基于LIN总线的纯电动车电池管理系统设计

磷酸铁锂电池作为新型电动车动力锂离子电池，具有容量大、安全性高、耐高温特别是循环寿命长等优势，其循环寿命比一般的铅酸蓄电池至少要高4倍，在车用动力锂离子电池的市场中具有极大的使用潜力。在现阶段动力锂离子电池的容量没有根本性冲破的情况下，电池管理系统（batterymanagementsystem,BMS）在电动车中的使用将显得异常紧要，它能够实时测试动力锂离子电池的电压、电流、温度，并通过这些参数估算电池的荷电状态（stateofcharge,SOC），为驾驶员供应车辆续驶里程参考；此外BMS能够对电池的过充、过放电进行报警和保护，对电池包和单节电池进行有效保护，从而提升电池使用性能、提高电池寿命。LIN总线是一种低成本的汽车A类总线，非常适合温度、电流这类实时性要求不高的数据传输，通过LIN总线实现数据的总线化传输，进一步降低了成本。

1系统的总体结构与功能

在本设计中，电池管理系统分为两大部分：信号测试模块、通信及信息解决模块。在信号测试模块中，每节单体电池对应一个底层ECU（DSpic30f4012），可以实现单体电压采集、电流测试、温度采样；同时也能测试整个电池包的电压、电流和环境温度，用于电池一般充电与均衡充电时的测试与保护，如图1所示。

底层ECU把测试到的电压、电流、温度等变量封装为LIN总线帧格式，然后通过LIN总线与上层ECU进行通信。信息解决模块可以实现动力锂离子电池的荷电状态实时估算和故障分解，并把温度、电压、电流等信息进行显示。

2电池管理系统设计

2.1电池管理系统的基本硬件设计

由于电池包的单体数目比较多，本系统采用分布式结构，这种结构能有效减少采样线穿越电池，降低安装和调试的复杂性，同时也能降低安全隐患。底层ECU使用Dspic30f4012芯片，它能在-40~125℃温度范围内工作，属于汽车级芯片；它具有丰富的模拟量、数字量I/O接口、10位A/D转换功能以及SCI通信功能等。

2.1.1信号采集模块设计

Dspic30f4012具有2.5~5.5V范围的宽工作电压，因而可以用单节磷酸铁锂电池笔直供电，只要加一个0.1F的滤波电容即可使芯片工作，供电电路得到极大简化。由于F4012芯片内不供应A/D转换的内部基准电压，因此在进行电压测试时，要外部供应A/D转换基准电压，本文选用低功耗、低电压误差的LM385来供应2.5V的外部基准电压，如图2所示。

本设计中电压测试模块的特点是各个测试模块分别测试各自单体电池上的电压，而不是通过传统的多路开关分时选择的办法来实现，这样就完全实现了纯分布式的电池管理结构。磷酸铁锂电池的电压笔直从单体电池两端引出电压，然后通过两个高精度的电阻进行分压，分压得到的电压引入Dspic30f4012芯片内部的A/D模拟信号转换通道，进行电压的测试。Dspic30f4012芯片内的A/D转换器为10位精度，基准电压为2.5V,所以电压测试模块能够测试到0~5V的电压范围，大于单体电池的最大电压3.65V.电池包的总电压的测试，经由信号衰减电路与抗共模电压电路接入Dspic30f4012芯片内的A/D转换通道中完成电池包电压的采集。

单体电池电流的测试通过霍尔传感器来实现，霍尔传感器能输出最高3V的电压信号，可以笔直接入到Dspic30f4012芯片内的A/D采样通道中；电池的温度的测试通过TJ1047温度测试芯片来实现，TJ1047温度测试芯片在-40℃和125℃时输出电压分别为0.5V和1.75V,并且具有10mV/℃的温度电压比例特性和±0.5℃的误差。因此从TJ1047芯片输出的电压可以笔直接入Dspic30f4012芯片内的A/D转换通道中，即可完成对电池温度和环境温度的采集。

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