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[摘 要]国家汽车工业的不断进步与发展，极大地促进了电动汽车技术的飞跃，研究电动汽车电池管理系统的抗干扰设计，对于提升电动汽车的应用效果有着极为关键的意义。文章概述了相关内容，分析了电池管理系统主要功能，并就电池管理系统的关键技术展开了研究，望对相关工作的开展有所裨益。
[关键词]电动汽车；电池管理系统；抗干扰；设计
中图分类号：TM911 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0258-01
1电池管理系统主要功能
1.1电池信息采集功能：采集各电池组工作电压、环境温度、充放电电流等信息，借助采集板总线传递给主控芯片；
1.2剩余電量估算SOC功能：采集板采集到的电池信息由主控芯片依据一定算法完成对动力电池组剩余电量（StateofCharge，SOC）的估算，为驾驶者提供安全保护和续驶里程参考；
1.3电气控制管理功能：电动汽车的电池组在充放电过程中，动力电池组很可能会发生过充、电池间电量不均衡、过放等问题，大大影响到电池组的使用寿命、工作效率及将来的安全问题。即使问题发生，电池管理组系统能迅速做出反应，有效执行预定安全措施，如切断充放电回路等，从而保证电池组的正常、安全使用。对于不同电池间电量不一致的问题，在排除电池固有差异外，可以通过搭建均衡电路配合控制算法来实现各单体电池之间的均衡。
1.4电池安全保护功能：电动汽车电池组安全管理主要负责监控电池在工作过程中是否出现工作异常。一旦发现问题系统应能及时做出应急响应，保证电动汽车电池组的正常运行，防止发生爆炸等危险；
1.5数据通信显示功能：电池管理系统收集到的电池信息首先被送往电池管理系统BMS主控芯片进行SOC电量估算与均衡控制等处理，再将结果通过CAN总线发送给其他设备使用。同时，电池管理系统BMS通过串口通信将信息显示在上位机，方便驾驶员及维修人员对车辆信息有清晰的掌握和判断。
2 电池管理系统的关键技术
2.1监控系统
一般来说，电池组中的每一个电池电压都需要被收集起来进行安全监控。不同的系统对信息的精度也有不同的要求。对于LMO/LTO电池单体的电压采集精度仅为10mV；对LiFePO4/C电池的单体电压采集精度需要1mv。然而，单个电池的电压采集精度大部分只能达到5mv[2]。电池系统中有很多信号，且电池管理系统通常是分布式的。在信号采集过程中，不同的控制板信号之间会出现不同步，这将对实时监控算法产生影响。在设计BMS时，需要信号的采样频率和同步精度，而电池温度估计是其他状态估计的基础。
温度对电池的性能有很大的影响。目前只能测量电池的表面温度，然后用热模型估计电池的内部温度。电池的热管理是根据估计的结果進行的。其中估算方法有SOC算法，且主要分为单一SOC算法和多种单一SOC算法融合算法。单芯片SOC算法包括电流时间积分法、开路电压法等，电池模型估计了基于SOC的另一种电池性能估计方法。融合算法包括简单校正等方法。
2.2模型建立
基于卡尔曼模型的电池模型SOC估计是准确可靠的，因而现在是主流方法。目前，估算方法主要分为耐久性实证模型的估计方法和基于蓄电池的参数辨识方法模型，据估计的结果这可以很容易地被认为是电池的最大可用功率。其次，常用的软件估计方法可分为两类，基于电池图法和基于动态方法。
BMS功能是监视电池状态，建立电池状态、保护电池、报告数据、平衡，等等。保护核心和电池无损伤；使电池在适当的电压和温度范围内工作；电池在正确的条件下运行后，以满足车辆的需要。而对电池参数检测主要包括总压、总电流、单体电压检测、温度检测、绝缘检测、碰撞检测、阻抗检测、烟雾检测等。在线诊断主要有故障包括传感器故障、网络故障、电池故障、电池过充和过放电。过流、绝缘故障等。在单体电压测量的困难：在电池系统中有许多串联的电池，因此需要多通道电压来收集电池电压。每个电池的电压可能会不同，这给硬件电路设计带来困难。
3 BMS系统实现
3.1元器件选型
处理器芯片：R8C/23群瑞萨单片机。
电压采集：ADS1146IPW数模转换器。
温度采集：CD4051BM。
均衡控制：74HC595。
CAN通信：SN65HVD1050。
U盘读写：CH376。
显示屏：DMT80480T070_18WT液晶触摸屏。
语音报警：WTH080，LM386。
3.2硬件设计
由于电动汽车用电环境复杂，有很强的电磁干扰从而影响信号在线检测与控制系统的正常工作。为了减小电磁干扰采取如下措施：（1）在瑞萨单片机和CAN总线收发器之间加入高速光耦隔离器，同时增加共模电感，热敏电阻等保护措施；（2）为了避免底线窜扰问题，将单片机工作电源与电动车电源地线进行隔离；（3）数字温度传感器使用屏蔽电缆封装，并将屏蔽地搭铁，CAN总线选用屏蔽双绞线；（4）PCB板制作尽量加大线间距，以降低导向间的分布电容并使其导向垂直，以减小磁场耦合，减小电源线走线有效面积及选用性价比高的器件等。
3.3软件设计
在SOC的估算上采用的是现在比较成熟的方法。根据电动汽车的工作状态（驾驶、静置、充电），分别采用安时法、开路电压法进行SOC估算，在采用安时法简单有效的基础之上，在特定条件下采用加权安时法进行SOC校正，消除安时法带来的累计误差。
在软件设计过程中采用了多种抗干扰设计：数字滤波算法、冗余法、软件陷阱发、看门狗等技术，防止程序失序，保证系统正常运行。
4 电动汽车电池的发展趋势 4.1常见电池的发展趋势分析
铅酸电池作为一种动力能源在短途公共汽车以及观光车上被广泛的使用，但是这种电池的比能量以及循环次数会受到限制。未来发展过程中，铅酸电池将会向着超级电容量的方向发展，成为一种具有双电层电容器的高比功率电池，电池使用的寿命也会逐渐增强，在市场上的竞争力将会增大。
镍氢电池的比能量以及比功率虽然都比较大，但是这种电池对金属镍和金属钴的使用量较大，制造成本较高，这种电池目前被大量的应用于混合动力车当中。随着锂离子电池的生产和使用，这种电池在电动汽车领域中的应用数量将会逐渐减少并且推出电动汽车行业的适用范围。
锂离子电池是目前市场上电池使用性能最好的能源，同等質量的锂离子电池所含的能量基本上能够占据铅酸电池能量的5倍左右，同时也是镍氢电池能量的3倍。但是锂离子电池的价格以及电池的功率是影响其利用率的主要因素。为了使用中可以利用太阳能从海水中提取大量的锂材料，锂离子具有循环使用的效果，能够在使用过程中有效的解决原材料的需求问题。
4.2新电池技术的发展
随着电动车电池的研究和发展，未来电动车电池使用中将会出现锂聚合物电池，这种电池一定程度上提高了锂离子电池的稳定性和使用效率，此外，还会出现高能量、低成本并且具有较强环保性的锂硫电池，并且会出现一种工作温差范围较大的固态锂空气电池。这些新型电池技术的出现虽然能够解决现有电池使用中的一些问题，但是要想解决内燃机以及化学电池之间的众多问题，需要将这种新型的电池与其他的辅助性方法现结合使用。
5 结束语
通过对电动汽车电池管理系统抗干扰设计的研究，我们可以发现，该项工作良好实践效果的取得有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从电动汽车应用的客观实际需求出发，研究制定最为符合实际的设计实施策略。
参考文献
[1] 李伟.电动汽车电池现状及发展趋势研究[J].科技创新与应用.2017（11）：60-62.
[2] 董霞.电动汽车电池现状及发展趋势[J].城市建设理论研究（电子版）.2017（01）：115-116.
作者简介
李瑞凯，身份证号码：1304291987****2610
赵利涛，身份证号码：4107811983****2013
薛春丽，身份证号码：4127221986****2581
[关键词]电动汽车；电池管理系统；抗干扰；设计
中图分类号：TM911 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0258-01
1电池管理系统主要功能
1.1电池信息采集功能：采集各电池组工作电压、环境温度、充放电电流等信息，借助采集板总线传递给主控芯片；
1.2剩余電量估算SOC功能：采集板采集到的电池信息由主控芯片依据一定算法完成对动力电池组剩余电量（StateofCharge，SOC）的估算，为驾驶者提供安全保护和续驶里程参考；
1.3电气控制管理功能：电动汽车的电池组在充放电过程中，动力电池组很可能会发生过充、电池间电量不均衡、过放等问题，大大影响到电池组的使用寿命、工作效率及将来的安全问题。即使问题发生，电池管理组系统能迅速做出反应，有效执行预定安全措施，如切断充放电回路等，从而保证电池组的正常、安全使用。对于不同电池间电量不一致的问题，在排除电池固有差异外，可以通过搭建均衡电路配合控制算法来实现各单体电池之间的均衡。
1.4电池安全保护功能：电动汽车电池组安全管理主要负责监控电池在工作过程中是否出现工作异常。一旦发现问题系统应能及时做出应急响应，保证电动汽车电池组的正常运行，防止发生爆炸等危险；
1.5数据通信显示功能：电池管理系统收集到的电池信息首先被送往电池管理系统BMS主控芯片进行SOC电量估算与均衡控制等处理，再将结果通过CAN总线发送给其他设备使用。同时，电池管理系统BMS通过串口通信将信息显示在上位机，方便驾驶员及维修人员对车辆信息有清晰的掌握和判断。
2 电池管理系统的关键技术
2.1监控系统
一般来说，电池组中的每一个电池电压都需要被收集起来进行安全监控。不同的系统对信息的精度也有不同的要求。对于LMO/LTO电池单体的电压采集精度仅为10mV；对LiFePO4/C电池的单体电压采集精度需要1mv。然而，单个电池的电压采集精度大部分只能达到5mv[2]。电池系统中有很多信号，且电池管理系统通常是分布式的。在信号采集过程中，不同的控制板信号之间会出现不同步，这将对实时监控算法产生影响。在设计BMS时，需要信号的采样频率和同步精度，而电池温度估计是其他状态估计的基础。
温度对电池的性能有很大的影响。目前只能测量电池的表面温度，然后用热模型估计电池的内部温度。电池的热管理是根据估计的结果進行的。其中估算方法有SOC算法，且主要分为单一SOC算法和多种单一SOC算法融合算法。单芯片SOC算法包括电流时间积分法、开路电压法等，电池模型估计了基于SOC的另一种电池性能估计方法。融合算法包括简单校正等方法。
2.2模型建立
基于卡尔曼模型的电池模型SOC估计是准确可靠的，因而现在是主流方法。目前，估算方法主要分为耐久性实证模型的估计方法和基于蓄电池的参数辨识方法模型，据估计的结果这可以很容易地被认为是电池的最大可用功率。其次，常用的软件估计方法可分为两类，基于电池图法和基于动态方法。
BMS功能是监视电池状态，建立电池状态、保护电池、报告数据、平衡，等等。保护核心和电池无损伤；使电池在适当的电压和温度范围内工作；电池在正确的条件下运行后，以满足车辆的需要。而对电池参数检测主要包括总压、总电流、单体电压检测、温度检测、绝缘检测、碰撞检测、阻抗检测、烟雾检测等。在线诊断主要有故障包括传感器故障、网络故障、电池故障、电池过充和过放电。过流、绝缘故障等。在单体电压测量的困难：在电池系统中有许多串联的电池，因此需要多通道电压来收集电池电压。每个电池的电压可能会不同，这给硬件电路设计带来困难。
3 BMS系统实现
3.1元器件选型
处理器芯片：R8C/23群瑞萨单片机。
电压采集：ADS1146IPW数模转换器。
温度采集：CD4051BM。
均衡控制：74HC595。
CAN通信：SN65HVD1050。
U盘读写：CH376。
显示屏：DMT80480T070_18WT液晶触摸屏。
语音报警：WTH080，LM386。
3.2硬件设计
由于电动汽车用电环境复杂，有很强的电磁干扰从而影响信号在线检测与控制系统的正常工作。为了减小电磁干扰采取如下措施：（1）在瑞萨单片机和CAN总线收发器之间加入高速光耦隔离器，同时增加共模电感，热敏电阻等保护措施；（2）为了避免底线窜扰问题，将单片机工作电源与电动车电源地线进行隔离；（3）数字温度传感器使用屏蔽电缆封装，并将屏蔽地搭铁，CAN总线选用屏蔽双绞线；（4）PCB板制作尽量加大线间距，以降低导向间的分布电容并使其导向垂直，以减小磁场耦合，减小电源线走线有效面积及选用性价比高的器件等。
3.3软件设计
在SOC的估算上采用的是现在比较成熟的方法。根据电动汽车的工作状态（驾驶、静置、充电），分别采用安时法、开路电压法进行SOC估算，在采用安时法简单有效的基础之上，在特定条件下采用加权安时法进行SOC校正，消除安时法带来的累计误差。
在软件设计过程中采用了多种抗干扰设计：数字滤波算法、冗余法、软件陷阱发、看门狗等技术，防止程序失序，保证系统正常运行。
4 电动汽车电池的发展趋势 4.1常见电池的发展趋势分析
铅酸电池作为一种动力能源在短途公共汽车以及观光车上被广泛的使用，但是这种电池的比能量以及循环次数会受到限制。未来发展过程中，铅酸电池将会向着超级电容量的方向发展，成为一种具有双电层电容器的高比功率电池，电池使用的寿命也会逐渐增强，在市场上的竞争力将会增大。
镍氢电池的比能量以及比功率虽然都比较大，但是这种电池对金属镍和金属钴的使用量较大，制造成本较高，这种电池目前被大量的应用于混合动力车当中。随着锂离子电池的生产和使用，这种电池在电动汽车领域中的应用数量将会逐渐减少并且推出电动汽车行业的适用范围。
锂离子电池是目前市场上电池使用性能最好的能源，同等質量的锂离子电池所含的能量基本上能够占据铅酸电池能量的5倍左右，同时也是镍氢电池能量的3倍。但是锂离子电池的价格以及电池的功率是影响其利用率的主要因素。为了使用中可以利用太阳能从海水中提取大量的锂材料，锂离子具有循环使用的效果，能够在使用过程中有效的解决原材料的需求问题。
4.2新电池技术的发展
随着电动车电池的研究和发展，未来电动车电池使用中将会出现锂聚合物电池，这种电池一定程度上提高了锂离子电池的稳定性和使用效率，此外，还会出现高能量、低成本并且具有较强环保性的锂硫电池，并且会出现一种工作温差范围较大的固态锂空气电池。这些新型电池技术的出现虽然能够解决现有电池使用中的一些问题，但是要想解决内燃机以及化学电池之间的众多问题，需要将这种新型的电池与其他的辅助性方法现结合使用。
5 结束语
通过对电动汽车电池管理系统抗干扰设计的研究，我们可以发现，该项工作良好实践效果的取得有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从电动汽车应用的客观实际需求出发，研究制定最为符合实际的设计实施策略。
参考文献
[1] 李伟.电动汽车电池现状及发展趋势研究[J].科技创新与应用.2017（11）：60-62.
[2] 董霞.电动汽车电池现状及发展趋势[J].城市建设理论研究（电子版）.2017（01）：115-116.
作者简介
李瑞凯，身份证号码：1304291987****2610
赵利涛，身份证号码：4107811983****2013
薛春丽，身份证号码：4127221986****2581