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电动汽车动力电池管理系统（BMS）设计
摘要：本文主要从硬件系统设计、软件系统设计两个方面，对电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）综合设计，进行了深度的分析与研究，以通过不断地实践研究，积极探索出电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）最具高效性的综合设计方案，以充分提升电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）的设计水准，确保电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）各项功能能够满足于电动汽车实际的应用需求，为我国电动汽车行业的长期发展奠定基础。 关键词：电动汽车；动力电池；管理系统（BMS）；设计 前言：
电动汽车（battery electric vehicle；BEV），主要是指以车载类电源为基本动力，利用电机来驱动车轮达到行驶目地，符合于我国安全法规与交管各项规定的车辆。基于电动汽车有着环保性特征，所以，其在国内的发展前景相对较为良好。但是，基于国内电动汽车相关技术还处于初步探索阶段，各项技术还不够成熟，若想实现突破性发展还需作出更多的努力。电动汽车，它与传统汽车最大的不同之处就在于电动汽车内部包含着一种动力的电池。在一定程度上，通过该动力电池可实现电动汽车节能化、环保化的行使。那么，为了能够更好地助推我国电动汽车行业的发展，就需从其内部的动力电池入手，对其所在的管理系统（BMS），进行系统化的分析与研究。从而能够设计出更具有功能特性的动力电池内部管理系统（BMS），为电动汽车提供强大动力电池内部管理系统支持，进一步推动我国电动汽车行业的快速发展，让其可稳步向着新的发展征程迈进。 1、硬件系统设计
基于电池组主要是由多节电池的单体并联与串联而成，实现对所有电池单体实时化监控。因而，如图1所示，电池内部管理系统主要应用了主从结构，以实现灵活性通讯，提升通讯实际速度。从板均需具有电池单体的温度与电压检测、CAN总线的通讯等各项功能。
图1 BMS系统框图示图 1.1 IMCU系统处理器
系统处理器主要选用的是Freescale -9S12DT64型号的MCU系统处理器，该型号MCU系统处理器为16位系统的单片机，主要是由CAN系统的总线模块、PWM的调节器（1个）AD的转换器（2个）定时器（1个）外部串口（1个）内部串口（2个）。本次设计当中，MCU的单片机主要应用的是外部设有液晶振的16MHz，总线频率为8MHz。因该系统具备外部的液晶镇，使用了5V的供电，该动力电池的内部管理系统有着较强抗干扰性能。基于实际条件下电动汽车的应用极具复杂性，电磁干扰性相对较强，MCU系统通常存在在异常状态下出现无法正常运行或死机等状况。因而，为确保MCU系统可在异常条件下及时地、可靠地复位，就需通过增设外部复位的芯片来对MCU系统实际运行状况进行实时化检测，确保MCU系统在异常状态之下可快速地回归到正常运行状态当中。 1.2 单体电压与温度检测
如图2所示，本次设计主要是应用的是 LTC6802型号的动力电池单体温度与电压监控芯片。内设Registers&Control（1个）串行接口（1个）12位ADC（1个）Voltage reference（1个）。每个动力电池的输入口均设计相应MOSFET 开关，快速放出过充电所有电池的电量。在13ms时间段内可实现对所有输入口通道电压
的测量。同时，可把16个LTC6802的器件有效链接于控制的处理器上实现同步运行。
图2 TC680系统内部框图示图
如图3所示，为TC680系统的基本原理。C1-DC12 分别电压采集12个电池的单体。LTC6802则通过SCKI、SDI、SDO、CSBI这四个接口把所有采集到的数据信息传输于MCU系统实施分析。而后，再由CAN系统总线传输于给CPU主系统。同时，该芯片可提供温度采样的管脚（2个）内置温度的传感器（1个）。在进行电压采集期间，可通过相应的 VTEMP1与VTEMP2的引脚，把动电池的模组温度实施快速地采集与分析。
图4 TC6802系统单体电压的采集电路示图 1.3 CAN的通信功能
本次设计的动力电池内部管理系统（CAN）通信功能的基本电路，如图5所示，它基础的通信功能包含着：整车的CAN—快充CAN的三路CAN与内网CAN通信；整车的CAN—BMU、VCU之间CAN通信；内网CAN—BMU、LECU之间CAN通信；快充CAN—BMU其与快速的充电机之间CAN的通信。
图5 CAN的通信功能的基本电路示图 2、软件系统设计 2.1 初始化系统程序
如图6所示，初始化系统程序主要应用在初始化内部系统当中所有原始性数据，用以保证该系统可初始化正常地运行状况。标志好相应故障位置，在初始化系统出现异常情况时立即中断该初始化系统。
图6 初始化系统程序示图 2.2 处理电压
本次设计主要是通过相应的TLC6802来实现对改动了电池组当中电池的单体电压实施采集。采集该模组12节的电池电压，DC1-12则由LTC6802 来控制该12节电池的均衡性。针对于TLC6802内部寄存器的具体操作如下：其一，寄存器的配置。拉低片选，将 WRCFG（0x01）命令发出，并发送CFGR0 字节CFGR1，CFGR2、CFGR5等，拉高片选；其二，读取电池电压的寄存器。拉低片选，发送该设备的地址字节，将RDCV（0x04）的命令发出，接收其CVR00的字节、CVR01、CVR02、CVR17、PEC等，拉高片选；开始电池的电压 A/D 转换及状态检查。拉低片选，发送该STCVAD（0x10）的命令字节，拉低SDO约12ms左右，SDO的输出切换成1k Hz，并指示该转换动作完成，拉高片选；其三，电压检测与均衡性处理。读取配置的寄存器确保配置准确性，转换电压A/D，命令 STCVAD 0x10字节，读取电压，命令 RDCV 0x04 字节，接收读取的18个字节作为电压AD的基础数据。若收到的是BMU均衡性指令，则单体的电压超过了BMU系统限定电压值，均衡性通道需在下次的寄存器配置期间打开；而若收到的是不均衡性信数据，则该均衡性通道需在下次寄存器配置期间关闭。 2.3 总线通讯
本次设计中的总线通讯系统程序，如图7所示，主要用于需要时与计算机进行交互性通讯，计算机系统会把所有参数与信息数据进行合理化调整，包含着阀值与电池编号等设定。总线通讯系统程序在进入至中断状态之后，将判断该系统
可发送与接受中断，而后再进入至该程序当中，该过程即为中断方式的总线通讯系统处理程序。
图7 总线通讯系统程序示图 3、结语
综上所述，为了能够设计出最符合电动汽车各项功能需求的电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）设计方案，就需广大设计者积极投身于实践当中，积累更多的实战经验，以设计出最具科学性、合理性的电动汽车中动力电池的内部管理系统（BMS）设计方案，以为我国电动汽车业在新时期的突破性发展提供助推力量。 参考文献：
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[2]于晓光，林雪朋，夏国彬、李钰，等。电动汽车动力电池管理系统（BMS）的研究与设计[D]。《汽车与驾驶修理》（维修版），2016，20（10）：369-371. [3]Zhuzhihao，Chenxiaojian，Liu Zaifei，Liliwei，Zhanghongwei，Chenwenhai，Li Yu，and so on.Research and Design of Power Battery Management System for Pure Electric Vehicle[D].Application of SCM and Embedded System，2016，19（05）：222-223.
本文来源：https://www.wddqxz.cn/23eb547f9cc3d5bbfd0a79563c1ec5da51e2d6f9.html
2022-12-08
