基于单片机的纯电动汽车电池管理系统设计分析
【文章摘要】
随着能源危机以及环境污染问题的不断加深，具有节能环保功能的电动汽车即将成为今后汽车行业中的发展趋势。在这里，由于锂电池在所有的二次电池里拥有最高的功率密度比以及能量密度比，所以它也就成为得到了最广泛应用的电动汽车电池。本文从电池管理系统的组成及功能、系统中硬件及软件的设计以及对于功能的验证等问题出发，对单片机的纯电动汽车电池管理系统设计进行分析。
【关键词】
单片机；纯电动汽车；电池管理系统
近年来，我国的社会经济水平得到了飞速的发展，然而，经济得到发展的同时环境也受到了一定的破坏，随之而来的大气污染、水污染等成为人们重视的问题，尤其是近些年愈演愈烈的雾霾问题，也给人们敲响了警钟。随着能源危机以及环境污染问题的不断加深，具有节能环保功能的电动汽车即将成为今后汽车行业中的发展趋势。在这里，由于锂电池在所有的二次电池里拥有最高的功率密度比以及能量密度比，所以它也就成为得到了最广泛应用的电动汽车电池。
1 电池管理系统的组成及功能
对于电动汽车来说，它所使用的动力源大都是由大量的单体锂电池串联形成的，考虑到体积以及配重的问题，电动汽车的电池组大都是被分成若干个串联的模块被分散安装在车体中。对于电池系统来说，如果使用分布式的系统方案的话所耗费的成本就会过高，并且系统本身也会过于庞大；如果使用集中式的系统方案的话，BMS 的中心处理单元就会负担过重， 所以，现在如果使用电动汽车的话，在电池管理系统中通常会使用一个折中的方案。即把12 个单体的电池集中到一起组成一个电池包，为每个电池包配备一个电池模块的监控单元即BMU，在这里，BMS 是由一个主控单元（CMU）与多个BMU 组成的，整个系统能够被分成结构上层的主控模块以及下层中的监控模块。其中，监控模块与主控模块之间可以通过SCI 的总线来进行系统内部的通讯，另外，主控模块可以通过CAN 总线与系统的外部之间实现通讯。
2 系统中硬件及软件的设计
在这个设计中，主控单元以及监控单元分别使用了飞思卡尔16 位的9S12DG128 以及8 位的9S08DZ60 单片机作为系统中的处理器。在这里，BMU 的监控单元能够实现两种功能，一是对系统中的电池模块里的电池单体的温度以及电压经检测，之后再把处理过的相关数据传送给CMU，再对模块内可能存在的不均衡的现象进行一定的管理；一种是对电池组中的电流以及总电压进行检测工作，同时也负责对绝缘度来进行检测，在对检测结果进行一定的处理后把数据传送给CMU。主控单元在接收到BMU 所传输的数据信息后，根据所采集到的电池数据对电池组的各项具体情况诸如荷电状态等来进行一定的估算，对电池组所发生的充放电等行为进行保护，同时要与电动汽车的充电机以及整车控制单元之间进行通信。对于汽车内部的通讯工作，主要使用的是CAN 总线通讯。该系统的电池模块监控单元以及主控单元中都有CAN 控制器。在电池管理模块上可以对外部提供CAN 总线的接口。在上位机的监控系统通过CAN 总线收到测量所得的温度、电流以及电压等数据后，可将其直接表示或是使用曲线将其表示出来，再根据之前所设置的阈值条件来对故障进行提示，同时，也可以把所需要的数据在事先存到文件中，以备不时之需。
3 对于功能的验证
1）对于上位机的监控测试。我们可以通过对上位机进行一定的监控测试来对上位机所使用的软件的电压显示功能以及CAN 通讯功能来进行一定的验证。计算机经过CAN 的总线实现了与电池管理系统之间的连接后，对上位机进行监控的软件就能够将电池管理系统中的各种变量实时的显示出来，同时对相关的信息进行采集。
2）静态精度试验。这种实验使用的是由以12 个电池的单体串联形成的电池组模块，并和电池的管理系统之间相连接。这种实验中所使用的电池是美国的A123 公司所生产的汽车锂离子电池，它的额定电压是3.3V。在实验中，电池的管理系统使相应的数据经过CAN 在上位机上的监控软件中显示出来并进行储存，与此同时用万用表对其进行实际测量并将电池单体中的单体电压值记录下来。
3）动态精度试验。这种实验是将Arbin 的实验平台对电池中单体电压的测量作为条件，对充放电工况中的电池管理系统所体现出来的动态测量精度进行对比分析。在电池的放电过程中，使用Arbin 实验平台以及电池的管理系统在相同的时间上对电池组收集每个电池单体的电压值。把由Arbin 实验平台中所测得的测量值当做参考基准，再通过作图比较，分析出电池组中相同的电池在两组数据之间所表现出来的差异。
4 结束语
通过了上位机的测试，对这一系统的温度、电压采集功能以及系统中的通讯功能进行了一定的验证。同时，在其中的精度试验里，静态实验电池在电压测量中的结果显示，它的最大误差是0.32%，另外， 标准试验台所测得的电压与动态试验系统之间最大的误差仅有0.14%，它的精度可以满足相关的要求，因而也就证实了这一设计中数据采集的可靠性。
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