作者 / 孙君起 吕少峰 田云芳
洛阳宝盈智控科技有限公司(河南 洛阳 471003)
孙君起(1983-)，男，研制工程师，研讨方向：锂电池 BMS 技能;吕少锋，男，硕士，中级工程师，研讨方向：新能源汽车技能;田云芳，男，硕士，中级工程师，研讨方向：嵌入式技能。
摘要：为了在项目运用中愈加细化、模块化产品，将体系总电压、总电流、绝缘监测三个部分功用从主控办理单元中分离出来做成一个独立的办理单元。电压电流收集办理单元(Volt Current Management System，以下简称VCMU)作为体系运用的一个独立单元，首要担任体系总电压、总电流、绝缘监测三个方面的功用。其间总电流选用分流器的方式进行收集，为了更好地监测体系的运转情况，预留2路温度收集，用于监测分流器的温度。一起，VCMU预留2路霍尔传感器收集电流接口，能够依据需求添加霍尔电流检测。
导言
电池办理体系(Battery Management System，BMS)是用来监测和办理电池组安全作业，然后进步电池的运用功率，使电池组能更好、更稳定地作业，下降其运转本钱，添加运用寿命，延伸续航路程，然后进步电池组的牢靠性以及整车的安全性。
BMS最基本及重要的功用是检测电池参数，是有用办理及操控电池的根底，充放电优化、SoC估量、热办理及安全毛病报警等都是以检测电池基本参数为依据的。办理体系应实时检测电池组的单体电池电压、充放电电流、总电压以及温度等参数。
现在，电池组及电池办理体系都是电动汽车开展的瓶颈。无论是电池电压、电流及温度的丈量精度，仍是电池剩下电量的预算，在实践运用中都对电池办理体系有重要的影响。
电池办理体系(BMS)首要包含以下几个模块：
a)对电池组单体电压战略、电池组温度丈量;
b)对电池组总电流和总电压检测;
c)依据电池组的基本参数完结电池组剩下电量的估量;
d)完结对电池组的充放电办理，到达维护电池组的意图;
e)电池组的充电均衡;
f)电池组的热办理;
g)装备与车载中心操控体系的通讯接口。
为了在项目运用中愈加细化、模块化产品，将体系总电压、总电流和绝缘监测三个部分功用从主控办理单元中分离出来，做成一个独立的办理单元。电压电流收集办理单元作为体系运用的一个独立单元，首要担任体系总电压、总电流和绝缘监测三个方面的功用。其间总电流选用分流器的方式进行收集，为了更好地监测体系的运转情况，预留2路温度收集，用于监测分流器的温度。一起VCMU预留2路霍尔传感器收集电流接口，能够依据需求添加霍尔电流检测。
1 体系规划计划
1.1 总体计划
VCMU独立完成电池组总电压、总电流检测、温度收集(如需)及绝缘检测，VCMU把测得的数据经过CAN总线发送给体系总处理单元。VCMU原理框图如图1所示。
1.1.1 VCMU首要技能方针
VCMU规划技能方针如表1所示。
1.1.2 VCMU接口功用界说
依据VCMU功用需求，VCMU应具有2路电流检测接口、1路绝缘检测接口、6路总电压检测接口、1路CAN通讯接口和1路供电接口。详细接口功用界说见表2。
1.2 VCMU硬件规划
微操控器选用MC9S12G128系列单片机，具有16KB FLASH，1KB SRAM，主频达50MHz，能够满意VCMU数据处理的需求。
1.2.1 总电压丈量
总电压收集功用经过高精度电阻分压、信号调度、16位ADC采样后送入单片机。本体系选用ADS1110专用ADC采样芯片完成对体系总电压信号的收集。
ADS1110芯片为带参阅电压的16位高精度ADC采样芯片，温漂最大为5ppm/℃，供电电压为2.7V到5.5V;采样速率可设定，规模为15SPS到240SPS。
ADS1110与MC9S12G128系列单片机经过I2C接口进行通讯，将收集的电池总电压丈量值传送给主控单片机。ADS1110与单片机衔接办法如图2所示。
1.2.2 总电流丈量
总电流收集功用经过分流器办法采样电流，经过专用芯片对采样的数据进行处理后送给单片机，项目运用中可依据实践情况选用LEM。
1.2.3 绝缘监测
我国电动汽车的规范中规则用绝缘电阻来衡量电动汽车的绝缘情况。动力蓄电池的绝缘电阻界说为：假如动力蓄电池与地(车底盘)之间的某一点短路，最大(最坏情况下)走漏电流所对应的电阻。
电桥式绝缘监测不收接地电容的影响，监测速度快。低频信号注入法随能够检测爽极接地，可是注入的低频信号添加了直流电压的波纹，影响供电质量，且分布%&&&&&%会直接影响丈量成果，使分辨率下降。
本计划的绝缘检测选用平衡电桥法。在正负母线与地之间接入一系列的电阻，经过电子开关切换接入电阻的巨细，丈量不同接入电阻下正负母线在被测电阻上的分压值，结合方程式解出正负母线对地的绝缘电阻。
1.2.4 CAN通讯
CAN通讯选用单片机自带的CAN操控器加外围电路完成。
1.2.5 体系供电
体系供电电源选用阻隔供电。选用金升阳阻隔电源模块为体系供电。
1.3 VCMU软件规划
1.3.1 MCU
微操控器选用飞思卡尔MC9S12G128，主频最高可达50MHz，FLASH容量128KB，RAM容量8KB，E2PROM容量4KB，包含1路MSCAN，3路SPI，3路SCI。
1.3.2 软件渠道
软件渠道选用μCOS-II嵌入式实时操作体系，依据从控单元的功用需求，以μCOS-II使命的方式完成各功用，首要功用包含电压、电流、温度收集使命、绝缘电阻处理使命、CAN通讯使命和运转灯指示使命，其间部分使命之间需求选用体系服务完成使命间通讯和同步，以完成功用需求，CIMU软件渠道功用框图如图3所示。
1.3.3 软件总流程
VCMU单元上电后，顺次进行时钟初始化、GPIO初始、FLASH初始化、定时器初始化、I2C初始化、CAN初始化等，如图4所示。其间，需求对时钟初始、FLASH初始化、I2C初始化、CAN初始化的成果进行判别，保证本身运转的牢靠性，若初始化反常，则反常处理。
1.4 关键技能剖析
1.4.1 高压阻隔技能
VCMU在运用进程中会遇到作业电压高、搅扰强的环境，影响产品牢靠作业。MCMU在规划上选用阻隔计划，首要，电路板内部选用DC/DC阻隔后为MCU及其他电路供电;其次，与电池直接相连的部分也选用阻隔规划，并且总电压、总电流、绝缘检测部分选用物理阻隔+电气阻隔的两层阻隔办法保证产品安全;一起产品其他的输入、输入端口也都选用阻隔规划。
1.4.2 通讯抗搅扰技能
通讯线束在规划上选用屏蔽双绞线加外屏蔽的办法进行处理，并且在CAN通讯网路的两个终端加120Ω匹配电阻，增强CAN通讯的牢靠性。
1.5 资料、部件选型
VCMU首要从模块芯片、接插件及线缆和外壳结构三方面进行规划选型。
1.5.1 模块芯片选型
VCMU各模块选用世界知名品牌芯片，如Freescale、TI、MAXIM等，电源模块选用金升阳阻隔电源产品。BMS首要部件类型见表3。
1.5.2 接插件及线缆选型
参阅行业规范，选用日本JAE公司的高品质接插件IL-AG5系列。IL-AG5系列为高牢靠性的板对线运用系列，2.5mm管脚距离，规划有牢靠的机械锁止设备，系列可选管脚数较多，单/双排可选，管脚数4到30可选。电气功用首要为：1000VACrms@1min，电流3A，绝缘电阻100MΩ，触摸电阻<10mΩ)，可满意技能要求。
线缆开始考虑在QVR105、AVS和AEX中挑选。除了收集均衡线，电源线选用0.85平方线，其他通讯线均选用0.5平方线，CAN通讯选用带屏蔽双绞线。
1.5.3 外壳选型
VCMU体系的外壳可依据不同的运用场合挑选不同的原料和尺度，尽量挑选铁质外壳，详细尺度≤65mm×88mm×30mm。更应重视装置的便利性、灵活性，重视原料的强度、分量，漂亮等要素。
2 体系测验
高精度电压电流办理单元规划完结后，对体系的电压、电流、绝缘监测三项功用进行了测验，测验成果如表4所示。电压测验、电流测验、绝缘监测三项测验数据别离如表4、表5和表6所示。
3 定论
经过对VCMU三项首要功用的测验，对表4、表5和表6数据的比照剖析可得出表7所示的参数比照表格。
经过方针比照发现三项方针均高于要求技能方针和市面上一般的BMS产品的方针，到达了规划的意图和高精度的要求。
本文提出了一种根据电池办理体系的模块化规划模型，将总压检测、电流检测和体系绝缘监测三种功用作为一个功用模块，进行独自规划和测验，终究到达了预订的规划方针，并可灵活运用在各种电压电流和绝缘监测的环境中。可满意一般的运用需求，装置便利，简略易用。
参阅文献：
[1]尤文艳,金鹏,肖力.根据HCNR201的电压收集阻隔电路规划[J].单片机嵌入式体系运用,2012(2):67-69.
[2]崔张坤.电动汽车锂电池组高精度电压电流检测体系研讨与规划[D].沈阳理工大学, 2012.
[3]徐顺刚.分布式供电体系中储能电池均衡办理及逆变操控技能研讨[D].西南交通大学,2011.
[4]李贵海.电池SoC预算战略研讨[D]浙江大学,2006.
[5]徐顺刚,钟其水,朱仁江.动力电池均衡充电操控战略研讨[J].电机与操控学报,2012(2):62-65.
[6]ADS1110datasheet(16-Bit ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER with Onboard Reference).
本文来源于《电子产品世界》2018年第1期第72页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
