摘 要

随着全球温室效应的不断显著，采用新能源代替化石燃料以迫在眉睫，在汽车方面尤为突出，新能源汽车也应运而生。电动汽车中的电池管理系统（BMS）的设计引起了科研人员的重视，它是汽车动力电池的管家，监控动力电池的各项指标。本文对电池管理系统的底层板进行了研究，实现了单体锂电池的LTC6803-2电压检测，使用NTC对单体电池开展温度检测；使用基于CAN总线的上位机检测软件，观测电池管理系统底层板上传的数据。在电池管理系统底层板的硬件设计中，采用的主控芯片是飞思卡尔的PC9S12P128芯片，设计了主控制器的外围硬件电路、LTC6803-2电压检测、NTC温度检测、SPI通信、CAN通信等硬件模块；在软件设计中，利用Code Warrior对该单片机进行程序模块开发。最后还搭建了电池管理系统底层板的实验测试平台，分别测量了单体锂电池的电压和温度数据。实验结果表明：设计的电池管理系统的温度检测允许误差范围为±10℃%，最大电压误差为1.45%，实验结果达到项目要求，完成了设计目标。

关键词：LTC6803-2，电池管理，CAN通信，SPI通信

Abstract

As the global greenhouse effect continues to be significant, the use of new energy sources to replace fossil fuels is imminent, especially in terms of automobiles, and new energy vehicles have also emerged. The design of the battery management system (BMS) in electric vehicles has attracted the attention of researchers. It is the steward of automobile power batteries and monitors various indicators of power batteries. This paper studies the bottom board of the battery management system, realizes the LTC6803-2 voltage detection of the single lithium battery, uses NTC to carry out the temperature detection of the single battery; uses the host computer detection software based on CAN bus to observe the bottom layer of the battery management system Data uploaded by the board. In the hardware design of the bottom board of the battery management system, the main control chip used is Freescale's PC9S12P128 chip, which designs the peripheral hardware circuit of the main controller, LTC6803-2 voltage detection, NTC temperature detection, SPI communication, CAN communication, etc. Hardware module; in software design, use Code Warrior to develop the program module of the single chip microcomputer. Finally, an experimental test platform for the bottom board of the battery management system was built, and the voltage and temperature data of the single lithium battery were measured respectively. The experimental results show that the temperature detection allowable error range of the designed battery management system is ±10℃%, and the maximum voltage error is 1.45%. The experimental results meet the project requirements and complete the design goals.

Key words: LTC6803-2, battery management, CAN communication, SPI communication

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1电池管理系统的背景与意义 1

1.2课题国外研究现状 1

1.3课题国内研究现状 2

1.4本文主要研究内容与章节安排 2

1.5本章小结 3

第2章 电池管理系统底层板的总体设计 4

2.1 需求分析 4

2.2系统方案论证 4

2.3本章小结 5

第3章 电池管理系统底层板硬件设计 6

3.1 硬件需求分析 6

3.2 主控制器电路 6

3.3 电压检测电路 10

3.4 温度检测电路 11

3.5 SPI通信电路 12

3.6 CAN通信电路 13

3.7 电路的实现 14

3.8 本章小结 15

第4章 电池管理系统软件设计 16

4.1 软件需求分析 16

4.2 开发工具介绍 18

4.2.1 集成开发环境Code Warrior 18

4.2.2 调试设备USBDM 18

4.3 主控制器底层驱动设计 19

4.3.1 时钟模块 19

4.3.2 定时器模块 20

4.3.3 CAN通信模块 21

4.3.4 SPI通信模块 25

4.4 LTC6803模块驱动设计 27

4.5 温度检测驱动设计 30

4.5.1 A-D初始化程序设计 30

4.5.2 NTC温度检测程序设计 31

4.6 本章小结 31

第5章 电池管理系统测试 32

5.1 调试环境介绍 32

5.2系统部件实物图 33

5.2.1 主控制器模块 33

5.2.2 NTC传感器温度采集模块 34

5.2.3 LTC6803-2电压采集模块 34

5.3 实验平台的建立 34

5.4 系统调试 35

5.5 本章小结 36

第6章 总结与展望 37

6.1全文总结 37

6.2未来与展望 37

参考文献 38

致 谢 39

附 录 40

第1章 绪论

本章主要介绍了BMS的概念和存在的意义，详细分析了国内外的电池管理系统的发展状况，电池管理系统越来越受到世界各国的重视。最后概括了接下来每一章的大致内容安排。

1.1电池管理系统的背景与意义

随着世界经济的不断发展，世界人口的不断增加，汽车的使用量越来越多，随之而带来的汽车尾气的污染排放也日趋严重。能源，环保成为了人们关注的焦点。采用新能源汽车代替普通汽车成为了各国研究的重点。电动汽车分为三种类型：纯电动汽车（BEV）,主要是蓄电池电动汽车，污染极小，维护方便，结构简单；燃料电池电动汽车（FCEV）,由燃料电池驱动，常使用的是氢气等燃料，排放量近乎为0，且运行平稳无噪声 ^[1,2]；混合动力汽车（HEV），由电机和内燃机驱动。锂电池安全性好，寿命较长，可再次充放电等优良特性而被广泛使用^[3]，锂电池常被使用在电动汽车中。电池管理系统十分重要，其成本为电动汽车成本的一半左右，其性能和安全成为了电动汽车设计研究的重点内容^[4]。为了保证电池的正常高效稳定工作，防止电池出现过充电或过放电。通常，如果电池在不同温度条件下或频繁地充电或深度放电下进行工作，电池的使用寿命会缩短^[5]。因此设有电池管理系统（BMS）,可以监控电池的状态，延长电池使用寿命。

电池管理系统（BMS）由上位机,采集单元（AECU）和电池管理单元（BMU）等部分组成^[6]。电动汽车领域大部分采用CAN总线实现数据通信功能^[7]。根据电池管理系统的结构，利用通信芯片完成其底层板的设计，利用单体测试电压芯片和NTC温度传感器完成对电池单体电压，温度的采集，并实现BMS的上位机与CAN数据通信的过程，以此达到监控电池电压与温度的目的，以便于测试电池工作状态和性能。本课题的电池管理系统研究与设计为电池的测试和故障分析诊断提供了便捷的途径。

1.2课题国外研究现状

国外对电动汽车的研究比国内起步早，目前国内外已进入实际应用阶段。