電動(dòng)客車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究

　　摘要： 電池管理系統(tǒng)能為電動(dòng)汽車提供準(zhǔn)確可靠的動(dòng)力電池信息，對(duì)電池管理系統(tǒng)自身運(yùn)行的各項(xiàng)功能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)電池運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析。電動(dòng)客車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)解決了電池單體電壓的實(shí)時(shí)精確采集問(wèn)題，為準(zhǔn)確判斷電池狀況、精確測(cè)量荷電狀態(tài)（ SOC） 打下良好基礎(chǔ)。

　　0 引言

　　電動(dòng)車的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵在于動(dòng)力電池及應(yīng)用技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的研發(fā)。目前制約電動(dòng)車發(fā)展的主要瓶頸是電池及其應(yīng)用技術(shù)。智能管理系統(tǒng)能夠?qū)?dòng)力電池組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，還能夠?qū)γ恐浑姵剡M(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，能夠方便地同主機(jī)系統(tǒng)聯(lián)接、實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池的性能參數(shù)，定時(shí)測(cè)量單個(gè)電池的端電壓，以及電池溫度和工作電流，將這些參數(shù)顯示于液晶顯示器，當(dāng)電池的電壓、電流、溫度任一個(gè)超標(biāo)時(shí)，切斷電池組的控制回路，對(duì)電池的SOC（ State of Charge） 進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)液晶顯示器顯示。

　　電動(dòng)車運(yùn)行工況比較復(fù)雜，如環(huán)境溫濕度變化、載荷量變化、氣壓變化、大氣腐蝕、振動(dòng)沖擊、輸入輸出功率的驟變、靜態(tài)放置等等，由此決定了電池的工況也比較復(fù)雜。要使電動(dòng)車在各種工況下具有良好的工作特性，就必須對(duì)蓄電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，來(lái)保證管理系統(tǒng)可靠、安全的實(shí)際應(yīng)用，避免過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，提高電池的綜合性能。

　　1 電動(dòng)客車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

　　1. 1 電池管理系統(tǒng)的主要功能

　　（ 1） 精確監(jiān)測(cè)電池組的各種運(yùn)行參數(shù)，如模塊電壓、電池組總電壓、電池溫度、電池以及壓力等；

　　（ 2） 通過(guò)測(cè)出的電池參數(shù)預(yù)測(cè)電池的SOC、最大允許充放電電流、放電深度等；

　　（ 3） 控制電池的充電，根據(jù)電池當(dāng)時(shí)的狀態(tài)決定可沖入或放出的電量，避免損害電池；

　　（ 4） 模塊電壓采用高分布式采集方案，用CAN總線傳輸采集數(shù)據(jù)；

　　（ 5） 電池管理系統(tǒng)采用高速CAN 總線與整車控制系統(tǒng)通信，達(dá)到實(shí)時(shí)性，可靠性的要求；

　　（ 6） 實(shí)時(shí)獲得電池組的各種狀態(tài)，在出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出不同等級(jí)的報(bào)警信息，并能夠采取相應(yīng)的措施，保障電池組的安全；

　　（ 7） 電池組內(nèi)所有單體電池的SOC 和電壓的均衡控制；

　　（ 8） 電池組的熱管理。

　　1. 2 電池管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

　　該電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　電池管理系統(tǒng)電路由電源模塊、DSP 芯片TMS320LF2407A、基于多個(gè)OZ890 的數(shù)據(jù)采集模塊、I2C 通信模塊、SCI 通信模塊、CAN 通信模塊組成。

　　2. 1 電源模塊

　　整車提供的電源為+ 12V，管理系統(tǒng)需要的電壓包括： + 3. 3V（ DSP，隔離電路用） 、+ 5V（ 總線驅(qū)動(dòng)等芯片用） 、± 15V（ 電流傳感器） ，可以通過(guò)DC－ DC 轉(zhuǎn)換得到，這樣不但可以滿足各個(gè)芯片的供電需求，而且可以起到隔離抗干擾的作用。

　　2. 2 數(shù)據(jù)采集模塊

　　由DSP 完成總電壓、電流及溫度的采集。電池單體電壓的采集和均衡由OZ890 芯片完成，并利用I2C 總線發(fā)給DSP，本模塊電路主要包括前端采集處理和均衡電路。

　　2. 3 I2C 通信模塊

　　OZ890 采樣模塊將采集處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)I2C 總線發(fā)送到LF2407，由于LF2407 自身不帶I2C 接口，本設(shè)計(jì)利用PCA9564 擴(kuò)展其I2C 接口。

　　為了防止電磁干擾影響I2C 總線上數(shù)據(jù)的傳輸，必須對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行隔離，考慮到I2C 總線是雙向傳輸?shù)模褂肁duM1250 雙向隔離芯片進(jìn)行隔離。