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摘 要

锂电池的工作状态和循环使用寿命是电动汽车安全行驶的关键。为延长电池循环使用寿命，实时监视电池组的工作状态，设计了以MC9S12G64和电池管理芯片为核心的电池采集均衡系统。系统实现了24节单体电池电压，12路电池温度的高精度检测以及上位机显示，对电池组差异化电压进行被动均衡，提高电池一致性，利用控制器局域网络CAN与外部进行通讯。通过软硬件联调测试、系统采集精度测试和均衡测试等对系统功能验证，证明了电池采集均衡系统的实用性。

关键词：锂电池 电池管理 被动均衡

Design of battery acquisition and balance system

Abstract

The working status and cycle life of the battery are the key to safe driving of the electric vehicle. In order to prolong the cycle life of the battery and monitor the working status of the battery pack in real time, a battery collection and equalization system based on the MC9S12G64 and the battery management chip was designed. The system achieves 24 cell voltages, 12 high-accuracy battery temperature detection, and host computer display. It passively balances the battery differential voltage, improves battery consistency, and communicates with the outside using the controller area network CAN. Through the hardware debugging, system acquisition accuracy test and equalization test on the system function verification, it proves the effectiveness of the battery collection and balance system.

Keywords: lithium battery ;battery management ;passive balance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1电池管理系统的发展现状 1

1.2电池管理系统的组成及功能介绍 1

1.3电池采集均衡系统与BMS的关系 2

1.4本设计要解决的问题 2

第二章 系统方案设计 3

2.1电池采集均衡系统的设计方案论证 3

2.2系统功能模块分解 3

2.2.1 数据采集 4

2.2.2 数据处理 5

2.2.3 逻辑控制 5

第三章 系统硬件电路设计 8

3.1系统总体设计思路 8

3.2 单片机控制电路设计 9

3.2.1 单片机最小系统电路设计 9

3.2.2 硬件看门狗电路设计 10

3.2.3 IDLEARN连接电路设计 11

3.3 数据采集电路的设计 11

3.3.1 采集管理芯片LTC6804简介 11

3.3.2 电池采集均衡电路设计 13

3.4 SPI通信电路的设计 17

3.4.1 SPI通信介绍 17

3.4.2LTC6820介绍 17

3.4.3 SPI通信模块电路设计 18

3.5 CAN通信电路设计 20

3.5.1 CAN通信简介 20

3.5.2 CAN通信电路设计 20

3.6 LDO电源电路设计 21

3.6.1 LDO简介 21

3.6.2 电源电路设计 21

第四章 功能仿真 22

4.1均衡控制电路仿真 22

4.1.1 均衡控制电路仿真图 22

4.1.2 均衡控制电路仿真结果 23

4.2测试环境搭建 23

4.3数据采集分析 24

4.4系统实物调试效果图 25

4.5系统数据和误差分析 26

第五章 总结与展望 28

参考文献 30

第一章 绪论

1.1电池管理系统的发展现状

新能源动力的开发和利用随着化石能源的枯竭变得越来越重要，新能源的开发越来越注重能源的环保和安全。其中动力电池系统中的锂电池由于其自身高能量密度、较高的可循环使用次数、和属于清洁能源等优势越来越受到社会的青睐。但是锂电池系统也具有一些缺点，例如：出现在环境温差较大、过充电、过放电和振动等使用情况，可能使减少电芯的使用寿命甚至损坏电池，最坏的情况下还会导致发生火灾、引起爆炸等事故。为避免锂电池电池组温度过高、过充电、过放电等异常使用情况，需设计电池管理系统，对电芯工作状态作实时的检测和保护。而初期的电池管理系统只具备简单的电芯外部参数的采集，例如电芯电压、电流等参数的采集。现在随着电池系统的不断完善，电池组中电芯的数量由于外部动力的需求也变得越来越多，对电池管理系统功能的需求也越来越严苛。现在的电池管理系统不仅仅要求对电池组电芯内外部参数的采集，还包含电芯的控制策略（包括电池的充电和放电控制），均衡控制（主动均衡或者被动均衡），电池剩余电量的估计（SOC、SOH）、电池工作环境的控制（电池组外部风扇和水泵的控制）、通过汽车局域通信网络CAN通信网络与外部通信等。均衡技术中主动均衡现在任然研究和发展的重点。

1.2电池管理系统的组成以及功能介绍

电池管理系统是基于二次电池的功能安全而开发的一套监视和保护电池组内部状态，控制电池工作状态，保障电池组安全稳定工作的软硬件系统。电池管理系统的基本组成分为：采集和均衡模块、驱动控制模块、高压和绝缘检测模块、中央处理模块、通信模块。

采集均衡模块主要完成电池组电芯单体电压采集、电池组内外NTC的采集、进行电池内部差异化的均衡控制对电池包内部参数异常的判断和报警；驱动控制模块主要是对电池组内部继电器的驱动控制，如主正主负继电器、快充慢充继电器的控制，还有风扇、水泵、电子锁等外部负载的驱动控制；高压和绝缘检测模块主要完成电池组高压的采集包括PACK 对PACK-的电压、LINK 对LINK-的电压、QK 对LINK-的电压等，还有高压部分PACK 和PACK-分别对地的绝缘电阻的检测和报警。中央处理模块是对采集模块的数据处理，对控制模块发送控制指令以及控制策略的逻辑判断；通信模块主要负责系统与上位机进行通信，软件的刷写。

基于以上各个模块的功能，BMS可以实时的电池数据采集和电池状态估算，确保电池组的每个电芯都安全、稳定、有效的工作。

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