基于Freescale單片機的電池管理系統設計

摘 要：為了實現電動汽車電池的實時監控，在研究了鋰離子電池特點的基礎上，提出了一種用于混合動力汽車的分布式電池管理系統。其中，硬件系統包括電源模塊、基于Freescale 系列單片機的主控制模塊和子模塊、均衡模塊以及CAN 總線通信模塊等; 軟件系統包括基于下溢中斷的數據采集與處理、SOC 估算、均衡處理和CAN 通信等任務。

　　0 引言

　　混合動力汽車的整車性能很大程度上依賴于動力蓄電池。高性能、高可靠性的電池管理系統( Bat ter yManag ement Sy stem，BMS) 能使電池在各種工作條件下獲得最佳的性能。電池管理系統不僅要監測混合動力電動汽車電池的充放電電流、總電壓、單體電壓和剩余電量SOC，還要預測電池的功率強度，以便監控電池的使用狀況，在汽車啟動和加速時提供足夠的輸出功率，剎車時電池組能回收更多的能量，即提供足夠的輸入功率，并且不對電池組造成傷害。當電池出現過充或過放、溫度過高等異常情況時，電池管理系統會記錄電池號、診斷電池故障并報警，同時整車控制系統對充電機和用電設備給出控制信號。因此，電池管理系統是混合動力汽車的重要電子控制單元之一，對保障電池的可靠性和安全性起到重要作用。

　　1 電池管理系統的功能

　　電池管理系統的主要功能包括: 電池狀態參數的采集、電池狀態的預測、電池組故障診斷、均衡保護以及通信等。

　　1. 1 電池狀態參數采集

　　電池管理系統的所有算法都是以采集到的電池狀態參數為基礎的，因此必須保證數據的精確度。采用Fr eescale 集成的10 位A/ D 轉換模塊完成對單體電壓、溫度、總電壓以及充放電電流的采集。

　　1. 2 電池狀態的預測

　　電池狀態預測包括兩個方面。一方面是以安時積分法為基礎的電池荷電狀態的預測; 另一方面是以電流、電壓、溫度為輸入完成最大充放電功率的預測。整車控制器以這兩個參數為參考，正確地進行功率分配。

　　1. 3 電池組故障診斷

　　能夠根據采集到的參數，實時診斷電池溫度過高、過低故障，電池過壓、欠壓故障，發出電池充放電電流過大、電池組絕緣故障警告。這是保證動力電池系統可靠、車輛行駛安全、滿足用戶駕車需求的重要技術手段。

　　1. 4 均衡保護

　　單體電池的差異性，不僅會導致電池組的使用壽命比單體電池短很多; 同時，對于鋰離子電池而言，由于其對充放電要求很高，當過充、過放、過電流及短路等情況發生時，鋰離子電池壓力與熱量大量增加，容易產生火*、燃燒甚至爆炸。為確保安全性和穩定性，必須采取均衡措施。

　　1. 5 通信功能

　　主要指整車與電池管理系統的CAN 通信。

　　2 分布式電池管理系統硬件組成

　　目前，常用的電池管理系統設計方式主要有兩種:

　　分布式設計和集中式設計。分布式電池管理系統是將電池管理系統分為若干個子模塊和一個主控制模塊。

　　每一個子模塊能單獨完成電池信息測量、電池能量均衡、通信等功能，每一個子模塊都分別與一個電池模塊連接在一起，各個子模塊之間以及子模塊與主控制模塊之間通過總線進行通信。主控制模塊完成電池信息的處理、荷電狀態估算、電池故障診斷、電池組熱管理、電池組與整車通信等功能。

　　主控制模塊和子模塊分別采用Freescale 9S12 系列的DP512 和DG128 作為處理器。系統硬件框圖如圖1 所示。

圖1 系統硬件框圖