本設計主要實現數據采集、電池狀態計算、均衡控制、熱管理、各種通信以及故障診斷等功能。

 

圖1：系統硬件組成框圖

 

 

整車提供的電源為+12V，管理系統需要的電壓包括：+3.3V(DSP，隔離電路用)、+5V(總線驅動等芯片用)、±15V(電流傳感器)，可以通過DC-DC 轉換得到，這樣不但可以滿足各個芯片的供電要求而且可以起到隔離抗干擾的作用。

 

 

由DSP 完成總電壓、電流及溫度的采集。電池單體電壓的采集和均衡由OZ890 芯片完成，并利用I2C 總線發給DSP，本模塊電路主要包括前端采集處理和均衡電路。

 

 

OZ89采樣模塊將采集處理后的數據通過I2C總線發送到LF2407，由于LF2407自身不帶I2C 接口，本設計利用PCA9564擴展其I2C接口。為了防止電磁干擾影響I2C總線上數據的傳輸，必須對總線信號進行隔離，考慮到I2C 總線是雙向傳輸的，使用ADuM1250雙向隔離芯片進行隔離。PCA9564及雙向隔離電路如圖2所示。

 

 

圖2：PCA9564 及雙向隔離電路

 

PCA9564 是I2C 總線擴展器，與LF2407 的GPIO 口相連，它支持主從模式的數據收發，在BMS中設定LF2407為主器件，OZ890位從器件。LF2407通過讀寫PCA9564內部四個寄存器的內容來與OZ890 信。

 

ADuM1250是熱插拔數字隔離器，包含與I2C接口兼容的非閂鎖、雙向通信通道。這樣就不需要將I2C信號分成發送信號與接收信號供單獨的光電耦合器使用。

 

 

電池管理系統將采集處理后的數據通過串口發送到PC機界面上，實現人機交互。通過串口界面，可以觀察到電池的總電壓、單體電壓、電流、SOC、故障狀態、充放電功率等參數，還可以通過串口發送實現管理系統的在線標定。其硬件電路主要基于MAX232芯片，如圖3a)所示。

 

 

圖3：串口通信接口電路

 

MAX232 是+5V電源的收發器，與計算機串口連接，實現RS-232接口信號和TTL 信號的電平轉換，使BMS 和PC 機能夠進行異步串行通訊。為了防止電磁干擾影響串口上數據的傳輸，必須對總線信號進行隔離。串口是單向傳輸，所以利用6N137光電耦合較為方便，圖 3b)所示為232TXD 信號光耦隔離電路。

 

 

CAN通信是架接電池管理系統(BMS)與整車HCU 之間的信息橋梁，BMS將電池的狀態參數通過CAN總線發給HCU，HCU 通過判斷當前的電池狀態來做出決策，分配電機和發動機之間的功率，控制電池的充放電。同時BMS還可以接收HCU 發來的相關命令，做出相應的處理。其硬件方面主要是通過PCA82C250通用CAN收發器來提供對總線數據的差動發送能力和對通信總線數據的差動接收能 力。通過類似于圖3b)的光耦隔離電路來加強CAN 總線上的抗干擾能力。其硬件電路由圖4 所示。

 

 

圖4：CAN通信接口電路

 

在電路中可根據整車要求，是否接入120Ω的終端電阻，當JP201跳線接1腳和2腳時，不接入電阻，當接2腳和3腳時，電阻接入。

 

根據整車控制策略，CAN 上電池狀態數據每幀的刷新周期為10ms，故設置周期中斷的時鐘節拍為10ms；相應地設置以上幾個任務的執行周期均為10ms。

 

 

圖5：周期時鐘節拍圖

 

從圖5中可以看出，系統初始化完成以后，Time1 開始計時，當達到5ms 時，在A 點發生周期中斷，然后進入周期中斷子程序，啟動AD 轉換，通過I2C 總線讀取OZ890 中的數據。AD 轉換完畢后，軟件觸發ADC 中斷保存數據并進行相應的處理，清除周期中斷標志。當達到10ms時，發生下溢中斷，進入下溢中斷服務子程序，執行CAN 發送任務、SOC計算任務、系統監視故障診斷任務、串口發送任務。另外，CAN 接收和串口接收執行采用中斷觸發方式。利用周期中斷和下溢中斷來劃分任務執行時間區域不僅能夠滿足整車10ms。

 

每幀數據的CAN發送要求，而且每一個任務時間也都能通過計數器和標志位的狀態來計算任務的執行時間，以便更好的分配任務的執行時間段。