rtg电池充放电均衡管理器的研究与设计
随着石油等能源的逐渐减少，全球各国开始担心资源的问题，因为石油等资源的存储量有限，所以各国开始寻找新能源。汽车作为一种消耗汽油的设备，自然也成为关注的焦点。人们开始寻求用电替代汽油为汽车提供能源。采用计算机技术解决电动汽车电池组应用中的关键技术问题和难点，是电动汽车技术发展的主要方向之一，其中电池管理系统是目前国内外研究的热点。本设计就是要制作一个电池管理系统，用来对电动汽车的蓄电池进行实时监测和维护，从而提高电池的使用寿命和使用效率。本设计在前期研究和试验的基础上，研发出新型电池管理系统。该管理系统通过分析处理采集来的电池状态参数，达到监控与优化车载电池的运行情况，保障电动汽车行车安全，尽可能地延长电池组的使用寿命的目的。系统采用飞思卡尔MC9S08DZ60作为主MCU，用凌特的LTC6803-4作为电池管理芯片，对电池的各重要信息进行了采集和处理，并通过CAN接口将数据传送到上位机进行显示，各节点模块分别完成参数采集、分析处理、监控诊断等功能，使管理系统的功能更加先进，精度更高，可靠性及扩展性大大提高。本设计最终实现了对每节电池的电压的采集，电池组总电压的采集，电池温度的采集，电池电压的平衡以及通过CAN接口向外发送数据。
目录
摘要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1 研究背景 5
1.2电动车电池存在的问题 6
1.3发展展望 6
1.4 研究意义 7
1.5 本设计主要内容 8
2方案的选择 8
2.1本设计功能要求 8
2.2各种方案的比较 9
2.2.2基于Freescale单片机和SJAl000的电池管理系统 14
2.3本设计方案选择 17
2.3.1选择的理由： 17
2.3.2 LTC60034芯片优势： 18
2.3.3 MC9S08DZ60的优势： 19
2.4第二章小结 20
3系统硬件的设计 21
3.1硬件预备知识 21
3.1.1飞思卡尔单片机MC9S08DZ60 21
3.1.2电池管理芯片LTC68034 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 3.2复位电路 22
3.3下载口电路 23
3.4 RS232串口电路 24
3.5 CAN通信电路 25
3.6电源电路 25
3.7通信隔离电路 26
3.8晶振和滤波电路 27
3.9电压采集和平衡电路 27
3.10采集板硬件功能 29
4系统软件的设计 31
4.1采集板软件设计 31
4.1.1串行端口操作编程 31
4.1.2电压平衡和采集编程 34
4.1.3软件综合设计流程 37
4.2上位机软件设计 39
4.2.1 上位机软件界面功能设计 39
4.2.2 上位机软件核心程序 40
5软硬件调试 44
5.1硬件调试 44
5.2 软件调试 46
致 谢 47
参考文献 49
附录1—本次设计整体原理图和PCB图 54
附录2—外文文献翻译 55
1绪论
1.1 研究背景
进入21世纪，全球各国开始担心资源的问题，因为石油等资源的存储量有限，所以各国开始寻找新能源。汽车作为一种消耗汽油的设备，自然也成为关注的焦点。人们开始寻求用电替代汽油为汽车提供能源。国外在几年之前就已经大规模地展开了电动汽车以及与电动汽车相关的设备的研究与制造。国内的公司看到国家在大力扶持电动汽车的行业，也纷纷参与进来，使得电动汽车的研究与制造在国内流行开来，而与电动汽车行业相伴的电池管理系统的研究也日渐扩大。目前，国内已经有很多家公司在做BMS电池管理系统方面的研究，并且取得了不错的进展。本次设计就是在这个背景中展开的。这次设计是针对电动汽车的锂电池来做的。电动汽车一般分为三种：纯电动汽车(E1ectric Vehicle，EV)、燃料电池电动汽车(Fuel cell E1ectric Vehicle．FCEV)和混合动力电动汽车(HybridE1ectric Vehicle，HEV)。纯电动汽车是指以车载电源蓄电池为动力，用电机驱动车轮行驶：燃料电池电动汽车是采用一种可以将燃料(如氢气)中的化学能直接转化为电能的能量转化装置即燃料电池为动力的汽车；混合动力电动汽车是装有两个以上动力源的汽车，比如燃油结合蓄电池或燃料电池结合蓄电池等等。目前电动汽车的能源提供部分一一电池，由于其成本高、寿命较短，一次充电后行驶里程不理想，并且容易出问题等因素，成为制约电动汽车发展的主要因素之。因此，迫切需要一种能够对电池进行保护和实时监测的装置。
1.2电动车电池存在的问题
高性能蓄电池的成本非常高，目前很难产业化，目前常用的蓄电池可存储的能量有限，导致电动车续驶里程短，还远达不到普通燃油汽车的水平，如何合理利用这些有限能源也成了一个不小的问题。
蓄电池的使用寿命一般都较短，如果在使用当中不正确的操作，如对电池的过充电和过放电等，将会损伤电池从而进一步减短电池寿命，严重的会使电池报废。
蓄电池组尤其是电动汽车用蓄电池组都是由几十个上百个单蓄电池串联起来为电池汽车提供能量的，由于单电池之间存在个体差异，且在运行中可能由于运行状态的不一样，导致单电池的性能不一致，即会出现有些电池变成落后电池而有些电池状态还比较好的现象。这种情况下，这些落后的单体电池或模块电池的性能决定着整个蓄电池组的性能，即整个电池组的性能也下降，而且由于落后电池与健康电池是串联使用，会使健康电池的性能受到影响，缩短使用寿命，所以要及时准确的判断出蓄电池组中落后电池。
在汽车行驶中需要向司机提示汽车的可续驶里程，不至于半路抛锚，在燃油汽车中通过油表来提示，在电动车上是通过提示剩余电量来完成的。另外剩余电量还是电池状态的一个重要参数，是用来诊断断电池的健康状态和判断电池是否过充放电等的重要依据之一。但是由于蓄电池本身是个复杂的电化学反应系统，且影响电量估测的因素很多，并且在使用中，蓄电池是封闭的，所以对于电量准确估测的难度较大，是个国际性的问题。
1.3发展展望
我国现在在大力发展电动汽车行业，与电动汽车相关的行业也迅速发展起来。BMS电池管理系统作为对电动汽车锂电池的保护和监测装置，在未来必然有很好的发展趋势。
电动车未来将以锂电池为主要动力驱动来源，主因在于锂电池有高能量密度优势，所以性能较为稳定。然而锂电池大量生产时品质不易掌握，电池芯出厂时电量即存在些微差异，且随着操作环境、老化等因素，电池间不一致性将愈趋明显，电池效率、寿命也都将变差，再加上过充或过放等情况，严重时可能导致起火燃烧等安全问题。因此，透过电池管理系统（BMS）能准确量测电池组使用状况，保护电池不至于过度充放电，平衡电池组中每一颗电池的电量，以及分析计算电池组的电量并转换为驾驶可理解的续航力信息，确保动力电池可安全运作。
2012年全球电池管理系统（BMS）市场产值成长逾10%，2013年至2015年成长幅度将大幅跃升至2535%。现阶段不论是整车厂、电池厂、还是相关车电零组件厂均投入电池管理系统（BMS）研发，以求掌握电动车产业的关键技术，由于车厂是电池管理系统的使用者，车厂多偏好使用本身的软件处理，并以专门的厂规控管，以维持操作弹性。电池管理系统（BMS）产业发展可能类似锂电池，车厂为掌握关键技术，会与长期合作供货商密切合作产品开发，对新进厂商切入难度高。因此，未来新进厂商欲切入车厂供应链，除与相关供应链强化合作关系外，针对需求打造客制化方案，才有机会抢得先机。
目录
摘要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1 研究背景 5
1.2电动车电池存在的问题 6
1.3发展展望 6
1.4 研究意义 7
1.5 本设计主要内容 8
2方案的选择 8
2.1本设计功能要求 8
2.2各种方案的比较 9
2.2.2基于Freescale单片机和SJAl000的电池管理系统 14
2.3本设计方案选择 17
2.3.1选择的理由： 17
2.3.2 LTC60034芯片优势： 18
2.3.3 MC9S08DZ60的优势： 19
2.4第二章小结 20
3系统硬件的设计 21
3.1硬件预备知识 21
3.1.1飞思卡尔单片机MC9S08DZ60 21
3.1.2电池管理芯片LTC68034 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 3.2复位电路 22
3.3下载口电路 23
3.4 RS232串口电路 24
3.5 CAN通信电路 25
3.6电源电路 25
3.7通信隔离电路 26
3.8晶振和滤波电路 27
3.9电压采集和平衡电路 27
3.10采集板硬件功能 29
4系统软件的设计 31
4.1采集板软件设计 31
4.1.1串行端口操作编程 31
4.1.2电压平衡和采集编程 34
4.1.3软件综合设计流程 37
4.2上位机软件设计 39
4.2.1 上位机软件界面功能设计 39
4.2.2 上位机软件核心程序 40
5软硬件调试 44
5.1硬件调试 44
5.2 软件调试 46
致 谢 47
参考文献 49
附录1—本次设计整体原理图和PCB图 54
附录2—外文文献翻译 55
1绪论
1.1 研究背景
进入21世纪，全球各国开始担心资源的问题，因为石油等资源的存储量有限，所以各国开始寻找新能源。汽车作为一种消耗汽油的设备，自然也成为关注的焦点。人们开始寻求用电替代汽油为汽车提供能源。国外在几年之前就已经大规模地展开了电动汽车以及与电动汽车相关的设备的研究与制造。国内的公司看到国家在大力扶持电动汽车的行业，也纷纷参与进来，使得电动汽车的研究与制造在国内流行开来，而与电动汽车行业相伴的电池管理系统的研究也日渐扩大。目前，国内已经有很多家公司在做BMS电池管理系统方面的研究，并且取得了不错的进展。本次设计就是在这个背景中展开的。这次设计是针对电动汽车的锂电池来做的。电动汽车一般分为三种：纯电动汽车(E1ectric Vehicle，EV)、燃料电池电动汽车(Fuel cell E1ectric Vehicle．FCEV)和混合动力电动汽车(HybridE1ectric Vehicle，HEV)。纯电动汽车是指以车载电源蓄电池为动力，用电机驱动车轮行驶：燃料电池电动汽车是采用一种可以将燃料(如氢气)中的化学能直接转化为电能的能量转化装置即燃料电池为动力的汽车；混合动力电动汽车是装有两个以上动力源的汽车，比如燃油结合蓄电池或燃料电池结合蓄电池等等。目前电动汽车的能源提供部分一一电池，由于其成本高、寿命较短，一次充电后行驶里程不理想，并且容易出问题等因素，成为制约电动汽车发展的主要因素之。因此，迫切需要一种能够对电池进行保护和实时监测的装置。
1.2电动车电池存在的问题
高性能蓄电池的成本非常高，目前很难产业化，目前常用的蓄电池可存储的能量有限，导致电动车续驶里程短，还远达不到普通燃油汽车的水平，如何合理利用这些有限能源也成了一个不小的问题。
蓄电池的使用寿命一般都较短，如果在使用当中不正确的操作，如对电池的过充电和过放电等，将会损伤电池从而进一步减短电池寿命，严重的会使电池报废。
蓄电池组尤其是电动汽车用蓄电池组都是由几十个上百个单蓄电池串联起来为电池汽车提供能量的，由于单电池之间存在个体差异，且在运行中可能由于运行状态的不一样，导致单电池的性能不一致，即会出现有些电池变成落后电池而有些电池状态还比较好的现象。这种情况下，这些落后的单体电池或模块电池的性能决定着整个蓄电池组的性能，即整个电池组的性能也下降，而且由于落后电池与健康电池是串联使用，会使健康电池的性能受到影响，缩短使用寿命，所以要及时准确的判断出蓄电池组中落后电池。
在汽车行驶中需要向司机提示汽车的可续驶里程，不至于半路抛锚，在燃油汽车中通过油表来提示，在电动车上是通过提示剩余电量来完成的。另外剩余电量还是电池状态的一个重要参数，是用来诊断断电池的健康状态和判断电池是否过充放电等的重要依据之一。但是由于蓄电池本身是个复杂的电化学反应系统，且影响电量估测的因素很多，并且在使用中，蓄电池是封闭的，所以对于电量准确估测的难度较大，是个国际性的问题。
1.3发展展望
我国现在在大力发展电动汽车行业，与电动汽车相关的行业也迅速发展起来。BMS电池管理系统作为对电动汽车锂电池的保护和监测装置，在未来必然有很好的发展趋势。
电动车未来将以锂电池为主要动力驱动来源，主因在于锂电池有高能量密度优势，所以性能较为稳定。然而锂电池大量生产时品质不易掌握，电池芯出厂时电量即存在些微差异，且随着操作环境、老化等因素，电池间不一致性将愈趋明显，电池效率、寿命也都将变差，再加上过充或过放等情况，严重时可能导致起火燃烧等安全问题。因此，透过电池管理系统（BMS）能准确量测电池组使用状况，保护电池不至于过度充放电，平衡电池组中每一颗电池的电量，以及分析计算电池组的电量并转换为驾驶可理解的续航力信息，确保动力电池可安全运作。
2012年全球电池管理系统（BMS）市场产值成长逾10%，2013年至2015年成长幅度将大幅跃升至2535%。现阶段不论是整车厂、电池厂、还是相关车电零组件厂均投入电池管理系统（BMS）研发，以求掌握电动车产业的关键技术，由于车厂是电池管理系统的使用者，车厂多偏好使用本身的软件处理，并以专门的厂规控管，以维持操作弹性。电池管理系统（BMS）产业发展可能类似锂电池，车厂为掌握关键技术，会与长期合作供货商密切合作产品开发，对新进厂商切入难度高。因此，未来新进厂商欲切入车厂供应链，除与相关供应链强化合作关系外，针对需求打造客制化方案，才有机会抢得先机。
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