鉅大LARGE | 點擊量：742次 | 2021年05月11日
基于LIN總線的純電動汽車鋰電池管理系統設計
磷酸鐵鋰離子電池作為新型電動汽車動力鋰電池，具有容量大、安全性高、耐高溫特別是循環壽命長等優點，其循環壽命比普通的鉛酸電池至少要高4倍，在車用動力鋰電池的市場中具有極大的應用潛力。在現階段動力鋰電池的容量沒有根本性突破的情況下，電池管理系統（batterymanagementsystem,BMS）在電動汽車中的應用將顯得異常重要，它能夠實時檢測動力鋰電池的電壓、電流、溫度，并通過這些參數估算電池的荷電狀態（stateofcharge,SOC），為駕駛員供應車輛續駛里程參考；此外BMS能夠對電池的過充、過放電進行報警和保護，對電池組和單節電池進行有效保護，從而提升電池使用性能、提高電池壽命。LIN總線是一種低成本的汽車A類總線，非常適合溫度、電流這類實時性要求不高的數據傳輸，通過LIN總線實現數據的總線化傳輸，進一步降低了成本。
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底層ECU（DSpic30f4012），可以實現單體電壓采集、電流檢測、溫度采樣；同時也能檢測整個電池組的電壓、電流和環境溫度，用于電池一般充電與均衡充電時的檢測與保護，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總線幀格式，然后通過LIN總線與上層ECU進行通信。信息處理模塊可以實現動力鋰電池的荷電狀態實時估算和故障分析，并把溫度、電壓、電流等信息進行顯示。
2電池管理系統設計
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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穿越電池，降低安裝和調試的復雜性，同時也能降低安全隱患。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2.5~5.5V范圍的寬工作電壓，因而可以用單節磷酸鐵鋰離子電池直接供電，只要加一個0.1F的濾波電容即可使芯片工作，供電電路得到極大簡化。由于F4012芯片內不供應A/D轉換的內部基準電壓，因此在進行電壓檢測時，要外部供應A/D轉換基準電壓，本文選用低功耗、低電壓誤差的LM385來供應2.5V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是各個檢測模塊分別檢測各自單體電池上的電壓，而不是通過傳統的多路開關分時選擇的方法來實現，這樣就完全實現了純分布式的電池管理結構。磷酸鐵鋰離子電池的電壓直接從單體電池兩端引出電壓，然后通過兩個高精度的電阻進行分壓，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2.5V,所以電壓檢測模塊能夠檢測到0~5V的電壓范圍，大于單體電池的最大電壓3.65V.電池組的總電壓的檢測，經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霍爾傳感器來實現，霍爾傳感器能輸出最高3V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TJ1047溫度檢測芯片來實現，TJ1047溫度檢測芯片在-40℃和125℃時輸出電壓分別為0.5V和1.75V,并且具有10mV/℃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境溫度的采集。
