电动客车动力电池管理系统的开发研究

　　摘要： 电池管理系统能为电动汽车提供准确可靠的动力电池信息，对电池管理系统自身运行的各项功能进行实时监测，对电池运行数据进行采集分析。电动客车动力电池管理系统解决了电池单体电压的实时精确采集问题，为准确判断电池状况、精确测量荷电状态（ SOC） 打下良好基础。

　　0 引言

　　电动车的产业化关键在于动力电池及应用技术产业化的研发。目前制约电动车发展的主要瓶颈是电池及其应用技术。智能管理系统能够对动力电池组进行现场管理，还能够对每只电池进行监测和控制，能够方便地同主机系统联接、实现集中监控和数据传输。能够实时监测动力电池的性能参数，定时测量单个电池的端电压，以及电池温度和工作电流，将这些参数显示于液晶显示器，当电池的电压、电流、温度任一个超标时，切断电池组的控制回路，对电池的SOC（ State of Charge） 进行计算，通过液晶显示器显示。

　　电动车运行工况比较复杂，如环境温湿度变化、载荷量变化、气压变化、大气腐蚀、振动冲击、输入输出功率的骤变、静态放置等等，由此决定了电池的工况也比较复杂。要使电动车在各种工况下具有良好的工作特性，就必须对蓄电池管理系统结构进行规划和设计，来保证管理系统可靠、安全的实际应用，避免过充电和过放电，延长蓄电池的使用寿命，提高电池的综合性能。

　　1 电动客车动力电池管理系统设计总体方案

　　1. 1 电池管理系统的主要功能

　　（ 1） 精确监测电池组的各种运行参数，如模块电压、电池组总电压、电池温度、电池以及压力等；

　　（ 2） 通过测出的电池参数预测电池的SOC、最大允许充放电电流、放电深度等；

　　（ 3） 控制电池的充电，根据电池当时的状态决定可冲入或放出的电量，避免损害电池；

　　（ 4） 模块电压采用高分布式采集方案，用CAN总线传输采集数据；

　　（ 5） 电池管理系统采用高速CAN 总线与整车控制系统通信，达到实时性，可靠性的要求；

　　（ 6） 实时获得电池组的各种状态，在出现故障时发出不同等级的报警信息，并能够采取相应的措施，保障电池组的安全；

　　（ 7） 电池组内所有单体电池的SOC 和电压的均衡控制；

　　（ 8） 电池组的热管理。

　　1. 2 电池管理系统的基本结构

　　该电池管理系统结构图如图1 所示。

图1 电池管理系统结构图

　　2 系统硬件设计

　　电池管理系统电路由电源模块、DSP 芯片TMS320LF2407A、基于多个OZ890 的数据采集模块、I2C 通信模块、SCI 通信模块、CAN 通信模块组成。

　　2. 1 电源模块

　　整车提供的电源为+ 12V，管理系统需要的电压包括： + 3. 3V（ DSP，隔离电路用） 、+ 5V（ 总线驱动等芯片用） 、± 15V（ 电流传感器） ，可以通过DC－ DC 转换得到，这样不但可以满足各个芯片的供电需求，而且可以起到隔离抗干扰的作用。

　　2. 2 数据采集模块

　　由DSP 完成总电压、电流及温度的采集。电池单体电压的采集和均衡由OZ890 芯片完成，并利用I2C 总线发给DSP，本模块电路主要包括前端采集处理和均衡电路。

　　2. 3 I2C 通信模块

　　OZ890 采样模块将采集处理后的数据通过I2C 总线发送到LF2407，由于LF2407 自身不带I2C 接口，本设计利用PCA9564 扩展其I2C 接口。

　　为了防止电磁干扰影响I2C 总线上数据的传输，必须对总线信号进行隔离，考虑到I2C 总线是双向传输的，使用AduM1250 双向隔离芯片进行隔离。