动力电池能量管理系统硬件子系统设计(附件)
针对严重的能源短缺和环境恶化的严峻形势，我国大力发展和推广新能源汽车是必由之路。电池技术制约电动汽车发展的瓶颈。在现有电池技术基础上，电池管理系统在保证电池组的安全运行，延长电动汽车续驶里程等方面起着关键作用。因此，加大对电池管理系统的研究对新能源汽车战略具有重要意义。本课题以磷酸锂铁电池为研究对象，开展电池管理系统的硬件系统研究。本系统以MC9S12XET256为核心的主控芯片，完成检测模块、通信模块、充放电管理模块、均衡模块、故障诊断及预警模块等外围电路设计，通过CAN总线实现BMS与电动汽车其他部件之间的通信交互。通过系统软硬件调试，实现电池信息采集与存储，利用LabView进行上位机设计，实现人机交互。关键词 电池管理系统，硬件设计，均衡电路，Labview，MC9S12XE
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景和意义 1
1.2 电池管理系统原理及关键技术 1
1.3 动力电池能量管理系统研究现状 3
2 电池管理系统功能及均衡技术 5
2.1 电池管理系统的功能与硬件选型 5
2.2 通信功能 7
2.3 电池参数采集与储存 9
2.4 报警功能 9
2.5 电池均衡 10
3 电池管理系统硬件设计 17
3.1 BCU主控电路设计 17
3.2 BCU电源电路设计 21
3.3 BCU/BMU通信电路设计 21
3.4 BMU参数采集电路设计 22
4 LabView上位机设计 23
4.1 LabView简介 23
4.2 LabView前面板设计 24
4.3 LabView程序面板设计 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
绪论
本课题研究的背景和意义
21世纪，面对有限的石油资源，各个国家已经从陆地上转移到了海下。虽然深海是一个巨大的战区，但是依旧无法满足越来越大的石油消耗量。在传统汽车数量增多的同时，对燃油的需求量可谓是无穷无尽。陷入危机的还有——环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
境污染问题。在面对机动车的汽油消耗大，当代家庭对私家车的需求越来越大的问题的同时。从19世纪末到当今21世纪，“温室效应”、臭氧层的破坏等必须加以重视。机动车尾气，包括一氧化碳、甲醛、碳化氢、一氧化硫等气体，不仅对环境造成污染，对人体也会造成不可小觑的危害。所以，急需一款清洁环保的汽车来代替这位全球公害。最根本的解决方法就是，寻找一种节约能源的汽车——电动汽车来代替传统机动车。
电动汽车包括市面上的混合型的混动汽车，纯电动汽车。电动车不仅低碳环保，解决了空气污染问题，又摆脱了石油资源匮乏的问题。电动车比传统汽车更高效，更节能。车辆的动力更足，平稳性更强，而这正是燃油车一直在追求的性能。电动汽车环保的优势让用户无需担心限行的问题。这就使得混合型动力汽车，特别是纯功能型电动汽车的研发具有非凡的意义。
不仅如此，纯电动汽车已经被国家列入了新能源的行列，被列为新能源汽车。国家还颁发了一系列管理使用优惠条例。购买使用新能源汽车将能够得到一定的优惠制度。这对电动汽车的发展起着关键作用，也为纯电动汽车的研发带来光明的未来。在不断突进的电池技术关注下，使电动汽车的三大核心技术不断发展。其中，动力电池管理系统成为各个研究人员不断发展完善的重点内容。
新能源汽车以电池驱动整车运行，在电池管理系统上需大力研究。目前我国的电池技术有限。电池也存在成本高、寿命短，充电时长久的多方面问题。此外，电池内部结构非常繁琐，也会给研究带来一定的难度。电池管理系统的性能也会因为电池内部材料老化、设计改变产生变化。电池的性能对电动汽车的续航、加速和爬坡能力至关重要。因此，必须加大科研力度来不断充实这个领域。
电池管理系统原理及关键技术
BMS具有对整车的控制管理的作用。实现对电池的充放电进行实时的监控，电池的荷电量估计。本论文的BMS的设计中，根据管理需求，设计一个基于S12XE系列的MCU芯片系统，完成以主控制板连接从控制板的电路设计，以及通过LabView上机实验，完成对电池管理系统研究。
典型的电池管理系统拓扑结构由中央处理单元（主控模块）连接各个单元模块。利用CAN总线，将从板上均衡控制功能模块、报警功能模块、温度检测功能、电池参数采集功能、显示单元模块与主板形成信息交互。
电池管理系统的重要性
纯动力电车的电池系统应具备——电池状态分析、电池管理硬件系统、电池信息采集、故障管理分析、剩余荷电量SOC的估算和显示功能等等。SOC的估算对电池的使用周期的提高也是有着十分重要的意义。准确的SOC计算，能够实现在软件上的故障诊断、充放的电量控制等功能。有效的避免电池的过量使用。另外，纯电动汽车的电池随使用时间越长，单个的电池容量不一，使用周期不一，内阻不一等问题就越明显。整个电池组的性能就会越来越低。电池的过充、过放问题一直制约着动力电池管理系统的发展。例如电池充电循环次数减少，性能不能完全发挥。过充电会导致电池一直处于高温度状态，对电池产生不可估量的损害，严重的会直接是电池爆炸的严重后果。为解决此问题，设计了针对电池充放电的不一致会造成问题的解决方案。
本文选用的电池组是以单体电池性能差异极小的的各单体电池组合而成。并设计了一种以降低各单体电池之间的能量差异的均衡电路。实现其在充电的过程、静态状态下主动的均衡效果。该均衡电路既可以实现目标均衡，又能在能量损耗较少的前提下对电池的性能可以有效的提高。[12][13]
电池管理系统的关键技术
纯电动汽车乃一个新生产业，因为电池组内部物质反应不可控，材料反应过程性能变化的不可捉摸。因而，电池管理系统的关键性技术就在于，如何将电池内部的不一致调节至平衡状态。所以。电池管理系统中硬件设计方面就需要面临——电池均衡的关键性技术问题。
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景和意义 1
1.2 电池管理系统原理及关键技术 1
1.3 动力电池能量管理系统研究现状 3
2 电池管理系统功能及均衡技术 5
2.1 电池管理系统的功能与硬件选型 5
2.2 通信功能 7
2.3 电池参数采集与储存 9
2.4 报警功能 9
2.5 电池均衡 10
3 电池管理系统硬件设计 17
3.1 BCU主控电路设计 17
3.2 BCU电源电路设计 21
3.3 BCU/BMU通信电路设计 21
3.4 BMU参数采集电路设计 22
4 LabView上位机设计 23
4.1 LabView简介 23
4.2 LabView前面板设计 24
4.3 LabView程序面板设计 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
绪论
本课题研究的背景和意义
21世纪，面对有限的石油资源，各个国家已经从陆地上转移到了海下。虽然深海是一个巨大的战区，但是依旧无法满足越来越大的石油消耗量。在传统汽车数量增多的同时，对燃油的需求量可谓是无穷无尽。陷入危机的还有——环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
境污染问题。在面对机动车的汽油消耗大，当代家庭对私家车的需求越来越大的问题的同时。从19世纪末到当今21世纪，“温室效应”、臭氧层的破坏等必须加以重视。机动车尾气，包括一氧化碳、甲醛、碳化氢、一氧化硫等气体，不仅对环境造成污染，对人体也会造成不可小觑的危害。所以，急需一款清洁环保的汽车来代替这位全球公害。最根本的解决方法就是，寻找一种节约能源的汽车——电动汽车来代替传统机动车。
电动汽车包括市面上的混合型的混动汽车，纯电动汽车。电动车不仅低碳环保，解决了空气污染问题，又摆脱了石油资源匮乏的问题。电动车比传统汽车更高效，更节能。车辆的动力更足，平稳性更强，而这正是燃油车一直在追求的性能。电动汽车环保的优势让用户无需担心限行的问题。这就使得混合型动力汽车，特别是纯功能型电动汽车的研发具有非凡的意义。
不仅如此，纯电动汽车已经被国家列入了新能源的行列，被列为新能源汽车。国家还颁发了一系列管理使用优惠条例。购买使用新能源汽车将能够得到一定的优惠制度。这对电动汽车的发展起着关键作用，也为纯电动汽车的研发带来光明的未来。在不断突进的电池技术关注下，使电动汽车的三大核心技术不断发展。其中，动力电池管理系统成为各个研究人员不断发展完善的重点内容。
新能源汽车以电池驱动整车运行，在电池管理系统上需大力研究。目前我国的电池技术有限。电池也存在成本高、寿命短，充电时长久的多方面问题。此外，电池内部结构非常繁琐，也会给研究带来一定的难度。电池管理系统的性能也会因为电池内部材料老化、设计改变产生变化。电池的性能对电动汽车的续航、加速和爬坡能力至关重要。因此，必须加大科研力度来不断充实这个领域。
电池管理系统原理及关键技术
BMS具有对整车的控制管理的作用。实现对电池的充放电进行实时的监控，电池的荷电量估计。本论文的BMS的设计中，根据管理需求，设计一个基于S12XE系列的MCU芯片系统，完成以主控制板连接从控制板的电路设计，以及通过LabView上机实验，完成对电池管理系统研究。
典型的电池管理系统拓扑结构由中央处理单元（主控模块）连接各个单元模块。利用CAN总线，将从板上均衡控制功能模块、报警功能模块、温度检测功能、电池参数采集功能、显示单元模块与主板形成信息交互。
电池管理系统的重要性
纯动力电车的电池系统应具备——电池状态分析、电池管理硬件系统、电池信息采集、故障管理分析、剩余荷电量SOC的估算和显示功能等等。SOC的估算对电池的使用周期的提高也是有着十分重要的意义。准确的SOC计算，能够实现在软件上的故障诊断、充放的电量控制等功能。有效的避免电池的过量使用。另外，纯电动汽车的电池随使用时间越长，单个的电池容量不一，使用周期不一，内阻不一等问题就越明显。整个电池组的性能就会越来越低。电池的过充、过放问题一直制约着动力电池管理系统的发展。例如电池充电循环次数减少，性能不能完全发挥。过充电会导致电池一直处于高温度状态，对电池产生不可估量的损害，严重的会直接是电池爆炸的严重后果。为解决此问题，设计了针对电池充放电的不一致会造成问题的解决方案。
本文选用的电池组是以单体电池性能差异极小的的各单体电池组合而成。并设计了一种以降低各单体电池之间的能量差异的均衡电路。实现其在充电的过程、静态状态下主动的均衡效果。该均衡电路既可以实现目标均衡，又能在能量损耗较少的前提下对电池的性能可以有效的提高。[12][13]
电池管理系统的关键技术
纯电动汽车乃一个新生产业，因为电池组内部物质反应不可控，材料反应过程性能变化的不可捉摸。因而，电池管理系统的关键性技术就在于，如何将电池内部的不一致调节至平衡状态。所以。电池管理系统中硬件设计方面就需要面临——电池均衡的关键性技术问题。
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