基于MC9S12DP512与CAN总线的电池管理系统研究与设计

节能和环保成为汽车工业发展的新目标,新一代电动汽车作为能源可多样化配置的新型交通工具,以其零排放、低噪声等优点,引起人们的普遍关注并得到了极大的发展。但制约电动汽车发展的问题依然是储能动力电池和应用技术。如何延长电池使用寿命、提高电池的能量效率和运行可靠性,是电动汽车能量管理系统必需解决的问题。电池管理系统是关系到电动汽车实用化、商品化的关键技术之一,而作为能量管理系统重要组成部分的电池剩余容量预测的研究对电动汽车的实用化、商品化起着重要作用,因此研究电池管理技术及系统具有十分重大的意义。 电池管理系统直接监控及管理电池运行的全过程,包括电池充放电过程、电池安全保护、电量估计、单体电池间的均衡、电池故障诊断等几个方而。在研究和总结国外先进的电池管理系统基础上,对电池管理系统的设计思想和结构及电路做了重大改进,、如引入控制器局域网(CAN)总线、浮地数据采集技术、新的荷电状态(SOC)估计方法、针对电池不一致性的先进数据处理技术、故障诊断专家系统等。 以镍氢动力电池为例,详细讨论了动力电池的化学热力学原理,建立了一种准确、可靠的动力电池及其管理系统的数学模型,比较合理地模拟动力电池的电压、电流、功率、温升、效率、SOC等变化,具有模拟冷却风扇控制和一定的故障诊断及故障报警功能。能够根据用户的不同需求,改变本模型的基本参数,如环境温度、动力电池额定容量、电池组单体个数等。 电池管理系统(BMS)的研制开发以模块化为指导原则,硬件电路设计上采用freescale的16位嵌入式单片机MC9S12DP512作为核心控制单元,利用其相关模块,对相关外围电路进行了相应的扩展之后,实现了对动力电池性能参数的精确检测,包括模块电压、总电压、电流、温度、运行时间、动力电池工作状况(上电、警告、错误、危险等)、动力电池最大允许充电电流、最大允许放电电流等,软件算法设计上建立了基于安时法、开路电压法和卡尔曼滤波法法的复合剩余电量预测方法,具有全面丰富的故障诊断功能,当动力电池出现异常情况时,该系统能及时可靠地发出故障信号,具有热量管理控制功能、稳定的抗干扰能力、多功能的监视界面以及全面迅速的车载CAN通讯功能。 本文用大量的实验数据论证了设计的电池管理系统的可行性与有效性。论文的研究工作是项目“吉利电动汽车新型整车技术研发”的重要组成部分,该项目已于2008年1月顺利通过国家科技部的中期评定。