燃料電池汽車的電池管理系統(tǒng)設計

1、 2003.12電子設計應用 圖1系統(tǒng)基本結構框圖引言電池管理系統(tǒng)要限制其過度充放電及過熱,延長電池使用壽命。對蓄電池的管理可歸納成三個方面:1.通過定時檢測電流的方法來實時累計蓄電池組凈充(放電安時數(shù),它等于充(放電安時數(shù)減去放(充電安時數(shù)再乘一個系數(shù)。依據(jù)統(tǒng)計出的凈充(放電安時數(shù),決定蓄電池可否充放電,防止過度充放電。制過電流充放電,同時控制蓄電池的溫度在許可的工作范圍內。3.實時監(jiān)控24塊蓄電池的端電壓,發(fā)現(xiàn)個別電池電壓總過低,應考慮對其維護或更換。蓄電池管理系統(tǒng)的基本結構設計本文設計的電池管理系統(tǒng)(BMU 與車輛控制器(VCU 和燃料參在連的PSELECT,P1.0、P1.1、P1.2

2、分別連接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 ,其容量為1K (64×16/128×8,ORG 接高電平,為64×16。溫度采集電路溫度的的采集系統(tǒng)是由溫度傳感器、低通濾波器、多路模擬開關及A D轉換電路組成。溫度傳感器采用美國國家半導體公司生產(chǎn)的LM20,低通濾波器由RC 構成,24路多路開關采用了3片HC4051八路模擬開關,所獲得到的溫度參數(shù)經(jīng)四通道的ADC0844的第一通道進行模數(shù)轉換,最后將數(shù)據(jù)經(jīng)由P0口送入微處理器以待處理。電壓采集電路為保證車輛

3、高壓電系與低壓電系間的隔離,高壓蓄電池每塊電池的電壓采集則采用光電隔離方法。因此,整個電路由光電耦合器、射極跟隨器、多路模擬開關及A/D轉換電路組成,選擇光電耦合器件TLP-451較線性的工作區(qū)域,并考慮了溫度補償(TLP-451的輸出因溫燃料電池汽車的電池管理系統(tǒng)設計大連鐵道學院電信分院曾潔郭永偉摘要:高壓蓄電池組是燃料電池車輛的輔助動力源,燃料電池車輛蓄電池組的充放電管理直接關系到蓄電池使用壽命,此系統(tǒng)是通過采集電池電壓、充放電電流、溫度參數(shù),經(jīng)分析與計算對蓄電池的充放電進行科學地控制。關鍵詞:燃料電池;微處理器;CAN 總線;充放電 67圖2單節(jié)電壓隔離取樣電路圖3風冷控制驅動電路度變化

4、有微小變化,所獲得到的24路電壓信號經(jīng)射隨器送給3片HC4051八路模擬開關,再經(jīng)四通道ADC0844的第二通道A/D 轉換后經(jīng)由P0口把數(shù)據(jù)送給AT89S52處理。如圖2所示。充放電電流的采集電路通過AT89S52的T0產(chǎn)生1毫秒鐘的定時中斷,由HEC-C9系列的線性霍爾電流傳感器定時采集電池的充放電電流。采集到的電流值經(jīng)ADC0844的一個通道轉換后送給微處理器,處理完寫入閃存。所選HEC-C9系列霍爾電流傳感器工作電源為12V,額定電流是±400A,輸出電壓為0到5V。故障報警電路與診斷系統(tǒng)當電池組放電深度超過門限值、個別電池電壓低于其對應狀態(tài)(空載/負載的最低值、電池工作溫度

5、超高時,管理系統(tǒng)的微處理器會通過P1.4輸出低電平,經(jīng)反向器驅動一個O C電路觸發(fā)故障燈,向司機發(fā)出予警。FCU 從BMU 得到此信息后,自動調整燃料電池輸出功率,VCU 也會作出降低負載的反應。如果電池工作狀態(tài)進一步惡化,電池管理系統(tǒng)會限制蓄電池的工作。1自診斷方式當系統(tǒng)發(fā)出故障報警,則可隨時由故障閱讀鍵去觸發(fā)AT80S52的INT0中斷口,再查詢P1.7口的狀態(tài)。若為低電平轉入診斷中斷服務程序,即可讀出故障碼。故障碼的閱讀通過故障報警燈的頻閃可知。2串行口診斷方式基于VISUALC+6.0開發(fā)的蓄電池監(jiān)視系統(tǒng),通過筆記本電腦與蓄電池管理系統(tǒng)的的串行口(A T 8R X D 態(tài)參數(shù)壓、凈充(

6、數(shù)。過風扇反向器驅動75491A 電路,再控制BU807的導通,使12V 電系的冷卻風扇的控制繼電器吸合,此時散熱風扇開始工作。充放電控制蓄電池管理系統(tǒng)根據(jù)電池狀態(tài)參數(shù)和VCU 的請求來決定蓄電池的放電與否。其控制方法是通過AT89S52的P1.5口輸出低電平,通過光電耦合,再去控制IGBT的驅動電路EXB841。EXB841驅動高壓蓄電池放電控制的I G B T 模塊IXGN200N60。電池的充電能量源于燃料電池和制動回饋,當過充電時可由BMU 通知FCU 降低功率輸出。CAN 通訊接口電路因為整車的通訊協(xié)議是基于C A N 總線制定的,所以B M U 與VCU 和FCU 間的通訊在統(tǒng)一的

7、通訊協(xié)議條件下,通過CAN總線交換信息。而微處理器采用的是AT89S52,要想將其掛在CAN總線4所示。這里的CAN接口由Intel公司的82527CAN 控制器及CAN 控制器與物理總線間的CAN 控制器接口構成。82527CAN 控制器與主微處理器AT89C52的接口通過82527的并行總線與主微處理器AT89C52的P0口數(shù)據(jù)總線相接。82527的地址鎖存ALE 端、寫信號WR 端、讀信號RD 端、中斷INT 端、片選CS 端分別與AT89S52的ALE、W R 、RD、INT1、P2.7相連。82527CAN 控制器與物理總線的接口通過CAN 控制器接口芯片PCA82C250,它主要提

8、供對總線的差動發(fā)送能力和對C A N 控制器的差動接收能力。82C250的CANH 和CANL 搭在CAN總線上,其TXD、RXD 通過光電隔離分別與82527的TX0、RX0、RX1連接。系統(tǒng)軟件組成與功能本管理系統(tǒng)的的核心軟件,是在Medwin 編譯環(huán)境下用C51編制 2003.12電子設計應用 控制模塊、閃存讀寫模塊、故障診斷模塊、電池參數(shù)分計算與判斷模塊、軟件看門狗模塊、BMU 與FCU 和VCU 間的CAN 通訊模塊組成。先進行系統(tǒng)初始化,包括微處理器各口的狀態(tài)初始設置、堆棧的初始、存儲器的配置、定時與中斷的初始設置、故障狀態(tài)的初始、82527CAN 控制器的初始狀態(tài)設置等。隨后進行

9、電壓、溫度、電流、參考電壓的采集并分析計算,再與閃存里的門限值比較,對蓄電池狀態(tài)作出評估并保存有關的數(shù)據(jù)和故障狀態(tài)碼,BMU根據(jù)電池的實時狀態(tài)來響應VCU 對電池放電的請求。軟件看門狗模塊是結合系統(tǒng)監(jiān)視電路MAX813L 而寫。故障診斷波和糾錯編碼方式。圖5為MAX813L 的抗干擾設計。12V 電源經(jīng)分壓后與MAX813L 的PIF 相連,當12V電源降至一定值,可能導致一些輸出誤動作。此時PFI端電壓低于1.25V時,PFO即可變成低電平,引起中斷INT0,使一些輸出操作停止,待電壓恢復后重新工作。MAX813L 的V CC 連接+5V 電源,如果+5V 電源異常會導致系統(tǒng)邏輯混亂,此時MAX813L復位端輸出復位信號。其內置看門狗工作是這樣的,主微處理器的T1口在小于1.6秒的時間內,定時向M A X 813L 的W D I 端發(fā)送脈沖,WDO 輸出高電平;反之MAX813L 在每隔1.6秒內檢測不到脈沖后,應用低通它只需采樣兩Y N =aX N +(1-a Y N-1,N 本次采樣值,Y N-1為上次采為濾波系數(shù),通常遠遠小于該濾波L =a/2t 其中a為濾波系數(shù),t為采由于數(shù)字濾波、系統(tǒng)監(jiān)系統(tǒng)隨著燃料電池汽對電池管理的研究參考文獻1衣寶