基于LIN總線(xiàn)的純電動(dòng)車(chē)電池管理系統設計

磷酸鐵鋰電池作為新型電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池，具有容量大、安全性高、耐高溫特別是循環(huán)壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，其循環(huán)壽命比普通的鉛酸電池至少要高4 倍，在車(chē)用動(dòng)力電池的市場(chǎng)中具有極大的應用潛力。在現階段動(dòng)力電池的容量沒(méi)有根本性突破的情況下，電池管理系統（battery management system,BMS）在電動(dòng)車(chē)中的應用將顯得異常重要，它能夠實(shí)時(shí)檢測動(dòng)力電池的電壓、電流、溫度，并通過(guò)這些參數估算電池的荷電狀態(tài)（state of charge,SOC），為駕駛員提供車(chē)輛續駛里程參考；此外BMS 能夠對電池的過(guò)充、過(guò)放電進(jìn)行報警和保護，對電池組和單節電池進(jìn)行有效保護，從而提升電池使用性能、提高電池壽命。LIN 總線(xiàn)是一種低成本的汽車(chē)A 類(lèi)總線(xiàn)，非常適合溫度、電流這類(lèi)實(shí)時(shí)性要求不高的數據傳輸，通過(guò)LIN 總線(xiàn)實(shí)現數據的總線(xiàn)化傳輸，進(jìn)一步降低了成本。

　　1 系統的總體結構與功能

　　在本設計中，電池管理系統分為兩大部分：信號檢測模塊、通信及信息處理模塊。在信號檢測模塊中，每節單體電池對應一個(gè)底層ECU（DSPic30f4012），可以實(shí)現單體電壓采集、電流檢測、溫度采樣；同時(shí)也能檢測整個(gè)電池組的電壓、電流和環(huán)境溫度，用于電池一般充電與均衡充電時(shí)的檢測與保護，如圖1 所示。

　　底層ECU 把檢測到的電壓、電流、溫度等變量封裝為LIN總線(xiàn)幀格式，然后通過(guò)LIN 總線(xiàn)與上層ECU 進(jìn)行通信。信息處理模塊可以實(shí)現動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)實(shí)時(shí)估算和故障分析，并把溫度、電壓、電流等信息進(jìn)行顯示。

　　2 電池管理系統設計

　　2.1 電池管理系統的基本硬件設計

　　由于電池組的單體數目比較多，本系統采用分布式結構，這種結構能有效減少采樣線(xiàn)穿越電池，降低安裝和調試的復雜性，同時(shí)也能降低安全隱患。底層ECU 使用Dspic30f4012芯片，它能在-40~125 ℃溫度范圍內工作，屬于汽車(chē)級芯片；它具有豐富的模擬量、數字量I/O 接口、10 位A/D 轉換功能以及SCI 通信功能等。

　　2.1.1 信號采集模塊設計

　　Dspic30f4012 具有2.5~5.5 V 范圍的寬工作電壓，因而可以用單節磷酸鐵鋰電池直接供電，只需要加一個(gè)0.1 μF 的濾波電容即可使芯片工作，供電電路得到極大簡(jiǎn)化。由于F4012 芯片內不提供A/D 轉換的內部基準電壓，因此在進(jìn)行電壓檢測時(shí)，需要外部提供A/D 轉換基準電壓，本文選用低功耗、低電壓誤差的LM385 來(lái)提供2.5 V 的外部基準電壓，如圖2 所示。

　　本設計中電壓檢測模塊的特點(diǎn)是各個(gè)檢測模塊分別檢測各自單體電池上的電壓，而不是通過(guò)傳統的多路開(kāi)關(guān)分時(shí)選擇的方法來(lái)實(shí)現，這樣就完全實(shí)現了純分布式的電池管理結構。磷酸鐵鋰電池的電壓直接從單體電池兩端引出電壓，然后通過(guò)兩個(gè)高精度的電阻進(jìn)行分壓，分壓得到的電壓引入Dspic30f4012 芯片內部的A/D 模擬信號轉換通道，進(jìn)行電壓的檢測。Dspic30f4012 芯片內的A/D 轉換器為10 位精度，基準電壓為2.5 V,所以電壓檢測模塊能夠檢測到0~5 V 的電壓范圍，大于單體電池的最大電壓3.65 V.電池組的總電壓的檢測， 經(jīng)由信號衰減電路與抗共模電壓電路接入Dspic30f4012 芯片內的A/D 轉換通道中完成電池組電壓的采集。

　　單體電池電流的檢測通過(guò)霍爾傳感器來(lái)實(shí)現，霍爾傳感器能輸出最高3 V 的電壓信號，可以直接接入到Dspic30f4012芯片內的A/D 采樣通道中；電池的溫度的檢測通過(guò)TJ1047溫度檢測芯片來(lái)實(shí)現，TJ1047 溫度檢測芯片在-40 ℃和125 ℃時(shí)輸出電壓分別為0.5 V 和1.75 V,并且具有10 mV/℃的溫度電壓比例特性和±0.5 ℃的誤差。因此從TJ1047 芯片輸出的電壓可以直接接入Dspic30f4012 芯片內的A/D 轉換通道中，即可完成對電池溫度和環(huán)境溫度的采集。