基于LPC236X单片机的电动汽车BMS的电流采集设计
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摘要：电流的采样是估计电池剩余容量（SOC）的主要依据，本文介绍了电池管理系统中基于lpc236x单片机的电流采集电路设计。
关键词：电流采集；SMI300DCE-P1-O2/S30
1.引言
随着人们环保意识的日益提高和石油价格的持续上涨，电动汽车技术的研究已蓬勃发展开来。动力电池组是电驱动车辆上重要的能量组成部件，它既能配合发动机-发电机组微电机驱动系统提供电能，又能吸收再生制动能领，并在整车能量系统中起到重要的功率均衡作用，因此，其状态好坏和寿命长短在很大程度上决定了整车性能的优劣。作为电动汽车的主要能量源，动力电池的荷电状态SOC(state-of-charge)对于混合动力汽车的电池管理系统来说是一个非常重要的参数，对预测车辆剩余行驶里程，避免电池出现过放电、过充电有着十分重要的影响。
2.动力电池组电流采集电路设计
2.1工作原理
该电路对动力电池的电流信号进行采集，通过片外A/D、D/A传给单片机，单片机将测得的单体电流与其他数据（单体电压、单体温度等）作为参数通过算法估算电池的荷电状态，通过RS485接口把数据传给控制单元做出蓄电池的工作状态判断。
由于本系统用于移动设备，对单片机的各项性能要求较高，在本设计中单片机采用ARM7_LPC236X芯片，作为主控制器：该芯片主频可达72M；含有高达512KB的片内Flash和58KB的片内SRAM存储器；功能接口丰富；接口分布均匀，插拔方便；PCB尺寸：长13.00cm，宽10.00cm，体积小巧，便于携带以及安装；输出电流大、输出点电压精度高、稳定性高等特点使它更好的服务于电动汽车。
2.2电流采集方法
电流的采样是估计电池剩余容量（SOC）的主要依据，因此对其采样的精度，抗干扰能力，零飘、温飘和线性度误差的要求都很高。因为电动汽车上电机一般采用的PWM控制电流是脉动的；其次在助力和能量回馈两种模式间的切换时电流正负数值从几安到数百安培，且变化率较大，因此必须选用响应速度快，具有优良线性度的高精度霍尔传感作为电流采集单元。
2.3 传感器的选择
由于电流采样电路对采样的精度，抗干扰能力，零飘、温飘和线性度误差的要求都很高，所以对传感器的选择主要这几方面性能进行考量。
SMI系列电流变送器的特点：国际标准电流信号输出，直接连接PLC等，输出电流与负载无关；一体化电流变送器，可省去电流互感器，节约用户成本，提高精度；电流输出，高过载能力，抗干扰能力强； 适合于远距离传输；最高的性能价格比；快速响应，无击穿现象；初级与次级高度隔离；外形小巧，安装方便。
SMI电流变送器精度高，稳定可靠，安装形式分为导轨式和螺孔安装；是符合国际标准的电流变送器，具有极高的性价比。为便于现场安装选择SM开口式电流变送器(开合式、可拆卸式变送器) 。
产品选型：SMI300DCE-P1-O2/S30直流电流变送器输入：DC 0～300A；辅助电源：DC 24V±15% ；输出：DC 0～20mA；外形：S30。
2.4采集电路与单片机接口设计
本系统因为应用与汽车中，周围信号干扰强，最好系统使用尽可能少的扩展芯片，提高系统运行的可靠性，所以要求使用的单片机具有片内足够大的ROM和RAM。目前ARM7系列单片机是应用最广的单片机之一，它具有很高的性价比。本文采用了LPC236X作为主控芯片
2.5电流采样设计
采用电流传感器SMI300DCE-P1-O2/S30，该电流传感器是基于霍尔原理的闭环（补偿）电流传感器，具有出色的精度、良好的线性度和最佳的相应时间，同时也具有很好的抗干扰能力。其原边的额定电流为300A，满足系统设计的要求；副边的额定电流为150mA，其转换率为1:2000；供电电源为正负12V或正负15V。其测量电路示意如图1所示。
图1电流采样信号调理电路
SMI300DCE-P1-O2/S30的输出采样信号电流首先经过IILC滤波电路，然后R48，R49分压后后得到电压信号，进入前级仪表放大器。可调电阻VAR5调节仪表放大器AD623的放大倍数，用于调节电流与其对应的电压之间的比例关系。由于从SMI300DCE-P1-O2/S30过来的电流是双向的，因此其转换得到的电压是以地（GND）为中心变化的一个正负电压，而我们选用的模数转换器是单向的，为了将其电压提供至OV以上，可以设计一个加法器（前端的运算放大器），将以OV为中心的正负电压提升至以2.5 V为中心的正电压。在实际中舍弃了这方案。主要原因是：为了提高采样精度，外部A/D转换器采用的参考电压为2.5V，在仪表放大器AD623，和精密运放LT1014采用双电源供电的情况下，调节AD623的放大倍数，使AD623调理出的由采样信号电流转换成的电压信号Vin在-2.5V~2.5V之间，在2.5V的参考电压输入下，经过LT1014的两路运放的加减法运算后，输出两路模拟电压信号：2. 5+Vin与2.5-Vin，最终进入外部A/D的2个输入通道，任一时刻只有其中一路的电压在0~2.5V之间，而另外一路大于2.5~5.0V。大于2.5的信号电压将被A/D识别为满量程电压信号。在软件上完全可以识别。至此在保证较高的采样精度的前提下，采取两级运放，增加一路采样通道的措施，实现了电流的双向检测。
网络标号Vref+2.5代表的2.5V的参考电压是通过稳压器件调整得到的，它的稳定性关系到系统零点的稳定，对电流采样有重要的意义。我们采用高精度的电压参考源TL431，其输出精度为2.500V，士0.4%完全满足设计要求。
3.结束语
本文的电池管理系统以单片机ARM7_LPC236X为核心，实现了电动汽车动力电池的电流的采集，该设计已通过试验测试，经过验证，该电路的一致性和线性较好，性能稳定，对电动汽车动力电池组的荷电状态SOC(state-of-charge)的估算有很大的帮助。
本论文系《基于工作过程导向的高职《单片机技术》课程改革与实践》的科研成果
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