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(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，其循環(huán)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(yīng)用潛力。在現(xiàn)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(tǒng)（batterymanagementsystem,BMS）在電動汽車中的應(yīng)用將顯得異常重要，它能夠?qū)崟r(shí)檢測動力鋰電池的電壓、電流、溫度，并通過這些參數(shù)估算電池的荷電狀態(tài)（stateofcharge,SOC），為駕駛員供應(yīng)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。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(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)傳輸，通過LIN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的總線化傳輸，進(jìn)一步降低了成本。

1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與功能

在本設(shè)計(jì)中，電池管理系統(tǒng)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(jié)單體電池對應(yīng)一個(gè)底層ECU（DSpic30f4012），可以實(shí)現(xiàn)單體電壓采集、電流檢測、溫度采樣；同時(shí)也能檢測整個(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)的檢測與保護(hù)，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(jìn)行通信。信息處理模塊可以實(shí)現(xiàn)動力鋰電池的荷電狀態(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電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1電池管理系統(tǒng)的基本硬件設(shè)計(jì)

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信號采集模塊設(shè)計(jì)

Dspic30f4012具有2.5~5.5V范圍的寬工作電壓，因而可以用單節(jié)磷酸鐵鋰離子電池直接供電，只要加一個(gè)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(nèi)不供應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，因此在進(jìn)行電壓檢測時(shí)，要外部供應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓，本文選用低功耗、低電壓誤差的LM385來供應(yīng)2.5V的外部基準(zhǔn)電壓，如圖2所示。

本設(shè)計(jì)中電壓檢測模塊的特點(diǎn)是各個(gè)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(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(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模擬信號轉(zhuǎn)換通道，進(jìn)行電壓的檢測。Dspic30f4012芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器為10位精度，基準(zhǔn)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(jīng)由信號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通過霍爾傳感器來實(shí)現(xiàn)，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(nèi)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(shí)現(xiàn)，TJ1047溫度檢測芯片在-40℃和125℃時(shí)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(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換通道中，即可完成對電池溫度和環(huán)境溫度的采集。