電動(dòng)汽車蓄電池組電池管理及其狀態(tài)檢測(cè)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
2)集中檢測(cè)法
集中檢測(cè)法(見圖3)是用一套檢測(cè)電路分時(shí)檢測(cè)各個(gè)單體電池。檢測(cè)技術(shù)比較直觀，為了檢測(cè)每只電池的電壓，需要將每只電池的電壓信號(hào)引入檢測(cè)設(shè)備(如果蓄電池組由n節(jié)單體電池組成，需要引n+1條檢測(cè)線)，采用多通道切換的技術(shù)，即通過(guò)開關(guān)器件(繼電器)把多節(jié)單體電池的電壓信號(hào)切換到同一個(gè)差分放大器，經(jīng)信號(hào)處理后用一只A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。 “開關(guān)切換”動(dòng)態(tài)地改變了參考點(diǎn)，保證每次測(cè)量都是一個(gè)單體電池的端電壓；而差分輸入則保證了電池組與檢測(cè)電路不共地，雖然沒有做到全隔離，但比共地連接要安全。電池溫度的檢測(cè)一般可采用數(shù)字或模擬溫度傳感器，由于測(cè)溫過(guò)程與電池組沒有電連接且技術(shù)也比較成熟，所以本文不再贅述。另外，因電動(dòng)汽車要求的電流較大(幾十到幾百安)，所以對(duì)電池組充放電電流的檢測(cè)，一般采用非接觸式電流傳感器或變送器實(shí)現(xiàn)。
這種方法主要缺點(diǎn)是信號(hào)線較多，增大了接線的難度和復(fù)雜度，影響測(cè)試精度，降低了可靠性。
3)集中／分布式檢測(cè)法
為克服分布檢測(cè)法和集中檢測(cè)法的缺點(diǎn)，我們提出“局部集中”、“整體分布”的檢測(cè)思路，即將全部電池分成若干個(gè)小組，每個(gè)小組用一個(gè)檢測(cè)模塊進(jìn)行“集中式”檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)檢測(cè)模塊通過(guò)CAN總線連接而成。簡(jiǎn)言之，集中／分布式檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是檢測(cè)單元部分模塊化、本地化，數(shù)據(jù)靠總線傳輸。集中／分布式檢測(cè)除了具有前兩種方式的優(yōu)點(diǎn)之外，還有以下主要優(yōu)點(diǎn)：加強(qiáng)了組建系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)充性；增加了系統(tǒng)的可靠性；具有較高的性價(jià)比。
對(duì)于鉛酸電池，由于其單體電壓較高、體積較大、數(shù)量較少，所以可給每2個(gè)或每4個(gè)電池配一個(gè)檢測(cè)模塊。而對(duì)于像鋰電池這類單體電壓較低、體積小但數(shù)量多的電池組，可將2～8個(gè)電池分為一組。圖4是集中／分布式檢測(cè)框圖。
為了降低成本、縮小體積、簡(jiǎn)化電路，電池檢測(cè)模塊應(yīng)由單片機(jī)完成。單片機(jī)選型的主要條件是：至少有4路10位精度以上的A／D轉(zhuǎn)換器(因?yàn)橐粔K電池至少需要電壓和溫度2路檢測(cè))；帶有CAN總線控制器。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/181407.htm
我們選用微芯公司(MICROCHIP)的PICl8系列用于前端的檢測(cè)模塊。該系列的PICl8F248／258和PIC18F2585／2680都是28腳雙列直插封裝，PIC18F248／2587蒂有5路10位A／D轉(zhuǎn)換器；PICl8585／26801帶有8路10位A／D轉(zhuǎn)換器，并具有納瓦電源管理技術(shù)使芯片的功耗進(jìn)一步降低。PICl8F2585／2680還具有在線串行編程技術(shù)，允許單片機(jī)在嵌置到電路板之后進(jìn)行編程，為使用提供了極大的方便。
在我們的課題中采用了24節(jié)12V鉛酸電池，分為三組擺放在車內(nèi)，兩邊的行李箱位置各擺放6節(jié)電池，尾部行李箱位置擺放12節(jié)電池，2節(jié)電池共用一個(gè)檢測(cè)模塊，即一個(gè)檢測(cè)模塊集中檢測(cè)2塊電池的狀態(tài)。最后需要說(shuō)明的是，由于溫度傳感器與電池沒有電接觸，所以檢測(cè)示意圖中沒有畫出溫度檢測(cè)部分，但每個(gè)檢測(cè)模塊都有溫度檢測(cè)功能。
為了克服模塊從電池上持續(xù)取電的問(wèn)題，我們將所有模塊統(tǒng)一供電，由一個(gè)總開關(guān)控制。這就牽涉到供電回路與電池的隔離問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，我們采用“橋電容”技術(shù)。圖5是模塊內(nèi)部框圖?！皹螂娙荨钡墓ぷ髟硎沁@樣的：MCU首先將雙刀單擲開關(guān)K1合上，則電池對(duì)電容C1充電，由于時(shí)間常數(shù)很小，電容端電壓很快達(dá)到電池端電壓；然后MCU斷開K1合上K2，從A／D上就可采集到C1的端電壓，也就是電池的端電壓；最后MCU斷開K2。從而完成一次采集任務(wù)。另外，當(dāng)模塊不加電時(shí)，兩組開關(guān)是斷開的，模塊不會(huì)從電池取電?？梢?，這種方式不但解決了參考點(diǎn)問(wèn)題，而且完全隔離了電池與檢測(cè)電路，其主要缺點(diǎn)是每個(gè)模塊增加了兩組可控開關(guān)?？煽亻_關(guān)選用光耦繼電器AQW212。模塊的成本在200元左右，非常適合電動(dòng)車輛的使用。各檢測(cè)模塊將數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線上傳給主控機(jī)。由主控機(jī)進(jìn)行處理并顯示出來(lái)，供駕駛員參考。
3 結(jié)束語(yǔ)
(1)采用集中／分布式檢測(cè)方法對(duì)蓄電池組參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，較好地克服了集中式和分布式檢測(cè)方法存在的問(wèn)題，更適合電動(dòng)汽車電池組的檢測(cè)。
(2)利用“橋電容”技術(shù)傳遞所采集的蓄電池電壓信號(hào)，可有效地解決蓄電池和檢測(cè)電路間的隔離問(wèn)題。
(3)通過(guò)在24塊12V鉛酸電池組上的試驗(yàn)，由12個(gè)檢測(cè)模塊和1個(gè)主控機(jī)構(gòu)成的集中／分布式檢測(cè)系統(tǒng)工作正常，電壓、電流和溫度的檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，表明集中／分布式檢測(cè)方法切實(shí)可行，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
評(píng)論