电动汽车动力电池管理系统

２．３ ４８５ 通信子程序
如图 ６ 所示，在进入从机通信任务后，主机发送查询数据 包，等待从机回应。如果从机不回应超时，则返回失败函数不 返回数据；从机回应，进行 ＣＲＣ 校验。ＣＲＣ 校验正确后，进行 数据解包，返回数据；若 ＣＲＣ 校验不成功，再次发送查询数据 包，直到 ＣＲＣ 校验正确为止。
２．５ 强电控制单元软件设计
强电模块程序流程如图 ８ 所示，首先进行系统初始化，然
图 ６ ４８５ 通信流程图
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图 ８ 强电控制单元软件流程图 ２０１３．２ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．２
研究与设计
后等待主机命令。当主机检测到故障出现时会发送命令进入 中断程序，中断程序为输出继电器信号。若没有严重故障发生 时，跳过中断，等待状态标志，进行电流采集，绝缘监测，然后 建包通过 ４８５ 发送数据给主机。
均衡功能采用主动均衡和被动均衡两种方式，主动均衡 采用无损耗基于飞渡电容的均衡方式，主要在电动汽车放电 过程中使用。被动均衡方式使用功率器件，进行耗电试均衡， 可以达到大电流均衡，其最大缺点是能量损耗及发热，所以这 种均衡方式主要在均衡充电时使用。
２ 系统软件设计
２．１ 软件设计概述
硬件电路确定以后，电池管理系统的主要功能将依赖于 系统软件的实现。系统能否正常可靠地工作，除了硬件的合理 设计外，与功能完善的软件设计也是分不开的。在软件设计 时，首先要根据控制系统要求分析软件实现的任务，进行软件 的总体设计，包括程序总体结构设计和对程序进行模块化设 计。按整体功能分成多个不同的模块，单独设计、编程、调试， 然后将各个模块组合调试，实现软件的全部功能。考虑到系统 结构和设计软件的易用性，本系统设计采用 Ｃ 语言编程，因为 用到了 ＡＲＭ 和 ＡＶＲ 的微控制器，使用了两种开发软件， ＡＲＭ 的开发软件为 ＩＡＲ，ＡＶＲ 使用的是 ＩＣＣ 的开发环境。
器，采用的是恩智浦公司的 ＬＰＣ２３６８ 微处理器。因为 ＢＭＳ 需 要大量的通信和数据处理能力，基于 ＡＲＭ 的微处理器具有很 强的串行通信能力，和 ＤＳＰ 对比，ＡＲＭ 微处理器有性价比高 的优势。
图 ２ 是 ４８５ 通 信 模 块 电 路 示 意 图 ，４８５ 通 信 芯 片 采 用 ６５ＬＢＣ１８４ 芯片、６Ｎ１３７ 高速光耦、６５ＬＢＣ１８４ 差分数据线收发 器，可以满足 ２５０ ｋｂ／ｓ 的传输速率，允许在总线上最多挂接
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研究与设计
１２８个类似器件，工作温度为－４５～８５ ℃，完全满足电动汽车 的工作温度，并可完成超强的 ＥＳＤ 保护。其中采用 ６Ｎ１３７ 高 速光耦来进行隔离的作用在于，考虑到车内的工作环境，如果 ４８５ 通信出现故障，浪涌电压通过 ４８５ 信号传输进入单片机， 有可能损坏处理器，所以进行光电隔离。
２．６ 软件抗干扰设计
图 ５ 主控单元软件流程图
量，进行建包；状态 ２：与强电模块通信，发送查询数据包，强电 模块返回电流采集参数和绝缘监测结果数据包；状态 ３：发送 查询数据包给电压采集模块，电压采集模块应答，返回电压参 数和温度参数数据包。每次循环操作完成后再次等待任务唤 醒。
（３） 任务二如图 ５ 中的液晶控制流程图所示。主机初始化 后，等待任务唤醒。任务唤醒后，初始化显示参数，每次通信之 前读取液晶当前界面，识别当前液晶信息之后，确定状态标 志，然后进行数据发送供液晶显示。
２．２ 主控单元
主模块主程序的主要功能有：初始化系统所有参数、实现 任务管理、液晶通信、４８５ 通信、ＣＡＮ 通信、数据处理、ＳＯＣ 估 算、ＥＥＰＲＯＭ 读写等。主模块采用 ｕＣＯＳ－ＩＩ 操作系统来进行对 任务的管理，增强整个系统工作的稳定性。
（１）主机初始化。首先屏蔽所有中断，然后进行 ＯＳ 初始 化，创建任务，对任务进行调度，来实现系统功能。
本系统采用 ＡＴｍｅｇａ１６、ＡＴｍｅｇａ８、ＬＰＣ２３６８ 单片机控制三个模块，传感器采用单总线数字化的传感器 ＤＳｌ８８２０，完成
电池的电压、电流、电量及温度的检测。系统可以测量蓄电池的单体电压、电池温度、蓄电池放电电流、电池电量等，而且
测量数据和报警参数可在 ＬＣＤ 上显示。在电池电量测量方面系统还通过软件对传感器的非线性、温度等影响进行修正
ＣＨＥＮ Ｚｈｉ－ｃｈｕ， ＰＡＮ Ｆｅｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈｉｙａｎ Ｈｕｂｅｉ ４４２００１， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｓｅｒｖｅｓ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｓｔａｔｕｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ， ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ＳＯＣ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｄ ｍａｎａｇｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｏｖｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ， ｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅｓ， ａｌａｒｍｉｎｇ ｉｎ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｘｉｍｉｚｅ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｃｙｃｌｅ ｌｉｆｅ． Ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ＡＴｍｅｇａ１６， ＡＴｍｅｇａ８， ＬＰＣ２３６８ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ， ｉｔｓ ｃｈｉｐ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｈｅ ｃｒａｆｔ ｏｆ ＣＭＯＳ ａｎｄ ｆａｃｅｓ ｔｏ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｉｔｈ ｍｅｍｏｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． １－ｗｉｒｅ ｂｕｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｅｎｓｏｒ ｗａｓ ｕｓｅｄ， ｗｈｏｓｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ＤＳ１ ８Ｂ２０ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔ ｖｏｌｔａｇｅ，ｃｕｒｒｅｎｔ， ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ， ｂａｔｔｅｒｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｂａｔｔｅｒｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ， ｂａｔｔｅｒｙ， ｅｔｃ． ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄａｔａ ａｎｄ ａｌａｒｍ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＬＣＤ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ； ＲＳ４８５； ＡＴｍｅｇａ１６； ＬＰＣ２３６８； ＳＯＣ
图 ３ 为 ＣＡＮ 通信模块电路示意图，ＣＡＮ 通信芯片采用 ＴＡＪ１０４０，该款芯片是 ＮＸＰ 公司的一款高速 ＣＡＮ 数据传输芯 片。其中电容 Ｃ２０、Ｃ２５ 的作用是控制电压斜坡，Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９、 Ｄ１０、Ｄ１１、Ｄ１２ 的作用是防止静电与浪涌电压，提高电路的抗 电磁干扰能力。
图 ４ 为系统模块所采用的电源电路，采用 ＬＭ２５９６Ｓ－５．０， 该款芯片为开关电源，输出电流高达 ３ Ａ，并且具有功耗小、效 率高、输出线性度好的特点，有效地解决了电源发热影响系统 工作的问题。考虑到汽车上的低压直流电压有两个标准，一般 小型车为 ＤＣ １２ Ｖ，中型车或者大型车为 ＤＣ ２４ Ｖ，此开关电 源可以在输入高达 ４０ Ｖ 的情况下，有效地稳压到 ５ Ｖ。由于 ＲＡＭ 芯片供电电压为 ３．３ Ｖ，采用 ＡＭＩ１１１７－３．３ 稳压芯片，从 ５ Ｖ 稳压到 ３．３ Ｖ，其中 Ｌ２ 的作用是去耦电感，提高电源抗干 扰能力。
研究与设计
电动汽车动力电池管理系统
陈志楚， 潘 峰 （湖北汽车工业学院 电信学院，湖北 十堰 ４４２００１）
摘要：电池管理系统最基本的作用是监控电池的工作状态，包括电池的电压、电流和温度，预测蓄电池荷电状态，管理电
池的工作情况，避免出现过放电、过热，对出现的问题应能及时报警，以便最大限度地利用电池的存储能力和循环寿命。

在国内外大力发展纯电动汽车 （ＥＶ）、混合动力汽车 （ＨＥＶ） 的过程中，高能量锂电池带来了电动汽车革命性的发 展。电池管理系统（ＢＭＳ）是动力和储能电池的必需配套。锂电 池单体容量过大，容易产生高温，诱发不安全因素，因此大容 量电池必须通过串并联的方式形成电池组。而单体电池本身 的不一致性和使用环境的细微差别均会造成电池寿命的差 别，大大影响整个电池组的寿命和性能。ＢＭＳ 作为实时监控、 自动均衡、智能充放电的电子部件，具有保障安全、延长寿命、 估算剩余电量等重要功能，是动力和储能电池组中不可或缺 的重要部件［１－３］。
图 ４ 电源电路示意图
１．２ 强电控制单元设计
强电控制单元采用 ＡＴｍｅｌ 公司的 ＡＴｍｅｇａ８－ＡＰＵ 微控制 器，考虑到价格和处理能力的因素，选择该款芯片。该款微控 制器具有 ８ 路 １０ 位 ＡＤＣ，两个串行 ＵＡＲＴ，三通道的 ＰＷＭ 控制，５１２ 字节的 ＥＥＰＲＯＭ，８ ｋ 字节的系统内可编程 Ｆｌａｓｈ。
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研究与设计
２．４ 电压采集单元软件设计
电压采集模块程序流程图如图 ７ 所示，首先进行系统初 始化，控制器对译码器进行操作，等待进入 ＡＤ 中断，进入 ＡＤ 中断以后读 ＡＤ 采样值。若主机发来查询命令，每次进入 ＡＤ 中断后，读取 ＡＤ 采样值，建包发送采样值给主机，在每次扫 描完电压值以后，发送温度采样值给主机，如上进行循环。
（２）图 ５ 所示为接受从机采集模块数据任务流程图，任务 一是对 ４８５ 通信的调度，首先初始化 ４８５ 通信的各种参数，发 送数据包到强电模块和电压采集模块等待回应，如果收到回 应，证明通信成功，然后对从机进行初始化，查询从机地址，等 待任务唤醒。任务唤醒后，状态 １：读每个电压采集模块电池数
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强电模块电路主要由电源电路、高压线绝缘监测电路、通
信电路、电流检测电路、继电器信号输出电路等组成。电流检 测采用开环霍尔电流传感器，该款霍尔电流传感器可用于测 量直流、交流、脉冲电流，并且原边被测电流与副边输出电压 电气隔离。