新型電動汽車鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計方案

　　摘要：電動汽車的發(fā)展有助于緩解能源短缺和環(huán)境污染問題，針對目前鋰電池被逐漸應(yīng)用在電動汽車上，提出了一種基于OZ8940芯片的電動汽車鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計方案。系統(tǒng)包括電壓、電流、溫度采集電路，均衡電路，MCU主控電路，I2 C通信電路，CAN通信電路，顯示單元。該系統(tǒng)設(shè)計方案簡單可靠，實現(xiàn)了對鋰電池實時監(jiān)測和保護的功能。

　　電動汽車的使用有助于保護環(huán)境和解決能源短缺問題。電池組作為電動汽車的能源，其正常地工作是安全行駛的重要保證，因此，對電池組工作狀態(tài)的管理顯得尤其重要。近年來，對電池管理系統(tǒng)的研究也越來越受到重視。電池管理系統(tǒng)的職能是實時監(jiān)測電池組狀態(tài)，實施必要的管理和保護措施，以提高電池組的利用率，確保電池組工作的安全可靠，進而確保行車安全。

　　1 系統(tǒng)基本功能介紹

　　設(shè)計的鋰電池管理系統(tǒng)采用電池監(jiān)測芯片對電動汽車電池的電壓、電流、溫度等信息進行實時監(jiān)測。采集到的電壓、電流、溫度等信息經(jīng)過微處理器處理后，相應(yīng)的信息顯示在顯示屏上。如果電池狀態(tài)信息超出正常范圍，系統(tǒng)自動切斷充放電回路并報警。均衡電路的應(yīng)用，延長了電池組的使用壽命。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電池管理系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)采用O2Micro公司的OZ8940芯片作為電池信息的采集芯片。OZ8940是一款低功耗芯片，工作時電流小于500μA,休眠模式下小于50μA.可支持6~12節(jié)串聯(lián)電池的信息測量，總的電壓測量范圍為9~60 V.內(nèi)部包括12路的12位電壓采集ADC,分辨率2.44 mV.1路片內(nèi)溫度采集ADC,精度為12位，2路片外溫度采集ADC,精度為12位，分辨率1.22mV.OZ8940可提供兩級保護功能，第一級保護包括過電壓、過電流、過溫度等保護。第二級保護是永久性外部極高過電壓故障的保護。此外，OZ8940支持內(nèi)部均衡與外部均衡兩種均衡方式。均衡技術(shù)的應(yīng)用，使得電池組特性在充電時保持了良好的一致性，這有助于延長電池組的使用壽命。OZ8940通過I2 C接口與MCU進行通信。

　　2.1 單體電池電壓監(jiān)測

　　如圖2所示，12節(jié)單體電池串聯(lián)構(gòu)成電池組，從每一節(jié)電池的正負極引出接線端子，單體電池的輸入電壓范圍為-0.5 V~8 V.接線端子經(jīng)過RC低通電路后引入到OZ8940的BAT端口，作為電池電壓的輸入端。RC低通電路可以消除信號中的高頻干擾。在OZ8940中通過一個多路選擇器分別將這12路電壓信號引入到內(nèi)部12位精度的ADC中進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果送至內(nèi)部邏輯，經(jīng)過I2C接口與MCU通信。

圖2 電壓采集。

　　2.2 電流監(jiān)測

　　采用霍爾電流傳感器對電池組充放電電流進行采集，如圖1中電流采集部分所示。采集到的信息送至MCU進行處理。