動力電池組作為新能源電動汽車的關鍵組件之一，其狀態估測、安全保護、故障處理對于電動汽車都有著重要的意義。動力電池管理系統通過實時監測電池電壓、溫度、充放電電流等信息，對電池組的運行狀態進行估計，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的要求，設計開發適用于物流車的電池管理系統，主要工作如下：

　　（1） 本文根據物流車項目電池系統要求，在CAN網絡總線及isoSPI總線的基礎上，設計電池管理系統拓撲結構，并提出電池管理系統的功能需求及技術參數指標。

　　（2） 本文基于電池管理系統的功能要求及技術參數指標，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。電池監測回路的硬件電路設計包括電池監測及均衡電路等模塊。嵌入式系統內存單元的分配包括引導軟件內存及應用軟件內存。

　　（3） 本文基于C語言設計完成嵌入式系統軟件。設計工作主要包括啟動引導軟件、嵌入式底層驅動軟件、任務調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的啟動，電池系統的狀態采集、狀態估測以及安全保護、故障處理等。

　　（4） 本文完成了電池管理系統的測試。測試工作主要包括單體電壓監測精度、電池組電流監測精度、溫度監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，電池管理系統完成了電池組原始數據的采集、荷電狀態估算等任務。

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

　　以特斯拉MODEL S為例，其電池管理系統采用主從控制架構。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測，以及數據上報等功能。特斯拉電池管理系統的主控制器具備主副雙處理器設計，副處理器實時監測主處理器的工作狀態，一旦發現主處理器失效，副處理器能夠獲取電池管理系統的控制權限。MODEL S的電池管理系統多處加入了此類的冗余設計，以提高系統的安全特性［13］ 。寶馬i3的電池管理系統由德國普瑞公司研發，其中包括了電池組管理單元和單電芯監測傳感單元。在普瑞公司此次推出的電池管理系統中，單電芯檢測傳感單元實時監測電池組的單體電壓及組內溫度變化，并將所監測到的數據上報回電池組管理單元。電池組管理單元將收集的監測數據進行處理，并對電池組狀態進行評估［14］ 。目前，此類分布式的電池管理系統應用最為廣泛。在這種拓撲結構中，電池組與電池管理系統從整車功能中分離獨立，整車系統形成了電池監測回路、電池組控制單元、整車控制器以及電機控制器的三層兩網絡的拓撲結構。其優點在于，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外，大眾E-GOLF，榮威E50以及三菱i-MiEV均采用此類的拓撲結構。表1-3中給出對三種不同車型監測回路的比較。

　　本文主要設計內容

　　論文以物流車項目為核心基礎，結合本中心電動汽車項目積累的經驗，設計一款適用于物流車的電池管理系統產品。工作重點包括電池管理系統（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） 本文根據物流車的整車參數及電動物流車動力電池參數，設計BMS的拓撲結構，并提出BMS預期的功能及參數指標，該部分內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、電池監測模塊以及通信模塊。該部分內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，其中包括了硬件驅動層、任務調度層以及應用程序層的軟件程序。該部分內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測精度、電池組電流監測精度、溫度監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，電池管理系統完成了電池組數據的采集、荷電狀態（State of Charge，SoC）的估算等。該部分內容將在第五章中詳細論述。