图５所示为电池组综合管理器硬件结构示意图，ｊ。、ｙ。代 表了霍尔形式的电流、电压传感器，其中电压传感器输入０Ｖ～ ６００Ｖ，输出０ｍＡ～２０ｍＡ，电流传感器输入一２００Ａ～２００Ａ，输出一 １００ｍＡ～１００ｍＡ；微处理器选用了带ＣＡＮ通讯接口的单片机 Ｐ８７Ｃ５９１；在总线通讯方面。ＣＡＮ总线采用了内置ＣＡＮ控制器 的单片机Ｐ８７Ｃ５９１和总线驱动器８２Ｃ２５０，并加以光电耦合器 ６Ｎ１３７与外部总线隔离。ＲＳ４８５总线使用了差动信号驱动器 ６５ＬＢＣｌ８４，并用光耦ⅡＬ１１７实现隔离，ＲＳ２３２总线选用了控制 器ＭＡＸ２３２以实现综合管理器与ＰＣ机的数据交换。从而方便 系统调试；ＡＮＦＩＳ是电池组剩余电量的核心计算单元．通过单 片机软件编程得以算法实现，硬件上则借助电压、电流传感器
电动汽车动力电池组管理系统设计
张承宁朱正张玉璞李红林 （北京理工大学机械与车辆工程学院，北京１０００８１）
Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｕｚｈｅｎｇｂｉｔｅｖ＠１２６．ｅｏｍ
摘 要 根据动力电池组在电动汽车上的使用特点和要求，利用总线通讯技术，设计出电池组分布式管理系统．系统由 一个电池组综合管理器和多个电池单体检测模块组成。为了克服电池组上的高压干扰。实现对每块电池单体电压的精确 采集，在电池单体检测模块中设计了具有特色的压控恒流源电路。通过在电动汽车上的实际应用表明．系统运行稳定正 常，可扩充性好，便于安装布置，有着广阔的应用前景。 关键词 动力电池组 分布式管理 总线通讯 压控恒流源电路 文章编号１００２—８３３１一（２００６）２５—０２２０—０３ 文献标识码Ａ 中图分类号ＴＰ２７３
利用放大电路中的正反馈和负反馈，这里的电池组单体电 压采集是通过一种压控恒流源电路加以实现的，其原理图如图 ３所示。根据输入信号可分解为差模信号和共模信号的原理。 如果利用差动放大电路来采集单体电池电压．尽管不同节点上 电池的参考点不同，但由于差动放大电路对共模信号的抑制作 用。处于低电位节点处的电压就被抑制。而差动放大电路仅对 单体电池电压进行放大．使得相邻电池节点处的电池都具有一 个共同的参考点，所以可以实现对长串电池组单体电压的测 量。在该电路中。就是利用上述原理把被检测的电压差（即单体 电池端电压）转换成电流的形式长距离传输而不受外界干扰． 且传输精度高，适合不同电压级别的微机接口电路．以便数据 采集和转换，为实际使用带来了方便和灵活性。在图３中可以 看到采用运算放大器组成的压控恒流源．被检测电压差取自每
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋｓ ｉｎ
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ
ＺＨ慷ＮＧ Ｃｈｅｎｇ－ｎｉｎｇ ＺＨＵ Ｚｈｅｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｙｕ－ｐｕ ＬＩ Ｈｏｎｇ－ｌｉｎ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８ １）
ｌ动力电池组分布式管理系统组成
图１所示为电动汽车电池组管理系统的组成框图．不难看
ｌ燃。ｌ ｌ燃卜一Ｉ燃。ｌ
ｌ一…一－ ４８５总线
…一。一ｌ
电池组综合 管理器
ＣＡＮ总线Ｌ－—一一－－·
图ｌ 电动汽车电池组管理系统的组成框图 ２２０ ２００６．２５计算机工程与应用
万方数据
图２电动汽车电池组管理系统的工作原理图
—命—令—分！—类一 非法命令
妲垒
叽接收就｛ Ｎ
上Ｙ
耋鲎堕堡查！！｝睦 收标志＝０
廷渺 匿ｐ函———一
ｌ恢复现场ｌ
ｌ返回
图６ 电池单体检测模块ＲＳ一４８５总线通讯流程图
集，处理Ａ／Ｄ数据，电池剩余电量预测算法等功能；故障检测与 诊断程序模块实现单体电压报警、温度、总电压和剩余电量报 警；通信与网络程序模块保障系统与其它控制单元之间完成实 时高速而可靠安全的信息交互。
计算机工程与应用２００６．２５ ２２１
和一个Ｖ佰压频转换电路完成信息采集：显示单元选用了集成 的液晶模块Ｔ６９６３Ｃ，使用和开发都非常方便。
键盘单元Ｉ匾ｉ翮 降合控制器
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充电器
２４ｖ
图５ 电池组综合管理器硬件结构示意图
３动力电池组分布式管理系统软件设计 ３．１ 电池单体检测模块软件设计
２动力电池组分布式管理系统硬件设计
２．１ 电池单体检测模块硬件设计 电池单体检测模块在电池管理系统中属于下位机部分，能
够完成对单体电池端电压以及现场工作温度的采集．同时还带 有ＲＳ一４８５串行通信接口，并在电池组综合管理器的协调下工 作。模块中具有两路的模拟输入，分别采集５块电池的端电压 和１个电池温度，并通过模数转换后存储到模块寄存器中，当 模块接收到电池综合管理器发出的指令后，就把寄存器中的数 据传输到管理器中。 ２．１．１ 电池组单体电压采集电路
图４即为电池单体检测模块结构原理示意图，其中ａ１～ａＬ５ 为单体电压采集电路的输出端，Ａ１，Ａ５为单片机上对应的Ａ／Ｄ 接口，Ｒ、Ｔ分别为单片机串行接口的接收端和发送端，Ｒ０、Ｄ为 对应的发送端和接收端。不难看出模块就是将五组单体电压采 集电路置于同一块电路板中设计而成的，再经过Ａ／Ｄ转换和 ＲＳ一４８５串行总线通信完成数据采集和传输，这样根据串联电 池组中的电池数量采用一个或多个模块就实现了对其中每块 电池单体电压的测量。
出系统内部采用了成本较低的ＲＳ一４８５网络，而与车辆上其它 控制器间的数据通讯则统一采用了ＣＡＮ通讯网络。电池管理 系统由单体检测模块和综合管理器构成．且多个电池单体检测 模块在电池组综合管理器的协调调度下实现电池组数据交换： 而综合管理器以及车辆的其它控制器又是在整车综合控制器 的协调调度下实现整车数据交换、管理和控制。图２所示为系
－＜Ｎ键＼值为／ｌ？
Ｙ
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围７动力电池组综合管理器软件运行流程图 ２２２ ２００６．２５计算机工程与应用
万方数据
中断
保护现场
殛鎏一 夏丢上Ｙ痢
接受下一个字符
ＢＢ
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ｉ
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ｌ发送数据ｌ
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Ｎ 吝命令字？ 、、、——，—，
整个系统的软件设计思路是保证系统初始化、人机接口、 故障诊断和通信四个模块的通用性。其软件运行流程以及ＲＳ一 ４８５总线通讯流程分别如图７、图８所示。
可得：
￡居一
图３压控恒流源电池电压采集电路
万方数据
，一半
（５）
当各电阻满足鲁＝里Ｒ４时，联立上述五式，即可得输出电
流Ｉ满足：
５酉 ‘％。’Ｒ３
（６）
也就是说流过负载电阻Ｒ，的电流与单体电池电压值以。 成正比，而与负载电池只，的值无关。这样只要改变尺，的阻值， 就可把电流转换成不同的电压级别，从而满足不同单片机接Ｅｌ 的需要。
统的工作原理图．其中电池单体检测模块完成对电池单体的电 压和现场温度采集，然后通过ＲＳ－－４８５总线传输到电池组综合 管理器中；综合管理器能够采集电池组的电压、电流和环境温 度，并针对电池组剩余电量ＳＯＣ预测算法完成软硬件实现。此 外。电池组综合管理器还带有ＲＳ一４８５通讯接口和ＣＡＮ通讯 接口．前者完成对电池单体检测模块的数据交换。后者完成对 整车综合控制器的数据交换，并且其自带液晶显示单元和键盘 单元，可以实时显示电池单体电压和电池组的状态信息。
电池 单体ｌ
电池 单体２
电池 单体３
电池 单体４
电池 单体５
图４电池单体检测模块结构原理示意圈
２．１．２单线式温度采集单元 电池单体检测模块中的温度采集单元采用了“１－ｗｉｒｅ”单
线式串行数据通讯总线，实现简单而且具有１２位的采集精度， 采集温度范围宽，如ＤＳｌ８ｂ２０，其稳定性和精度都优于传统的 模拟温度传感器。 ２．２动力电池组综合管理器硬件设计
动力电池组综合管理器软件系统从功能上可分为系统初 始化、人机接口、数据处理、故障诊断、通信与网络五个程序模 块。系统初始化程序模块主要完成中央处理电路模块的诊断与 启动以及系统变量的初始定义和设置：人机接口程序模块负责 输入命令的处理和输出信息的显示：数据处理程序模块完成采
广丽 主程序流程图
ＣＰＵ初始化 ＣＡＮ通讯初始化 液晶显示初始化 ４８５通讯初始化
节电池的正负极输出端钮，即单体电池的电压值玑。如（１）式 所列：
％。＝ｕ，一％
（１）
由于电路中引入了负反馈，故可以认为运算放大器两个输
入端电压相等．即有：
以一以
（２）
而且在结点２、３的电流方程分别为：
百２百 ％一以以一以
，。 ‘’，
ｕ。一Ｕ—Ｕ—Ｕ
ｒ扪
一
Байду номын сангаас
、－ｔ ７
尺１
Ｒ３
若在选取电阻时满足Ｒ，＞＞Ｒ，那么输出电流，则由下式
键盘初始化 剩余电量预测算法初始化
Ｎ 始化成功
Ｙ
液晶显示主界面 （电压、电流、剩余电量、温度）
生＼ ＜俞／
Ｙｌ
Ｎ
始 ＼键—值变／化？
Ｙ
－＜Ｎ键＼ 值为／２７
Ｙｌ
磊＼病／℃Ｊ
Ｙｌ
显示总电压、总 电流、剩余电量、 环境温度、工作 现场温度
显示３７块 电池电压
显示报警电池 电压 （大于１４．９Ｖ或 者小于１０．５Ｖ）
ｖｏｌｔａｇｅ
动力电池组是电动汽车的辅助能量源和关键部件．其状态 好坏和寿命长短在很大程度上决定了整车性能的优劣．因此有 必要对整个电池组实施有效的管理和监测。基于此种目的。又 考虑到便于在电动汽车上安装布置．设计了电池组分布式管理 系统，其由两部分组成，分别为电池组综合管理器和电池单体 检测模块。整个系统利用总线通讯技术，完成数据传输与交换， 既保证了较好的实时性．又可以建立分布式的系统结构．从而 极大程度上方便了各模块在电动汽车上的安装布置，并且系统 可以根据电池组结构上的不同而随意调整、剪裁和扩充．具有 很大的灵活性、适应性。本系统已经成功应用于电传动原理样 车上．并在实践中取得了良好效果。为车辆的顺利调试和电池 组的正常运行发挥了重要作用。