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。
電池管理系統(tǒng)硬件組成
電池管理系統(tǒng)電路由電源模塊、DSP芯片TMS320LF2407A(簡(jiǎn)稱為“LF2407”)、基于多個(gè)OZ890的數(shù)據(jù)采集模塊、I2C通信模塊、SCI 通信模塊、CAN通信模塊組成。系統(tǒng)硬件框圖如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖
1 電源模塊
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。
2 數(shù)據(jù)采集模塊
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。
3 I2C 通信模塊
OZ89采樣模塊將采集處理后的數(shù)據(jù)通過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)模褂肁DuM1250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通過讀寫PCA9564內(nèi)部四個(gè)寄存器的內(nèi)容來與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。
4 串口通信模塊
電池管理系統(tǒng)將采集處理后的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到PC機(jī)界面上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。通過串口界面，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。
