劉 燕，李雪如，孟德濤，孟凡文

（濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272000）

1 研究背景

節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為制造業(yè)的主題之一，推土機(jī)產(chǎn)業(yè)本著綠色動(dòng)力、節(jié)能環(huán)保的理念，向純電動(dòng)方向進(jìn)軍。目前，發(fā)展純電動(dòng)推土機(jī)面臨的四大核心問(wèn)題：①電池排布問(wèn)題，推土機(jī)的可用空間有限，沒(méi)有底盤這樣的整體平整空間，平鋪電池；②受推土機(jī)馬力的限制，電池組的總數(shù)選擇有限制，電量有限，工作所需的能耗較大，故工作時(shí)間約2h 左右；③電池管理系統(tǒng)與整車控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，不利于相關(guān)功能的擴(kuò)展，整車控制器不能根據(jù)不同的工況對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

針對(duì)上述問(wèn)題，本論文設(shè)計(jì)了一款電動(dòng)推土機(jī)的控制系統(tǒng)，通過(guò)集成化設(shè)計(jì)，使純電動(dòng)推土機(jī)達(dá)到適應(yīng)性、拓展性強(qiáng)，安全性高，能耗低的目的。

2 純電動(dòng)推土機(jī)電池管理系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

純電動(dòng)推土機(jī)電池管理系統(tǒng)將動(dòng)力電池管理控制功能設(shè)計(jì)到整車控制器中，相關(guān)電路和散熱管理也集成到整車線路中，整體設(shè)計(jì)包括整車電器控制線路、整車控制器、電機(jī)控制器、整車顯示器、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、單體BMS6 等部分組成，如圖1 所示。

圖1 純電動(dòng)推土機(jī)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

該系統(tǒng)通過(guò)上述6 大部分的相互配合，改變?cè)瓉?lái)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性問(wèn)題，集成化設(shè)計(jì)有利用整車控制器進(jìn)行動(dòng)力電池的相關(guān)控制、顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸，并將結(jié)合具體工況和動(dòng)力電池情況進(jìn)行電機(jī)功率輸出控制，系統(tǒng)的具體特點(diǎn)如下。

1）集成化設(shè)計(jì)，將動(dòng)力電池管理控制功能設(shè)計(jì)到整車控制器中，相關(guān)電路和散熱管理也集成到整車線路中，減少動(dòng)力電池及配件排布所需要的空間。

2）打破控制壁壘，各個(gè)部分之間的控制和通信都是雙向的，整車控制器具有最高控制權(quán)。

3）節(jié)約能耗，減少能量浪費(fèi)，控制器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)情況判斷是否需要單體BMS 的電路和整車保護(hù)電路的開啟，這樣可以節(jié)約一些不必要的電路能量消耗。

4）針對(duì)性控制，增加BMS 開啟電路，對(duì)單體BMS 由整車控制器進(jìn)行控制，除了能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取功能外，還可以對(duì)內(nèi)部單個(gè)BMS 進(jìn)行具體控制操作。例如當(dāng)檢測(cè)到某塊單體電池溫度超過(guò)一定數(shù)值后，可進(jìn)行開啟單體內(nèi)部保護(hù)電路的方式，加之控制水泵的排水量散熱的方式進(jìn)行加速散熱并對(duì)整體功能進(jìn)行保護(hù)。

5）整車控制器通過(guò)讀取單體電池的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和轉(zhuǎn)化，通過(guò)CAN 線發(fā)送給整車顯示器進(jìn)行電池組數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并能對(duì)單體進(jìn)行報(bào)警提示，增強(qiáng)人機(jī)交互性能。與此同時(shí)，還利用Server 服務(wù)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄和分析，方便獲取整車數(shù)據(jù)，為組建相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)打下基礎(chǔ)。

6）整車控制器在獲取了動(dòng)力電池組的信息后，根據(jù)電池組的狀態(tài)，及實(shí)車的工況，預(yù)判電池組的剩余工作時(shí)間，當(dāng)電量達(dá)到一定數(shù)據(jù)后要結(jié)合電機(jī)控制器進(jìn)行限功率輸出設(shè)計(jì)，保證整車工作在合理的匹配狀態(tài)。

2.3 單體電池管理系統(tǒng)

單體電池管理系統(tǒng)受整車控制器的控制，并加入系統(tǒng)開啟電路環(huán)節(jié)。單體電池管理系統(tǒng)主要由電池狀態(tài)檢測(cè)電路、電池狀態(tài)分析電路、電池安全保護(hù)電路、能量控制管理電路、電池信息管理電路組成。與常規(guī)單體電池管理系統(tǒng)相比，功能更加齊全。具體組成結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 純電動(dòng)推土機(jī)單體電池管理系統(tǒng)（BMS）電路組成

通過(guò)上述電路的設(shè)置，檢測(cè)到動(dòng)力系統(tǒng)的總電流、總電壓、總絕緣電阻信息并傳遞到總的電池管理系統(tǒng)，總系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算分析，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)電路的控制，通過(guò)CAN 總線接收到各個(gè)分管理系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，估算分析，得出整個(gè)電池組的狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)單體電池需要來(lái)判斷是否開啟保護(hù)、均衡、維護(hù)或更換電池的操作。

與此同時(shí)，動(dòng)力電池組上的絕緣電路，連接電池組的正負(fù)極，用于檢測(cè)正負(fù)極對(duì)車體的絕緣電阻；保護(hù)電路串聯(lián)在動(dòng)力電池組的總電路上，在必要的時(shí)候斷開電池組的充放電回路；溫度管理電路用于檢測(cè)環(huán)境溫度等相關(guān)參數(shù)，必要時(shí)對(duì)電池組進(jìn)行升溫或降溫；總電流檢測(cè)電路時(shí)時(shí)檢測(cè)該動(dòng)力系統(tǒng)電流，總電壓檢測(cè)電路檢測(cè)該系統(tǒng)的電壓。6 大部分相互配合，純電動(dòng)推土機(jī)達(dá)到較強(qiáng)的適應(yīng)性、擴(kuò)展性和安全性，降低能量損耗。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提供了一種純電動(dòng)推土機(jī)電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，旨在通過(guò)集成化的設(shè)計(jì)，避免原來(lái)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立，將動(dòng)力電池管理控制功能設(shè)計(jì)到整車控制器中，結(jié)合整車系統(tǒng)中相關(guān)電路和散熱管理設(shè)計(jì)，利用整車控制器完成對(duì)動(dòng)力電池的相關(guān)控制、顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸，使得純電動(dòng)推土機(jī)能夠結(jié)合具體工況進(jìn)行電機(jī)功率輸出控制，使純電動(dòng)推土機(jī)達(dá)到適應(yīng)性、拓展性強(qiáng)，安全性高，能耗低的目的。