基于CAN總線的電動汽車電池管理系統(tǒng)分布式設(shè)計(jì)的研究

1、一第四篇總線技術(shù)及其應(yīng)用基于總線的電動汽車電池管理系統(tǒng)分布式設(shè)計(jì)的研究宮學(xué)庚齊鉑金劉有兵北京航空航天大學(xué)機(jī)械程及自動化學(xué)院，北京摘要該文將總線技術(shù)應(yīng)用在電動汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，提出了一種基于總線的分布式設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了該設(shè)計(jì)思路的原理，總線通信協(xié)議的制定【：總線接口電路的硬件設(shè)計(jì)以及總線信息發(fā)送與接收軟件的設(shè)計(jì)?；诳偩€設(shè)計(jì)的分布式電池管理系統(tǒng)體積小，線束簡單能夠高效靈活地利用電動汽車有限的空間資源，數(shù)據(jù)和控制指令的通信更加可靠速度更臭，電磁兼容性得到了很好得改善。關(guān)鍵詞總線，電動汽車，電池管理系統(tǒng)，分布式設(shè)計(jì)引言面對二戰(zhàn)以后能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益突出，電動汽車（，簡稱）憑借其

2、高效綜合利用能源和幾乎零污染的突出優(yōu)點(diǎn)，已成為世界各國研究的熱點(diǎn)。電池管理系統(tǒng)（，簡稱）是車載動力電池安全、可靠、高效運(yùn)行的重要保障，已成為不可缺少的重要組成部分。一方面要把動力電池的信息及時、可靠地傳遞給車輛的信息顯示系統(tǒng)另一方面還要把優(yōu)化好的電池管理控制策略和指令及時傳遞給車輛的控制中心和的組成部分如充電機(jī)和均衡器辭。因此在整體設(shè)計(jì)上要求電池管理和控制的信息和指令在傳遞的過程中既要可靠又要迅速。傳統(tǒng)的在信息傳遞上主要使用模擬量或串行通信米傳遞電池管理和控制的信息和指令，具有技術(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但同時也具有抗干擾性差、通信速度慢、傳輸距離短等缺點(diǎn)，如表所列。因此傳統(tǒng)的一般將其各組成部分

3、如數(shù)據(jù)采集單元、控制單元、均衡單元、充電單元等集成在一起，形成集中式的設(shè)計(jì)。采用集中式方案設(shè)計(jì)的體積大，無法在上靈活布置，例如在電動轎車上無法靈活高效地利用其寶貴的空間資源，在電動客車上由于測量和通信的線柬較長，導(dǎo)致可靠行下降和通信速率降低。表總線與常用通信方寨的比較抗干擾性傳輔速度傳輸距離硬件設(shè)汁軟件設(shè)計(jì)線束設(shè)計(jì)適用案取決于數(shù)據(jù)采模擬量以需配備篇、多且復(fù)雜，一差集與處理的一般在內(nèi)和，電路及戟件沒計(jì)，般需要幾根集巾式進(jìn)速度設(shè)計(jì)復(fù)雜復(fù)雜線柬審一般在幾卜一般在幾米需配備掛少，標(biāo)準(zhǔn)針行通信差左右以內(nèi)制器，電路設(shè)簡單或針線泉，集。式設(shè)計(jì)計(jì)簡單需屏蔽處理最高，一般在幾米需配備少且簡單只總線強(qiáng)般控制器，電

4、路有兩根線柬，分市式設(shè)計(jì)左右以內(nèi)簡單設(shè)汁簡單玉需屏敲處理本文將（。，控制器局域網(wǎng)）總線應(yīng)用在的設(shè)計(jì)，是近年來逐漸應(yīng)用在車輛上的通信技術(shù)之一，總線（）最初是德國公司為汽車的監(jiān)測和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想，良好的功能特性和極高的可靠性，現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)，具有總線非破壞性仲裁和總線錯誤診斷功能，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速遠(yuǎn)距離傳輸，如表所列，已成為用于設(shè)備監(jiān)測和控制的主要現(xiàn)場總線之一。利用總線的特點(diǎn)，本文提出了一種基于總線的分布式設(shè)計(jì)方案?；诳偩€的分布式設(shè)計(jì)方案的原理基于總線的分布式主要由以下部分組成：電池管理模塊（，）、充電機(jī)一一年全國單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）（）、均衡器（瞄“）、

5、監(jiān)視器（）、數(shù)據(jù)采集單元（）（），如圖所示。上述各組成部分均具有功能，電池信息和電池管理的控制指令通過可靠快速地在與整車之間以及內(nèi)部各組成部分之間傳遞。其中是數(shù)據(jù)處理和分析的主控中心，數(shù)據(jù)采集單元通過將獲采集到的電池數(shù)據(jù)傳遞給，利用對充電機(jī)和均衡器進(jìn)行控制，監(jiān)視器通過取要顯示的數(shù)據(jù)和信息一憎習(xí)剛卜昌；薈仁習(xí)嘶卜一。舊圍的基本組成由于總線可控制的節(jié)點(diǎn)多（最多可懸掛個通信節(jié)點(diǎn)），通信距離遠(yuǎn)（在距離時波特率最快可達(dá)，降低波特率，控制距離可更遠(yuǎn)），通信介質(zhì)也只需采用兩根普通的線束，因此所有組成單元均可作為通信節(jié)點(diǎn)靈活地布置在到達(dá)的任意空間，例如的卡和數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的硬件卡可以靈活地安裝在電池箱內(nèi)或車箱內(nèi)

6、任何狹小的空間，充電機(jī)和均衡器甚至可以放在車外，布置在距離幾十米遠(yuǎn)的車庫內(nèi)。分布式的設(shè)計(jì)充分利用了總線可靠性高、速度快和能遠(yuǎn)距離通信的特點(diǎn)，在空間上各節(jié)點(diǎn)分布式放置，極大地減小了的體積和線柬的復(fù)雜程度，提高了車輛的空間利用率；在功能實(shí)現(xiàn)上各節(jié)點(diǎn)同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的分布式采集、處理、通信和控制，彼此互不干擾，提高了系統(tǒng)的實(shí)時性，從而實(shí)現(xiàn)了對電池的分布式管理和控制，開拓了新的設(shè)計(jì)思路。通信協(xié)議的設(shè)計(jì)通信協(xié)議是在（：的技術(shù)規(guī)范下制定的，采用位擴(kuò)展幀格式波特率設(shè)定為詳細(xì)如表和表所列。衰報文代號參數(shù)組描述電池組狀態(tài)總線協(xié)議電壓電流電量【最佳放電電流故障電池號溫度【電池管理控制指令電池故障碼最佳充電截止電壓最佳

7、放電截止電壓最佳克電電流故障代碼故障數(shù)表總線協(xié)議位數(shù)參數(shù)代號參數(shù)電壓電流最高溫度電量蠔取值范圍數(shù)據(jù)格式格式格式格式格式格式吼模塊號模塊電壓電池狀態(tài)格式格式一第四篇總線技術(shù)及其壓用注：格式：厄定點(diǎn)進(jìn)制補(bǔ)碼（例如溫度（一傳輸數(shù)據(jù)為），格式：位定點(diǎn)進(jìn)制補(bǔ)碼（例如，】，傳輸教據(jù)為格止：位定點(diǎn)進(jìn)制補(bǔ)碼（例如（）為），傳輸數(shù)據(jù)為）硬件的設(shè)計(jì)在硬件垃計(jì)上，選用高性能的（數(shù)字信號處理）集成芯片，作為數(shù)據(jù)處理與分析的，由于采用四級流水線的數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)速度商達(dá)。該芯片由于在片內(nèi)集成控制囂的功能模塊，極大地簡化了的硬件電路設(shè)計(jì)。集成的控制器完全支持協(xié)議，有個數(shù)據(jù)長度為個字節(jié)的郵箱，可通過軟件靈活設(shè)計(jì)接收和發(fā)送功能。

8、圖介紹了基于、，的功能模塊的外圍硬件接口電路設(shè)計(jì)。在該接口電路設(shè)計(jì)中利用高速光電耦合器件將的收發(fā)信號（和）與總線隔離，同時隔離后的電路部分單獨(dú)供電（和），避免總線對的干擾，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。圈與驅(qū)動器的硬件接口電路軟件的設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)上，將郵箱配置為接收郵箱，郵箱配簧為發(fā)送郵箱。信息接收采取中斷方式，設(shè)定高優(yōu)先級的郵箱接收中斷。信息發(fā)送采取查詢方式，每向發(fā)送一次數(shù)據(jù)，程序設(shè)計(jì)的流程如圖所示。郵箱初始化軟件設(shè)計(jì)見下面用匯編語言編寫的程序?？偩€信息的發(fā)送只需向發(fā)送郵箱的、寫入待發(fā)送數(shù)據(jù)，然后啟動發(fā)送晴求即可控制器會自動將郵箱中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去用戶可通過檢測發(fā)送控制寄存器（）中的位或中斷標(biāo)志寄存

9、器（）中的位的狀態(tài)來判斷數(shù)據(jù)是否被成功發(fā)送。總線信息的接收由于采用了中斷設(shè)計(jì)，會在信息成功被接收后根據(jù)中斷向量表的設(shè)置自動尋找中斷服務(wù)路徑迸人中斷服務(wù)程序，用戶只需讀出接收郵箱的、（：、中的數(shù)據(jù)即可，然后清除接收中斷標(biāo)志使能總中斷即可等待下一次接收信息的到來。）配置）的引腳。，；禁止郵箱，。：（：?！?。：。，。年全國單片機(jī)廈嵌入式系統(tǒng)學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）初始化發(fā)送郵箱：設(shè)置局部接收寄存器使髓發(fā)送郵箱置：設(shè)置接收郵箱的標(biāo)識符：設(shè)置發(fā)送請求位】呤入使能接收郵箱：旦：？套可復(fù)位接收懸掛位和接收中斷復(fù)位發(fā)送應(yīng)答位標(biāo)志位圖總線倍息發(fā)送和接收軟件程序設(shè)計(jì)流程，配置局部接收屏蔽寄存器，¨，改變配置請求，測試位。，位定時器設(shè)置一改變配置請求結(jié)柬使能控制器，恢復(fù)總線；判斷配置改變是否成功完成，禁止郵箱數(shù)據(jù)域改變請求，配置接受郵箱的標(biāo)識符，。對于接收郵箱無效，接收郵箱初始化接收郵箱初始化結(jié)柬第四篇總線技術(shù)廈其應(yīng)用配置發(fā)送郵箱的標(biāo)識符（。（、一數(shù)據(jù)幀，發(fā)送郵箱初始化，叫印卵卵卯卯”發(fā)送郵箱初始化結(jié)束，恢復(fù)正常工作模式仿真掛起后停止使能接受郵箱和發(fā)送郵箱配置高中斷優(yōu)先級的郵箱接收中斷屏蔽位清【、所有中斷標(biāo)志卵卵印卵，結(jié)論本文將總線成功地應(yīng)用在了“”在“十五”期間能源領(lǐng)域電動汽車重大專項(xiàng)的某型號的設(shè)計(jì)