中心議題：

• 電池管理系統(tǒng)的工作過程及特點
• 電池管理系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計
• 電池管理系統(tǒng)的通訊接口設(shè)計

解決方案：

• 單箱電池電壓的采集
• 電池管理測控模塊的參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取
• 檢測電池管理系統(tǒng)是否正常和電壓測量精度
• 為電池管理測控模塊提供電源

目前，能源緊張已經(jīng)成為推動世界電動車產(chǎn)業(yè)化進程的源動力，隨著電動車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，，對作為電動汽車的關(guān)鍵零部件之一的蓄電池管理系統(tǒng)也提出了更高的要求。在北京2008奧運電動公交專線的運營服務(wù)中，北京交通大學(xué)研制的應(yīng)用于奧運純電動大巴上的電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem，BMS)，成功實現(xiàn)了對車載動力蓄電池狀況的實時監(jiān)測，圓滿保證了電動大巴的安全運行。該電池管理系統(tǒng)具備單體電壓測量、溫度控故障、在線分析、故障定位、電池荷電狀態(tài)估測、顯示、故障輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲、遠程監(jiān)控等功能。它還可應(yīng)用在采用蓄電池作為動力源或者后備電源的場合，如混合動力汽車、純電動汽車、機車、公用電話網(wǎng)等。
　　
電池管理系統(tǒng)的工作過程及特點
　　
電池管理系統(tǒng)的主要功能可以分為以下五個部分：
　　
1.單箱電池電壓的采集;
　　
采用光電繼電器的逐節(jié)電壓切入的檢測結(jié)構(gòu)，解決了共地的問題，避免了電阻分壓式的誤差累積的缺點，確保電壓測量的準確性和穩(wěn)定性。利用手動檢測模塊中的MAX111實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸送到CPU中進行分析。
　　
2.電池管理測控模塊的參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取;
　　
通過RS-485總線使電池管理系統(tǒng)的測控模塊與手動檢測模塊的CPU相連，實現(xiàn)對測控模塊的參數(shù)設(shè)置，同時還可以將測控模塊測量到的數(shù)據(jù)讀取到CPU中。
　　
3.檢測電池管理系統(tǒng)是否正常和電壓測量精度;
　　
手動檢測模塊可以通過LCD將檢測結(jié)果，例如電池電壓，電池組溫度等顯示出來，方便用戶與電池組的sharp高亮液晶顯示結(jié)果進行比較，判斷出電池管理系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以利于有效的完成對電池組的管理。
　　
4.顯示功能;
　　
電壓檢測的結(jié)果輸送到CPU后會存儲到E2PROM，同時也可以在顯示屏上顯示出來，方便用戶使用。
　　
5.為電池管理測控模塊提供電源;
　　
電動汽車可提供24V供電電源，變化范圍18~32V，所以電池管理系統(tǒng)的工作電源均由此得到。在手動檢測模塊中，可以通過電源變換部分將24V變5V，然后經(jīng)過電源隔離部分實現(xiàn)DC-DC隔離，就可以為測控模塊提供電源。
　　
硬件電路的設(shè)計
　　
本章將以作者的實際工程開發(fā)為基礎(chǔ)，著力講述系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，及其整體功能的協(xié)調(diào)實現(xiàn)。
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1管理系統(tǒng)的總體硬件構(gòu)造
　　
系統(tǒng)的硬件框圖如下：


圖3.1電池管理系統(tǒng)的硬件框圖

2MCU的應(yīng)用設(shè)計
　　
采用的MC9S12A64CPV是屬于Motorola公司的HCS12系列，HCS12是繼HC12系列之后推出的16位MCU，軟件兼容HC11。HCS12系列功能性很強，在智能化儀器儀表，通信設(shè)備，家用電器等領(lǐng)域，特別是在便攜式，智能化的設(shè)備和自控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

3數(shù)據(jù)存儲部分設(shè)計
　　
檢測模塊在工作中要記錄一些重要信息和運行結(jié)果，如單體電池電壓，溫度等，在電動汽車使用過程中記錄的電池組運行數(shù)據(jù)也需要從存儲器中讀取、寫入，備份到PC機數(shù)據(jù)庫中，便于日后對電池進行分析和*價。這些信息存儲的準確性和可靠性直接反映了系統(tǒng)整體的準確性和可靠性。要求在任何情況下，如上電、掉電、各種干擾等，記錄的各種數(shù)據(jù)均不能改變。通行的辦法是考慮使用防掉電RAM或EEPROM。防掉電RAM需要電池，成本較高，且電磁兼容性能差。所以選擇串行EEPROM作為數(shù)據(jù)記錄單元，其主要衡量指標有接口方式、容量、擦寫次數(shù)以及抗干擾能力等。

4硬件看門狗設(shè)計
　　
“看門狗技術(shù)”就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運行時間，若發(fā)現(xiàn)時間超過已知的循環(huán)設(shè)定時間，則強迫程序返回到0000H入口處，使程序重新開始。
　　
本板設(shè)計的看門狗電路采用的是MAX公司的專用集成微處理器監(jiān)控復(fù)位電路MAX706。
　　
MAX706系列mp監(jiān)控芯片能實現(xiàn)以下四方面的功能：
1.在電路上、掉電及異常時產(chǎn)生一個長達200ms的復(fù)位信號。
2.有一個獨立的看門狗。當1.6s以上沒觸發(fā)看門狗輸入時，看門狗輸出變低。
3.有一個1.25V的電壓門檻檢測器，用于掉電報警、電池欠壓或監(jiān)控高于5V的電壓。
4.一個低電平有效的手動復(fù)位輸入，用以實現(xiàn)手動復(fù)位功能。

5顯示部分設(shè)計
　　
顯示部分主要作用是方便用戶和電池管理系統(tǒng)的交互操作。通過顯示結(jié)果，讓用戶對蓄電池組的工作狀態(tài)有一個清晰的了解。
　　
顯示部分主要由液晶器件來完成。選用16*16點陣顯示中文漢字或字符，以每行八個字每屏四行共32個中文漢字進行顯示。所以采用的相關(guān)芯片應(yīng)該是12864型?？紤]到本設(shè)計最常顯示的字符并不多，只有四十多個，所以決定選用不帶字庫液晶器件，自行對將要顯示的字符進行編碼。

6電壓檢測模塊設(shè)計
　　
從電池組將各組電壓通過接線引出，經(jīng)過濾波后，利用光控繼電器進行選擇，通過電壓檢測芯片MAX111進行A/D轉(zhuǎn)換，后輸出，完成電壓檢測功能。
　　
管理系統(tǒng)采用光電繼電器的逐節(jié)電壓切入的檢測結(jié)構(gòu)，電池電壓的具體測量過程為：例如想要測量電池B1的電壓，則閉合開關(guān)S1(其余開關(guān)全部斷開)，這時候Vin=VB1，經(jīng)過雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬;下一時間，需要測量B2的電壓，這時只需要先斷開S1，然后閉合S2，此時Vin=VB2。依次類推，依次可測量其它電池的電壓，并且此種測量方法各個電池互相獨立，不存在誤差累積的問題，所以測量精度更高。另外，高壓電池側(cè)和低壓CPU側(cè)隔離，避免了高壓側(cè)對低壓側(cè)的威脅。

7電源變換模塊
　　
霍爾元件的供電電壓為5V，因為霍爾元件的信號是反饋到驅(qū)動元件上，所以霍爾元件的供電電壓應(yīng)該在驅(qū)動部分由24V直接轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)的外加引入電源是24V，在通過DC/DC變換器與控制部分電源完全隔離后，通過電壓轉(zhuǎn)換即可得到5V電壓。

通訊接口設(shè)計

1通訊方式簡介
　　
單片機與終端計算機的通用接口從類型上講主要有兩種，有線通訊最常見的有232和485通訊。RS-485主要適用于遠距離，功率損耗較大的場合。本測量系統(tǒng)一般來說多應(yīng)用于工業(yè)場合，環(huán)境惡劣，干擾較強，多采用遠距離抄表，RS-485優(yōu)異的抗干擾特性和遠距離傳輸能力就成為本設(shè)計的首選。

2通訊方式的選用
　　
從機掛在RS485總線上，采用半雙工工作方式。因為從機采用單片機MC9S12D64，其引腳為TTL電平,串行接口電路由于RS485信號電平與單片機信號電平(TTL電平)不一致,因此，采用RS485標準時,必須進行信號電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計中選用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX485芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平。

3光耦隔離模塊的應(yīng)用
　　
為提高工作可靠性，整個系統(tǒng)電路由24V變換后的單獨5V電源供電，各路信號全部采用光耦隔離輸出，杜絕電聯(lián)系，提高了抗干擾能力。由于信號的高低電平變化不頻繁，在從控制質(zhì)量和成本兩方面考慮的前提下，我們采用TI公司的高速光耦6N137和Toshiba公司的低成本光耦TLP521-1作為信號的隔離芯片，為了保持邏輯的清晰，光耦設(shè)計采用同相邏輯。
　　
本文以奧運鋰電池為實驗對象，專門設(shè)計了適用于車載電池管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，包括MCU,數(shù)據(jù)存儲，電壓檢測，顯示，通訊部分等，并搭建了整個BMS的硬件框架。通過分析奧運會期間采用BMS的電動汽車實際運行狀況，文中提出的電池管理系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠性好、檢測精度高，優(yōu)點顯著。