1 前言

　　目前，能源緊張已經成為推動世界電動車產業化進程的源動力，隨著電動車行業的蓬勃發展，，對作為電動汽車的關鍵零部件之一的蓄電池管理系統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中，北京交通大學研制的應用于奧運純電動大巴上的電池管理系統(BatteryManagement System，BMS)，成功實現了對車載動力蓄電池狀況的實時監測，圓滿保證了電動大巴的安全運行。該電池管理系統具備單體電壓測量、溫度控故障、在線分析、故障定位、電池荷電狀態估測、顯示、故障輸出、數據轉儲、遠程監控等功能。它還可應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、公用電話網等。

　　2 電池管理系統的工作過程及特點

　　電池管理系統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電壓切入的檢測結構，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定性。利用手動檢測模塊中的MAX111 實現模數轉換后輸送到CPU 中進行分析。

　　2.電池管理測控模塊的參數設置和數據讀取;

　　通過RS-485 總線使電池管理系統的測控模塊與手動檢測模塊的CPU 相連，實現對測控模塊的參數設置，同時還可以將測控模塊測量到的數據讀取到CPU 中。歡迎轉載，本文來自電子發燒友網(http://www.elecfans.com/)

　　3.檢測電池管理系統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 高亮液晶顯示結果進行比較，判斷出電池管理系統的工作狀態，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，然后經過電源隔離部分實現DC-DC 隔離，就可以為測控模塊提供電源。

　　3 硬件電路的設計

　　本章將以作者的實際工程開發為基礎，著力講述系統的硬件構成，及其整體功能的協調實現。

　　3.1 管理系統的總體硬件構造

　　系統的硬件框圖如下：

　　圖3.1 電池管理系統的硬件框圖

　　3.2 MCU 的應用設計

　　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，通信設備，家用電器等領域，特別是在便攜式，智能化的設備和自控系統中得到了廣泛的應用。

　　3.3 數據存儲部分設計

　　檢測模塊在工作中要記錄一些重要信息和運行結果，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據也需要從存儲器中讀取、寫入，備份到PC 機數據庫中，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，記錄的各種數據均不能改變。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 作為數據記錄單元，其主要衡量指標有接口方式、容量、擦寫次數以及抗干擾能力等。

　　3.4 硬件看門狗設計

　　“看門狗技術”就是不斷監視程序循環運行時間，若發現時間超過已知的循環設定時間，則強迫程序返回到0000H 入口處，使程序重新開始。

　　本板設計的看門狗電路采用的是MAX 公司的專用集成微處理器監控復位電路MAX706。

　　MAX706 系列m p 監控芯片能實現以下四方面的功能：

　　1.在電路上、掉電及異常時產生一個長達200ms 的復位信號。

　　2.有一個獨立的看門狗。當1.6s 以上沒觸發看門狗輸入時，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、電池欠壓或監控高于5V 的電壓。

　　4.一個低電平有效的手動復位輸入，用以實現手動復位功能。

　　3.5 顯示部分設計

　　顯示部分主要作用是方便用戶和電池管理系統的交互操作。通過顯示結果，讓用戶對蓄電池組的工作狀態有一個清晰的了解。

　　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。所以采用的相關芯片應該是12864 型。考慮到本設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。

　　3.6 電壓檢測模塊設計

　　從電池組將各組電壓通過接線引出，經過濾波后，利用光控繼電器進行選擇，通過電壓檢測芯片MAX111 進行A/D 轉換，后輸出，完成電壓檢測功能。

　　管理系統采用光電繼電器的逐節電壓切入的檢測結構，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S1(其余開關全部斷開)，這時候Vin=VB1，經過雙積分A/D 轉換芯片將模擬;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，高壓電池側和低壓CPU 側隔離，避免了高壓側對低壓側的威脅。

　　3.7 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動元件上，所以霍爾元件的供電電壓應該在驅動部分由24V 直接轉換，系統的外加引入電源是24V，在通過DC/DC 變換器與控制部分電源完全隔離后，通過電壓轉換即可得到5V電壓。

　　4 通訊接口設計

　　4.1 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。本測量系統一般來說多應用于工業場合，環境惡劣，干擾較強，多采用遠距離抄表，RS-485優異的抗干擾特性和遠距離傳輸能力就成為本設計的首選。

　　4.2 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換。本設計中選用MAXIM 公司生產的MAX485 芯片將TTL 電平轉換為RS485 電平。

　　4.3 光耦隔離模塊的應用

　　為提高工作可靠性，整個系統電路由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，光耦設計采用同相邏輯。

　　5 結論

　　本文以奧運鋰電池為實驗對象，專門設計了適用于車載電池管理系統的硬件構成，包括MCU,數據存儲，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性能穩定、可靠性好、檢測精度高，優點顯著。