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基于OZ8940芯片的电动汽车锂电池管理系统设计方案

导读: 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。

  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。

基于OZ8940芯片的电动汽车锂电池管理系统设计方案

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。

基于OZ8940芯片的电动汽车锂电池管理系统设计方案

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。

  2.3 温度监测

  OZ8940内部集成了一个温度传感器。片内温度每升高1℃,内部温度传感器输出电压增加2.0976mV.内部温度传感器输出的电压量会有一定的偏差,这个偏差量可以通过片内EEPROM 中INTREF11~INTREF0位在软件上进行补偿。

  此外,通过使用OZ8940的GPIO1和GPIO2两个端口可以采集片外温度信息。如图3所示,RT1和RT2是负温度系数的热敏电阻,即随着温度的升高,其阻值会降低。GPIO0端口提供3.3 V的电压,GPIO1和GPIO2 分别获得两路电压值。端口GPIO1 和GPIO1采样电压输入大小分别如式(1)和(2)。

  UT1和UT2经过片内的一个多路选择器送至内部精度为12位的ADC进行转换。

基于OZ8940芯片的电动汽车锂电池管理系统设计方案

图3 温度采集

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