燃料电池汽车的电池管理系统设计

1、 2003.12电子设计应用 图1系统基本结构框图引言电池管理系统要限制其过度充放电及过热,延长电池使用寿命。对蓄电池的管理可归纳成三个方面:1.通过定时检测电流的方法来实时累计蓄电池组净充(放电安时数,它等于充(放电安时数减去放(充电安时数再乘一个系数。依据统计出的净充(放电安时数,决定蓄电池可否充放电,防止过度充放电。制过电流充放电,同时控制蓄电池的温度在许可的工作范围内。3.实时监控24块蓄电池的端电压,发现个别电池电压总过低,应考虑对其维护或更换。蓄电池管理系统的基本结构设计本文设计的电池管理系统(BMU 与车辆控制器(VCU 和燃料参在连的PSELECT,P1.0、P1.1、P1.2

2、分别连接A T 93C 46的C L K (C L O C K 、D I (D A T A I N P U T 、D O (D A T A OUTPUT ,其容量为1K (64×16/128×8,ORG 接高电平,为64×16。温度采集电路温度的的采集系统是由温度传感器、低通滤波器、多路模拟开关及A D转换电路组成。温度传感器采用美国国家半导体公司生产的LM20,低通滤波器由RC 构成,24路多路开关采用了3片HC4051八路模拟开关,所获得到的温度参数经四通道的ADC0844的第一通道进行模数转换,最后将数据经由P0口送入微处理器以待处理。电压采集电路为保证车辆

3、高压电系与低压电系间的隔离,高压蓄电池每块电池的电压采集则采用光电隔离方法。因此,整个电路由光电耦合器、射极跟随器、多路模拟开关及A/D转换电路组成,选择光电耦合器件TLP-451较线性的工作区域,并考虑了温度补偿(TLP-451的输出因温燃料电池汽车的电池管理系统设计大连铁道学院电信分院曾洁郭永伟摘要:高压蓄电池组是燃料电池车辆的辅助动力源,燃料电池车辆蓄电池组的充放电管理直接关系到蓄电池使用寿命,此系统是通过采集电池电压、充放电电流、温度参数,经分析与计算对蓄电池的充放电进行科学地控制。关键词:燃料电池;微处理器;CAN 总线;充放电 67图2单节电压隔离取样电路图3风冷控制驱动电路度变化

4、有微小变化,所获得到的24路电压信号经射随器送给3片HC4051八路模拟开关,再经四通道ADC0844的第二通道A/D 转换后经由P0口把数据送给AT89S52处理。如图2所示。充放电电流的采集电路通过AT89S52的T0产生1毫秒钟的定时中断,由HEC-C9系列的线性霍尔电流传感器定时采集电池的充放电电流。采集到的电流值经ADC0844的一个通道转换后送给微处理器,处理完写入闪存。所选HEC-C9系列霍尔电流传感器工作电源为12V,额定电流是±400A,输出电压为0到5V。故障报警电路与诊断系统当电池组放电深度超过门限值、个别电池电压低于其对应状态(空载/负载的最低值、电池工作温度

5、超高时,管理系统的微处理器会通过P1.4输出低电平,经反向器驱动一个O C电路触发故障灯,向司机发出予警。FCU 从BMU 得到此信息后,自动调整燃料电池输出功率,VCU 也会作出降低负载的反应。如果电池工作状态进一步恶化,电池管理系统会限制蓄电池的工作。1自诊断方式当系统发出故障报警,则可随时由故障阅读键去触发AT80S52的INT0中断口,再查询P1.7口的状态。若为低电平转入诊断中断服务程序,即可读出故障码。故障码的阅读通过故障报警灯的频闪可知。2串行口诊断方式基于VISUALC+6.0开发的蓄电池监视系统,通过笔记本电脑与蓄电池管理系统的的串行口(A T 8R X D 态参数压、净充(

6、数。过风扇反向器驱动75491A 电路,再控制BU807的导通,使12V 电系的冷却风扇的控制继电器吸合,此时散热风扇开始工作。充放电控制蓄电池管理系统根据电池状态参数和VCU 的请求来决定蓄电池的放电与否。其控制方法是通过AT89S52的P1.5口输出低电平,通过光电耦合,再去控制IGBT的驱动电路EXB841。EXB841驱动高压蓄电池放电控制的I G B T 模块IXGN200N60。电池的充电能量源于燃料电池和制动回馈,当过充电时可由BMU 通知FCU 降低功率输出。CAN 通讯接口电路因为整车的通讯协议是基于C A N 总线制定的,所以B M U 与VCU 和FCU 间的通讯在统一的

7、通讯协议条件下,通过CAN总线交换信息。而微处理器采用的是AT89S52,要想将其挂在CAN总线4所示。这里的CAN接口由Intel公司的82527CAN 控制器及CAN 控制器与物理总线间的CAN 控制器接口构成。82527CAN 控制器与主微处理器AT89C52的接口通过82527的并行总线与主微处理器AT89C52的P0口数据总线相接。82527的地址锁存ALE 端、写信号WR 端、读信号RD 端、中断INT 端、片选CS 端分别与AT89S52的ALE、W R 、RD、INT1、P2.7相连。82527CAN 控制器与物理总线的接口通过CAN 控制器接口芯片PCA82C250,它主要提

8、供对总线的差动发送能力和对C A N 控制器的差动接收能力。82C250的CANH 和CANL 搭在CAN总线上,其TXD、RXD 通过光电隔离分别与82527的TX0、RX0、RX1连接。系统软件组成与功能本管理系统的的核心软件,是在Medwin 编译环境下用C51编制 2003.12电子设计应用 控制模块、闪存读写模块、故障诊断模块、电池参数分计算与判断模块、软件看门狗模块、BMU 与FCU 和VCU 间的CAN 通讯模块组成。先进行系统初始化,包括微处理器各口的状态初始设置、堆栈的初始、存储器的配置、定时与中断的初始设置、故障状态的初始、82527CAN 控制器的初始状态设置等。随后进行

9、电压、温度、电流、参考电压的采集并分析计算,再与闪存里的门限值比较,对蓄电池状态作出评估并保存有关的数据和故障状态码,BMU根据电池的实时状态来响应VCU 对电池放电的请求。软件看门狗模块是结合系统监视电路MAX813L 而写。故障诊断波和纠错编码方式。图5为MAX813L 的抗干扰设计。12V 电源经分压后与MAX813L 的PIF 相连,当12V电源降至一定值,可能导致一些输出误动作。此时PFI端电压低于1.25V时,PFO即可变成低电平,引起中断INT0,使一些输出操作停止,待电压恢复后重新工作。MAX813L 的V CC 连接+5V 电源,如果+5V 电源异常会导致系统逻辑混乱,此时MAX813L复位端输出复位信号。其内置看门狗工作是这样的,主微处理器的T1口在小于1.6秒的时间内,定时向M A X 813L 的W D I 端发送脉冲,WDO 输出高电平;反之MAX813L 在每隔1.6秒内检测不到脉冲后,应用低通它只需采样两Y N =aX N +(1-a Y N-1,N 本次采样值,Y N-1为上次采为滤波系数,通常远远小于该滤波L =a/2t 其中a为滤波系数,t为采由于数字滤波、系统监系统随着燃料电池汽对电池管理的研究参考文献1衣宝