動力電池組作為新能源電動汽車的關鍵組件之一，其狀態(tài)估測、安全保護、故障處理對于電動汽車都有著重要的意義。動力電池管理系統(tǒng)通過實時監(jiān)測電池電壓、溫度、充放電電流等信息，對電池組的運行狀態(tài)進行估計，實施相應的保護措施。

　　本文將針對東莞中山大學研究院電動汽車研究中心電動物流車項目電池系統(tǒng)的要求，設計開發(fā)適用于物流車的電池管理系統(tǒng)，主要工作如下：

　　（1） 本文根據(jù)物流車項目電池系統(tǒng)要求，在CAN網(wǎng)絡總線及isoSPI總線的基礎上，設計電池管理系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，并提出電池管理系統(tǒng)的功能需求及技術(shù)參數(shù)指標。

　　（2） 本文基于電池管理系統(tǒng)的功能要求及技術(shù)參數(shù)指標，設計完成硬件框架及電路。電池組控制單元的硬件電路設計包括電源喚醒、高壓檢測、絕緣檢測及通信等模塊。電池監(jiān)測回路的硬件電路設計包括電池監(jiān)測及均衡電路等模塊。嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存單元的分配包括引導軟件內(nèi)存及應用軟件內(nèi)存。

　　（3） 本文基于C語言設計完成嵌入式系統(tǒng)軟件。設計工作主要包括啟動引導軟件、嵌入式底層驅(qū)動軟件、任務調(diào)度層軟件以及應用層軟件。軟件部分的功能包括嵌入式系統(tǒng)的啟動，電池系統(tǒng)的狀態(tài)采集、狀態(tài)估測以及安全保護、故障處理等。

　　（4） 本文完成了電池管理系統(tǒng)的測試。測試工作主要包括單體電壓監(jiān)測精度、電池組電流監(jiān)測精度、溫度監(jiān)測精度以及絕緣檢測、均衡控制、電池組充放電等功能。此外，在工況測試中，電池管理系統(tǒng)完成了電池組原始數(shù)據(jù)的采集、荷電狀態(tài)估算等任務。

　　近年來，電力工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電池性能的提升，電動汽車逐步被消費者所接納。在電動汽車飛速發(fā)展的背景下，各大整車廠、電池廠及傳統(tǒng)的半導體廠商都加入到電池管理系統(tǒng)的研發(fā)行列［11］ 。

　　以特斯拉MODEL S為例，其電池管理系統(tǒng)采用主從控制架構(gòu)。主控制器負責高壓絕緣檢測、高壓互鎖、電池組繼電器控制、總線通信等功能；從控制器負責單體電壓及電池組溫度監(jiān)測，以及數(shù)據(jù)上報等功能。特斯拉電池管理系統(tǒng)的主控制器具備主副雙處理器設計，副處理器實時監(jiān)測主處理器的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)主處理器失效，副處理器能夠獲取電池管理系統(tǒng)的控制權(quán)限。MODEL S的電池管理系統(tǒng)多處加入了此類的冗余設計，以提高系統(tǒng)的安全特性［13］ 。寶馬i3的電池管理系統(tǒng)由德國普瑞公司研發(fā)，其中包括了電池組管理單元和單電芯監(jiān)測傳感單元。在普瑞公司此次推出的電池管理系統(tǒng)中，單電芯檢測傳感單元實時監(jiān)測電池組的單體電壓及組內(nèi)溫度變化，并將所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上報回電池組管理單元。電池組管理單元將收集的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，并對電池組狀態(tài)進行評估［14］ 。目前，此類分布式的電池管理系統(tǒng)應用最為廣泛。在這種拓撲結(jié)構(gòu)中，電池組與電池管理系統(tǒng)從整車功能中分離獨立，整車系統(tǒng)形成了電池監(jiān)測回路、電池組控制單元、整車控制器以及電機控制器的三層兩網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點在于，裝配過程模塊化、操作簡單，電池及溫度采樣線束固定、采樣距離相對均勻。除上述兩種車型采用分布式電池管理系統(tǒng)外，大眾E-GOLF，榮威E50以及三菱i-MiEV均采用此類的拓撲結(jié)構(gòu)。表1-3中給出對三種不同車型監(jiān)測回路的比較。

　　本文主要設計內(nèi)容

　　論文以物流車項目為核心基礎，結(jié)合本中心電動汽車項目積累的經(jīng)驗，設計一款適用于物流車的電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品。工作重點包括電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS）總體設計、電池組控制單元（Battery Control Unite，BCU）硬軟件設計、電池監(jiān)測回路（Battery Management Circuit，BMC）硬軟件設計以及綜合測試四大部分：

　　（1） 本文根據(jù)物流車的整車參數(shù)及電動物流車動力電池參數(shù)，設計BMS的拓撲結(jié)構(gòu)，并提出BMS預期的功能及參數(shù)指標，該部分內(nèi)容將在第二章中詳細論述。

　　（2） BCU及BMC的硬件電路的設計，其中包括了嵌入式處理器最小系統(tǒng)模塊、電源及喚醒模塊、高壓檢測及絕緣檢測模塊、電池組電流檢測模塊、均衡模塊、電池監(jiān)測模塊以及通信模塊。該部分內(nèi)容將在第三章中詳細論述。

　　（3） 啟動引導軟件、BCU及BMC軟件設計，其中包括了硬件驅(qū)動層、任務調(diào)度層以及應用程序?qū)拥能浖绦颉Ｔ摬糠謨?nèi)容將在第四章中詳細論述。

　　（4） BMS功能驗證及工況測試工作，其中包括單體電壓監(jiān)測精度、電池組電流監(jiān)測精度、溫度監(jiān)測精度以及絕緣檢測、均衡控制、電池組充放電等功能。在工況測試中，電池管理系統(tǒng)完成了電池組數(shù)據(jù)的采集、荷電狀態(tài)（State of Charge，SoC）的估算等。該部分內(nèi)容將在第五章中詳細論述。