劉陽勇

摘要：電動(dòng)汽車的出現(xiàn)為人們的出行提供了更多的選擇，相比傳統(tǒng)燃油汽車而言，電動(dòng)汽車更加符合綠色環(huán)保理念，也是我國汽車行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。電動(dòng)汽車的廣泛推廣可以大大減少汽車對(duì)于石油能源的依賴，更加環(huán)保和節(jié)能。然而，在實(shí)際的電動(dòng)汽車發(fā)展過程中依然存在不少問題需要解決，因此，對(duì)于電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸問題進(jìn)行探究具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;電池管理系統(tǒng);傳感器技術(shù);應(yīng)用;

引言

2020年全球電動(dòng)汽車銷量突破324萬輛，在汽車總銷量銳減五分之一的背景下，逆勢上漲43%，未來或?qū)⑷嫒〈加蛙?，市場潛力巨大。車載蓄電池作為電動(dòng)汽車的核心，直接關(guān)系到車輛壽命、行駛里程、車輛經(jīng)濟(jì)性、安全性，這一切又取決于電池管理系統(tǒng)的性能。而電池管理系統(tǒng)監(jiān)控的準(zhǔn)確性、執(zhí)行動(dòng)作可靠性則依賴各類傳感器，故對(duì)于傳感器技術(shù)的研究與分析尤為必要。

1電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀概述

電動(dòng)汽車指的是以電源為動(dòng)力進(jìn)行正常行駛的車輛，同時(shí)電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車同樣需要遵守交通法規(guī)，符合各項(xiàng)規(guī)定。然而，目前我國電動(dòng)汽車的發(fā)展還存在一些問題，很多人在汽車的選擇上依然以傳統(tǒng)燃油汽車為主，電動(dòng)汽車雖然有著良好的發(fā)展前景，但是想要超過傳統(tǒng)汽車還有很長的一段路要走。國際上不少發(fā)達(dá)國家電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)良好態(tài)勢，無論規(guī)模還是技術(shù)方面都遠(yuǎn)超我國，我國電動(dòng)汽車的發(fā)展更多的依靠政府出臺(tái)的各種激勵(lì)政策，單純依靠政策的支持對(duì)于電動(dòng)汽車的發(fā)展來說十分有限，如何通過技術(shù)方面的提升來促進(jìn)人們對(duì)于電動(dòng)汽車的認(rèn)可和選購才是更關(guān)鍵的問題。

2電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)BMS是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的核心組成部分，它利用測得的電壓、電流和溫度等信息，分析動(dòng)力電池的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)。BMS的功能主要包括：①數(shù)據(jù)采集，對(duì)電池單體電壓、溫度、工作電流等信息進(jìn)行采集;②能量管理，利用容量積分法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)電池的SOC估計(jì);③均衡管理，動(dòng)力電池是由一定數(shù)量的單體電池組合而成，單體電池的性能不同，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池在使用時(shí)出現(xiàn)一系列問題，因此，設(shè)置電壓或SOC為均衡變量，根據(jù)不同的硬件電路設(shè)計(jì)，采用恰當(dāng)?shù)木獠呗?，保證電池組正常運(yùn)行時(shí)的性能均衡;④熱管理，通過冷卻系統(tǒng)降低動(dòng)力電池內(nèi)部溫度，以延長壽命;⑤數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)BMS中的主控板與檢測板、BMS與上位機(jī)、BMS與車載控制器等之間的數(shù)據(jù)通信;⑥故障檢測診斷，檢測和診斷BMS中的傳感器、執(zhí)行器及其他元器件，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，提醒BMS采取相應(yīng)的處理措施。

3電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.1電動(dòng)汽車BMS的硬件設(shè)計(jì)

3.1.1電源部分的設(shè)計(jì)

汽車BMS主控板需要12V的電源電壓，主控板為單元板提供電源;收集電壓組件的參數(shù)信息，并將霍爾電壓傳感器的供電電壓提升至15V，DFA5-12D15的DC-DC電源把5V或12V的電源電壓提升到15V;3.3V或5V滿足單元板供電，WD25-12S05的DC-DC電源將12V供電電壓降低至5V電壓，再經(jīng)由通過LM1117-3.3的DC-DC電源再低至3.3V。

3.1.2均衡控制的設(shè)計(jì)

在DC-DC電源充電平衡的根基上設(shè)計(jì)均衡組件。電池組供給平衡體系的供電電壓，還能夠?qū)㈦姵爻潆妷航档偷綕M足單體電池供電的要求。均衡組件能夠處理并阻擾電磁干涉運(yùn)作，通過阻擾原件光耦阻隔芯片矩陣，來操縱電能動(dòng)向用來達(dá)到阻隔電磁干涉，平衡供給電能。電路中XRE10/24S05的DC-DC電源通過電池組取得電能，能夠把電壓從24V變換為5V，并把電池組接納的18-36V電壓降低至5V供給。供給單個(gè)磷酸鐵鋰電池的電壓不凌駕3.6V之上，需要通過KIS-3R33電源組件來降低每塊電池電壓，將5V的電源輸出電壓變換成3.3V供給。最后經(jīng)由過程MCU管控光耦芯片矩陣為低電量的單體電池供電，以達(dá)到平衡電量的目的。

3.2電動(dòng)汽車BMS的軟件設(shè)計(jì)

3.2.1溫度采集程序設(shè)計(jì)

溫度采納裝置選用DS18B20數(shù)字傳感器，Alone接口就能夠完成所有信息的交流。先還原溫度傳感器，經(jīng)由過程CAN總線將默認(rèn)狀況信息傳遞到總線控制器模塊，DS18B20傳感器歸位，同時(shí)進(jìn)入預(yù)備姿態(tài)，然后對(duì)電池溫度的丈量，并將其改變成現(xiàn)實(shí)的參數(shù)經(jīng)由過程寄存器保存，即完成一次溫度采集，再以輪詢體例完成其他部件溫度收集，最后把全部收集的參數(shù)整合并上傳。

3.2.2充放電控制程序設(shè)計(jì)

充電機(jī)向MCU發(fā)送充電要求，MCU接受到充電要求后對(duì)電池狀況進(jìn)行檢查，按照檢查成果決意是否要給電池充電。若通過充電要求，BNS不會(huì)立刻充電，而是按照當(dāng)前電池的狀況判定是否需要充電。倘若需要進(jìn)行充電，經(jīng)線路閉合方可充電。然后實(shí)時(shí)反饋電池電壓，當(dāng)電壓值接近3.5V而且維持1秒左右時(shí)，充電終了后開路MOSFET管。

4電池管理系統(tǒng)中傳感器應(yīng)用

4.1霍爾電流傳感器

霍爾效應(yīng)（HallEffect）傳感器變化的磁場轉(zhuǎn)為變化的電壓，其屬于間接測量?？煞譃殚_環(huán)式、閉環(huán)式兩類，后者精度較高?；魻栯娏鱾鞲衅骱喕穗娐?，僅要連通直流電源正負(fù)極，將被測電流母線穿過傳感器便完成主電路和控制電路的隔離檢測。傳感器輸出信號(hào)為副邊電流，和原邊電流（輸入信號(hào)）成正比，數(shù)值較小，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。霍爾電流傳感器集互感器、分流器優(yōu)點(diǎn)于一身且結(jié)構(gòu)更為簡單，但易受干擾，已不適用于越來越精密復(fù)雜的電動(dòng)車電源環(huán)境。

4.2穿隧磁阻效應(yīng)電流傳感器

穿隧磁阻效應(yīng)（TMR）電流傳感器是全新一代磁敏元件，較霍爾器件、各向異性磁電阻（AMR）、巨磁電阻（GMR）相比，其擁有能耗低、溫漂低、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠明顯改善電流檢測的靈敏度與溫度特性，故而在新一代電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)中，被用于全面取代霍爾傳感器。TMR電流傳感器在檢測電流時(shí)不再需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將-40℃～85℃環(huán)境下的溫度漂移總量由1%～2%降低到0.1%～0.2%。例如對(duì)于車載充電器的電流檢測與控制上，其能夠?qū)︺~排或?qū)Ь€電流的精準(zhǔn)檢測而使用芯片體積更小，精度、線性度、響應(yīng)速度和溫漂特性則更為優(yōu)化，為電動(dòng)車帶來極佳的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

4.3位置傳感器

BMS中的位置傳感器是一項(xiàng)《電池溫控管理系統(tǒng)及電動(dòng)汽車》實(shí)用新型專利當(dāng)中提到的，目前在電動(dòng)汽車中尚未廣泛應(yīng)用。位置傳感器主要是用于檢測BMS系統(tǒng)中水冷裝置中冷卻液面的位置情況。位置傳感器被安裝在冷卻水浮漂上，用于對(duì)冷卻液相對(duì)于膨脹水壺液面位置進(jìn)行檢測，得到膨脹水壺的出液口同所述液體的接觸情況。通常至少需要3個(gè)浮漂，并在每個(gè)浮漂上安裝位置傳感器，以便于車輛在經(jīng)過陡坡等路段或冷卻系統(tǒng)中存有大量氣泡時(shí)，BMS及時(shí)調(diào)節(jié)控制主水泵與副水泵進(jìn)行切換運(yùn)行。

結(jié)束語

隨著國內(nèi)外電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的不斷升級(jí)，越來越多的傳感器技術(shù)將會(huì)應(yīng)用到電動(dòng)汽車、BMS當(dāng)中，企業(yè)應(yīng)當(dāng)把握良機(jī)為市場生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)、更廉價(jià)的電動(dòng)汽車產(chǎn)品和BMS。當(dāng)然在新的傳感器技術(shù)支持下，BMS也會(huì)由現(xiàn)在的“硬件+算法”體系升級(jí)到“數(shù)據(jù)+主動(dòng)式管理”體系。

參考文獻(xiàn)

[1]朱永康，柏勁松.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)中傳感器技術(shù)應(yīng)用研究[J].汽車電器，2021（08）：17-20.

[2]許兵兵，寧杰.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（19）：214-215.

[3]趙書美，魏冬.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)控制問題研究[J].時(shí)代汽車，2021（17）：137-138.

[4]阮超鵬，敖銀輝.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與分析[J].汽車文摘，2021（06）：24-34.