探析电动汽车大容量锂电池管理系统设计

　　现阶段，人们在电动汽车管理系统的设计中，逐渐将锂电池应用其中，以缓解资源匮乏和节能减排的压力，提高其可靠性和测量精度，且对电动汽车的模块化生产也有促进作用，最终推动锂电池电动汽车的快速发展。

　　1　大容量锂电池电动汽车管理系统的结构

　　大容量锂电池电动汽车管理系统的功能包括放电保护、智能充电控制、低温启动，恒压放电控制、温度补偿以及瞬间电力的负载管理等。其结构可概括如下。

　　管理系统的整个控制核心为AT89C52单片机，其利用管理电能质量的芯片DS2438对蓄电池进行数据处理和采样控制，同时还能实现输出报警信号、人机对话、输入控制命令、设置参数以及输出显示等;而DS2438能直接将蓄电池的电流和电压数据传递给单片机，不用通过光耦隔离;管理系统还利用RS232通信串口和上位机通信，使上位机运用VB编制通信界面的同时，也可将控制命令发送给单片机;每次计算后，管理系统还可使用AT24C02保存电池循环次数和电量值等数据;报警系统和显示系统分别使用发光二极管和共阳数码管。下图1为大容量锂电池管理系统结构框图。

　　2　大容量锂电池电动汽车管理系统的硬件设计

　　由上文可知，利用管理电能质量的芯片DS2438，能检测蓄电池的环境温度、电流以及端电压等，且DS2438的工作方式是特殊的单总线方式，因而数据的输出和输入只需要一根数据线即可完成。且其可为被测电池增设64位序列号，进而利用查询序列号的办法完成通信，达到一条总线多个DS2438的目的，以便体现硬件接线简单且功能强大等优势，从而有效监测蓄电池组的整个运行状态。

　　就DS2438外围接口的相关电路而言，因为DS2438必须控制在0-10V范围内输出电压，而蓄电池具有12V的额定电压，因而蓄电池的电压必须要在电阻分压后方可与DS2438的VAD端口进行连接。由于DS2438电流采集端需在-125-+125mV范围内输出电压，因而要通过电流传感器将电流的最大值转化为不超过DS2438范围的小电流，然后在1Ω精密电阻R4中将其输入给DS2438。

　　因为DS2438需要通过弱点电流输入信号，而电池属于大电流信号，无法直接进行测量。但霍尔传感器是一种感应式传感器，因而其输出的电流信号和原始电流信号之间保持着相对精确的一种线性关系，所以其在动力电池中可作为传输电流信号的有效传感器。

　　管理系统通过HRAH-S-DC5V继电器对电流传感器的关与开进行控制，因而能在一定程度上保护电流传感器。而HRAH-S-DC5V线圈具有5V的额定电压，且其电阻为55Ω，其中最小的动作具有10mA的电流。因此，为确保继电器正常运行，一定要利用三极管对其进行驱动，并运用2个继电器分别控制一个传感器的两个正负电压。

　　管理系统的存储器通过2K位将AT24C02和E2PROM进行串行，而AT24C02利用器件地址的A0、A1、A2输入端将多个AT24C02器件同时连接在一根总线上，且在A0、A1、A2接地时仅使用一片AT24C02。其中CLK和DATA是双向的，而其上拉电阻为4.7KΩ。因此，单片机就能利用正确时序和AT24C02交换数据了，AT24C02的功能在于存储电池参数和卡尔曼滤波结果。

　　3　大容量锂电池电动汽车管理系统的软件设计

　　管理系统软件主程序中，判断电池状态的子程序包括检测电池充电状态的子程序和检测电池放电状态的子程序两种。

　　检测电池充电状态的内容主要有电池回路电流、电池单体电压、电池组温度以及电池总电压等报警和故障信息，其中电池故障信息应采取电池安全管理措施，同时发送报警显示，而电池报警信息需经过适当处理后发送报警显示。

　　而检测电池放电状态的内容有电池回路电流、电量、电池组温度、电池单体电压以及电池总电压等报警和故障信息。其中电池故障信息应采取电池安全管理措施，同时发送报警显示，而电池报警信息需经过适当处理后发送报警显示。

　　4　相关实验分析

　　管理系统的实验测试过程中，实验对象锂电池应具有12V的额定电压、10Ah的额定容量。

　　由采集的电池管理系统电压实验数据可知，电池管理系统电压值和实际输出电压值之间的误差相对较小，这就表明电池管理系统电压的测量符合标准。

　　电池管理系统中的电流直接影响着电池的剩余电量。在实验测试过程中，测试电流值主要利用电池纯电阻的放电方式进行，即充分发挥电流传感器存在的线性特征，从而将放电导线以等比例方式贯穿于电流传感器中间，并用各种匝数模拟各种放电电流，最后对比电池管理系统的电流测试值和万用表值。比较结果为：电流越小，误差越大;随着电流增加，相对误差逐渐变小;电流较大时，相对误差比较稳定，一般不会超过2%，符合系统设计要求。

　　通过以下实验：根据大容量锂电池电动汽车的管理系统设计要求，将AT89C52单片机作为核心控制器，并将电流传感器作为电流转换设备，和管理电能的DS2438芯片连接在一起，同时对接口电路DS2438进行合理设计。此外，管理系统中的显示系统为16位数码管，并利用AT24C02外部存储器为电池管理系统保存放电时的相关信息。

　　可得出以下结论：电池管理系统的设计，能够实时监测电池状态，促使电池循环利用的同时，大大提高了大容量锂电池电动汽车的维护水平。

　　5　结　语

　　综上所述，锂电池管理系统可以有效处理锂电池的相关数据，进而判断其状态，并根据相关管理方法，实现锂电池的智能化管理，从而在延长电池寿命的同时确保其容量得以有效使用。

　　参考文献

　　[1]宋佐龙.电动汽车用电池管理系统的设计[D].青岛:中国海洋大学,2013.

　　[2]邓淑贤.电动汽车大容量锂电池管理系统设计[J].国外电子测量技术,2013(09):34-37.

　　[3]李建国.插式电动汽车电源管理系统及其均衡充电方法[J].科技风,2011(17):87-88,2500.