中心議題：

• 電動汽車電池管理係統的硬件構成
• 鋰離子電池的SOC電量檢測

電動汽車是指全部或部分由電機驅動的汽車。目前主要有純電動汽車
、混合電動車和燃料電池汽車3種類型。電動汽車目前常用的動力來自於鉛酸電池、鋰電池、鎳氫電池等。

鋰電池具有高電池單體電壓、gaobinenglianghegaonengliangmidu
，shidangqianbinengliangzuigaodedianchi。danzhengshiyinweilidianchidenengliangmidubijiaogao
，dangfashengwuyonghuolanyongshi，jianghuiyinqianquanshigu。erdianchiguanlixitongnenggoujiejuezheyiwenti。dangdianchichuzaichongdianguoyahuozheshifangdianqianyadeqingkuangxia，guanlixitongnenggouzidongqieduanchongfangdianhuilu
，qidianliangjunhengdegongnengnenggoubaozhengdanjiedianchideyachaweichizaiyigehenxiaodefanweinei。此外

，還具有過溫、過流
、剩餘電量估測等功能。本文所設計的就是一種基於單片機的電池管理係統。

1 電池管理係統硬件構成

針對係統的硬件電路，可分為MCU模塊、檢測模塊、均衡模塊。

1.1 MCU模塊
MCU是係統控製的核心。本文采用的MCU是M68HC08係列的GZ16型號的單片機。該係列所有的MCU均采用增強型M68HC08中央處理器(CP08)。該單片機具有以下特性：
(1)8 MHz內部總線頻率

；
(2)16 KB的內置FLASH存儲器；
(3)2個16位定時器接口模塊；
(4)支持1 MHz～8 MHz晶振的時鍾發生器
；
(5)增強型串行通信接口(ESCI)模塊。

1.2 檢測模塊
檢測模塊中將對電壓檢測、電流檢測和溫度檢測模塊分別進行介紹。

1.2.1 電壓檢測模塊
本係統中，單片機將對電池組的整體電壓和單節電壓進行檢測。對於電池組整體電壓的檢測有2種方法：
(1)采用專用的電壓檢測模塊，如霍爾電壓傳感器；
(2)采用精密電阻構建電阻分壓電路。

采用專用的電壓檢測模塊成本較高，而且還需要特定的電源，過程比較複雜。所以采用分壓的電路進行檢測。10串錳酸鋰電池組電壓變化的範圍是28 V～42 V。采用3.9 MΩ和300 kΩ的電阻進行分壓，采集出來的電壓信號的變化範圍是2 V～3 V，所對應的AD轉換結果為409和*。

對於單體電池的檢測
，主要采用飛電容技術。飛電容技術的原理圖如圖1所示，為電池組後4節的保護電路圖
，通過四通道的開關陣列可以將後4節電池的任意1節電池的電壓采集到單片機中，單片機輸出驅動信號，控製MOS管的導通和關斷，從而對電池組的充電放電起到保護作用。

如圖1所示
，為電池組後4節的保護電路圖，通過四通道的開關陣列可以將後4節電池的任意1節電池的電壓采集到單片機中，單片機輸出驅動信號

，控製MOS管的導通和關斷，從而對電池組的充電放電起到保護作用。

以上6節電池可以用2個三通道開關切換陣列來實現。MAX309為1片4選1、雙通道的多路開關，通過選址實現通道的選擇。開關S5、S6、S7負責將電池的正極連接至飛電容的正極。開關S2、S3、S4負責將電池負極連接至飛電容的負極。三通道開關切換陣列結構與四通道開關切換陣列類似，隻是通道數少1路。工作時，單片機發出通道選址信號
，讓其中1路(lu)電(dian)池(chi)的(de)正(zheng)負(fu)極(ji)與(yu)電(dian)容(rong)連(lian)接(jie)，對(dui)電(dian)容(rong)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)，然(ran)後(hou)斷(duan)開(kai)通(tong)道(dao)開(kai)關(guan)，接(jie)通(tong)跟(gen)隨(sui)放(fang)大(da)器(qi)的(de)開(kai)關(guan)，單(dan)片(pian)機(ji)對(dui)電(dian)容(rong)的(de)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)檢(jian)測(ce)，由(you)此(ci)完(wan)成(cheng)了(le)對(dui)1節電池的電壓檢測。若發現檢測電壓小於2.8 V，則可推斷出電池可能發生短路
、過放或保護係統到電池的檢測線斷路
，單片機將馬上發出信號切斷主回路MOS管。重複上述過程

，單片機即完成對本模塊所管理的電池的檢測。
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1.2.2 電流采樣電路
電流采樣時，電池管理係統中的參數是電池過流保護的重要依據。本係統中電流采樣電路如圖2所示。當電池放電時，用康銅絲對電流信號進行檢測
，將檢測到的電壓信號經過差模放大器的放大
，變為0～5 V的電壓信號送至單片機。如果放電的電流過大，單片機檢測到的電壓信號比較大，就會驅動三極管動作，改變MOS管柵極電壓

，關斷放電的回路。比如，對於36 V的錳酸鋰電池來說，設定其保護電流是60 A。康銅絲的電阻是5 mΩ左右。當電流達到60 A時

，康銅絲的電壓達300 mV左右。為提高精度，將電壓通過放大器放大10倍送至單片機檢測。

1.2.3 溫度檢測
電池組在充、放電過程中，一部分能量以熱量形式被釋放出來，這部分熱量不及時排除會引起電池組過熱。如果單個鎳氫電池溫度超過55℃，電池特性就會變質，電池組充、放電平衡就會被打破
，繼而導致電池組永久性損壞或爆炸。為防止以上情況發生，需要對電池組溫度進行實時監測並進行散熱處理。

caiyongremindianzuzuoweiwenduchuanganqijinxingwenducaiyang。remindianzushiyizhongreminxingbandaotidianzuqi，qidianzuzhisuizhewendudeshenggaoerxiajiang。dianzuwendutexingkeyijinsidiyongxiashilaibiaoshi：


1.3 均衡模塊
電池組常用的均衡方法有分流法、飛速電容均衡充電法、電感能量傳遞方法等。在本係統中，需要較多的I/O口驅動開關管，而單片機的I/O口有限，所以采取整充轉單充的充電均衡方法。原理圖如圖3所示。Q4是控製電池組整充的開關，Q2、Q3
、Q5是控製單節電池充電的開關。以10節錳酸鋰電池組為例，變壓器主線圈兩端電壓為42 V，副線圈電壓為電池的額定電壓4.2 V。剛開始Q4導通，Q2、Q3、Q5截止，單節電池的電壓不斷升高

，當檢測到某一節電池的電壓達到額定電壓4.2 V以後，電壓檢測芯片發出驅動信號
，關閉Q4，打開Q2、Q3、Q5，整個係統進入單充階段
，未充滿的電池繼續充電
，以達到額定電壓的電池保持額定電壓不變。經測試，電壓差值不會超過50 mV。

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2 SOC電量檢測

在鋰離子電池管理係統中
，常用的SOC計算方法有開路電壓法、庫倫計算法
、阻抗測量法、綜合查表法。
(1)開路電壓法是最簡單的測量方法
，主要根據電池開路電壓的大小判斷SOC的大小。由電池的工作特性可知，電池的開路電壓與電池的剩餘容量存在著一定的對應關係。
(2)庫ku侖lun計ji算suan法fa是shi通tong過guo測ce量liang電dian池chi的de充chong電dian和he放fang電dian電dian流liu
，將jiang電dian流liu值zhi與yu時shi間jian值zhi的de乘cheng積ji進jin行xing積ji分fen後hou計ji算suan得de到dao電dian池chi充chong進jin的de電dian量liang和he放fang出chu的de電dian量liang，並bing以yi此ci來lai估gu計jiSOC的值。
(3)阻抗測量法是利用電池的內阻和荷電狀態SOC之間一定的線性關係，通過測出電池的電壓
、電流參數計算出電池的內阻
，從而得到SOC的估計值。
(4)綜合查表法中電池的剩餘容量SOC與電池的電壓、電流、溫度等參數是密切相關的。通過設置一個相關表，輸入電壓、電流、溫度等參數就可以查詢得到電池的剩餘容量值。

在本設計中
，從電路的集成度、成本、所選MCU的性能方麵考慮，采用了軟件編程的方法。綜合幾種方法，采用庫倫計算法比較合適。
(1)用C表示鋰電池組從42 V降到32 V時放出的總的電量。
(2)用η表示電流i經過時間t後，放出的電量與C的比值。

其中CRM為剩餘電量。令ΔCi=i×Δt，表示?駐t時間內電池組以i放電的放電量；或者是以i充電的充電量
，剩餘電量實際上是對ΔCi的計算以及累加。設定合適的采樣時間Δt，測定當前的電流值，然後計算乘積
，得到Δt時間內剩餘容量CRM的變化量，從而不斷更新CRM的值，即可實現SOC電量的檢測。

3 試驗結果

通過電池管理係統對錳酸鋰電池組進行充放電測試。圖4(a)為鋰電池組放電測試圖
，放電電流為8 A，當電池組電壓降至32 V時，放電MOS管關斷。圖4(b)為充電的測試圖。充電結束4小時後，均衡完成。

本文的電池管理係統以M68HC08GZ16為核心
，實現了對電池組單體電壓、電流
、溫度信號的采集。充電電量平衡以後，單體電池的電壓差值不超過50 mV。整體係統運行性能良好，能夠滿足電動車動力電池組應用需要。