王磊

（國家鋰電池產品質量監(jiān)督檢驗中心（山東），山東 棗莊 277800）

在能源危機與環(huán)境惡化等因素的影響下，新能源的開發(fā)與新能源交通工具的設計使用重要性逐漸凸顯出來。特別是當前電動汽車安全事故的發(fā)生與人們對電動汽車安全性、可靠性的疑慮，使得磷酸鐵鋰電池的研究勢在必行。根據(jù)磷酸鐵鋰動力電池特征，通過對磁耦合隔離技術的應用，將數(shù)字信號控制器dsPIC30F4012芯片為核心，對性能高且成本低的磷酸鐵鋰動力電池檢測單元進行設計。此單元的應用可將電池通信功能、溫度檢測功能和電壓功能充分發(fā)揮出來，通過融合電機控制器控制，可有效規(guī)避電池放電過度情況的出現(xiàn)，使得電池使用壽命得以延長。由此可見，深入研究并分析CAN總線的磷酸鐵鋰動力電池檢測方法具有一定的現(xiàn)實意義。

1 磷酸鐵鋰動力電池概述

磷酸鐵鋰動力電池組是電動汽車的儲能裝置，質量輕且容量大，不具備記憶效應特點突出，但在實際應用中仍存在一定的技術問題，尤其是電池檢測和管理問題。結合既有鋰電池檢測技術，在車載磷酸鐵鋰動力電池組單節(jié)電池檢測單元中的應用效果仍差強人意，集中體現(xiàn)在接線過多、抗干擾能力薄弱、估計單節(jié)電池剩余能量誤差過大、電壓測量不精準、電路復雜、單節(jié)電池荷電狀態(tài)計算不準確等方面。現(xiàn)階段對CAN總線通信使用期間，電壓隔離電路十分復雜，因而要適當增加供電電路，直接提高了單節(jié)電池檢測單元成本。在汽車中使用CAN總線是串行通信總線，實時性極強，即便受強電磁干擾，同樣可保證傳輸?shù)目煽啃裕攸c集中體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）極高的可靠性且成本低，性價比理想；（2）數(shù)據(jù)的傳輸速率高、誤碼率低，具有極強的實時性且傳輸可靠；（3）以優(yōu)先級為基礎的非破壞總線仲裁技術；（4）多主工作且無主從區(qū)別，通信更靈活。

2 磷酸鐵鋰動力電池檢測單元的硬件設計

此單節(jié)電池檢測單元能夠實時檢測單節(jié)電池溫度與電壓等方面的信息，向CAN總線發(fā)送所檢測的電池剩余能量、電壓以及溫度，通過CAN總線對電流等相關信息予以接受。

2.1 電池檢測單元具體組成

參考單節(jié)電池檢測單元拓撲可知，其包括了16節(jié)單節(jié)電池檢測節(jié)點與一液晶顯示儀表節(jié)點，在CAN總線的作用下即可實現(xiàn)通信目標。在單節(jié)電池檢測單元中主要由數(shù)字信號控制器模塊、電壓檢測模塊、CAN通信模塊、溫度檢測模塊組成。單節(jié)電池檢測單元的硬件組成主要有磁耦合隔離器件、16位數(shù)字信號控制器dsPIC30F4012和CAN驅動芯片。其中，dsPIC30F4012工作電壓主要是寬范圍供電，并且是電池供電。且在單節(jié)電池任一工作電壓條件下，dsPIC30F4012芯片工作狀態(tài)均正常。對于磁耦合隔離器件，其工作電壓同樣為寬范圍方式。在檢測熱敏電阻數(shù)值以后即可對電池溫度進行計算，使得成本支出減少，同時也可滿足檢測電池溫度的需求。對于電壓檢測模塊，其構成主要包括單節(jié)電池電壓輸出端與輸入端，能夠對電池端電壓進行測量，并借助CAN總線所提供的磷酸鐵鋰動力電池組過流電流，即可對單節(jié)電池剩余電量進行計算，隨后向CAN總線發(fā)送所檢測到的信息。

2.2 電壓、溫度檢測電路

對于單節(jié)電池檢測單元的檢測電路，主要是LM385所提供的A/D轉換電壓。通常，單節(jié)電池端電壓在分壓電阻的作用下即可向dsPIC30F4012引腳上引入，隨后完成A/D的轉換。在實際使用動力電池組的時候，溫度始終處于緩慢變化狀態(tài)，所以要合理測量溫度。此單節(jié)電池檢測單元對于溫度精度的要求并不高，所以需借助熱敏電阻測量溫度。較之于既有溫度傳感器，實際成本顯著下降。電壓、溫度檢測電路主要組成包括熱敏電阻與兩個匹配電阻，而dsPIC30F4012引腳的作用就是對熱敏電阻電壓進行檢測，以獲取其阻值的具體改變，進而了解單節(jié)電池溫度。

2.3 CAN通信接口電路

根據(jù)單節(jié)電池檢測單元CAN通信接口電路原理可知，因將CAN控制器嵌入dsPIC30F4012的內部，所以只要與CAN驅動器PCA82C250連接即可?？蓪⒋篷詈细綦x器ADUM1201加入dsPIC30F4012和PCA82C250間。在此單節(jié)電池檢測單元中，要想實現(xiàn)磁耦隔離，僅使用一片就能夠達到CAN通信的目標。但如果選擇傳統(tǒng)光耦隔離的方式，則要求使用兩片才可實現(xiàn)目標。較之于光耦隔離器，磁耦隔離器的隔離電路更加簡化，且系統(tǒng)穩(wěn)定功能會顯著提高。借助芯片級變壓器技術與高速CMOS工藝后，實際功耗也只有光耦隔離的1/10～1/60，且數(shù)據(jù)的傳輸速率更高，具有更強的瞬態(tài)共模抑制能力與時序精度，使得光耦隔離電流傳輸?shù)牟环€(wěn)定性得以消除，且對使用壽命與非線性傳輸?shù)确矫娴膯栴}有效解決。對于CAN總線通信電路部分，在供電方面選擇使用的是外部電源供電（5V）。

3 磷酸鐵鋰動力電池檢測單元的軟件設計

在設計此單節(jié)電池檢測單元軟件的過程中，以C語言編程為主。其軟件選擇了模塊化的設計理念，即CAN通信、A/D轉換數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)初始化以及電池電壓溫度超限判斷等多個方面。對于單節(jié)電池檢測單元軟件的使用流程，其主程序需要進行系統(tǒng)初始化處理，隨后是A/D轉換與CAN通信的初始化，完成數(shù)據(jù)采集A/D轉換后實現(xiàn)CAN通信目標。經循環(huán)調用后，即可準確檢測單節(jié)電池的電壓與溫度，以實現(xiàn)對單節(jié)電池工作狀態(tài)實時監(jiān)控的目的。

4 磷酸鐵鋰動力電池檢測單元的試驗結果分析

基于不同電壓條件，要想對單節(jié)電池檢測單元工作狀態(tài)進行驗證，需積極開展磷酸鐵鋰動力電池組的串聯(lián)充放電試驗。在單節(jié)電池檢測單元對電池的電壓、過流以及溫度進行檢測后，要對電池荷電狀態(tài)進行計算。此時，電池檢測單元即可借助CAN通信向觸摸屏模塊傳輸數(shù)據(jù)信息，并通過觸摸屏清晰地顯示出來。根據(jù)所顯示的電池信息可知，電池檢測單元可對CAN總線上單節(jié)電池向觸摸屏模塊傳遞的信息予以準確掌握，同時可保證顯示的實時性，進而與電動汽車安全運行的具體需求相適應。

5 結語

綜上所述，在以上研究中，單節(jié)電池檢測單元應用于車載磷酸鐵鋰動力電池組并展開研究，較之于既有技術，優(yōu)勢集中體現(xiàn)在以下幾個方面：選擇使用16位數(shù)字信號控制器dsPIC30F4012芯片，無須進行電池端電壓的DC/DC轉換及穩(wěn)壓，而供電電源主要通過檢測電池提供，因而實際成本明顯降低。而CAN總線通信電路選擇磁耦隔離器件，較之于光耦隔離器件其優(yōu)勢更突出，使得隔離器件數(shù)量與電路板面積明顯減少，且隔離電路得以簡化。與此同時，磁耦隔離器件的功耗遠低于光電耦合器件，其數(shù)據(jù)的傳輸速率、瞬態(tài)共模抑制能力與時序精度等均優(yōu)于光耦隔離器件。磷酸鐵鋰動力電池的安全性與環(huán)保性更突出，適用于研發(fā)與生產。

在以上研究中，此單節(jié)電池檢測單元可對電池組任一電池工作情況予以實時且準確監(jiān)測，增強了維護電池組的效果，可對電池問題予以盡早發(fā)現(xiàn)與處理，實現(xiàn)了電池使用壽命的延長目標。所以，此單節(jié)電池檢測單元的設計性能理想，可將其用于電動汽車動力系統(tǒng)的核心裝置，應用可行性和合理性更理想。