航空电源电池管理系统航空电源电池管理系统BMS设计设计
针对航空电源电池管理系统可靠性的需要，研究了现有的电池管理系统的特点，设计了一种基于飞思卡尔
MC9S12XET256和Linear 6804-2的电池管理系统。该系统硬件包括电池组电池电压测量电路、温度测量电路、
电池充放电电压电流测量电路以及基于Linear 6820的isoSPI和SPI转换电路；软件设计包括电池电量数据读取、
温度数据读取、充放电电流计算、均衡控制、电池荷电状态（SOC）与健康状况（SOH）的计算以及主控芯片
的任务管理与通信。试验测试表明，该系统运行稳定，测试精度高，可在电池管理实际工程中使用。
摘摘 要要： 针对航空电源
关键词关键词： 电池管理系统；MC9S12XET256；Linear 6804-2；SOC；SOH
0 引言引言
随着航天事业的不断发展，其机载用电设备日益增多，航空电源电池管理系统的设计成为了关键。航空电源电池管理系统
不仅是功能系统，也是重要的安全保障系统。由于全电飞机的不断发展，航空电源电池系统的重要性也将提升到一个新的高
度。一个好的电源电池管理系统不仅要对电池组的电压电流进行检测，电池荷电状态及健康状态的估计，电池的充放电均衡问
题也成为研究的重点与难点。本文设计的BMS系统可准确测量各单体电池电压以及总电压、总电流、温度及气压等信息，同
时具有均衡单体电池电压，控制电池充放电等功能。并且采用基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的锂电池荷电状态（SOC）和健
康状态（SOH）估计方法，可使系统准确掌握锂电池组的工作状态。
1 硬件设计硬件设计
本次电源管理系统的总体设计思路如图1所示。该系统通过各电池状态监控子板完成对电池电压的测量与采集，由isoSPI
隔离式串行接口通信传送给主控板，主板通过CAN总线传输给上位机进行界面显示。
1.1主板部分主板部分
1.1.1 CPU的选型
本文介绍的电池管理系统主要功能是完成电池电压、电流和温度的采集与调节，电池电压、剩余电量及电池健康状态的显
示，并且具有与其他控制器的通信等功能，需要通过采集电压和电流的数据来计算出电池组的荷电状态（SOC）。所以本次
设计采用飞思卡尔推出的16位MC9S12XET256作为本电池管理系统的主控芯片，该芯片速度快，可靠，抗干扰能力强，可实
现本系统的全部功能。具有SPI串行外围接口模块，通过Linear 6820实现isoSPI与四线制SPI的转换，CPU由isoSPI通信接口
与各电池状态监控子板进行通信，读取监控子板采集的单体电池电压，控制监控子板进行电池能量均衡操作。
1.1.2充/放电电压电流测量
采用外围芯片ADS1115对电池的充放电电压电流进行测试，充放电电流通过霍尔电流传感器传送至A/D转换芯片。
ADS1115为超小型、低功耗、16位高精度A/D转换芯片，执行转换速率高达每秒860个样本。如图2所示，ADS1115具有一个
片上可编程增益放大器（PGA），能够以高分辨率来测量大信号和小信号，还具有一个输入多路复用器（MUX），可提供2个
差分输入或4个单端输入。本次设计采用单端输入方式分四路分别测量充放电电压与电流，电压与电流测量的准确性为后续
SOC的估算提供了精度保证。经过实验测量，充/放电电流的测量误差<3%，电池组总电压的测量误差<2%。
1.1.3气压值的采集
采用BMP085气压传感器进行气压值的采集，BMP085精度高，耗能低，通过I2C总线直接与处理器相连，将采集的气压
值直接传送给处理器进行处理。
1.1.4 LTC6820 isoSPI收发器
LTC6820将LTC6804-2监控子板与CPU相连，实现串行外围接口（SPI）总线的双向传输，LTC6820在使用时，SPI数据
被编码成差分信号，然后通过双绞线和一个简单低成本的以太网变压器发送。CPU由isoSPI通信接口读取监控子板采集的单体
电池电压，控制监控子板进行电池能量均衡操作。
1.2子板部分子板部分
评论0