摘 要：介绍了一种基于OZ890的混合动力汽车电池管理模块的研制方案，模块包含硬件系统和软件系统两部分，硬件系统包括电源电路、数据采集电路、I2C通信电路、RS 232通信电路、CAN通信电路、通信隔离电路；软件系统包括：数据采集处理程序、CAN发送／接收程序、串口发送／接收程序、SoC估算程序、故障诊断程序、周期中断服务程序、下溢中断服务程序。模块实现了对动力电池的监控和保护。
关键词：电池管理模块；CAN通信；周期中断；下溢中断

0 引 言
    电池管理模块(Battery Management Module)是电动汽车必不可少的核心部件。它能够对蓄电池组进行安全监控和有效管理，提高蓄电池的使用效率和可靠性，延长电池的使用寿命。电池管理模块可以检测混合动力电动汽车电池的充放电电流、总电压、单体电压，估算电池荷电状态(State of Charge)在汽车启动和加速时提供能量，刹车时电池组能回收能量。电池管理技术是电动汽车发展的关键技术之一。

l 电池管理模块的功能
    电池管理模块具有数据采集、电池荷电状态和可用功率估算、电池组均衡控制、热管理、各种通信以及故障诊断功能。
1．1 数据采集
    单体电压的采集使用凹凸科技公司的电池专用采集转换芯片OZ890，它具有13位模／数转换(ADC)模块，可以完成前端单体电压的数据采集任务，1片OZ890最多能够采集13节锂离子电池单体电压或3个模块的镍氢电池模块电压。总电压、电流和温度由TI公司的DSP芯片TMS320LF2407 A来完成，它具有16通道的10位模／数转换(ADC)模块。
1．2 电池SoC估算
    SoC是反映电池性能的重要参数，也是车辆控制系统进行能量输入／输出的判断依据。SoC的准确估算可以保护电池，防止电池的过充过放，同时使整车做出合理的控制策略，达到节能的目的。由于SoC与电池的多个参数有关，且具有较强的非线性，因此SoC的准确估算是目前国内外研究的一个难题。该模块利用卡尔曼滤波法估计SoC，卡尔曼滤波把被估计量作为系统的状态，用系统状态方程来描述状态的转移过程，各时刻之间的状态相关函数，可以根据状态方程的转移特性来描述，解决非平稳随机过程估计的困难。通过实际测量的电池电压与预估SoC建立的观测方程所得到的电压之差，对预估SoC进行修正得到优化估计值，作为当前SoC值。
1．3 电池组均衡控制
    单体电池的容量、内阻等电池参数存在差异，并随时间、温度和放电电流呈现非线性变化，导致电池组的使用寿命比单体平均寿命短很多，通过对电池进行均衡控制可以解决此问题。在充电过程中后期，均衡电路开始工作，对于电池电压过高的单体进行放电，限制单体电池电压不高于充电截止电压，实现了电池组中单体电池荷电状态的平衡，保持相近的荷电程度。
1．4 热管理
    电池在大功率放电和高温条件下使用时，温度会不断上升，当电池温度高于35℃时，电池管理模块控制风扇开启，使电池的温度降低或保持在允许的工作温度范围内。
1．5 通信功能
    通信功能包括：
    (1)I2C通信。DSP可以通过I2C总线来读取OZ890采集转换好的数据和OZ890的状态信息，还可以可通过I2C总线向OZ890写入配置OZ890的工作状态；
    (2)串口通信。DSP通过串口将电池当前的电压、电流、温度等状态参数发送到PC机界面上，还可以通过串口向DSP发送修改电池的相关参数；
    (3)CAN通信。DSP将电池状态参数、故障标志等发给整车控制器HCU，并从HCU接收与电池相关的信息。
1．6 故障诊断
    故障诊断主要是对采集到的电池电压、电流、温度、SoC、绝缘电阻等参数进行分析，判断这些参数是否超出故障阈值，当超过故障阈值达到一定计数时，报警标志置位。DSP通过报警标志可以判断电池发生故障的等级和类型，然后做出保护措施。这是保证动力电池系统可靠工作、车辆行驶安全、满足用户驾车需求的重要技术手段。

2 电池管理模块硬件组成
    电池管理模块硬件由系统供电电路、TMS320LF2407A主控制电路、OZ890单体电压采集电路、I2C通信电路、SCI通信电路、CAN通信电路组成。系统硬件框图如图1所示。