Design and Development of a Daisy-Chained Battery Management System - An Embedded System Architecture for Battery Monitoring

Abstract

Detta examensarbete har genomförts i samarbete med SEEL Swedish Electric Transport Laboratory och syftar till att konstruera ett batterihanteringssystem (Battery Management System, BMS) för högspänningsbatterier avsedda för forsknings och testmiljöer. Systemet utvecklades kring en daisy-chain-baserad master-slave arkitektur för övervakning och hantering av seriekopplade battericeller. Arbetet motiverades av behovet av ett batterihanteringssystem med större insyn i hur mätdata behandlas och hur systemets styrning fungerar. Systemarkitekturen baserades på batteriövervakningskretsen LTC6813-1 och en STM32 baserad mikrokontroller. Arbetet omfattade utveckling av både firmware och en egentillverkad hårdvaruplattform specifikt framtagen för batterihanteringssystemet, inklusive schemaritning, PCB-layout och BOM-framtagning. Verifiering av firmware och centrala systemfunktioner genomfördes huvudsakligen på en Proof-of-Concept-plattform baserad på LTC6813-baserade evalueringskort. Under projektet verifierades funktioner såsom cellspänningsmätning, temperaturövervakning, kommunikation i daisy-chain-konfiguration, fault handling samt PWM baserad passiv balansering. Resultaten visade att den valda systemarkitekturen möjliggjorde stabil kommunikation och mätinsamling mellan flera seriekopplade LTC6813-kretsar. På grund av leveranstider kunde dock den framtagna hårdvaran inte integreras och verifieras tillsammans med firmware innan projektets avslut, men den framtagna hårdvaruplattformen bedöms vara redo för integration och testning. Systemet verifierades inte heller praktiskt mot det ursprungliga målet om 72 seriekopplade battericeller men bedöms kunna hantera även större batterisystem än så. Trots dessa begränsningar visar resultaten att den utvecklade systemarkitekturen utgör en fungerande grund för fortsatt utveckling av ett skalbart batterihanteringssystem för större batteripack.