劉丹妮 申建武

摘要：本文設(shè)計的電池管理系統(tǒng)是以STM32F101為主控處理器，與之配套CAN總線和各個電池參數(shù)數(shù)據(jù)采集單元，同時具有分析數(shù)據(jù)與儲存功能，還有方便的PC端接口，可以更方便人們了解車輛的工作情況;同時還有與此系統(tǒng)配套的顯示屏，可以顯示文字與圖像，更加能方便駕駛?cè)藛T對于整體車況的了解。此次設(shè)計在保證電池管理系統(tǒng)整體的性能和安全性的前提下，盡可能的使用高質(zhì)量、低成本的元器件，大大減少成本，適合在電動汽車上普遍使用。

關(guān)鍵詞：電池管理系統(tǒng);STM32F101;數(shù)據(jù)采集單元

1. 引言

隨著人民生活水平的不斷提高，傳統(tǒng)燃料內(nèi)燃機汽車在世界上的保有量在不斷增加，使得人類面臨著生物能源短缺、氣候逐年變暖、大氣和水的污染越來越嚴重等問題。人類必須想辦法來解決這些問題。各國面對著日益嚴峻的節(jié)能減排壓力，尋找新的技術(shù)、開發(fā)低污染甚至零污染的清潔汽車成為了解決以上問題的有效途徑。因此各國相繼出臺了適合本國國情的新能源電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略，大力推廣本國電動汽車行業(yè)的發(fā)展。主要因為電動汽車具有低噪聲、低熱福射、低排放甚至零排放的環(huán)境友好特點。電動汽車的出現(xiàn)無疑對于保護化石能源和減少空氣污染起到了重要作用。

2. 電池管理系統(tǒng)基本概述

電池管理系統(tǒng)（BMS）又可以稱為電池管家或電池保姆，它的主要作用是智能化管理蓄電池的每項參數(shù)，可以防止電池的過充電和過放電，延長電池的使用壽命，還可以監(jiān)控電池的各項參數(shù)的實時狀態(tài)，可以根據(jù)電池狀態(tài)進行故障診斷和報警，同時電動汽車在充電樁或家里充電的時候，可以實時監(jiān)測充電器和電池的溫度，防止過熱。同時可以實時管控充電樁或充電器輸入的電壓電流，更好的保護電動汽車車載蓄電池，可以防止車載蓄電池因短路引起自燃，避免帶來財產(chǎn)經(jīng)濟損失，保障人們生命安全。

3. 硬件系統(tǒng)的設(shè)計

電池管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計是電池管理系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。所以，好的電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計就顯得尤為重要，直接關(guān)系到電池管理系統(tǒng)的整體運行情況。

3.1電池控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

電池控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計可以劃分為幾大區(qū)域，分別為：數(shù)據(jù)采集區(qū)、中斷控制器、通訊顯示部分。電池控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示

3.2電池參數(shù)采集監(jiān)控單元設(shè)計

其中包括溫度監(jiān)測單元設(shè)計，充放電電流監(jiān)測單元設(shè)計，電池電壓監(jiān)測單元設(shè)計。如圖分別是單個溫度采集器工作圖，單個電池電壓數(shù)據(jù)采集圖，如圖2圖3所示。

3.3中央控制處理器單元設(shè)計

本設(shè)計采用的中央處理器是STM32F101，這款處理器的核心是32位的ARM的CPU，這款處理器的CPU最高工作頻率可達36MHz，完全可以滿足電動汽車管理系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)的實時處理。存儲器則是高達128K字節(jié)的高速閃存，完全可以快速的記錄下電動汽車內(nèi)各種數(shù)據(jù)。同時這款中央處理器還自帶LCD屏的并行接口，為連接顯示屏提供了快捷、方便。

3.4CAN通訊總線單元設(shè)計

CAN總線，又可叫做CAN通訊總線。CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡稱，最早于1983年德國BPSCH公司為汽車應(yīng)用而開發(fā)，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行之間的數(shù)據(jù)通信。電池監(jiān)控系統(tǒng)是電動汽車內(nèi)部CAN總線的重要組成部分。電動汽車內(nèi)部CAN總線的總構(gòu)成圖如圖4所示。

3.5顯示單元的設(shè)計

本設(shè)計所選用的顯示屏是DM12864M，它本身自帶漢字庫，省去了后期繁瑣的漢字破解或漢字庫捆綁軟件的更新。并且還可以顯示圖像信息，更加方便駕駛?cè)藛T對整車情況的了解。顯示屏顯示的內(nèi)容可以是電池剩余電量、電壓、電流數(shù)值等。

4. 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

溫度、電流、電壓和剩余電量這些數(shù)據(jù)的采集與傳輸可以實現(xiàn)同步進行，因為主處理器STM32F101的性能完全可以同時進行，這樣可以大大減少程序的反應(yīng)時間，更加快速的完成數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，提高整車的電池管理系統(tǒng)的安全系數(shù)。STM32F101在接受到信號之后要進行一個判斷，判斷這些數(shù)據(jù)是否超過各廠商所生產(chǎn)的電動汽車內(nèi)部元器件規(guī)定的數(shù)據(jù)閾值，然后進行判斷是否發(fā)出警報，這也是全車的重中之重。

4.1CAN總線內(nèi)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化流程

A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換流程是電充管理系統(tǒng)中很重要的一個流程。將模擬信號轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號可以更加方便主控處理器STM32F101進行對數(shù)據(jù)的分析，同時可以方便FM24C16進行數(shù)據(jù)存儲。

5. 總結(jié)

本設(shè)計是一種純電動汽車的電池管理系統(tǒng)。本設(shè)計擁有溫度、電流、電壓采集單元，同時具有中央控制處理器、存儲單元以及顯示單元，更加完善電池管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。通過CAN總線的連接使各單元成為一個總體，并且盡量減少布線面積，減少線路自身流過電流所產(chǎn)生的溫度上升，同時可以留出大量面積增添其他元器件。旨在設(shè)計的電池管理系統(tǒng)在安全性、精準度不下降的情況下采用最經(jīng)濟的元件，可以進行大規(guī)模的量產(chǎn)。降低電池管理系統(tǒng)整體的造價和售賣價格，遵從我國對新能源汽車的大力推廣與扶持。

參考文獻

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