图1   系统硬件框图

 2. 1   电源模块

 整车为BMS 提供的电压是12 V，管理系统需要的电压有: 5 V，单片机及驱动芯片用; ! 15 V，运放及电流传感器用。采用DC/ DC 模块将12 V 电压转成5 V或者15 V。

 2. 2   A/ D 转换模块

 Frescale 16 位系列芯片集成10 位的A/ D 转换模块，满足整车的采样精度要求。A/ D 采样电路包括电压采样、电流采样与温度采样。子模块中用CPLD 控制光耦阵列开关，实现模块电压巡检采样，主模块中直接对总电压周期采样; 采用霍尔传感器实现电流采样;采用热敏电阻实现温度采样。

 DG128 通过I/ O 向CPLD 实时发送电池模块选通信号，CPLD 根据传送过来的信号经由内部与非逻辑组合的运算，向高压光电隔离开关阵列发出控制信号，控制光电开关固态继电器分时导通; 被选中的模块电压信号再经过线性隔离放大和低通滤波预处理，最后进入DG128 的A/ D 转换模块。开关阵列控制隔离滤波电路如图2 所示。

图2  模块电压采集电路

 如图3 所示，设电池总电压为U，电阻R2 两端的电压为U2 ，当求得R2 两端的电压U2 ，即可反求U。为了提高U2 的采样精度，抑制高频干扰，在R 2 两端增加由电阻R 3 和电容C1 组成的低通滤波器，再经光藕AQW214隔离后，将U2 传给线性光电隔离放大环节ISO124，最终传给DP512 的A/ D，经处理，求得U。

图3   总电压采集电路

 图4 中利用二极管单向导电性，将正负电流分别经过电阻和运算放大器组成的网络，最终转换为电压信号，进入A/ D 模块。

图4  电流采集电路

 图5 中，虚线框内的RV 为热敏电阻，R2 为低温漂精密电阻。5 V 经R2 分压，即可求得RV 的阻值变化，查表进而得到对应的温度值。与测量其他信号一样，温度转换的电压信号也经过一个低通滤波器进入A/ D 模块。

图5  温度采集电路

 2.3   均衡模块

 根据实时采集的数据，当电池管理系统认为某一单体电压BATn 需要均衡时，给出均衡控制信号EQ _CT RLn ，光耦闭合，MOS 管导通，均衡电路启动，如图6 所示。

图6   均衡电路

 2. 4   CAN 通信模块

 CAN 通信是整车与BMS 之间、BMS 主控制模块和子模块之间的信息桥梁。子模块将采集到的单体电压和温度值通过CAN 总线上传给主控模块，主控模块通过CAN 总线给子模块下达均衡命令; 主控模块将电池参数发送给整车，整车控制器通过判断决策能量分配。Freescale 9S12 系列单片机已经集成CAN 模块MSCAN，外扩引脚CANTX 和CANRX。还需要PCA82C250 来作为驱动芯片，如图7 所示。

图7  CAN 通信接口电路

 3  分布式电池管理系统的软件设计

 电池管理系统软件以CodeWarrior for HCS12V4. 7 为开发环境，采用C 语言编写，包括了主控制模块和子模块两个部分的软件设计。

　　3. 1  主控制模块

 主控制模块的任务主要有: A/ D 转换与数据处理任务、整车CAN 接收任务、整车CAN 发送任务、系统监控任务、SOC 与能量估算任务以及均衡处理任务。中断有：A/ D 采集中断、定时器下溢中断、CAN 接收中断。

 如图8 所示，系统初始化工作完成后，软件以模/ 数减法计数器的下溢中断来确定系统的执行周期，计数周期为5 ms。在模/ 数计数器前一次下溢中断程序中，选择电压采集通道，并查询整车CAN 接收; 经5 ms 在本次下溢中断到来后，中断服务程序进行A/ D 转换的启动，转换完成进入A/ D 中断，开启其他任务的执行，如此循环交替进行。根据整车控制策略，CAN 上的电池状态数据每帧的刷新周期为10 ms，因此设置下溢中断的时钟节拍为5ms，相应地，以上所有任务的执行周期均为10 ms。

图8　　3. 2   子模块

 子模块的任务主要有: A/ D 转换与数据处理任务、内部CAN 接收任务、内部CA N 发送任务、以及均衡执行任务。中断有: A/ D 采集中断、定时器下溢中断。

 如图9 所示，软件以模/ 数减法计数器的下溢中断来确定系统的执行周期，计数周期为2. 5 ms。在模/ 数计数器前一次下溢中断程序中，选择电压采集通道，并查询内部CAN 接收; 经2. 5 ms 在本次下溢中断到来后，中断服务程序进行A/ D 转换的启动，转换完成进入A/ D 中断，开启其他任务的执行，如此循环交替进行。其中，根据协议，内部CAN 发送任务为保证周期为10 ms，要间隔一次A/ D 转换后才启动，其他任务执行周期则为5 ms。

 4   结  论