基于DSP和OZ890 的电池管理系统设计

摘要：本文从设计要求和功能出发，设计了一种用于混合动力汽车的电池管理系统。其中硬件系统包括：电源模块、基于OZ890 的单体电压采集电路和I2C 通信电路、基于DSP 的RS232
串口通信和CAN 通信等硬件系统的设计；软件系统包括：利用周期中断和下溢中断实现数据采集处理、SOC 估算和各种通信程序。
关键词：电池管理系统；OZ890；I2C 双向隔离；下溢中断

Design of battery management system based on DSP and OZ890 WANG Tao, QI Bo-jin, WU Hong-jie, LI Wei (School of Mechanical Engineering Automation, Beihang University, Beijing 100191, China) Abstract: A battery management system for Hybrid Electrical Vehicle is designed according to its design requirements and functions. The design of BMS contains two parts: hardware system and software system. The hardware system comprises power module, data acquisition and communication circuit, I2C bus circuit, CAN bus circuit, RS232 circuit and so on. The software comprises data acquisition and processing program based on periodic interrupt and underflow interrupt, evaluation of SOC and communication programs.
Key words: battery management system; OZ890; Dual I2C Isolator; underflow interrupt
电池管理系统（BMS, Battery Management System）是电动汽车的关键零部件之一。高
性能、高可靠性的电池管理系统能使电池在各种工作条件下获得最佳的性能。电池管理系统
可以实时监测电池状态，如电池电压、充放电电流、使用温度等；预测电池荷电状态（SOC,
State of Charge），防止电池过充过放，从而达到提升电池使用性能和寿命，提高混合动力汽
车的可靠性和安全性的目的。
本设计主要实现数据采集、电池状态计算、均衡控制、热管理、各种通信以及故障诊断
等功能。
1 电池管理系统硬件组成
电池管理系统电路由电源模块、DSP 芯片TMS320LF2407A[1]（简称为“LF2407”）、基
于多个OZ890[2]的数据采集模块、I2C[3]通信模块、SCI 通信模块、CAN 通信模块组成。系
统硬件框图如图1 所示。
1.1 电源模块
整车提供的电源为+12V，管理系统需要的电压包括：+3.3V（DSP，隔离电路用）、+5V(总
线驱动等芯片用)、±15V（电流传感器），可以通过DC-DC 转换得到，这样不但可以满足各
个芯片的供电要求而且可以起到隔离抗干扰的作用。

1.2 数据采集模块
由DSP 完成总电压、电流及温度的采集。电池单体电压的采集和均衡由OZ890 芯片完
成，并利用I2C 总线发给DSP，本模块电路主要包括前端采集处理和均衡电路。
1.3 I2C 通信模块
OZ890 采样模块将采集处理后的数据通过I2C 总线发送到LF2407，由于LF2407 自身不
带I2C 接口，本设计利用PCA9564[4]扩展其I2C 接口。为了防止电磁干扰影响I2C 总线上数
据的传输，必须对总线信号进行隔离，考虑到I2C 总线是双向传输的，使用ADuM1250[5]
双向隔离芯片进行隔离。PCA9564 及双向隔离电路如图2 所示。

图2 PCA9564 及双向隔离电路
PCA9564 是I2C 总线扩展器，与LF2407 的GPIO 口相连，它支持主从模式的数据收发，
在BMS 中设定LF2407 为主器件，OZ890 位从器件。LF2407 通过读写PCA9564 内部四个
寄存器的内容来与OZ890 通信。
ADuM1250 是热插拔数字隔离器，包含与I2C 接口兼容的非闩锁、双向通信通道。这样
就不需要将I2C 信号分成发送信号与接收信号供单独的光电耦合器使用。
1.4 串口通信模块
电池管理系统将采集处理后的数据通过串口发送到PC 机界面上，实现人机交互。通过
串口界面，可以观察到电池的总电压、单体电压、电流、SOC、故障状态、充放电功率等参
数，还可以通过串口发送实现管理系统的在线标定。其硬件电路主要基于MAX232 芯片，如图3a)所示。

图3 串口通信接口电路
MAX232 是+5V 电源的收发器，与计算机串口连接，实现RS-232 接口信号和TTL 信号
的电平转换，使BMS 和PC 机能够进行异步串行通讯。
为了防止电磁干扰影响串口上数据的传输，必须对总线信号进行隔离。串口是单向传输，
所以利用6N137 光电耦合较为方便，图3b)所示为232TXD 信号光耦隔离电路。
1.5 CAN 通信模块
CAN 通信是架接电池管理系统(BMS)与整车HCU 之间的信息桥梁，BMS 将电池的状
态参数通过CAN 总线发给HCU，HCU 通过判断当前的电池状态来做出决策，分配电机和
发动机之间的功率，控制电池的充放电。同时BMS 还可以接收HCU 发来的相关命令，做
出相应的处理。其硬件方面主要是通过PCA82C250 通用CAN 收发器来提供对总线数据的
差动发送能力和对通信总线数据的差动接收能力。通过类似于图3b）的光耦隔离电路来加
强CAN 总线上的抗干扰能力。其硬件电路由图4 所示。

图4 CAN 通信接口电路