电动汽车用锂离子电池组均充管理系统研究

管理系统的分析

第３期（总第１７５期）

２００８年６月

车用发动机

ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥ

Ｎｏ．３（ＳｅｒｉａｌＮｏ．１７５）

Ｊｕｎ．２００８

电子控制

电动汽车用锂离子电池组均充管理系统研究

邱望标，黄克

（贵州大学机械工程学院，贵州贵阳

５５０００３）

摘要：针对动力锂离子电池数量众多、不易管理等问题，设计了基于Ｒｓ４８５总线多横向均充管理系统。为避免单体电池过充电，根据目前电池管理系统的发展现状，通过构建闭环控制系统，利用单片机控制的灵活性，以模糊控制规则和三段式充电理论为基础，提出了基于分只同时均充理念的电池管理系统。试验表明，谊系统实现了对单体电池的有效保护。

关键词：电动汽车｝锂离子电池；模糊控制Ｉ电池管理系统

中图分类号：ＴＰ２７１．４

文献标志码：Ｂ

文章编号：１００１—２２２２（２００８）０３一００４５一０３

随着世界石油资源的日益紧张和环境污染的不断恶化，节能环保的电动汽车已经成为举世关注的具有战略意义的产业。锂离子电池组作为电动汽车动力的主要（或部分）来源，其工作效率将直接影响整车的稳定运行。

目前，电池管理系统均采用整组式充电管理，易使某些单体电池性能下降甚至损坏，从而影响整组电池性能发挥，而且会增加电池维护及更换费用［１’２３；另外考虑到锂离子电池不允许过充电，充电管理时必须管理到单电池［３］。针对电池管理系统以上问题，提出电池组均充管理方案。

１

标定充电值后，主充模块停止工作，此时均充模块仍在工作，当某一只蓄电池充满后，该均充模块停止工作，其他均充模块仍在继续工作，直到所有蓄电池均充满为止。

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电池组均充管理系统

电动汽车（ＥＶ）用锂离子电池组数量庞大，可达

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数十组，所设计的管理系统的拓扑结构如图１所示。从图ｌ可看出，系统核心部分为锂离子电池组分只同时均充管理系统（ＢＳＭＳ）。每一ＢＳＭＳ均管理数只单体电池，形成ＢＳＭＳ阵列。各管理系统通过ＲＳ４８５总线进行数据通信，它们之间通信遵循Ｍｏｄｂｕｓ协议，可以根据电池实际只数添加ＢＳＭＳ，方便了系统的扩展。在主ＭＣＵ预留了ＣＡＮ总线接口，可以与汽车总控制室进行数据通信。

ＢＳＭＳ是由主充模块和为每个电池设计的均充单元模块构成，包括检测和充电两部分。系统框图见图２。具体工作过程是：首先主充模块、各个均充单元同时工作，对电池组充电，当某只单体电池达到

电池组均充管理系统拓扑结构

图２蓄电池组分只同时均充管理框图

主充模块满足电动汽车对蓄电池组大功率、快

收稿日期：２００７—１２—２２Ｉ修回日期：２００８－０５一１２

基金项目：贵州省重点科技攻关项目（黔科合ＧＹ字（２００６）３００８）

作者简介：邱望标（１９５８一），男，贵州省贵阳市人，教授，主要研究方向电子电气自动装置的研究与设计；ｈｋｌ２５ｃｎ＠１６３．∞ｍ．

管理系统的分析

车用发动机２００８年第３期

速充电的要求；均充模块是整个系统的关键，它主要是针对单体电池容量不一致性导致的能量分散这一问题对单体电池进行充电管理。

２

ＢＳＭＳ硬件设计

系统硬件包括控制模块和均充模块。

２．１控制模块设计

控制模块实现对电池充电状态量的数据采集和数据处理，并输出控制命令。以单片机实现智能管理，本研究从机选择ＰＩＣｌ６Ｆ８７，主机选择带ＣＡＮ通信接口的单片机，组建多通道Ａ／Ｄ转换电路，并设计ＳＰＩ接口电路，实现多ＭＣＵ的基于ＲＳ４８５总线的数据通信。另外根据需要添加ＣＡＮ总线控制器ＳＪＡｌｏｏｏ、ＣＡＮ总线接口芯片ＰＣＡ８２Ｃ２５０，以满足系统扩展的要求。２．２均充模块设计

根据ＢＳＭＳ的工作原理，设计如下均充模块

（见图３）。

电源

输入

电源

输入

电源输入

图３均充模块结构图

蓄电池系统是一个非线性、时变系统，难以构建精确ＰＩＤ控制器，因此考虑构建模糊控制器，形成闭环控制系统（见图４）。电池充电采用智能三段式充电方式，即充电过程分为快充、慢充、涓流充三阶段。电路原理图见图５。

图４模糊控制器

斩波开荚

图５充电单元原理图

充电单元模块工作原理是：在快充阶段，ＭｃＵ控制斩波开关导通，通过电流监控电路，以恒定电流（如充电量为１Ｃ）对电池充电，并控制快充时间，避免过充电；在慢充阶段，ＭＣＵ输出ＰＷＭ控制信号，控制半桥式变换电路以固定占空比导通，以恒定电压对电池充电，此时充电电流按指数规律下降，当电池电压上升到规定值时，结束慢充，进人涓流充阶段；此时单片机输出ＰＷＭ控制信号，充电器以约

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