哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
随着“双碳”全球性战略目标的提出，国家大力支持新能源汽车产业，新
能源汽车采用动力电池系统，其中被广泛使用的锂电池由于自身化学性质不稳
定，使用不当极易引发安全事故，需要配套的电池管理系统对电池工作状态进
行监测和保护。电池管理系统主要包括BMS芯片和MCU控制器，其中BMS
芯片作为核心部件，包括监测、保护、控制及通信四大子系统，数字通信子系
统负责完成BMS芯片与MCU的通信数据交互，将电池电学特性等数据传输给
MCU，同时接收来自MCU对芯片工作方式的控制。本课题对一款高电压高精
度BMS芯片的数字通信子系统进行设计，具有重要的研究意义。
基于对BMS芯片的功能特性和结构分析，提取数字通信子系统的设计要
求，进行数字通信子系统的结构设计，构建BMS芯片从数据采集到数据存储，
再到数据通信访问的关键数据通路，设计内部数据的存储结构与方案，按照功
能点划分功能模块并设计模块间信号交互，主要包括对ADC采集电路的时序
控制、采集数据的处理与存储、命令与子命令访问寄存器数据、I2C/SPI/HDQ
通信从机实现、主机通过通信访问EEPROM单元、更新芯片工作的配置参数
等功能。
使用Verilog语言对数字通信子系统各功能模块进行RTL设计，并设计模
拟电路仿真模型和I2C/SPI/HDQ通信主机模型，搭建数字通信子系统的验证平
台，对其进行充分的功能验证。验证结果表明BMS芯片的数字通信子系统完
成对ADC采集电路的调度控制，并对采集数据进行滤波处理和存储；支持三
种通信模式可配置：高达400KHz的I2C通信、高达2MHz的SPI通信以及HDQ
单线通信，均可实现BMS芯片和MCU控制器间的通信；MCU通过通信接口
发送命令与子命令，可访问芯片的采集数据、工作状态及配置参数等所有工作
数据，并可控制芯片对EEPROM设备进行烧写、擦除及读等操作，满足数字
通信子系统的设计要求。
关键词：电池管理；BMS芯片；通信；EEPROM
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Withtheproposaloftheglobalstrategicgoalofdualcarbon,thecountry
stronglysupportsthenewenergyvehicleindustry.Newenergyvehiclesadopt
powerbatterysystems,amongwhichlithiumbatteries,whicharewidelyused,are
pronetosafetyaccidentsduetotheirunstablechemicalpropertiesandimproperuse.
Asupportingbatterymanagementsystemisneededtomonitorandprotectthe
workingstatusofthebatteries.Thebatterymanagementsystemmainlyincludes
BMSchipandMCUcontroller,withBMSchipasthecorecomponent,including
foursubsystemsofmonitoring,protection,control,andcommunic