电动汽车蓄电池检测系统设计

电动汽车蓄电池检测系统设计

秦林柱

北京百正创源科技有限公司 北京市 100081

摘要：随着石油储量的减少和环境污染的加剧，燃油汽车终将退出历史的舞台。电动汽车由于无污染、高性能等优点，必将成为今后汽车发展趋势。现今蓄电池制造技术发展迅速，各种高性能的电池不断涌现，如锂离子电池，镍氢电池等。但在我国，大多数电动汽车依然应用铅酸蓄电池，因此本文以铅酸蓄电池为研究对象。本文对电动汽车蓄电池检测系统设计进行探讨。

关键词：蓄电池组；SOC估算；均衡控制

1研究意义

铅酸蓄电池的设计寿命为5-8年，但由于在使用过程中存在过热、亏损等问题，不但加剧了亏损蓄电池使用寿命的减少，同时也影响性能好的蓄电池的使用寿命，致使蓄电池使用2-3年即报废。因此，必须设计良好的电池管理系统对蓄电池性能参数在线实时检测，及时发现和更换故障电池，使电池组始终处于良好的工作状态。基于此，本文设计了一款电动汽车蓄电池检测系统，通过实时检测充放电电压、电流和温度等参数，并利用安时积分法对电池的SOC值进行在线估算，以提高电池组的使用效率，延长其使用寿命。

2系统构成

本检测系统主要由数据采集模块、数据处理模块、控制模块构成。系统通过数据采集模块获取电压、电流、温度等信号，发送给数据处理模块进行分析与处理，同时微处理器将分析结果发送给控制模块，从而对系统进行均衡控制和管理。电动汽车蓄电池检测系统原理框图如图1所示。

3硬件设计

本设计以32位嵌入式单片机STM32F103ZET6为控制核心。该单片机是意法半导体公司推出的一款超低功耗32位微处理器，工作频率高达72MHz。片内具有64KB的SRAM和512KB的闪存，以及多达112个快速I/O端口。

图1 蓄电池检测系统原理框图

3.1电压采集电路

本检测系统需采集单体电池电压和整个电池组的电压。单路电池电压的采集选用Linear公司的LTC6802电池状态检测芯片，其可在13ms内完成多达12节串联电池的电压测量。该芯片内含精确的电压基准、高输入的多路复用器、12位的ADC。同时，还有2路热敏电阻输入，用于检测电池组工作时的温度。LTC6802的应用电路简单，在此从略。电池组总电压的采集应用电阻分压法，通过同时采集电池组的最高电压和最低电压，由此计算两者电势差，从而得到电池组的总电压。电池组电压采集电路如图2所示。

图2 电池组电压采集电路

3.2电流采集电路

电流采集由霍尔电流传感器完成，主要通过检测霍尔元件两端压降从而计算出电流。主要由两个运算放大器TL072构成电压偏移电路和电压跟随器。电流采集电路如图3所示。

图3 电流采集电路

3.3均衡控制电路

电池充放电过程中，各单体电池的电压并不相同。当单体电池电压偏差超过50mV时，就会影响电池的使用寿命和采集数据的准确性。因此，必须采取均衡措施，以减小电池间的电压差，实现均衡充放电，从而延长电池使用寿命和提高采集数据的准确性。电池均衡控制电路有多种，本设计采用双向非耗散型均衡电路。均衡控制电路如图4所示。若电池BAT1电压高于BAT2，上桥臂Q1导通时，BAT1给电感L1充电；当Q1关断时，二极管D1导通，电感L1给BAT2充电，从而使两个电池电压平衡。反之，通过下桥臂Q2和D2的通断，实现能量的反向传递。其它单体电池间也是相同的均衡电路，最终实现了各电池间电压的平衡。

图4 均衡控制电路

4软件设计

4.1SOC估算

电池检测系统的关键在于SOC值的估算，从而估算剩余电量，以评估续航里程。SOC估算方法有多种，如开路电压法、安时积分法、内阻法、卡尔曼滤波法等，本设计采用安时积分法。安时积分法是将电池储存的电荷量看作是线性系统，通过电流对时间的积累来估算电池剩余电荷量。其计算公式为：

（1）

4.2软件开发

电动汽车蓄电池检测系统软件采用C语言编写，采用模块化程序设计，包括主程序、数据采集子程序、SOC估算子程序、均衡控制子程序和通信程序等。主程序流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

结束语

本文设计了一款基于STM32的电动汽车蓄电池检测系统。通过采集电压、电流、温度等信息，采用安时积分法估算SOC值，对电池组进行均衡控制。经调试和实验运行，各单体电池间电压均衡，各项参数稳定，提高了蓄电池的使用效率和寿命。

参考文献

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[2]刘保杰,王艳.电动汽车电池管理系统[J].电气自动化,2010,32(1):60-62.

[3]杨杰,唐炜.铅酸蓄电池多参数在线检测系统的设计[J].机械与电子,2020,38(5):64-68.