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电动汽车方面论文范文资料,与电动汽车电池管理系统抗电磁干扰技术相关论文下载
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电源层分为5V数字电路电源、12V和15V模拟电源.按功能将接地层分隔开,为模拟电路、数字电路和大电流功率输出电路设计单独的地.布线时综合考虑了以下几方面.（1）相邻导线间的串扰.SPI信号和晶振信号与低频信号不混合布线,数字信号与模拟信号分开布线,顶层与底层信号布线转角走圆弧状,避免平行走线,相邻层的布线相互垂直.
（2）减小关键信号线的走线长度和回路面积.使电路中电流环路保持最小,信号线和回线尽可能靠近.使用较大的地平面以减小地线阻抗.
（3）选择合理的导线宽度,并避免布线不连续.对于数字电路,可选0.2～0.3mm导线宽度,电源线和地线应尽量加宽,以减小寄生电感,地线＞电源＞信号线.电源线为1.2～2.5mm.
图5中给出了BMS在进行EMC优化布局前后,PCB元器件的布局和关键信号的流向图.经优化后元器件的布局更为合理,电源布局更为紧凑,并消除了数字电源和模拟电源之间的电源交叉问题.优化后易受干扰的总电流信号走线长度由58.48mm（2302.49mil）减小到15.83mm（623.35mil）,使BMS系统的抗电磁干扰能力大幅增强.
2.2.3PCB仿真设计
为了更好地优化BMS的电磁兼容性能,应用EMC仿真软件对BMS板极的EMC问题进行了建模仿真,以减少PCB上的各种辐射能量,并降低电源地平面谐振和电路回流路径阻抗.
图6中给出了应用EMC仿真软件对BMS地谐振问题进行优化前后的对比图.通过仿真分析和优化,地谐振幅度减小了10dB以上,有效提升了BMS的电磁兼容性能.
2.3结构及其它EMC设计
BMS外壳采用铝质外壳,PCB的外边四周采用覆铜设计,并良好接地.在整车上采用如图7所示的安装和接地设计,获得了较好的电磁屏蔽效果,提升了BMS的电磁兼容性能.
2.4软件滤波技术
除了采用上述的硬件EMC设计措施外,BMS还采用了一阶滞后滤波等常用软件滤波方法,解决了瞬间脉冲干扰、随即干扰和周期性干扰导致的数据采集异常等问题.
一阶滞后滤波传递函数及滤波平滑系数基于RC一阶低通滤波器的特性进行推导.RC电路的传递函数为
．
将式（2）写成差分方程,经整理得
,
式中：X(k)为第k次采样值；Y(k-1)为第k-1次滤波输出值；Y(k)为第k次滤波输出值；为滤波平滑系数.
对式（3）两端同时取自然对数有
,
式中：T为采样周期.
由、及式（4）得到软件滤波平滑系数为
．
已知截止频率f0,可通过式（5）即确定出滤波平滑系数.
长安公司中度混合电动车所用镍氢H45型BMS系统信号采集周期T等于10ms,截止频率f0等于5Hz,可得平滑系数等于0.0625,时间常数τ等于160ms.其阶跃响应曲线如图8所示,从中可以看到,经滤波后的信号与真实信号间有一定的延时,但完全能满足BMS系统对实时性的要求.
图9中给出了BMS有无软件滤波时,实车采集的总电压信号.
从图9可知,经滤波后的BMS采集的总电压信号更为平稳.说明软件滤波能有效消除BMS采集数据过程中的瞬间脉冲干扰、随机干扰,使信号更平滑,解决了由于受到外部电磁干扰导致的瞬间数据异常问题.
3试验验证
按上述EMC方法设计的BMS,具有较好的电磁干扰发射和抗电磁干扰能力.根据车内电磁干扰对BMS耦合干扰的机理,及对BMS采集电压/电流出现错误实际问题的分析,重点参照《ISO11452-4RoadVehicles-ComponentTestMethodsforElectricalDisturbancesfromNarrowbandRadiatedElectromagicEnergy》标准,第4部分：BulkCurrentInjection（BCI）的测试方法[8]对BMS的抗电磁干扰能力进行了试验验证,共模电流大小为100mA,试验频率范围为20～400MHz.试验布置照片如图10所示.
表1中给出了在抗大电流注入测试过程中,经EMC优化设计前后,BMS采集的动力电池总电压、总电流和模块电压的最大偏差对比.
经优化后,BMS采集偏差大幅减小,达到设计要求.装有该BMS的4辆混合动力电动汽车分别在江西南昌示范运行了76000km、99576km、701560km和61888km,均未出现动力电池参数采集错误的问题,说明经EMC优化设计后的BMS能满足电动汽车复杂电磁环境的使用要求.
4结论
电池管理系统（BMS）是电动汽车能量管理的重要部分,它提供整车控制策略的重要参数,但BMS系统在电动汽车强电磁干扰环境中工作时易出现采集参数错误的问题,影响电动汽车的安全可靠运行.为此,笔者基于长安公司中度混合电动车平台,研究了车内电磁环境及其对BMS耦合干扰机理,并通过BMS的有效电磁兼容性设计,重点提升了BMS的抗干扰性能,满足了电动汽车复杂电磁环境的使用要求.
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