关于主动均衡技术的纯电动汽车电池管理系统研究

何佳健+南银姬+卢楚辉

摘 要：随着社会的发展，科学技术的不断提升，逐渐出现了一种全新类型的汽车产品，即纯电动汽车，这种汽车摆脱了传统汽车以燃油为动力燃料，而是利用电池为汽车提供能量，从而使汽车能够快速的运行。因此，本文对主动均衡技术的纯电动汽车电池管理系统进行了研究，从系统的硬件与软件两个方面对其进行了设计，为我国纯电动汽车的发展贡献出自己的一份力量。

关键词：主动均衡技术；纯电动汽车；电池管理系统

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

0 引言

纯电动汽车是由很多部位构成，其中电池管理系统占据重要的地位，利用该系统可以将纯电动汽车与电池进行连接，从而使电池为汽车的运行源源不断的提供能源。电池管理系统运行的过程中，重要有以下几点功能：物理参数数据的采集，随时对电池的温度、电压等进行监控；电池状态估计，推算出剩余的使用电量；充放电控制，保证电池能够均衡的充放电，提高电池的使用年限；安全管理，及时的诊断出电池出现的故障等。

1 系统硬件的设计

1.1 均衡采集板硬件总体设计

1.1.1 LTC6803电压、温度采集模块

电池管理系统的硬件当中，对均衡采集板硬件进行设计时，必须要对电压、温度采集模块进行设计，以使每一个单体电池能够实现主动均衡，当单体电池实现主动均衡之后，所产生的物理信息会通过采集板中的CAN1总线进行传递，从而使信息进入到电池管理系统中。电池管理系统受到信息之后，对电池进行相应的评估，如电池出现异常情况，会将这一现象及时的传递给用户，并将电路切断，以使电池组得到保护。电池上还利用电阻及电容的电抗耦合滤波，与LTC6803进行了连接，从而提高了采集的准确度，使整个系统能够对电池状态更好的进行分析。

1.1.2 主動均衡拓扑电路模块

对该模块进行设计时，利用金属-绝缘体-半导体管（MOS管）为开关材料，如电池运行一段时间之后，BAT16电压不足需要充电时，可以对下段Q40及上端的MOS管进行控制，使两者联通对该电池进行充电，充电过程中，电流会按照Q40、D40、BAT16、D28、Q28的顺序流通，从而形成了整个充电回路，持续为BAT16电池补充电量。同时，充电的过程中，电量变化较大时，会对其造成损坏，导致MOS管击穿，使电池出现短路问题，影响电池的使用与寿命。因此，为了避免这一问题的出现，对该模块进行设计时，在每一个分支当中，安装了大电流二极管进行整流，从而对电池进行了一定的保护。

1.1.3 恒流源模块

运行的过程中，首先对电阻R150的分压经运放LM358的一级运放放大24倍，并对其进行检查，然后对LM358的二级运放即J1端子的IN2-进行检查，并将两者检查的结果进行比，得出相应的电平之后，利用引线的末端FB将其传递给XL4016。当XL4016接收到信息之后，根据信息的不同对开关进行控制。如接受的信息小于0.8V时，该芯片则会开启，如接受的信息高于3.3V时，该芯片则会关闭，从而使系统中出现恒流源。并且，根据电池的实际运行情况，利用J1端子的改变，对该模块的电流进行调整，利用J2端子的改变，对该模块的输出电压进行调整。

1.2 主控板硬件设计

主控板由很多模块构成，根据功能的不同，可以将其分为六个部分，第一部分为通信模块，第二部分为充放电继电器控制模块，第三部分为存储模块，第四部分为实时时钟模块，第五部分为母线电流采集模块。对主控板设计时，选择性能良好的STM32F207VET6处理器；对实时时钟进行设计时，选择准确度较高的DS1302芯片，同时该芯片还具有功耗低的特点；存储模块进行设计时，选取SDIO接口协议，从而使信息能够实时保存；充放电继电器控制模块设计时，选择霍尔电流传感器，其具有闭环的特点，能够对整个电路中的正负电流信息进行搜集，并进行相应的转化，从而使控制的更加精确。

2 系统软件的设计

2.1 均衡采集板软件设计

采集板的软件部分通电之后，可以将所有模块恢复到原始状态，然后再次完成各自的工作。对该部分运行时，主要由以下两个过程。首先各个模块还原之后，采集板会向采集程序发布命令，从而对电池的电压进行搜集，并将搜集的结果向电子控制单元传递。然后处理程序对搜集的结果进行比较，将其中数值最小的电池位置寻找出来，如该电池的电压低于最高数值的0.01V，电子控制单元对相应的回路进行控制，使其处于导通状态，为该电池进行均衡充电，反之则无需对该电池进行均衡充电。

2.2 主控板软件设计

主控板通电之后，也会使所有模块恢复到原始状态，然后再次使各模块完成各自的工作。对该软件进行设计时，主要包括了以下几个方面。（1）根据母线电流的实际情况，并结合电池实际电压，对电池的剩余电量进行推断；（2）采集板采集到电池的信息之后，将信息传递到通信程序中，通信程序对数据进行整理与发送，并且，电池充电时，将相应的命令传递给充电器；（3）通信程序整理完信息之后，交给存储程序进行储存，并通过对该程序的管理，对以往的数据进行查看；（4）故障处理程序对电池进行检查，确定出电池是否存在异常，并判断出引发异常的主要原因。

3 总结

综上所述，本文在当前现有电池管理系统的基础之上，进行了重新设计，从而使电池管理系统的性能得到了一定提升，将其应用到纯电动汽车中之后，不仅能够降低汽车对电力能源的应用，使汽车能够运行的更远，而且该系统还可以对能量进行回收，提高汽车的稳定性，是当前阶段较为良好的电池管理系统。

参考文献：

[1]卢兰光，李建秋，欧阳明高等.电动汽车锂离子电池管理系统的关键技术[J].科技导报，2016（06）：39-51.

[2]张里，张劼.面向电动汽车充电站的智能主动型均衡控制研究[J].西南大学学报（自然科学版），2016（04）：150-157.

作者简介：何佳健（1987-），男，广西南宁人，助理工程师，本科，研究方向：纯电动乘用车电池包。