电器最大允许通过电流为3A。

3系统软件设计

本系统软件设计主流程如图5所示。系统上电启动后,立即执行初始化程序,然后对系统硬件和CAN口通讯功能进行自检,如自检不通过则输出故障信号, 并通过数码管显示错误等级;自检通过后,将对电池组进行巡检,电池巡检正常再进入充电流程,若出现异常则输出报警,进行错误处理。第一轮充电结束后,再次巡检,并进行二次充电。

当检测到紧急变桨信号(EMC信号)时,停止充电,并马上将电池组直流电供给变频器,变频器驱动伺服电机迅速收桨。EMC信号解除后,电池管理单元进入电池巡检程序。

4结束语

电池管理系统 第11篇

● 制作：信息的输入

在UNO控制板的规范中，USB口向上，右侧为数字输出，左侧为电源和模拟输入，电源区常用的端口为5V和GND，5V代表USB输出电压，也是板子上端口的最高电压，之前我们点亮一个LED时，会将LED的正极的电压升高到5V，但是数字输出引脚的电流输出能力很弱，不能驱动像舵机一类的大电流元器件，这时需要使用电源区的5V引脚，GND表示0V。模拟输入区有A0、A1、A2、A3、A4、A5共计6个模拟输入引脚，每个孔相当于一个电压表，其输入范围为0～1023的整数，0对应0V电压，1023对应5V电压，具体的对应关系，我会在玩转环节中具体介绍。

像普通的电压表一样，我们需要连接一个正极的红色夹子和负极的黑色夹子。用一个夹子夹住另一个夹子，拨去夹子的绝缘套，在夹子的孔中穿入导线，穿两圈，拧紧导线，再将绝缘套套回。导线的长度大约为45cm，一端连接夹子，另一端连接控制板，需要提前拨线，如图1、图2所示。

红色导线相当于电压表的正极（红表笔）将其连接到A0上，黑色导线相当于电压表的负极（黑表笔）将其连接到GND上，连接需要使用两头长排针和绕线棒（如图3）。

实验发现，在黑表笔接电池负极、红表笔接电池正极的情况下，当电池为新电池时，图3中的LED亮；当电池为旧电池时，LED不亮。这样我们就完成了一个初步的新旧电池检测器的研发工作（如图4）。

● 改装：增加指示灯

从系统的美观和安全性的角度考虑，最好不要把电路板裸露在外，可以将LED引出在盒子上，这样更加美观，还可以在盒子上写出新旧电池检测器的使用方式。在此之前，我们一般将LED直接插在数字输出端口上，但是从更加专业的角度来看，应该在LED的正极或者负极一端串联一个保护电阻，这样能够让LED的使用寿命更长，电阻又起到限制电流的作用。一般来说，绿色LED的工作电压为2V，D13端口电压为5V，LED的工作电流为10mA即0.01A，这样保护电阻两端的电压就是5V-2V=3V，其通过的电流也是0.01A，通过欧姆定律可以测算出保护电阻的阻值为其两端的电压除以通过它的电流，数值为3V/0.01A=300欧姆（如图5）。这体现出，在创客项目中需要综合利用各个学科的知识特别是物理学的知识的特点。

电阻和LED的负极相连，需要用一段导线将针脚串联起来，保护电阻的另一端接GND，LED的正极接D13端口，这样我们就将LED固定在了盒子上（如图6）。

● 玩转：“如果……否则……”结构

我们在使用通讯菜单中的“打印串口（自动换行）”指令时，可以查看A0端口的数值（如图7）。

在串口查看器中我们注意到A0端口的数值在不断变化，这种变化是由空气中的随机电磁干扰造成的（如图8）。

但是我们在将A0端口和5V端口连接的时候，会发现串口监视器的数值变为1023，并且处于稳定输出状态（如下页图9）。

既然要判断电池的电压是否大于1.5V，我们可以将一节电池放在A0端口上，实验发现数据始终保持在320左右，而旧电池在300以下。这个现象可以解释为：A0端口的数值和输入电压成正比，1.5V可以换算为（1.5V/5V）×1023=306.9，由于A0端口输入值为整数，我们可以判断当A0端口数值大于307的时候13号灯亮，否则13号灯灭（如图10）。

在Mixly中使用如果指令时需要在如果指令中添加否则结构，这就需要点击如果菜单中的齿轮按钮添加否则指令。在“如果……否则……”结构中设定逻辑判断值为真时，端口13数值为高，LED灯亮，逻辑判断值为假时，端口13的数值设为低，LED熄灭（如图11）。这样就完成了LED的设置，可以用于检测电池的新旧。

● 分享：在网络上寻找问题的答案

我在实验中发现，不做测量时LED一直都在闪烁，产生这个现象的原因是在A0端口空载时，数值会受到空气中随机电磁干扰的影响，一直变化，数值有时大于307，有时小于307，所以LED会闪烁。分享本身并不总是告诉他人一个已经很完整的问题解决方案，一个有待解决的问题也是非常值得分享的，它能够细致而规范地描述这个问题。大家可以参考www.dfrobot.com.cn上的各种社区上的帖子，看一看有没有人提过类似的问题，或者向他人提问寻找答案，这些经历都是非常重要的学习过程（如图12）。

至此，我们已从数字输出端口的学习，转向数字输入端口的学习，并且通过程序逻辑将输入和输出结合起来，虽然这只是一个比较简单的“如果……否则……”结构，但是已经能够看出一个项目学习的雏形，接下来有必要改进这个设计，一是解决LED闪烁的问题，二是希望提高测量的精度，真正做一个电压表。我们在这个过程中不断地发现问题和解决问题，同时这个过程是积极主动的，是创客教育中非常独特的一种学习体验，而且估算成本以后，我们可以发现“新旧电池检测器”是一个很实用的“市场空白”，此时解决这个问题的动力就更大了。

亲爱的读者，您能解决这个问题吗？答案见下期。

电池管理系统 第12篇

按照充电标准GB/T 27930—2011《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》的要求[6], 电动汽车在充电过程中, 要求充电桩与BMS交互通信, 并实时监控电池的温度、电压等。当前, 由于充电标准制订晚、标准普及不到位等原因, 各个汽车厂家的BMS也千差万别, 不符合“GB/T 27930—2011”要求的BMS普遍存在。这给充电桩企业研发和推广充电桩带来了现实困难。充电桩企业力求研发的充电桩能适配所有的电动汽车, 但是采用电动汽车实车作为检测装置, 将面临测试使用不方便、测试内容不全面、无法模拟真实故障、辅助电源系统无法验证、车辆动力电池充放电耗时耗力、频繁充放电导致电池寿命缩短等问题, 而且当充电桩故障时可能会导致测试车辆损坏, 这就亟需开发一种能模拟电动汽车BMS通信的设备。

1 BMS模拟设备总体设计

目前, 市面上BMS模拟装置主要应用于直流充电桩产品的在线调试、下线检测、老化试验以及功能验证, 能够部分模拟充电过程, 但是体积庞大, 运用及携带都极其不方便, 并且设备只能做到专一对应, 无法智能识别不同厂家充电桩, 该文拟采用嵌入式技术, 研发一套BMS模拟设备, 该设备的数据来源主要是收集的主流厂家的BMS总线数据, 系统按照GB/T 27930—2011的要求将数据、通信流程、控制机制固化在设备中, 通电后可以自动地将实时BMS的报文向CAN总线上发送, 报文主要包括电池的温度信息、电池的总电压信息、电池的单体电压信息、电池的绝缘电阻信息、电池的SOC信息等。当接入外接设备后, 可以自动实现与充电桩的握手、控制充电。

BMS模拟设备系统框图如图1所示。BMS模拟设备主要包括:插件2、CAN收发模块3和中央处理模块共43个模块。该模拟设备通过接插件2与充电桩1相连接, 既可以按照厂家标准与充电桩1握手、控制充电, 也可以按照充电标准“GB/T 27930-2011”的要求, 与充电桩1握手、控制充电。该模拟装置能够自动地将实时温度、电压、电流、SOC、握手等信息通过CAN收发模块3与充电桩1交互通信。

该BMS模拟设备中温度模拟模块5、电压模拟模块6、电流模拟模块7、SOC模拟模块8、握手信息收发模块9、报警模块10和显示模块11分别与中央处理模块4相连接。其中电压模拟模块6包括总电压模拟模块61和单体电压模拟模块62。通信过程中出现的异常情况通过报警模块10发出警报并在显示模块11显示, 从而实现对不同充电桩1的自动握手识别和充电控制, 使生产出的充电桩1能适配所有的电动汽车。

中央处理模块4通过CAN收发模块3与接插件2相连接。中央处理模块4主要实现的功能包括趋势分析、异常检测、报文解析和报文发送。

(1) 趋势分析:充电桩充电后, 正常情况下各个参数应该是上升趋势, 设备可以根据充电桩发出的数据计算出各参数数据并传回充电桩。

(2) 异常检测:通过大量的数据收集, 分析并掌握了充电时的电压电流和SOC等关键数据的变化曲线, 设备搭载的程序可以在充电时实时检测这些数值的变化, 检测是否发生异常或超出范围。

(3) 报文解析:可分为选择单元、判断单元、提取单元、处理单元。选择单元根据接收到的选择指令, 从所有的服务中选择出至少一个服务, 并获取至少一个服务的预提取参数信息;判断单元, 获取服务调用请求, 确定服务调用请求所属的服务, 并判断服务是否和至少一个服务相匹配;提取单元, 在判断结果为是时, 解析服务调用请求, 以获得解析结果, 并根据预提取参数信息从解析结果中提取出所需的报文信息;处理单元, 用于根据接收到的处理命令, 对提取出的报文信息进行相应的处理操作。

(4) 报文发送:把提取出的报文信息通过CAN收发模块发送给充电桩。

2 BMS模拟设备制作及应用效果分析

2.1 硬件设计与实现

BMS模拟设备结构原理图如图2所示, 采用三端稳压器将车用12 V直流电源转换为5 V, 给集成处理芯片和CAN、LIN收发器供电。集成处理芯片采用C8051F500-IQ, C8051F500-IQ具有1Mbit/S的高速Be Can2.0B接口, 可以通过CAN收发器连接到车辆上的CAN网络, 进行数据传输。局域互联网络 (LIN) 标准是针对汽车分布式电子系统而定义的一种低成本的串行通讯网络, 是对控制器区域网络 (CAN) 等其他汽车多路网络的一种补充, 适用于对网络的带宽、性能或容错功能没有过高要求的应用。LIN总线是基于SCI (UART) 数据格式, 采用单主控制器/多从设备的模式, 是UART中的一种特殊情况。C8051F500-IQ的USART具有单主控制器模式的LIN通信功能, 可以通过LIN收发器连到车辆上的LIN网络, 进行数据传输。烧录程序采用单线接口模式SWIM, 方便简单。指示灯分别表示电源的通断及CAN的通信状态。开关用来选择CAN通信和LIN通信模式。图3给出了BMS模拟设备的关键电路板照片。

此外, 采用U2carbus数据转换器作为数据转换设备。U2carbus用于通过计算机USB接口扩展汽车总线接口来调试汽车类通信总线, U2carbus扩展2个can总线接口和2个Lin总线接口;USB接口符合USB2.0规范, 即插即用;U2carbus自带12 V电池电源发生器用于单线can总线和Lin总线接口芯片供电, 和其他设备通信时可不连接电池电源线;配套的数据调试软件Uart2any用于监视和调试设备通信。U2carbus适用于如下场合:对车辆总线通信的诊断、监测及故障分析;车辆用总线产品的研发;Can总线设备通信监测及维护;Lin总线设备通信监测及维护;其他can、Lin总线适用场合的测试、数据分析。U2carbus的can总线特性符合CAN 2.0A和2.0B, 支持单总线can和双总线can;U2carbus的Lin总线特性符合Lin规范V1.x和V2.0, 支持主、从模式, 睡眠模式, 所有的总线接口具备完善的保护措施。

2.2 应用效果分析

BMS模拟设备工作流程如图4所示, 主要包括开始、与充电桩握手、识别充电桩厂家、发送握手反馈信息、接收充电桩数据、分析数据是否符合电池变化曲线及具体执行流程——发送数据, 或改变本地电池数据, 并向充电桩发送反馈数据。该BMS模拟设备融合了收集到的不同厂家充电桩的通信握手流程和国标通信流程, 做到了可以根据不同厂家充电桩智能识别及握手, 并且根据长期的数据收集、研究、分析之后得出了各厂家电池充电时的变化曲线并固化到程序中, 充电时可以智能识别电池参数变化是否符合曲线标准, 对不符合标准的情况能够做到实时报警。

应用过程中分别采用额定数据和厂家模拟BMS数据进行了试验, 测试了不同发送ID、不同波特率 (500K和250K) 在300 ms的额定发送周期下具体执行情况, 通过测试数据可知, 该BMS模拟设备, 能按照预定的周期接收相对应的报文数据, 且性能稳定。

综上分析, 该BMS模拟设备实现了充电桩与设备的模拟通信、数据交换流程以及握手机制等, 具体包括以下特点: (1) 该设备采用嵌入式开发技术, 设备体积小、携带方便、兼容性强; (2) 该设备基于CAN总线模拟各不相同发送周期的车上数据, 并进行发送; (3) 能够实现与不同厂家的充电桩的按照厂家标准进行数据交互; (4) 能够实现与不同厂家的充电桩的按照国家标准进行数据交互; (5) 工作过程中出现异常情况能够发出报警报文。

3 结语

该文基于嵌入式技术研制的BMS模拟设备具有小型化和携带方便的特点。该BMS模拟设备融合了收集到的不同厂家充电桩的通信握手流程和国标通信流程, 做到了可以根据不同厂家充电桩智能识别及握手, 并且根据长期的数据收集、研究、分析之后得出的各厂家电池充电时的变化曲线并固化到程序中, 充电时可以智能识别电池参数变化是否符合曲线标准, 对不符合标准的情况能够做到实时报警。

摘要：基于嵌入式技术, 研制了电动汽车电池管理系统 (BMS) 模拟设备, 由插件模块、CAN收发模块和中央处理模块等组成。该BMS模拟设备融合了收集到的不同厂家充电桩的通信握手流程和国标通信流程, 实现了与不同厂家的充电桩按照厂家标准进行数据交互;实现了与不同厂家的充电桩按照国家标准进行数据交互;实现了模拟各不相同发送周期的车上CAN数据与发送;可根据固化在程序中的各厂家电池充电时的变化曲线, 充电时可以智能识别电池参数变化是否符合曲线标准, 对不符合标准的情况能够做到实时报警。该BMS模拟设备具有小型化和携带方便的特点。

关键词：电池管理系统,模拟设备,电动汽车,新能源汽车

参考文献

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