基于飞思卡尔DZ60的48V电池管理系统设计与实现-开题报告-文献综述-参考文献

当今社会的可持续发展对汽车的排放要求越来越高。由于成本和技术等因素，电动汽车短期内有较多实用化困难。而内燃机汽车技术成熟，成本低，减少其怠速运转时间可以大幅减少其二氧化碳排放量，达到越来越严苛的排放标准。

现有的12V和24V汽车电源系统无法满足发动机频繁启停和发动机停机时大功率设备的供电需求。为兼顾安全和性能，提出了48V动力总线方案[6]。通过小规模改进现有内燃机动力系统，不仅实现发动机无带、无怠运转，还可以回收制动能量，使车辆的燃耗经济性和排放指标都得到显著提高。

48V电源总线的储能电池需要使用能量和功率密度高的锂离子电池。为充分发挥48V电源总线性能，保证系统的可靠性和安全性，需要对其储能电池进行必要的监控和管理。作为电池系统的智能核心，BMS受到广泛关注。关于电池系统的研究中，大量工作都是针对BMS的。BMS的主要功能是监测电池的电压、电流、温度等可直接测量的参数，对获得的数据进行处理，导出荷电态(SOC)、健康状况(SOH)等重要的估计数据，以上述参数为依据，操作执行机构，对电池进行均衡、保护等操作，发送报告和/或警报给主机和人员，并对上述参数和操作进行记录等。

电压可以直接或间接反映电池的多种模式和状态，几乎全部电池运行状况变化都表现为电压的变化，是电池最重要的参数。因此，BMS最重要的功能是监测电压。由于电池存在单体差异，必须监测每个单体的电压才能准确地得到相关的电池信息。

凌力尔特公司的LTC680X系列是时下可靠性和性能均达到汽车级应用的监控电压的模拟前端IC，目前研究和应用都非常广泛。其他相似产品有ADI的AD8280，O2Micro的OZ8902，Maxim的MAX11068等。徐昕晨等采用LTC6802-2对系统各监控单元内所有电池进行刷新速度为25ms监控，获得了平均绝对偏差3.59mV，平均绝对偏差0.896%，最大绝对偏差5mV，最大相对偏差1.28%的监测精度，达到了他们的系统要求。作者认为，其最大总测量误差显著大于官方宣传的0.25%，通过在每个单体上加RC滤波电路及采用先放电后检测指令等软件优化可以提高准确度。董光磊等应用LTC6803-4并联级联独立寻址技术，在A123公司的3.3V/2.1Ah 28S1P电池组上进行验证实验，结果获得所有单体电压测量误差均小于0.21%的结果。张俊婷等将LTC6803-3应用于对安全性和可靠性要求极高的矿井设备。在9S/60Ah磷酸铁锂电池组中，达到最大测量误差0.17%的监测精度，对电池系统进行可靠的过充电、过放电及过流等保护。王波设计的BMS采用了LTC6803模拟前端，实现了13ms完成一次全部测量结果刷新，电压误差在10mV以内。唐绍明等和吕杰等也各自用LTC6803-4构建了BMS的电压采集系统并获得良好结果。

LTC6804是凌力尔特公司第三代电池组监视器，精度和测量速度较之LTC6803均有大幅提升，总测量误差低于1.2mV，可在290μs内完成测量，适用于48V电源总线电池的快速响应特性。图1是LTC6804的典型应用原理图。陈

银萍等、刘谦等和徐钧等研究了LTC6804的应用细节。

图1 LTC6804-1典型应用

BMS的核心部件中，有了快速、准确、可靠的电压监测前端，硬件方面的另一个起决定性作用的重要部件是高速稳定的处理器。单片机(MCU)的型号众多，结合BMS的特点，应用于BMS的MCU应具有低功耗、高可靠性的特点。

在前述的研究中，徐昕晨等采用内置1.2kB SRAM，32kB NOR Flash，29kB EEPROM的STC12C5A32S2作为控制器，通过强上拉SPI访问LTC6802-2，通过RS232显示以及通过RS485与上位机通信。张俊婷等、吕杰等和陈银萍等研究的系统中采用低功耗TI的STM32F103RBT6作为MCU，同样通过SPI模式与LTC6803通信，以ADuM1401进行隔离。王波选用Atmel的Atmega16L处理器，芯片丰富的内部资源及接口很适用于BMS。唐绍明等采用高性价比的汽车级芯片SAF-XC886C为MCU。徐钧等采用的MCU是LPC2478，用以完成监测电压、温度、电流、通信以及看门狗等功能。此外，谭元元等采用具有丰富接口的TI高性能、多功能的32位定点DSP芯片TMS320F2812为主控芯片，设计电动通用飞机动力锂电池的BMS，解决了系统质量、体积和精度问题。

除上述MCU外，飞思卡尔的S08和S12系列MCU在电池管理领域应用广泛。董光磊等、孙延鹏等和辛喆等采用飞思卡尔的MC9S12系列MCU设计BMS。在相对较小规模的系统中，S08系列MCU更具性价比。蒋倩等采用MC9S08DZ60为控制芯片，设计了电动汽车电池管理系统采集模块，用于采集单体电压和温度。该采集模块已经应用于其公司的电池组产品中。

本^范文研究工作将采用MC9S08DZ60作为MCU设计BMS的电压和温度采集模块。该MCU主要特点是闪存容量60032字节，随机存储器4096字节，电可擦写可编程只读存储器容量2048字节，集成CAN总线控制器，功耗低，成本低。电压采集芯片选用凌力尔特的最新产品LTC6804，温度采集使用LTC6804的基准电压。针对48V系统的特点，两个LTC6804空闲的C引脚用于温度测量和系统功能良好性自检。通过硬件和软件优化，充分发挥LTC6804的优势，提升系统的抗干扰能力，满足48V系统高速响应的需求，保证子系统安全并充分满足主机功能需求，为电池系统的其他组件和主机提供稳定可靠的数据。

二、^范文提纲

1 绪论

1.1 锂离子动力电池

1.2 电池管理系统

1.3 本^范文的主要工作

2设计方案

2.1 单体电压采集

2.2 温度采集

2.3 通讯

2.4 小结

3 设计实施

3.1 硬件设计 

3.2 软件设计 

3.3 设计验证 

3.4 系统优化 

3.5 小结

4 系统测试

4.1 功能测试

4.2 可靠性测试 

4.3 小结

5 总结与展望

参考文献

致谢

三、参考文献

[1] 忻文，48V汽车电子电气系统架构的未来，汽车与配件，2014, 20, 28-30。

[2]  G. Hehn，用于新48V汽车电源总线的电池管理系统，汽车与配件，2015, 32, 61-63。

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[18] Davide Andrea Battery, Management Systems for Large Lithium Battery Packs, Artech House Publishers, 2010年10月1日.