基于单片机的电池管理系统设计

混合动力汽车的整车性能很大程度上依赖于动力蓄电池。高性能、高可靠性的电池管理系统(Battery Management System，BMS)能使电池在各种工作条件下获得最佳的性能。电池管理系统不仅要监测混合动力电动汽车电池的充放电电流、总电压、单体电压和剩余电量SOC，还要预测电池的功率强度，以便监控电池的使用状况，在汽车启动和加速时提供足够的输出功率，刹车时电池组能回收更多的能量，即提供足够的输入功率，并且不对电池组造成伤害。当电池出现过充或过放、温度过高等异常情况时，电池管理系统会记录电池号、诊断电池故障并报警，同时整车控制系统对充电机和用电设备给出控制信号。因此，电池管理系统是混合动力汽车的重要电子控制单元之一，对保障电池的可靠性和安全性起到重要作用。

1 电池管理系统的功能
电池管理系统的主要功能包括：电池状态参数的采集、电池状态的预测、电池组故障诊断、均衡保护以及通信等。
1．1 电池状态参数采集
电池管理系统的所有算法都是以采集到的电池状态参数为基础的，因此必须保证数据的精确度。采用Freescale集成的10位A／D转换模块完成对单体电压、温度、总电压以及充放电电流的采集。
1．2 电池状态的预测
电池状态预测包括两个方面。一方面是以安时积分法为基础的电池荷电状态的预测；另一方面是以电流、电压、温度为输入完成最大充放电功率的预测。整车控制器以这两个参数为参考，正确地进行功率分配。
1．3 电池组故障诊断
能够根据采集到的参数，实时诊断电池温度过高、过低故障，电池过压、欠压故障，发出电池充放电电流过大、电池组绝缘故障警告。这是保证动力电池系统可靠、车辆行驶安全、满足用户驾车需求的重要技术手段。
1．4 均衡保护
单体电池的差异性，不仅会导致电池组的使用寿命比单体电池短很多；同时，对于锂离子电池而言，由于其对充放电要求很高，当过充、过放、过电流及短路等情况发生时，锂离子电池压力与热量大量增加，容易产生火花、燃烧甚至爆炸。为确保安全性和稳定性，必须采取均衡措施。
1．5 通信功能
主要指整车与电池管理系统的CAN通信。

2 分布式电池管理系统硬件组成
目前，常用的电池管理系统设计方式主要有两种：分布式设计和集中式设计。分布式电池管理系统是将电池管理系统分为若干个子模块和一个主控制模块。每一个子模块能单独完成电池信息测量、电池能量均衡、通信等功能，每一个子模块都分别与一个电池模块连接在一起，各个子模块之间以及子模块与主控制模块之间通过总线进行通信。主控制模块完成电池信息的处理、荷电状态估算、电池故障诊断、电池组热管理、电池组与整车通信等功能。
主控制模块和子模块分别采用Freescale 9S12系列的DP512和DG128作为处理器。系统硬件框图如图1所示。