电动汽车电池组管理系统关键电路的研究与设计

发布时间：2020-09-10 17:42

　　为了减轻传统汽车排放有害尾气给环境所带来的压力,新能源汽车应运而生,其中电动汽车便成为其典型的代表。电池组管理系统作为电动汽车的重要管理系统之一,已经逐渐成为国内外各企业和高校的重点研究目标。功能齐全、性能优异的电池组管理系统不仅能够优化电池组的性能,还能够在电池组出现任何异常情况时对其进行保护,从而保障电池组使用的安全性和长寿性,同时也可以提高电动汽车的使用效率和驾驶过程中的安全性,并实现电池电量和能源利用的高效性。因此,对电池组管理系统技术的研究需要不断深入。基于现有的电动汽车电池组管理系统,本文针对电池组管理系统在串行通信、级联应用和均衡管理中存在的问题,对电动汽车电池组管理系统中的关键技术电路进行研究与设计,其中主要包含隔离式串行通信技术电路、电池组级联技术电路和均衡管理技术电路。由于电动汽车在行驶过程中需要及时反馈电池组使用信息,因此本文提出隔离式串行通信接口技术。通过隔离传输的方式减少电动汽车在行驶过程中数据传输时所遇到的各种复杂的干扰情况,保证数据之间能够稳定有效地进行传输,提高了驾驶的安全性;对于电池组级联应用,需要在减小电路设计复杂性的同时,提高信号传递的可靠性,本文提出了两种电池组级联技术,其中包括隔离式级联技术和非隔离式级联技术。此外,电动汽车电池组中电池电量的一致性至关重要,若电池组电池电量之间存在不一致性,会带来严重的安全隐患。因此,本文设计了两种被动均衡的方式,能有效地降低系统的复杂性并提高系统的可靠性,同时也为电池均衡管理提供强有力的支撑。本文采用0.18μm BCD工艺进行设计,先分别对隔离式串行通信技术电路、电池组级联技术电路和均衡管理技术电路进行了详细的描述和分析,其中,隔离式串行通信接口电路主要包括脉冲鉴定与转换单元、叫醒单元、信息发送单元与信息接收单元。最后对各个模块电路进行仿真验证,并同时给出隔离式串行通信接口电路的版图设计以及基于Modelsim软件和NC-Verilog软件的仿真结果。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

电池组,管理系统

第二章电池组管理系统技术与方案研究（2）集中式电池组管理系统：集中式电池组管理系统是将各个功能模块都放在一个电池组管理系统中，该系统结构相对比较简单、成本较低、通信更简易，但是这种管理系统比较适合电池包容量比较小、模组及电池包形式固定的场合[33]。集中式电池组管理系统是将电池参数采集和主控器集中在一起的一种管理系统，它集中了电池参数监测、电池剩余电量估计、过充、过放、数据处理与数据通信等主要功能。集中式管理系统的缺点是连线较长，使其在设计布线时较复杂，而且在均衡时导线上会存在一定的压降，整个系统所能支持的通道数量也是有一定限制的。但是这种方式成本低，并且可以节约成本和空间，连线也比较方便，有利于信息的传输和资源利用。雪佛兰的 Bolt 采用的就是集中式管理系统。

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2）充电可控性：电池组管理系统可以根据电池的特性，控制充电器按其式进行充电，保证电动车的续航里程。3）放电可控性：电池组管理系统可以根据电池的电压、温度和放电电流析后来控制电池组的放电程度，保证电池和驾驶员的安全。4）一致性：当电池组内单体电池电量之间出现不一致时，可以采用动态池的使用寿命[36]。5）可靠性：电池组管理系统由专用采集芯片和单片机组成，其可靠性高对电池和电池组管理系统自身的诊断功能。6）易维护性：电池组管理系统具有信息储存和诊断功能，当电池出现问速定位，并且能够预测电池的健康状况，方便对电池进行维护。7）实时监控性：电池组管理系统具有人机互动界面，可以直观地实时监观测电池的一致性。

检测方式,电池电压

（a）共模电池电压检测方式（b）差模电池电压检测方式图 2.3 电池电压检测方式（2）电池电流检测技术电池电流检测的方法一般有霍尔电流传感器检测和分流器检测两种方法。霍尔传器检测电流的方法是利用霍尔元件，将一次侧电流通过一定的比例关系输出相应的流，霍尔传感器的作用是能够让动力线穿过，具有隔离作用，并且安全性和可靠性高分流器检测实际是利用一个小电阻，当电流流过该电阻会有一定的电压产生，让系统行电流采集处理。分流器电流检测的方法优点是具有更好的线性度，成本也较低，但由于分流器是直接接触系统主回路，需要一定的绝缘保护措施。（3）电池温度检测技术当电池组工作在温度过高或者温度过低的环境中时，都会对其产生不同程度影响有时甚至会危害电动汽车的行驶安全。当电池组工作温度过高时，电池组的寿命会明缩短，甚至会出现严重损坏的现象。电池组温度过低时，能量的利用率降低，严重时

【参考文献】