本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)計(jì)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(tǒng)硬件組成框圖

 

 

整車提供的電源為+12V，管理系統(tǒng)需要的電壓包括：+3.3V(DSP，隔離電路用)、+5V(總線驅(qū)動(dòng)等芯片用)、±15V(電流傳感器)，可以通過(guò)DC-DC 轉(zhuǎn)換得到，這樣不但可以滿足各個(gè)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(fā)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(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線發(fā)送到LF2407，由于LF2407自身不帶I2C 接口，本設(shè)計(jì)利用PCA9564擴(kuò)展其I2C接口。為了防止電磁干擾影響I2C總線上數(shù)據(jù)的傳輸，必須對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行隔離，考慮到I2C 總線是雙向傳輸?shù)?，使用ADuM1250雙向隔離芯片進(jìn)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(kuò)展器，與LF2407 的GPIO 口相連，它支持主從模式的數(shù)據(jù)收發(fā)，在BMS中設(shè)定LF2407為主器件，OZ890位從器件。LF2407通過(guò)讀寫(xiě)PCA9564內(nèi)部四個(gè)寄存器的內(nèi)容來(lái)與OZ890 信。

 

ADuM1250是熱插拔數(shù)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(hào)分成發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)供單獨(dú)的光電耦合器使用。

 

 

電池管理系統(tǒng)將采集處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到PC機(jī)界面上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。通過(guò)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(tài)、充放電功率等參數(shù)，還可以通過(guò)串口發(fā)送實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)的在線標(biāo)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(fā)器，與計(jì)算機(jī)串口連接，實(shí)現(xiàn)RS-232接口信號(hào)和TTL 信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，使BMS 和PC 機(jī)能夠進(jìn)行異步串行通訊。為了防止電磁干擾影響串口上數(shù)據(jù)的傳輸，必須對(duì)總線信號(hào)進(jìn)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(hào)光耦隔離電路。

 

 

CAN通信是架接電池管理系統(tǒng)(BMS)與整車HCU 之間的信息橋梁，BMS將電池的狀態(tài)參數(shù)通過(guò)CAN總線發(fā)給HCU，HCU 通過(guò)判斷當(dāng)前的電池狀態(tài)來(lái)做出決策，分配電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的功率，控制電池的充放電。同時(shí)BMS還可以接收HCU 發(fā)來(lái)的相關(guān)命令，做出相應(yīng)的處理。其硬件方面主要是通過(guò)PCA82C250通用CAN收發(fā)器來(lái)提供對(duì)總線數(shù)據(jù)的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)通信總線數(shù)據(jù)的差動(dòng)接收能 力。通過(guò)類似于圖3b)的光耦隔離電路來(lái)加強(qiáng)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(jù)整車要求，是否接入120Ω的終端電阻，當(dāng)JP201跳線接1腳和2腳時(shí)，不接入電阻，當(dāng)接2腳和3腳時(shí)，電阻接入。

 

根據(jù)整車控制策略，CAN 上電池狀態(tài)數(shù)據(jù)每幀的刷新周期為10ms，故設(shè)置周期中斷的時(shí)鐘節(jié)拍為10ms；相應(yīng)地設(shè)置以上幾個(gè)任務(wù)的執(zhí)行周期均為10ms。

 

 

圖5：周期時(shí)鐘節(jié)拍圖

 

從圖5中可以看出，系統(tǒng)初始化完成以后，Time1 開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到5ms 時(shí)，在A 點(diǎn)發(fā)生周期中斷，然后進(jìn)入周期中斷子程序，啟動(dòng)AD 轉(zhuǎn)換，通過(guò)I2C 總線讀取OZ890 中的數(shù)據(jù)。AD 轉(zhuǎn)換完畢后，軟件觸發(fā)ADC 中斷保存數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理，清除周期中斷標(biāo)志。當(dāng)達(dá)到10ms時(shí)，發(fā)生下溢中斷，進(jìn)入下溢中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行CAN 發(fā)送任務(wù)、SOC計(jì)算任務(wù)、系統(tǒng)監(jiān)視故障診斷任務(wù)、串口發(fā)送任務(wù)。另外，CAN 接收和串口接收?qǐng)?zhí)行采用中斷觸發(fā)方式。利用周期中斷和下溢中斷來(lái)劃分任務(wù)執(zhí)行時(shí)間區(qū)域不僅能夠滿足整車10ms。

 

每幀數(shù)據(jù)的CAN發(fā)送要求，而且每一個(gè)任務(wù)時(shí)間也都能通過(guò)計(jì)數(shù)器和標(biāo)志位的狀態(tài)來(lái)計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，以便更好的分配任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間段。