纯电动汽车电池管理系统的开发与设计

随着经济和科技的迅猛发展,人类的物质生活日益丰富,但环境污染和能源短缺等问题随着而来,并且越发严重,甚至威胁到整个地球的生态安全。在汽车行业中,为了解决燃油汽车的天然缺陷,以特斯拉为代表的纯电动汽车应运而生,并以其结构简单、零排放、噪声小、能源利用率高等优点,将迅速占领未来汽车市场发展的制高点。作为电动汽车的核心部件一电池管理系统,不仅可以实时采集、监控和显示电池单元的电压、温度、电流等参数,并根据所采集到的参数估算出剩余电量SOC,而且可以对异常电池进行报警保护,并将故障信息上传给整车控制器,从而提高车用电池组的安全性,一定程度上降低纯电动汽车的运行成本。本课题主要对纯电动汽车电池管理系统进行了研究,首先通过对车用锂离子电池的分析,尝试性地设计了该系统的整体架构,然后基于此架构进行了包括采集均衡模块、主控模块、显示模块等方面的硬件设计和基于μC/OS-Ⅲ实时操作系统的软件设计,最后对所设计的软硬件进行系统调试,验证其稳定性和可靠性。具体所完成的工作包括以下几个方面：(1) 电池管理系统总体设计：对所选电池单体NCR18650PF型锂离子电池进行了单体电压特性、温度特性、放电容量与开路电压关系特性等方面的研究,并根据其工作特性,分析了电池管理系统所需的功能,并确定了电池管理系统的基本架构。(2) 电池管理系统硬件设计：根据电池管理系统的总体方案,完成了各个模块的划分和设计,包括采集均衡模块,电流采集模块和主控制模块的硬件电路设计(电气原理图的设计、电子元器件的选型和印刷电路板的制作),LCD显示模块的UI设计以及充放电保护模块的器件选型与电路设计。(3) 电池管理系统软件设计：在硬件设计的基础上,完成了基于μC/OS-Ⅲ的电池管理系统软件设计,主要包括在主控芯片STM32F103VET6上进行系统实时内核的移植和相关应用软件的开发,其中应用软件由初始化启动任务,电池电压、温度采集任务,电流采集任务,充放电控制任务,热管理控制任务,均衡控制任务等任务模块构成。(4)系统调试和结果分析：在完成软硬件开发后,借助相应的硬件设备(动力锂离子电池、万用表等)验证了电池电压采集的精度,温度采集的可靠性和LCD显示的及时性。