本文提出了一種基于LIN 總線的磷酸鐵鋰電池組在線監測和管理系統。該系統采用分布式的網絡控制結構，通過以Dspic30f4012 芯片為核心底層硬件的設計，實現了對磷酸鐵鋰電池參數的精確監測，通過LIN 總線技術實現數據的傳輸，并基于較精確的電池模型基礎上采用擴展Kalman 算法對電池荷電狀態（SOC）進行估算，提高了估算精度。實驗結果表明：本系統能很好地對電池組進行實時動態監控和有效保護，為電動汽車的電池智能化管理系統開發提供了應用價值。

　　磷酸鐵鋰電池作為新型電動汽車動力電池，具有容量大、安全性高、耐高溫特別是循環壽命長等優點，其循環壽命比普通的鉛酸電池至少要高4 倍，在車用動力電池的市場中具有極大的應用潛力。在現階段動力電池的容量沒有根本性突破的情況下，電池管理系統（battery management system，BMS）在電動車中的應用將顯得異常重要，它能夠實時檢測動力電池的電壓、電流、溫度，并通過這些參數估算電池的荷電狀態（state of charge，SOC），為駕駛員提供車輛續駛里程參考；此外BMS 能夠對電池的過充、過放電進行報警和保護，對電池組和單節電池進行有效保護，從而提升電池使用性能、提高電池壽命。LIN 總線是一種低成本的汽車A 類總線，非常適合溫度、電流這類實時性要求不高的數據傳輸，通過LIN 總線實現數據的總線化傳輸，進一步降低了成本。

　　1 系統的總體結構與功能

　　在本設計中，電池管理系統分為兩大部分：信號檢測模塊、通信及信息處理模塊。在信號檢測模塊中，每節單體電池對應一個底層ECU（Dspic30f4012），可以實現單體電壓采集、電流檢測、溫度采樣；同時也能檢測整個電池組的電壓、電流和環境溫度，用于電池一般充電與均衡充電時的檢測與保護，如圖1 所示。

　　底層ECU 把檢測到的電壓、電流、溫度等變量封裝為LIN總線幀格式，然后通過LIN 總線與上層ECU 進行通信。信息處理模塊可以實現動力電池的荷電狀態實時估算和故障分析，并把溫度、電壓、電流等信息進行顯示。

　　2 電池管理系統設計

　　2.1 電池管理系統的基本硬件設計

　　由于電池組的單體數目比較多，本系統采用分布式結構，這種結構能有效減少采樣線穿越電池，降低安裝和調試的復雜性，同時也能降低安全隱患。底層ECU 使用Dspic30f4012芯片，它能在-40~125 ℃溫度范圍內工作，屬于汽車級芯片；它具有豐富的模擬量、數字量I/O 接口、10 位A/D 轉換功能以及SCI 通信功能等。

　　2.1.1 信號采集模塊設計

　　Dspic30f4012 具有2.5~5.5 V 范圍的寬工作電壓，因而可以用單節磷酸鐵鋰電池直接供電，只需要加一個0.1 μF 的濾波電容即可使芯片工作，供電電路得到極大簡化。由于F4012 芯片內不提供A/D 轉換的內部基準電壓，因此在進行電壓檢測時，需要外部提供A/D 轉換基準電壓，本文選用低功耗、低電壓誤差的LM385 來提供2.5 V 的外部基準電壓，如圖2 所示。

　　本設計中電壓檢測模塊的特點是各個檢測模塊分別檢測各自單體電池上的電壓，而不是通過傳統的多路開關分時選擇的方法來實現，這樣就完全實現了純分布式的電池管理結構。磷酸鐵鋰電池的電壓直接從單體電池兩端引出電壓，然后通過兩個高精度的電阻進行分壓，分壓得到的電壓引入Dspic30f4012 芯片內部的A/D 模擬信號轉換通道，進行電壓的檢測。Dspic30f4012 芯片內的A/D 轉換器為10 位精度，基準電壓為2.5 V，所以電壓檢測模塊能夠檢測到0~5 V 的電壓范圍，大于單體電池的最大電壓3.65 V.電池組的總電壓的檢測， 經由信號衰減電路與抗共模電壓電路接入Dspic30f4012 芯片內的A/D 轉換通道中完成電池組電壓的采集。

　　單體電池電流的檢測通過霍爾傳感器來實現，霍爾傳感器能輸出最高3 V 的電壓信號，可以直接接入到Dspic30f4012芯片內的A/D 采樣通道中；電池的溫度的檢測通過TJ1047溫度檢測芯片來實現，TJ1047 溫度檢測芯片在-40 ℃和125 ℃時輸出電壓分別為0.5 V 和1.75 V，并且具有10 mV/℃的溫度電壓比例特性和±0.5 ℃的誤差。因此從TJ1047 芯片輸出的電壓可以直接接入Dspic30f4012 芯片內的A/D 轉換通道中，即可完成對電池溫度和環境溫度的采集。

　　2.1.2 LIN 通信接口設計

　　在現代汽車中總線技術越來越多的得到應用，CAN/LIN網絡已經成為以分布式為基礎的車載電子網絡的主流發展方向。CAN 總線作為高速傳輸總線具有速度快、帶寬高、功能多的突出特點，但其成本比較昂貴；LIN 總線是一種低端總線，但其在降低成本方面具有突出優勢，適合對網絡速度要求不高、實時性不強的數據的傳輸。因此，在不需要CAN 總線的帶寬和速度的場合下，LIN 總線補充了CAN 總線引導的汽車多路復用網絡的現有總線技術。電池的溫度、電流、電壓檢測并不要求極高的實時性和總線速度，因此LIN 總線能很好地契合電池管理系統的要求。

　　Dspic30f4012 芯片沒有LIN 總線的接口，但具有SCI 通信接口，本文選用TPIC1021 芯片作為SCI 與LIN 總線轉換的芯片，如圖3 所示。SCI 通信引腳U1RX 與U1TX 經過磁耦合隔離器件電氣隔離后，分別接到LIN 驅動器的LIN_RXD 和LIN_TXD，經過轉換最后在LIN 引腳輸出LIN 總線信號。在底層控制器Dspic30f4012 和LIN 收發器TPIC1021 之間加上一個磁耦合隔離器件ADUM1201ARZ，用來提高電池組檢測系統通信的抗干擾能力和解決分布式檢測中“共地”產生短路的問題，有效地把各個檢測單元的電氣連接隔離開來，同時也把底層電壓與上層LIN 總線隔離開來。當LIN 收發器作為主機節點時，需要把圖3 中的J3 跳線用跳針短接，用于從機節點時不要跳針短接。