基于无线通信的电动汽车锂电池管理系统的硬件设计和实现

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基于目前社会能源日益紧缺和环保要求越来越严格的世界大环境下,新能源汽车的研发已成为大势所趋。锂电池管理系统作为新能源汽车关键技术之一,对锂电池的监测、管理起着关键的作用。随着大量锂电池在车辆上的应用和推广,对电池管理系统的要求也越来越高。早期锂电池管理系统通常采用16位单片机作为核心处理器,分离器件或者低性能模拟前端芯片采集电芯数据,导致整个电池管理系统计算速度有限、电池参数检测精度较低,安全性差等问题。同时板间通信和电芯采样连接依靠传统的线束也会影响电池包的能量密度以及后期维护等。因此,对锂电池管理系统的研究不仅具备实用性和经济性,而且对于新能源汽车的推广也意义重大。本文主要对无线通信电池管理系统的硬件设计进行了研究,通过分析电池管理系统的需求完成了该系统的硬件电路以及产品的验证测试。具体的研究工作包括以下三个方面:(1)研究锂电池的特征特性以及分析电池管理系统的功能模块,从而得到系统功能需求并确定了系统的基本架构。锂电池管理系统采用分布式架构设计,由主控制板、高压板以及多个从控制板组成。主控制板和从控制板之间的通信采用无线方式,主控制板与高压板采用菊花链有线通信,从控制板配置在每个电池模组内且采用FPC连接采样。无线通信和FPC的使用,节约了绝大部分的线束和近一成多的电池包体积,不仅提高了电池模组的设计灵活性、电池包能量密度以及装配效率,还降低了装配过程中出错的可能性,同时降低了整车厂的售后维护成本。(2)根据各个控制板的功能特征进行模块划分和硬件电路设计,本文设计完成的模块硬件电路主要包括供电电路、最小系统电路、CAN通信电路、菊花链通信电路、无线电路、高压绝缘和采样电路、电流采样以及电池电压采样电路等等。主控制板集成多路CAN和LIN通信接口、无线通信接口、外部驱动接口以及热管理和充电管理接口,实现对电池信息的监控和管理,以及与整车、充电设备的信息交互等,核心处理器采用ASIL D的32位单片机TC389芯片。高压板采用LTC2494芯片,实现高压部分的绝缘检测、高压采样以及电流采样功能要求。从控制板采用ADI新一代电池监控器ADBMS6817芯片,采集电芯电压和电池温度信息并通过无线传输到主控制板内进行数据处理。(3)安全稳定的硬件环境是整个系统运行的基础,产品开发完成后需要进行合理的试验进行验证,本文对设计的整体系统进行了电气适应性、电磁兼容和环境可靠性测试验证,保证了硬件系统的稳定性,测试验证结果证明了无线通信电池管理系统的的可行性和实用性。本文是结合实际项目完成的研究设计,目前该研究设计方案已成功应用在通用和上汽通用的电动汽车项目中,项目已经接近量产状态。
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