電動汽車電池管理系統(tǒng)中傳感器技術(shù)應(yīng)用研究

劉陽勇

摘要：電動汽車的出現(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。電動汽車的廣泛推廣可以大大減少汽車對于石油能源的依賴，更加環(huán)保和節(jié)能。然而，在實際的電動汽車發(fā)展過程中依然存在不少問題需要解決，因此，對于電動汽車發(fā)展的瓶頸問題進行探究具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：電動汽車;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汽車的核心，直接關(guān)系到車輛壽命、行駛里程、車輛經(jīng)濟性、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)控的準確性、執(zhí)行動作可靠性則依賴各類傳感器，故對于傳感器技術(shù)的研究與分析尤為必要。

1電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀概述

電動汽車指的是以電源為動力進行正常行駛的車輛，同時電動汽車與傳統(tǒng)汽車同樣需要遵守交通法規(guī)，符合各項規(guī)定。然而，目前我國電動汽車的發(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)達國家電動汽車行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)良好態(tài)勢，無論規(guī)模還是技術(shù)方面都遠超我國，我國電動汽車的發(fā)展更多的依靠政府出臺的各種激勵政策，單純依靠政策的支持對于電動汽車的發(fā)展來說十分有限，如何通過技術(shù)方面的提升來促進人們對于電動汽車的認可和選購才是更關(guān)鍵的問題。

2電動汽車電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)BMS是電動汽車動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，分析動力電池的運行狀態(tài)，實現(xiàn)電池保護。BMS的功能主要包括：①數(shù)據(jù)采集，對電池單體電壓、溫度、工作電流等信息進行采集;②能量管理，利用容量積分法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)電池的SOC估計;③均衡管理，動力電池是由一定數(shù)量的單體電池組合而成，單體電池的性能不同，會導(dǎo)致動力電池在使用時出現(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，采用恰當?shù)木獠呗?，保證電池組正常運行時的性能均衡;④熱管理，通過冷卻系統(tǒng)降低動力電池內(nèi)部溫度，以延長壽命;⑤數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)BMS中的主控板與檢測板、BMS與上位機、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，及時發(fā)現(xiàn)故障，提醒BMS采取相應(yīng)的處理措施。

3電動汽車電池管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.1電動汽車BMS的硬件設(shè)計

3.1.1電源部分的設(shè)計

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

在DC-DC電源充電平衡的根基上設(shè)計均衡組件。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作，通過阻擾原件光耦阻隔芯片矩陣，來操縱電能動向用來達到阻隔電磁干涉，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，以達到平衡電量的目的。

3.2電動汽車BMS的軟件設(shè)計

3.2.1溫度采集程序設(shè)計

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總線將默認狀況信息傳遞到總線控制器模塊，DS18B20傳感器歸位，同時進入預(yù)備姿態(tài)，然后對電池溫度的丈量，并將其改變成現(xiàn)實的參數(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

充電機向MCU發(fā)送充電要求，MCU接受到充電要求后對電池狀況進行檢查，按照檢查成果決意是否要給電池充電。若通過充電要求，BNS不會立刻充電，而是按照當前電池的狀況判定是否需要充電。倘若需要進行充電，經(jīng)線路閉合方可充電。然后實時反饋電池電壓，當電壓值接近3.5V而且維持1秒左右時，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。可分為開環(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。傳感器輸出信號為副邊電流，和原邊電流（輸入信號）成正比，數(shù)值較小，需進行A/D轉(zhuǎn)換?；魻栯娏鱾鞲衅骷ジ衅?、分流器優(yōu)點于一身且結(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，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不再需要進行溫度補償，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，為電動車帶來極佳的安全性與經(jīng)濟性。

4.3位置傳感器

BMS中的位置傳感器是一項《電池溫控管理系統(tǒng)及電動汽車》實用新型專利當中提到的，目前在電動汽車中尚未廣泛應(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，用于對冷卻液相對于膨脹水壺液面位置進行檢測，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個浮漂，并在每個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，BMS及時調(diào)節(jié)控制主水泵與副水泵進行切換運行。

結(jié)束語

隨著國內(nèi)外電動車產(chǎn)業(yè)的不斷升級，越來越多的傳感器技術(shù)將會應(yīng)用到電動汽車、BMS當中，企業(yè)應(yīng)當把握良機為市場生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)、更廉價的電動汽車產(chǎn)品和BMS。當然在新的傳感器技術(shù)支持下，BMS也會由現(xiàn)在的“硬件+算法”體系升級到“數(shù)據(jù)+主動式管理”體系。

參考文獻

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