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基于LIN總線的純電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-10-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

磷酸鐵鋰作為新型電動(dòng)汽車動(dòng)力,具有容量大、安全性高、耐高溫特別是循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),其循環(huán)壽命比普通的鉛酸至少要高4 倍,在車用動(dòng)力電池的市場(chǎng)中具有極大的應(yīng)用潛力。在現(xiàn)階段動(dòng)力電池的容量沒有根本性突破的情況下,電池(battery management system,BMS)在中的應(yīng)用將顯得異常重要,它能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)動(dòng)力電池的電壓、電流、溫度,并通過這些參數(shù)估算電池的荷電狀態(tài)(state of charge,SOC),為駕駛員提供車輛續(xù)駛里程參考;此外BMS 能夠?qū)﹄姵氐倪^充、過放電進(jìn)行報(bào)警和保護(hù),對(duì)電池組和單節(jié)電池進(jìn)行有效保護(hù),從而提升電池使用性能、提高電池壽命。 是一種低成本的汽車A 類,非常適合溫度、電流這類實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)傳輸,通過 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的總線化傳輸,進(jìn)一步降低了成本。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/178477.htm

  1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與功能

  在本中,電池分為兩大部分:信號(hào)檢測(cè)模塊、通信及信息處理模塊。在信號(hào)檢測(cè)模塊中,每節(jié)單體電池對(duì)應(yīng)一個(gè)底層ECU(DSPic30f4012),可以實(shí)現(xiàn)單體電壓采集、電流檢測(cè)、溫度采樣;同時(shí)也能檢測(cè)整個(gè)電池組的電壓、電流和環(huán)境溫度,用于電池一般充電與均衡充電時(shí)的檢測(cè)與保護(hù),如圖1 所示。

  底層ECU 把檢測(cè)到的電壓、電流、溫度等變量封裝為總線幀格式,然后通過LIN 總線與上層ECU 進(jìn)行通信。信息處理模塊可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)實(shí)時(shí)估算和故障分析,并把溫度、電壓、電流等信息進(jìn)行顯示。

  2 電池

  2.1 電池管理系統(tǒng)的基本硬件

  由于電池組的單體數(shù)目比較多,本系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)能有效減少采樣線穿越電池,降低安裝和調(diào)試的復(fù)雜性,同時(shí)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(nèi)工作,屬于汽車級(jí)芯片;它具有豐富的模擬量、數(shù)字量I/O 接口、10 位A/D 轉(zhuǎn)換功能以及SCI 通信功能等。

  2.1.1 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)

  Dspic30f4012 具有2.5~5.5 V 范圍的寬工作電壓,因而可以用單節(jié)磷酸鐵鋰電池直接供電,只需要加一個(gè)0.1 μF 的濾波電容即可使芯片工作,供電電路得到極大簡(jiǎn)化。由于F4012 芯片內(nèi)不提供A/D 轉(zhuǎn)換的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓,因此在進(jìn)行電壓檢測(cè)時(shí),需要外部提供A/D 轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓,本文選用低功耗、低電壓誤差的LM385 來提供2.5 V 的外部基準(zhǔn)電壓,如圖2 所示。

  本設(shè)計(jì)中電壓檢測(cè)模塊的特點(diǎn)是各個(gè)檢測(cè)模塊分別檢測(cè)各自單體電池上的電壓,而不是通過傳統(tǒng)的多路開關(guān)分時(shí)選擇的方法來實(shí)現(xiàn),這樣就完全實(shí)現(xiàn)了純分布式的電池管理結(jié)構(gòu)。磷酸鐵鋰電池的電壓直接從單體電池兩端引出電壓,然后通過兩個(gè)高精度的電阻進(jìn)行分壓,分壓得到的電壓引入Dspic30f4012 芯片內(nèi)部的A/D 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換通道,進(jìn)行電壓的檢測(cè)。Dspic30f4012 芯片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器為10 位精度,基準(zhǔn)電壓為2.5 V,所以電壓檢測(cè)模塊能夠檢測(cè)到0~5 V 的電壓范圍,大于單體電池的最大電壓3.65 V.電池組的總電壓的檢測(cè), 經(jīng)由信號(hào)衰減電路與抗共模電壓電路接入Dspic30f4012 芯片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換通道中完成電池組電壓的采集。

  單體電池電流的檢測(cè)通過霍爾傳感器來實(shí)現(xiàn),霍爾傳感器能輸出最高3 V 的電壓信號(hào),可以直接接入到Dspic30f4012芯片內(nèi)的A/D 采樣通道中;電池的溫度的檢測(cè)通過TJ1047溫度檢測(cè)芯片來實(shí)現(xiàn),TJ1047 溫度檢測(cè)芯片在-40 ℃和125 ℃時(shí)輸出電壓分別為0.5 V 和1.75 V,并且具有10 mV/℃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(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換通道中,即可完成對(duì)電池溫度和環(huán)境溫度的采集。

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