基于CAN總線的鎳氫電池電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 前言

　　蓄電池剩余容量的準(zhǔn)確測(cè)量在電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展中一直是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。有效的電池管理系統(tǒng)有利于電池的壽命提高。所以對(duì)蓄電池SOC的準(zhǔn)確估計(jì)成為電動(dòng)車(chē)電池能量管理系統(tǒng)的中心問(wèn)題。如果能夠正確估計(jì)蓄電池的SOC，就能合理利用蓄電池提供的電能，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。

　　方案采用總線式方式組網(wǎng)，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線完成各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。在分布式方案中，多能源控制器為主控ECU，它通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線和多個(gè)下位ECU通信。工作過(guò)程中，每個(gè)控制器的通信子模塊以定時(shí)器或者中斷的方式在后臺(tái)運(yùn)行，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)工作，節(jié)省主流程資源開(kāi)支。如圖1所示。

電池的SOC值是電池控制器通過(guò)CAN總線發(fā)送給多能源控制器，而整車(chē)的工作模式則是多能源控制器通過(guò)采集各個(gè)ECU的信息通過(guò)一定的邏輯算法來(lái)確定的。一旦確定了這些參數(shù)，那么我們就可以決定是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)還是關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以決定電機(jī)應(yīng)該工作在哪個(gè)狀態(tài)。例如，當(dāng)電池的SOC值在50%與70%之間，這個(gè)時(shí)候多能源控制器算得整車(chē)工作模式是在起步模式，那么就表示當(dāng)前系統(tǒng)的電能源充足，不需要開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)，而且，電機(jī)可以以驅(qū)動(dòng)方式來(lái)工作。

　　2系統(tǒng)硬件組成

　　如圖2所示，電池控制器可以與外部汽車(chē)中其他控制系統(tǒng)通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。一個(gè)電池管理ECU（電子控制單元）和4個(gè)電池組信息檢測(cè)ECU；我們所使用的單體電池被組合成24個(gè)電池組。我們對(duì)每6個(gè)電池組配置一個(gè)測(cè)量單元，即共有電池組ECU1～ECU4。4個(gè)電池組ECU與電池包ECU組成一個(gè) CAN總線網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)CAN控制器與電池組ECU組成電池管理系統(tǒng)內(nèi)部的CAN網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)CAN控制器與汽車(chē)中其他控制系統(tǒng)組成整車(chē)光纖CAN總線網(wǎng)絡(luò)。

圖2 電池管理ECU的結(jié)構(gòu)框圖

　　如圖3所示，電池組ECU所采用的嵌入式微控制器為P87C591單片機(jī)，它內(nèi)部硬件集成了CAN控制器和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。每個(gè)電池組ECU管理6個(gè)電池組，完成的功能為測(cè)量6個(gè)電池組的電壓和溫度信息，將收集的信息通過(guò)CAN總線發(fā)送給電池管理ECU。6路電池組的電壓分別經(jīng)過(guò)電壓調(diào)理電路后接至 P87C591的6路A/D輸入口。6路溫度傳感器的信號(hào)線接至P87C591的同一路IO口。

圖3電池組ECU的電路結(jié)構(gòu)圖

　　3 CAN接口的電路設(shè)計(jì)

　　在本設(shè)計(jì)中采用P87C591作為微控制器。其中，P87C591與CAN驅(qū)動(dòng)芯片的接口電路設(shè)計(jì)如圖4所示。主要由P87C591，光電隔離電路，CAN驅(qū)動(dòng)等三部分組成。
光電隔離電路:為了進(jìn)一步抑制干擾，CAN總線接口中往往采用光電隔離電路，光電隔離器一般位于CAN控制器與收發(fā)器之間。

圖4 CAN通信模塊硬件設(shè)計(jì)電路圖

　　系統(tǒng)總程序包括初始化程序和主循環(huán)程序，其流程圖如圖5所示：

　　系統(tǒng)首先上電，接著對(duì)CAN和定時(shí)器進(jìn)行初始化，系統(tǒng)等待中斷，如果有中斷，判斷中斷類(lèi)型，如果是SJA1000控制器的中斷，就讀取SJA1000控制器的數(shù)據(jù)，并且釋放緩沖區(qū)，操作完中斷返回，如果是定時(shí)器50ms周期中斷，對(duì)電壓，電流數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，計(jì)算SOC值，并由CAN發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，操作完中斷返回

　　主函數(shù) main（）

圖 5 主程序圖

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　基于CAN總線的數(shù)據(jù)通信技術(shù)具有較高的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。CAN總線在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)鎳氫電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。