引言

分布式電池監(jiān)測系統(tǒng)具有應(yīng)用廣泛,可擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn); CAN總線具有傳輸速率高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，將二者結(jié)合應(yīng)用，典型電池監(jiān)測與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元即電池監(jiān)測模塊。

監(jiān)測模塊的功能定義

功能實(shí)現(xiàn)的前提是在不影響或?qū)﹄姵匦阅苡绊懶〉娇梢院雎缘幕A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，離開這個(gè)前提則監(jiān)測模塊的設(shè)計(jì)會(huì)失去意義，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中往往是多個(gè)電池串連在一起應(yīng)用，一個(gè)電池的失效必然導(dǎo)致整個(gè)電池包出問題。

監(jiān)測模塊將在上述前提下實(shí)現(xiàn)下列功能：

接受上層控制器的控制；

實(shí)現(xiàn)電池?cái)?shù)據(jù)的采集，準(zhǔn)確反應(yīng)電池的物理參數(shù)，如電壓，溫度；

將采集到的數(shù)據(jù)傳送給上層控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

監(jiān)測模塊要達(dá)到的物理性能

在采樣速率>10khz 的情況下，

電壓采樣

電壓采集精度25℃優(yōu)于0.5%, -40℃～85℃優(yōu)于1%。

溫度采樣

溫度采集精度±2℃，-40℃~85℃。

監(jiān)測模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖2所示，虛線框部分為監(jiān)測模塊基本結(jié)構(gòu)。

基本結(jié)構(gòu)共由三大部分組成：低壓回路、隔離電路、高壓回路。它們各自又由三部分組成：

低壓回路包括：信號處理與轉(zhuǎn)換電路，作用是處理來自整車的控制信號，典型如點(diǎn)火信號等，可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求設(shè)計(jì)；電源電路和主芯片電路，作用是給低壓回路供電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測模塊的控制邏輯與數(shù)據(jù)處理；通訊電路，作用是與上層控制器以及下層的數(shù)據(jù)采集部分進(jìn)行通訊，典型上層通訊電路采用CAN協(xié)議通訊，下層電路采用SCISPI，I2C等。

隔離電路包括：控制隔離電路，作用是實(shí)現(xiàn)低壓對高壓控制電路的隔離；電源隔離電路，作用是實(shí)現(xiàn)低壓電源到高壓電源的隔離控制；通訊隔離電路，作用是實(shí)現(xiàn)高、低壓通訊電路電平的隔離并保證正常通訊。

高壓回路包括：信號處理，作用是將電池包的電池模塊信號、溫度傳感器以及其他信號轉(zhuǎn)化為可以直接采樣的電信號；電源和采樣電路，作用是為高壓系統(tǒng)工作提供電源，同時(shí)對處理后的信號進(jìn)行采樣處理，將模擬信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；通訊電路，作用為將處理好的數(shù)字信號發(fā)送出去，同時(shí)接受低壓回路的控制指令。

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

以僅采集電壓和溫度為例說明本監(jiān)測模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

低壓回路：使用MC9S08DZ60實(shí)現(xiàn)控制邏輯，電源由外部12Ｖ蓄電池提供；電源電路作用為將蓄電池電壓轉(zhuǎn)化為+５Ｖ電壓，采用芯片TLE4275G 實(shí)現(xiàn)；通訊電路采用CAN和SPI 的通訊方式。

隔離電路：采用光電隔離繼電器(PhotoMos Relay)　實(shí)現(xiàn)控制信號的隔離；電源的隔離可以采用隔離電源，也可以采用直接從高壓取電低壓控制隔離的方式，設(shè)計(jì)采用后者去實(shí)現(xiàn)；通訊電路采用光耦或通訊隔離芯實(shí)現(xiàn)高壓回路通訊電路和低壓回路的通訊連接。

高壓回路：采用運(yùn)放加阻容的方式實(shí)現(xiàn)電壓信號的轉(zhuǎn)換和調(diào)理，采用NTC 熱敏電阻加分壓電路實(shí)現(xiàn)溫度信號的轉(zhuǎn)換；采用高壓到低壓的電源轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)高壓控制回路的供電；采用帶SPI 接口的12位A/D轉(zhuǎn)換器AD7888實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換并將數(shù)據(jù)傳送出去。電壓調(diào)理電路、溫度調(diào)理電路、AD7888應(yīng)用電路分別如圖3、圖4和圖5所示。