基于單片機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉丹妮 申建武

摘要：本文設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)是以STM32F101為主控處理器，與之配套CAN總線(xiàn)和各個(gè)電池參數(shù)數(shù)據(jù)采集單元，同時(shí)具有分析數(shù)據(jù)與儲(chǔ)存功能，還有方便的PC端接口，可以更方便人們了解車(chē)輛的工作情況;同時(shí)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(duì)于整體車(chē)況的了解。此次設(shè)計(jì)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(dòng)汽車(chē)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(jī)汽車(chē)在世界上的保有量在不斷增加，使得人類(lèi)面臨著生物能源短缺、氣候逐年變暖、大氣和水的污染越來(lái)越嚴(yán)重等問(wèn)題。人類(lèi)必須想辦法來(lái)解決這些問(wèn)題。各國(guó)面對(duì)著日益嚴(yán)峻的節(jié)能減排壓力，尋找新的技術(shù)、開(kāi)發(fā)低污染甚至零污染的清潔汽車(chē)成為了解決以上問(wèn)題的有效途徑。因此各國(guó)相繼出臺(tái)了適合本國(guó)國(guó)情的新能源電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推廣本國(guó)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。主要因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)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(diǎn)。電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)無(wú)疑對(duì)于保護(hù)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(chēng)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(xiàng)參數(shù)，可以防止電池的過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，還可以監(jiān)控電池的各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，可以根據(jù)電池狀態(tài)進(jìn)行故障診斷和報(bào)警，同時(shí)電動(dòng)汽車(chē)在充電樁或家里充電的時(shí)候，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電器和電池的溫度，防止過(guò)熱。同時(shí)可以實(shí)時(shí)管控充電樁或充電器輸入的電壓電流，更好的保護(hù)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載蓄電池，可以防止車(chē)載蓄電池因短路引起自燃，避免帶來(lái)財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失，保障人們生命安全。

3. 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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

3.1電池控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電池控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)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(jì)如圖1所示

3.2電池參數(shù)采集監(jiān)控單元設(shè)計(jì)

其中包括溫度監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)，充放電電流監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)，電池電壓監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)。如圖分別是單個(gè)溫度采集器工作圖，單個(gè)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(jì)

本設(shè)計(jì)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(dá)36MHz，完全可以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)管理系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。存儲(chǔ)器則是高達(dá)128K字節(jié)的高速閃存，完全可以快速的記錄下電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)各種數(shù)據(jù)。同時(shí)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(xiàn)單元設(shè)計(jì)

CAN總線(xiàn)，又可叫做CAN通訊總線(xiàn)。CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡(jiǎn)稱(chēng)，最早于1983年德國(guó)BPSCH公司為汽車(chē)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)，用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)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(dòng)汽車(chē)內(nèi)部CAN總線(xiàn)的重要組成部分。電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部CAN總線(xiàn)的總構(gòu)成圖如圖4所示。

3.5顯示單元的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所選用的顯示屏是DM12864M，它本身自帶漢字庫(kù)，省去了后期繁瑣的漢字破解或漢字庫(kù)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(duì)整車(chē)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(jì)

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(shí)現(xiàn)同步進(jìn)行，因?yàn)橹魈幚砥鱏TM32F101的性能完全可以同時(shí)進(jìn)行，這樣可以大大減少程序的反應(yīng)時(shí)間，更加快速的完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高整車(chē)的電池管理系統(tǒng)的安全系數(shù)。STM32F101在接受到信號(hào)之后要進(jìn)行一個(gè)判斷，判斷這些數(shù)據(jù)是否超過(guò)各廠(chǎng)商所生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部元器件規(guī)定的數(shù)據(jù)閾值，然后進(jìn)行判斷是否發(fā)出警報(bào)，這也是全車(chē)的重中之重。

4.1CAN總線(xiàn)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(gè)流程。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號(hào)可以更加方便主控處理器STM32F101進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的分析，同時(shí)可以方便FM24C16進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

5. 總結(jié)

本設(shè)計(jì)是一種純電動(dòng)汽車(chē)的電池管理系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)擁有溫度、電流、電壓采集單元，同時(shí)具有中央控制處理器、存儲(chǔ)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(guò)CAN總線(xiàn)的連接使各單元成為一個(gè)總體，并且盡量減少布線(xiàn)面積，減少線(xiàn)路自身流過(guò)電流所產(chǎn)生的溫度上升，同時(shí)可以留出大量面積增添其他元器件。旨在設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)在安全性、精準(zhǔn)度不下降的情況下采用最經(jīng)濟(jì)的元件，可以進(jìn)行大規(guī)模的量產(chǎn)。降低電池管理系統(tǒng)整體的造價(jià)和售賣(mài)價(jià)格，遵從我國(guó)對(duì)新能源汽車(chē)的大力推廣與扶持。

參考文獻(xiàn)

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