电动汽车电池分析与管理系统设计

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１１６０２４ｌ　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．Ｏ１５　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　ＹＡＮＧ　Ｊｎ　，ＱＩＵ　Ｘｉａｏ—ｍｉｎｇ　，ＸＵ　Ｚｈｅｎｇ．ｚａｏ　（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２４，Ｃｈｉｎａ；　２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｄａｌｉａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，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　ｂａｋｅｒｙ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｇｅｎｅｒａｔｒｉｘ　ｖｏｌｔａｇｅ，ｇｅｎｅｒａｔｒｉｘ　ｃｕｒｒｅｎｔ，ｓｉｎｇ　ｌｅ　ｂａＲｅｒｙ　ｖｏｌｔａｇｅ，ｓｉｎｇ　ｌｅ　ｂａｋｅｒｙ　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　ｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｕｌｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｔａｋｅｓ　ｕｐ　ｌｉ￣ｌｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｐａｃｅ　ｃａｎ　ｒｅａｃｈ　１％．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｑｕａｌｉｆｉｅｄ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ；Ｐｏｗｅｒ　ｂａｔｔｅｒｙ；Ｂａｋｅｒｙ　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［１－２１。　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”　。　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（１９８５一），男，吉林扶余人，大连理工大学硕士研究生，

随着能源的枯竭和节能产业的发展，社会对环保的呼声，使得零排放电动汽车的研究得到了许多国家的大力支持。电动汽车的各种特性取决于其电源，即电池。管理可以提高电池效率，确保电池安全运行在最佳状态，延长电池寿命。

1.1电动汽车

目前，全球汽车保有量超过6亿辆，汽车的石油消耗量非常大，达到每年6至70亿桶，可占世界石油产量的一半以上。随着长期的现代化和大规模开采，石油资源逐渐增加。筋疲力尽的。电力来源众多，人们在用电方面积累了丰富的经验。进入21世纪，电能将成为各种地面车辆的主要能源。电动汽车的发展是交通运输业和汽车业发展的必然趋势。

由于电动汽车的显着特点和优势，各国都在发展电动汽车。

中国：早在“九五”时期，我国就将电动汽车列为科技产业重大工程项目。市内七海岛设有示范区。清华大学、华南理工大学、广东汽车改装厂等单位都参与了电动汽车的研发。丰田汽车公司和通用汽车公司为示范区的测试提供了原型车和技术支持。

德国：吕根岛测试场是德国联邦教育、科学研究和技术部资助的最大的电动汽车和混合动力汽车测试项目，提供来自梅赛德斯-奔驰、大众、欧宝、宝马和曼汽车。公司测试。

法国：拉罗尔市成为第一个安装电动汽车系统的城市，拥有 12 个充电站，其中 3 个为快速充电站。 PSA、雪铁龙和 PSA 集团都参与了电动汽车的建设。

日本：在大阪市，大发汽车公司、日本蓄电池公司和大阪电力公司共同建立了EV和HEV试验区。

1.2 电动汽车电池

根据汽车的特点，实用的动力电池一般应具有比能量高、比功率高、自放电少、工作温度范围宽、充电快、使用寿命长、安全可靠等特点。前景较好的是镍氢电池、铅酸电池、锂离子电池、

1.3 电池管理系统（BMS）

电池能量管理系统是维持供电系统正常应用、保障电动汽车安全、提高电池寿命的关键技术。可以保护电池的性能，防止单体电池过早损坏，方便电动汽车的运行，并具有保护和警示功能。 .通过对电池盒的电池模块进行监控，实现电动汽车充电、运行等功能与电池相关参数的协调。其功能包括计算和发出指令、执行指令和发出警告。电池能量管理系统主要包括：电池状态估计、数据采集、热管理、安全管理、能量管理和通信功能。

摘 要

随着工业发展和社会需求的增加，汽车在社会进步和经济发展中扮演着重要的角色。汽车工业的迅速发展，推动了机械、能源、橡胶、钢铁等重要产业的发展，但同时也日益面临着环境污染、能源短缺的严重问题。

纯电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统(BMS)，是纯电动车产业化的关键。车载网络数据采集系统就是这样一个电池管理系统，可以直接检测及管理电动汽车的储能电池运行的全过程，实现对车载多级串联锂电池、电池温度、车速等数据的监测、采集和分析。

本论文是基于CAN总线的车载网络数据采集系统选用STM32F103VB作为系统的核心芯片，通过芯片自带的12位ADC对端口电压分别进行采集和监测，并通过CAN网络将采集到的数据发送到汽车仪表盘，为车辆状态量实时监测提供数据来源。

关键词：纯电动车，电池管理系统，电池状态，STM32F103VB

Abstract

With industrial development and social demand, vehicle of

social progress and

economic development play important roles. Although the rapid development

of

automobile industry promote the machinery, energy, rubber, steel and other important

industries, it is increasingly faced with environmental pollution, energy shortages and

other serious problems.

With the merit of zero-emission, and low noise, the pure electric vehicles which

新能源汽车电池管理系统的设计与实现

随着全球能源危机的加剧和环境保护意识的提高，新能源汽车成为了解决交通污染和能源稀缺问题的重要选择。而新能源汽车的核心部分之一就是电池管理系统（Battery

Management System，简称BMS），它对电池的充电、放电、温度管理和安全保护等起着至关重要的作用。本文将探讨新能源汽车电池管理系统的设计与实现。

一、概述

新能源汽车电池管理系统是为了监测、控制和保护电池组而设计的，主要包括硬件和软件两个方面。硬件部分主要是传感器、控制器和外围电路等组成，而软件部分则负责对电池的状态进行监测、控制和保护。

二、功能

1. 电池状态监测：BMS需要实时监测电池组的电压、电流、温度和SOC（State of Charge）等核心参数，以确保电池正常运行并提供准确的电池状态数据。 2. 充电管理：BMS需要实现对电池组的充电控制，包括充电过程中的电流、电压和温度控制，以及充电终止条件的判断。

3. 放电管理：BMS需要实现对电池组的放电控制，包括放电过程中的电流、电压和温度控制，以及放电终止条件的判断。

4. 温度管理：BMS需要监测和控制电池组的温度，当温度过高时能够及时采取应对措施，以防止电池过热损坏。

5. 安全保护：BMS需要监测电池组的安全状态，当出现过充、过放、过温等异常情况时，能够及时切断电源并采取相应措施，保障电池组和车辆的安全。

6. 数据通信：BMS需要与车辆的其他系统进行数据通信，如车载娱乐系统、电动驱动系统等，以实现电池状态显示和监控功能。

三、设计原则

1. 可靠性：电池管理系统是保障电池安全和长寿命的关键组成部分，设计需考虑各种异常情况和失效状况，确保系统能够稳定可靠地工作。

2. 高精度：要求对电池状态的监测和控制能够达到高精度的要求，以保证系统对电池组的运行状态能够准确把握。 3. 灵活性：电池管理系统需要适应不同类型和规格的电池组，设计需具备一定的灵活性和可扩展性，以满足不同车型和应用场景的需求。