基于CAN總線的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　電池是電動(dòng)汽車的能量來(lái)源，電動(dòng)車發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸就是電池技術(shù)的發(fā)展。目前全世界汽車廠商紛紛開(kāi)發(fā)使用電動(dòng)車，電動(dòng)車的蓬勃發(fā)展及遠(yuǎn)大前景，促使了電池技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各大電池廠商投巨資來(lái)發(fā)展電池技術(shù)。而對(duì)電池性能的研究就離不開(kāi)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)采集電動(dòng)車電池組的參數(shù)是研究電池性能的重要途徑。本系統(tǒng)對(duì)電池組的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程的參數(shù)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)分析。通過(guò)建立電池模型來(lái)預(yù)測(cè)電池的容量狀態(tài)與電池健康狀態(tài)，建立電池組的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為研究電池性能提供可靠的數(shù)據(jù)參考。

　　1 基于CAN 總線的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　CAN 總線是目前世界上最流行的汽車控制與測(cè)試間的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)[4]，通信速率可達(dá)1 Mbps，使得CAN 總線在電動(dòng)汽車應(yīng)用上成為發(fā)展趨勢(shì)。

　　圖1 為一般電動(dòng)車CAN 總線網(wǎng)絡(luò)框圖。CAN 總線接口電路的核心是使用8 位高性能的片內(nèi)含CAN 控制器的P87C591 作為CAN 通信控制器，以完成CAN 的通信協(xié)議，而CAN 總線收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾（RFI）等。

圖1 一般電動(dòng)車CAN 總線網(wǎng)絡(luò)框圖

　　本系統(tǒng)中共有16 組，每組有10 節(jié)電池串聯(lián)，每1 個(gè)電池組配置1 個(gè)測(cè)量單元。每個(gè)單元采用一種設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)化的電池測(cè)量方法，由一個(gè)IC 集成了大部分電池參數(shù)的采集任務(wù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，可靠性高。本設(shè)計(jì)采用電池管理芯片LTC6802，它通過(guò)一個(gè)1 MHz 串行接口進(jìn)行通信，并包括溫度傳感器輸入、12 位ADC 和一個(gè)精準(zhǔn)的電壓基準(zhǔn)。每個(gè)LTC6802 能測(cè)量12 只單獨(dú)電池，實(shí)現(xiàn)了0.12%（在室溫條件下）和0.22%（在－40 ℃至+85 ℃的溫度范圍內(nèi)）的準(zhǔn)確度，能夠承受60 V 的共模電壓，完全適合在電池組高共模電壓的要求。LTC6802 采用串行外部設(shè)備接口（SPI） 進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)通信， 本論文使用P87C591 的IO 模擬SPI 工作方式與LTC6802 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，此方法可以更充分地使用硬件資源（見(jiàn)圖2 所示）。

圖2 基于CAN總線的電池組ECU采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　每個(gè)測(cè)量單元的控制器均采用內(nèi)部集成了CAN控制器SJA1000和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)P87C591芯片，其主要功能是提供電池組的電壓和溫度信息，并將采集的信號(hào)通過(guò)CAN總線發(fā)送給電池管理ECU，其中CAN通訊接口電路如圖3所示。

圖3CAN通訊接口電路

　　電池組的ECU 與電池管理ECU 組成一個(gè)CAN 總線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線形，傳輸介質(zhì)為雙絞線，傳輸協(xié)議為CAN2.0B。電池管理ECU 為雙CAN 控制器結(jié)構(gòu)，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 控制器與汽車中其他控制系統(tǒng)組成整車光纖CAN 總線網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，并達(dá)到上位機(jī)控制和電池組狀態(tài)信息的采集。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用8051 系列的C 語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程，按照模塊化設(shè)計(jì)思想進(jìn)行編寫，包括主程序、CAN 初始化程序、CAN發(fā)送數(shù)據(jù)程序、CAN 接收數(shù)據(jù)程序、A /D 轉(zhuǎn)換及定時(shí)中斷程序等。CAN初始化程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN 工作時(shí)的參數(shù)設(shè)置，主要包括工作方式的設(shè)置、時(shí)鐘輸出寄存器的設(shè)置、接受屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設(shè)置、總線定時(shí)器的設(shè)置、輸出控制寄存器的設(shè)置、中斷允許寄存器的設(shè)置和總線波特率的設(shè)置。系統(tǒng)主程序流程設(shè)計(jì)如圖4 所示，主要包括初始化和主循環(huán)部分。

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖