1、总体结构
根据硬件设计的架构，绘制了功能框图，并分为低压区和高压区。 低压区包括单片机最小电路系统、CAN通讯、电源电路、温度采集、存储等。高压区主要包括电芯电压、平衡电路、总电压采集、总电流采集、绝缘检测， ETC。
高低压电源及通讯隔离
BMS的高压电路和低压电路之间需要进行数据通信。 高压电路中采集到的电压和温度信号需要传输到MCU进行逻辑策略处理，MCU需要将平衡控制信号传输到AFE芯片。 由于高压侧通信环境中存在浪涌、脉冲等干扰信号。 为了保证正常通信，需要使用通信隔离芯片。 同时，通信隔离芯片需要供电。 因此，需要对电源进行隔离。 由于高压侧电压高达数百伏，为了保证电池低压侧的安全和人身安全，会采用隔离DC-DC将高压侧和高压侧分开。低压侧。
高低压通讯的隔离是通过隔离变压器650J7N3实现的。 高压侧的AFE电源由电池侧供电，低压侧的电源由KL30和KL15提供。 AFE芯片MAX17823B通过隔离变压器连接到通信桥芯片MAX17841B，并连接到MCU MC9512XEP100MAG。 MAX17823B负责电压、电流、温度等物理量的采集，以及均衡功能的执行； MAX17841B负责连接MAX17823B与MCU之间的高速通信，通过高达2M的脉冲通信，TXP/TXL采用差分信号传输数据。 ; MCU MC9512XEP100MAG负责发送指令并与车辆各控制器进行CAN通信。
2、低压区
首先分析低压电路，即控制器左侧的电路部分，主要包括最小电路系统、电源电路、驱动电路、实时时钟电路、睡眠唤醒电路、通信电路和看门狗电路。
1. 最小电路系统
主控芯片采用MC9S12XEP100MAG，是NXP生产的车规级主控芯片。 工作频率为50MHz。 芯片外设支持LVD、POR、PWM、WDT。 程序存储器容量：1MB (1M x 8) EEPROM 大小：4K x8。 RAM 容量：64K x 8。 电压 – 电源（VCC/VDD）：1.72 V ~ 5.5 V 数据转换器：A/D 24x12b 工作温度：-40°C ~ 125°C。 与外界通信：8个异步串行通信接口（SCI）、3个串行外设接口（SPI）、8通道IC/OC增强捕获定时器（ECT）、2个16通道12位模数转换器、 8 通道脉宽调制器 (PWM)、5 个 CAN 2A/B、两个 IC 间总线块 (IIC)、8 通道 24 位周期性中断定时器 (PIT) 和 8 通道 16 位标准定时器模块。
2、低压侧供电系统
电源电路采用英飞凌的DCDC电源芯片TLE8366EV50，输出5VDC，输入范围宽，可达45V。 12V进入控制器端口，经过共模电感和防反接设计进行滤波。 经过LC电路滤波后进入TLE8366EV50。 输出电压为5V固定电压。 同时经过LC电路滤波，5V电压经过LDO芯片滤波。 它将为其他芯片供电3.3V。
3、继电器驱动电路
继电器驱动电路采用英飞凌高边驱动芯片。 芯片型号为BTS724G。 BTS724G高端驱动芯片由主芯片MC9512XEP100MAG产生的PWM波信号驱动。 主要驱动主正、主负、预充电继电器等。
4.休眠唤醒电路
从睡眠中唤醒有两种方式，通过硬线KL15唤醒，通过CAN总线唤醒。 但CAN芯片TJA1051不支持总线唤醒待机模式。 如果想了解CAN网络唤醒，请阅读之前的文章《车辆控制器CAN唤醒与睡眠机制》。 本方案中，通过LK30和KL15给TLE8366EV50电源芯片供电，然后给CAN芯片的EN引脚供电。 当S引脚拉低时，CAN收发器进入正常工作状态。 当EN引脚上电时，S引脚被拉低。 当为高电平时，进入低功耗模式，也就是省电模式。
5、CAN通讯电路
BMS控制器主要通过CAN总线与外界通信。 CAN一共有3个通道，其中一个是内部CAN TJA1145，没有隔离。 另外2路CAN分别是车载NXP公司生产的CAN TJA1051和充电CAN TJA1051。 RX/TX通过隔离芯片ADUM5000W隔离。 CAN电路中采用共模电感消除共模干扰，并串联68Ω终端电阻防止信号反射。 由于汽车CAN通信环境中存在浪涌、脉冲等干扰信号。 为了保证BMS能够与电动汽车实时通信，通信前端进行CAN隔离处理。
6、存储电路
存储芯片分为EEPROM存储芯片和Flash存储芯片。 EERPOM使用的芯片型号为ATMLP73464，容量为64k。 与单片机的通信方式是IIC总线。 其主要功能是将电池电压、电池温度、总电压、总电流和SOC值存储在周期性信息中，例如BMS上。 上电期间检查 EEPROM 存储并计算 SOC 值。 当EEPROM存储正常且休息时间较长时，需要从EEPROM中读取SOC值。 当EEPROM存储异常或休息时间较短时，可采用开路电压法查表得出。 SOC值。
Flash使用的芯片型号为IS25LP064，存储容量：64MB，电压供电：2.7V~3.6V，工作温度：-40℃~125℃，支持SPI与MCU通信存储数据。 Flash可用于存储运行数据和故障信息。 MCU将BMS实时运行的电芯电压、电芯温度、电芯SOC、电芯SOH等数据和故障信息以数据包的形式写入Flash芯片。 中间。
7.实时时钟电路
RTC芯片的型号为SD2405API。 SD2405AP是一款内置晶振、可充电电池、标准IIC接口的实时时钟芯片。 它通过IIC与MCU通信。 CPU可以使用该接口通过5位地址寻址来读写片内32字节寄存器中的数据。 工作电压为3.6-5.5V。
8 看门狗硬件设计
硬件看门狗芯片可以监控电源电压并为MCU提供电压下降的早期通知。 当发现复位前电压需要下降时，MCU可以执行诸如将数据保存到EEPROM、向仪器发送警报以及切换冗余电源等操作。
3、高压区
首先分析低压电路，即控制器右侧的电路部分，主要包括电芯电压采集、电芯温度采集、总电流采集、总电压采集、绝缘电阻检测、电池组平衡电路。
MAX17823B是一款用于管理高压电池模块的数据采集系统。 该系统具有 12 位 SAR ADC，可在 161μs 内测量 12 个电池电压和两个温度。 它使用Maxim的电池管理UART协议来实现电池测量的可靠通信。 典型精度为2mV（3.6V电池，25℃），系统具有热过载自保护功能。 工作电压从9V到65V，12个电池平衡开关，每个开关高达150mA。
1. 电池电压采集
2. 电池温度采集
它是通过NTC和固定电阻之间的电压分压并交给单片机采集来实现的。 将溶液置于低压区。
3.当前收集总量
通过分流分压器采集总电流，通过ADUM5401W SPI隔离芯片，单片机控制SPI通过隔离芯片读取高压侧ADC芯片的采样值，计算出总电流。
4、总电压采集
总电压采集方案中，通过ADC芯片对总电压进行采样。 ADC放置在高压侧。 低压侧微控制器通过隔离芯片控制SPI读取高压侧ADC芯片的采样值。 方案中，由于ADC处于高压区域，无法直接共用电源，因此需要通过电源进行隔离。 同时避免通信的EMC，通信也需要隔离。 使用ADUM5401W SPI隔离芯片可以提供电源隔离和SPI通信隔离。
5、绝缘电阻检测
通过双通道高精度运算放大器INA21260和光耦继电器V258HC8进行绝缘检测。 AD需通过MCU的AD通道采样，反算绝缘电阻。
电路中的电阻都是已知的，需要测量的是正极对外壳的绝缘电阻Rp、负极对外壳的绝缘电阻Rn以及电池总电压SumVBatt。
6.电池均衡电路
平衡电阻为4个100Ω并联，相当于25Ω。 原理是在电池的2端加一个电阻，通过MOS管来切换这条路径。 当电池电压不平衡时，将开启均衡，对电池进行放电。 最大平衡电流设计为几百毫安，需要均衡压差。 计算平衡时间。
