电池管理系统采集板的设计与实现

随着能源、环保等问题的日益突出,各国的汽车产业将研究和发展的重心放在了以电池为主要动力的新能源汽车上。但是电池组的性能和安全问题阻碍了新能源车的商用化。因此,可以缓解这些问题的BMS成为了研究的重点。BMS主要由电池管理单元和采集板AECU组成。BMS的作用主要是动态采集电池单体的数据信息,判断单体充放电状态,估算电池的剩余电量SOC以及实现电池均衡等。本文深入研究了如今BMS的技术重难点和存在的问题。现阶段,BMS的重难点是电池的SOC估算精度问题和主动均衡问题。高精度的电池数据检测是解决这两个问题的关键。因此,很有必要设计一套检测精度较高的采集板AECU。首先,本文设计了采集板AECU的实现方案。采集板AECU的功能包括:动态检测24节单体电池的电压,总测量误差低于2.4mV;检测4个电池温度值,测量误差为0.5℃;通过CAN总线向BMS顶层的电池管理单元以及均衡单元实时传输电池数据。此外,该采集板AECU可以开启被动均衡调节电压、控制风扇进行热管理。其次,本文设计了该采集板AECU的硬件电路,并完成了底层驱动程序设计。该采集板AECU的硬件电路主要由主控制器(MC9S12P128)电路,电压采集(LTC6804-2)电路,温度采集(DS18B20)电路,SPI隔离通信电路,CAN通信(ISO1050)电路和电源(LM2596)电路组成。系统采用主控芯片MC9S12P128的SPI模块和电池状态检测芯片LTC6804进行数据传输,采用CAN模块和BMS顶层的电池组管理单元进行数据交换。在底层驱动设计中,本文解决了MC9S12P128的SPI模块和LTC6804通信时出现的时序不匹配的问题。再次,本文设计了该采集板AECU的软件。软件实现了动态电压检测,温度检测和CAN总线通信。根据检测到的电压值,设计了均衡控制策略,对不均电池单体进行放电均衡;根据检测到的温度值,设计了风扇控制策略,对动力电池组进行热管理。接着,编程实现了电池管理系统的内网CAN通信协议。此外,本文设计了采集板AECU上位机,用于显示电池数据。最后,采集板AECU的整体设计完成之后,与整个电池管理系统进行联调。调试结果表明:系统运行稳定可靠,单体电压采集的平均误差远远小于0.5%;温度采集误差小于0.5℃;能按照制定的内网CAN通信协议上传采集板测量的所有数据,CAN总线发送周期误差小于10%。达到设计预期。