电池管理系统的硬件方案设计

2013-04-24 17:25:20   来源:   评论:0   点击:   [收藏]

  电池管理系统(BMS)需要采集的信息有电池的电压、电流、温度等。因BMS涉及的电池比较多,最多能达几百节电池,数据交换量很大,需要一种功能强大、系统相对复杂的框架体系和数据交换方式,因此设计可靠的硬件...

  电池管理系统(BMS)需要采集的信息有电池的电压、电流、温度等。因BMS涉及的电池比较多,最多能达几百节电池,数据交换量很大,需要一种功能强大、系统相对复杂的框架体系和数据交换方式,因此设计可靠的硬件电路设计是满足BMS复杂性、实时性、可靠性的保证。总的来说,从电动汽车电池管理系统硬件设计按照实现方式可以分为两大类:一类是基于集成芯片的电池管理系统,另一类是基于分立式器件的电池管理系统。

  (1)基于分立器件的BMS,这种BMS利用光耦合器来切换采集通道,然后通过多路A/D转换器来转换,这样,采样频率低,周期长,并且在切换过程中会有干扰,采集精度低,这就影响整个系统性能的提高,并且对硬件工程师的布置设计水平要求较高。

  (2)基于芯片的BMS  这种BMS一般将前端采集电路、均衡电路以及电量计量算法、通信功能等集成在芯片中,辅以外围电路完成对电池的管理功能。目前,国际知名半导体公司都竞相推出集成式电池管理芯片。如凌力尔特(Linear)的LTC6802/LTC6803系列,德州仪器(TI)的bq系列,爱特梅尔(Atmel)的ATA6870/ATA6871系列,美信(Maxim)的MAX11068/MAX11060系列,英特矽尔(Intersil)的ISL78600/78601系列。与分立器件的电池管理系统相比,它具有体积小、集成度高等优势。

  目前国内电动汽车电池管理系统多采用凌力尔特的LTC6802/LTC6803系列芯片方案。LTC6803是第二代高压电池监视器,它是一款完整的电池测量IC,包含一个12位ADC、一个精确的电压基准、一个高压输入多路复用器和一个串行接口。每个芯片都能测量多达12个串联连接的独立电池单元。该器件的专有设计使多个LTC6803能串联叠置,而无需光耦合器或隔离器,从而允许对长串串联连接电池中的每一节电池进行精确的电压监视;符合IS0 26262(ASIL)标准,在-40~125℃的温度范围内,最大总测量误差保证低于0.25%;提供从-300mV~5V的扩展电池测量范围,从而能监视种类繁多的电池化学组成以及超级电容器;能对每个电池欠电压和过电压状况进行监视,一个相关联的MOSFET可用于对过度充电的电池进行放电,实现能耗均衡;一个内置的5V稳压器、温度传感器、GPIO线路和热敏电阻输入提供了更多的功能;内置了一个冗余电压基准、丰富的逻辑测试电路、导线开路检测电路和一个看门狗定时器,以实现故障安全设计;可承受高达75V的电压,从而为一个含有12节电池的完整电池串提供超过20%的过电压裕度;1MHz串行接口具有误差检验功能,且专为在有大量噪声及瞬变的环境中运作而设计。图5-19所示为LTC6803的典型应用示意图。

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