原创 基于BQ76PL536的锂电池管理系统（BMS）

去年电动汽车项目在国资委吵得火热，我们便计划开发一款关于电动汽车用的BMS。经过多方考察，我们做了如下的方案。

二、     BMS方案

结合国内锂电池现状以及一些国内主流的BMS做法，BMS采用外部主动均衡技术来实现。BMS主要有三个部分组成：

1、模拟前端（AFE）部分

模拟前端主要实现电池组的串联，单组电池电压的采集，单组电池温度采集，单组电池过压欠压报警，主回路电流监控（包括放电和充电）。

2、主动均衡部分

主动均衡部分主要通过超级电容对过压的单组电池进行电量泄放，对欠压的单组电池进行电量补充。防止过充和过放对锂电池本身造成伤害，也避免了因发热造成的火花、燃烧甚至爆炸。

3、主控部分

主控制器负责信号的收集与整理、均衡策略调整以、控制各个均衡电路工作、以及与充电机和汽车管理系统进行通信。

BMS系统框图如图2。  

三、     BMS具体实施

1、模拟前端（AFE）部分

AFE部分主要芯片使用TI的BQ76PL536A，主要负责单组电池电压的采集，单组电池温度采集，单组电池过压欠压报警。BQ76PL536A可以最多实现32组串联完全满足电动汽车需求。

BQ76PL536A利用差分输入方式，实现对单组电池进行电压采样并通过SPI总线将各个电池组的电压信息以及报警信息传送到主控单元，完成AFE的工作。其具体电路如图3所示。

 
  AFE另一部分用来实现主回路的电流采样，通过监测主回路的电流对电池组、充电机、汽车动力驱动电路进行保护。当电流大小超过设定值主控单元通过CAN总线通知充电机和汽车管理系统进而可以切断电源对汽车电源系统起到保护作用。

采样电阻使用锰铜丝绕制，信号经过精密仪表用放大器（AD8230）隔离放大再到AD采集器（AD7170），AD采集器通过SPI总线将电流信息传输给主控单元。或者用隔离放大器直接将信号传输到主控芯片，利用主控芯片集成的AD进行测量。隔离放大器价格偏高，基本在20美金以上，所以暂不考虑。

其具体实施电路如图4所示。

D1-D4，R2和R4为均衡电路提供保护。C2、C3为普通滤波电容，分别连接在AFE的差分信号输入端Cn、Cn-₁之间以及Cn-₁、Cn-₂之间。C2、R1和C3、R3对差分信号起抗混叠作用，增加测量精度。

1、主控单元和均衡算法的实现

主控单元主要实现信号的采集整理和对均衡电路控制，以及通信功能，均衡的算法通过主机控制器来完成。目前主控制器准备使用DSP来完成，为了保证均衡电路的级联串行通信SPI接口需要扩展。

均衡算法通过主控制器完成，根据不同的充、放电状态，根据从AFE得到的电池信息，比较电池电压，决定实现上行均衡、下行均衡及最大差值单体均衡等多种灵活的控制策略。

上行均衡方法是从最高单元电压电池开始，始终以最高电压单元电池与邻近电池进行均衡，常用于充电均衡；下行均衡是始终以最低电压电池单元与邻近的电池单元之间进行均衡，常用于放电均衡；最大差值均衡是始终搜索、比较电池组中相邻的电池单元压差最大的两组进行均衡，常用于放电或者空闲状态下的均衡；在不采用上述算法的情况下，可采取全局同步脉冲均衡法，即不比较个电池单元电压，主控制器通过控制所有的MOSFET输出同步的脉冲序列，在一系列循环后使电池组实现均衡。

突出创新点：本设计增加了对任意单体电池的温度监控功能，每一个电池单元组使用一片MAX6581