新型电动汽车锂电池管理系统的设计方案

　　摘要：电动汽车的发展有助于缓解能源短缺和环境污染问题，针对目前锂电池被逐渐应用在电动汽车上，提出了一种基于OZ8940芯片的电动汽车锂电池管理系统的设计方案。系统包括电压、电流、温度采集电路，均衡电路，MCU主控电路，I2 C通信电路，CAN通信电路，显示单元。该系统设计方案简单可靠，实现了对锂电池实时监测和保护的功能。

　　电动汽车的使用有助于保护环境和解决能源短缺问题。电池组作为电动汽车的能源，其正常地工作是安全行驶的重要保证，因此，对电池组工作状态的管理显得尤其重要。近年来，对电池管理系统的研究也越来越受到重视。电池管理系统的职能是实时监测电池组状态，实施必要的管理和保护措施，以提高电池组的利用率，确保电池组工作的安全可靠，进而确保行车安全。

　　1 系统基本功能介绍

　　设计的锂电池管理系统采用电池监测芯片对电动汽车电池的电压、电流、温度等信息进行实时监测。采集到的电压、电流、温度等信息经过微处理器处理后，相应的信息显示在显示屏上。如果电池状态信息超出正常范围，系统自动切断充放电回路并报警。均衡电路的应用，延长了电池组的使用寿命。系统结构如图1所示。

图1 电池管理系统基本结构

　　2 系统硬件设计

　　系统采用O2Micro公司的OZ8940芯片作为电池信息的采集芯片。OZ8940是一款低功耗芯片，工作时电流小于500μA,休眠模式下小于50μA.可支持6~12节串联电池的信息测量，总的电压测量范围为9~60 V.内部包括12路的12位电压采集ADC,分辨率2.44 mV.1路片内温度采集ADC,精度为12位，2路片外温度采集ADC,精度为12位，分辨率1.22mV.OZ8940可提供两级保护功能，第一级保护包括过电压、过电流、过温度等保护。第二级保护是永久性外部极高过电压故障的保护。此外，OZ8940支持内部均衡与外部均衡两种均衡方式。均衡技术的应用，使得电池组特性在充电时保持了良好的一致性，这有助于延长电池组的使用寿命。OZ8940通过I2 C接口与MCU进行通信。

　　2.1 单体电池电压监测

　　如图2所示，12节单体电池串联构成电池组，从每一节电池的正负极引出接线端子，单体电池的输入电压范围为-0.5 V~8 V.接线端子经过RC低通电路后引入到OZ8940的BAT端口，作为电池电压的输入端。RC低通电路可以消除信号中的高频干扰。在OZ8940中通过一个多路选择器分别将这12路电压信号引入到内部12位精度的ADC中进行转换，转换结果送至内部逻辑，经过I2C接口与MCU通信。

图2 电压采集。

　　2.2 电流监测

　　采用霍尔电流传感器对电池组充放电电流进行采集，如图1中电流采集部分所示。采集到的信息送至MCU进行处理。