电动汽车动力电池状态实时监测系统构建探究

蒋松云

【摘 要】近年来,电动汽车在我国也得到了快速发展,其中,电池管理问题成为汽车行业内的关注热点,电池状态的实时监测至关重要,本文对电动汽车动力电池状态的监测系统进行探究,以期能够为电动汽车的电池实时监测提供帮助和借鉴.%In recent years,electric vehicle has also been developed rapidly in

China,among which,battery management has become a hot spot in the automotive industry,the real-time monitoring of battery status is very important,this paper explores the status of electric vehicle power battery monitoring system,in order to provide help and reference for the real-time monitoring of electric vehicle battery. 【期刊名称】《电子测试》 【年(卷),期】2017(000)014 【总页数】2页(P26-27)

【关键词】电动汽车;零排放;汽车领域;实时监测 【作 者】蒋松云

【作者单位】湖南汽车工程职业学院,湖南株洲,412001 【正文语种】中 文

近些年，电动汽车快速发展，而电动汽车发展的核心技术就是电池、电机和电控，而电动汽车的电池对电动汽车的性能起着决定性影响，同时在汽车的实际运行中及

时掌握电池的实时状态参数对电动汽车的运行维护具有十分重要的意义。本文在国内外现有电动汽车监控系统的基础上，设计了一套电动汽车电池监控系统。 1.1 系统结构框架

电池管理系统如图1所示，主要由以下几部分组成：电压监测模块、电路监测模块、绝缘性监测模块、温度监测模块、故障报警模块、CAN总线模块、MCU控制单元、显示单元、供电模块等。 1.2 主控芯片的选择

因为监测系统的电池连接方式是串联，并且电池组的单体电池数量大，所以需要收集、整理的相关信息量也大，需要处理的数据量多，同时，数据运算难度大，一个模块与其他模块之间数据信息交互量大，交互运算十分复杂，所以要选择集成度高，而且能够快速运算数据，可以有效保证运算结果准确性的处理器作为实时检测系统的主要控制芯片，结合此处的需求可知，纯电动汽车电池管理系统需要的是一款带有AD功能、具有CAN通讯功能的单片机，因此我们选择了基于增强型51内核的STC系列的单片机STC12C5A60S2，STC12C5A60S2是STC生产的一个集成性高效的信号处理性的单片机，依靠其丰富的片内资源，完全可以达到我们想要的几乎全部的要求。 1.3 电源模块

电源部分是极为重要的，因此我们需要认真进行设计，使电源部分尽可能的稳定。电动车的整车供电采用的是12V输出，单片机部分需要一个5V的可靠电源，OZ0 芯片需要进行电池检测，因此需要一个尽可能宽的电压，需要±15V，风扇和蜂鸣器电压+5V。各个芯片通过 DC-DC转换获得供电电压，并能起到隔离抗干扰的作用。+5V 电压通过LM2956 转换。 1.4 电压监测模块

随着相关技术的发展，电压监测的方法也逐渐增多，目前使用频率最高、最为精准

的有以下四种，第一种是直接监测，即单体电池经过保护电路以后，将其直接送给AD，对电池信号进行检测，这一过程中，不需要度单体电池进行任何的隔离，也无需任何环节与程序的切换，直接监测法，不仅可以为每节电池单独设置监测模块，同时还能够利用专用芯片对所有电池进行监测。第二种是电阻分压法。第三种是光耦隔离监测法，此种方法原理简单，但是，需要使用许多光耦合器，此外，其电路复杂程度大，传输比的误差大，容易导致测量结果与真实数据之间存在较大差异。第四种是飞度电容法，使用的继电器数量交过，同时，其电路设计也较为复杂，更为重要的是，其中还会涉及到分组电压，对电阻的要求较高，特别是电阻的精度，因此，此种方法的使用频率较低。OZ0芯片含有电池电压巡查电路，这些电路集成了多路单体才构成，根据图3的设计，主要是把转换好的数据借助总线传送到STC-12C5A60S2。鉴于OZ0 芯片巨头能够自动平衡的功能。电路由两部分组成，单体电压的采集电路，还有另一种电路叫做均衡电路。 1.5 电流监测模块

电流作为估计电池相关的容量以及参数，所以系统对电流的采集有很高的要求，不仅要保证采样中电流由高精度，同时要求必须具有较强的抗干扰能力。在本系统中,电流是通过测量外部传感电阻两端的电压来实现的。系统采用由LAM公司生产的多量程电流传感器LA-28NP,原边电流提供了5A～25A间5种选择,可通过不同的接线方式灵活设置,副边电流为25mA ,采样电阻R取4.7Ω。实际电流=±(K*电流寄存器的绝对值)/R*4096 ,K为互感器变比,±取决于电流寄存器的符号位。 1.6 温度监测模块

在此模块中，使用的传感器为DS18B20，其优点明显，一方面，体积小，性能稳定，另一方面，不易受外界因素影响，可以直接对温度进行检测，无需外围电路的支持。改传感器能够实现同时进行温度测量以及转换的目标，然后，可以将电路温度的测量结果，存在进对应的数据信息库当中，在读取电路温度时，实时监测系统

要先发送所要读取的传感器序号，接受到序号后，到对应的数据信息库中查找数据，读取温度。 1.7 绝缘性监测模块

电动汽车电池电压一般在300V以上，为了保证电动汽车的用电安全，电池组高电压系统必须与汽车地盘之间的绝缘线必须稳定可靠，否则会危及乘客的人身安全，因此实时监测高压电池组与汽车底盘直接的电气绝缘性能，对保证乘客安全、电气设备正常工作和车辆安全运行具有重要意义。本系统中采用对电池组正端对汽车底盘的电压和动力电池负端对底盘的电压分别进行采集，并提供给控制单元，控制单元根据采集到的信息输出绝缘检测控制信号，分别对电池正、负极绝缘性进行监测。

1.8 CAN总线通信模块

CAN最先是由德国Bosch 公司在上世纪设计的，专门应用于汽车电子的一种新型总线。经过了三十多年的验证，可以知道CAN总线是一个非常好的总线标准，本设计中主要采用控制器、光耦隔离电路和 收发器IC等部分构成了CAN总线的接收电路。我们使用的STC12C5A60S2单片机是支持CAN总线的MCU，输出后的信号经过了我们外部的驱动器连接了CANH和CANL。同时因为汽车电子的干扰是很大的，因此我们使用了光耦进行了信号的隔离。对于收发芯片的选择，我们使用采用 82C250 芯片，工作电压为5V。能够对CAN 控制器提供接收功能，同时对总线也有差动发送数据的能力，作为控制器上的物理总线之间的接口。 1.9 报警模块

在该系统设计中，为方便了解电池组运行情况,主控单元中电路板上设置了指示灯及蜂鸣器来显示不同的电池故障。发光二极管可以作为指示灯选用。选用LED灯来代表的故障显示。故障分为的两级是临界故障及严重故障。如果发生临界故障的情况下,对应的故障指示灯将会闪烁。如果发生严重故障时,对应的故障指示灯将常

亮。如果无故障发生时,所有的指示灯都熄灭。

对于系统软件设计而言，主控流程是不断循环的，主要应用作用是对电池组的电压，以及电池组的电流温度等相关的电池信息、电池状态进行实时的监测，同时，承担报警工作，若是电流过高，或者是电池温度过高时，发出警报。对系统实时监测得到的数据信息进行存贮，为上位机的信息采集提供便利。

在实时监测系统通电后，第一步，是要对各个模块进行初始化，检查模块是否可以正常运转，第二步，进入主循环，首先，监测主电路的电流，若是主电路中有电流经过，则发出警报，若是电流过高，则会切断系统的主电路；其次，监测单体电池的温度，当温度过高时，也会发出警报，在温度达到一定数值时，则会自动切断主电路；再次，监测电池的电压，对过电压的处理与上述内容一样；最后，将得到的所有测量结果存储，并将电池的温度，以及警报信息进行显示。经过上述工作流程后，可以实现对电动汽车动力电池的监测。

笔者立足自己的工作实践，对电动汽车动力电池状态的实时监测系统的构建进行了探究，电动汽车动力是我国汽车领域未来发展的主要趋势，因此，汽车研发设计企业以及相关工作人员要采用先进技术，利用先进理念，采取有效措施，构建出科学性、合理性的电动汽车动力电池的实时检测系统，促进电动汽车的发展与进步。

2017年6月14日，R&S公司在北京举办了“引领5G测试-R&S 5G测试技术研讨会”，会议期间来自R&S公司德国的专家及中国本地专家在系列演讲中和参会嘉宾一起畅谈了4G到5G的技术演进和新技术。5G增强移动宽带场景下的有源天线阵列波束成形测试，毫米波宽带测试；5G海量机器通信场景下的蜂窝物联网及其他无线物联网技术的测试；5G高可靠低时延场景下的车辆网测试，及网络安全测试等方面的内容。会议期间，参会嘉宾饶有兴趣地参观了现场搭建的利用R&S®SMW矢量信号源和R&S®FSW信号分析仪在60GHz频段的802.11ad

宽带毫米波信号； R7S®CMW200A综合测试仪测试NB-IoT及eMTC被测终端；由NRPM功率探头组构成的28GHz频段的5G信号波束成形OTA测试；以及28GHz频段的V5G 信号产生（R&S®SMW200A矢量信号源）和（FSW信号分析仪）分析等5G测试演示。 【相关文献】

[1]李晓辉,张向文,侯少阳.电动汽车动力电池状态远程监测系统设计[J].计算机工程与应用,2016. [2]徐锦超.电动汽车动力电池实时在线监测系统及SOC估计[D].广东工业大学,2014. [3]郭航.纯电动汽车电池管理系统的研究[D].南昌大学,2011.

[4]朱正礼,任少云.CAN总线系统在电动轿车上的应用[D].汽车工程.2013.