基于CAN總線的鎳氫電池管理系統(tǒng)設計

1 前言

　　蓄電池剩余容量的準確測量在電動汽車的發(fā)展中一直是一個非常關(guān)鍵的問題。有效的電池管理系統(tǒng)有利于電池的壽命提高。所以對蓄電池SOC的準確估計成為電動車電池能量管理系統(tǒng)的中心問題。如果能夠正確估計蓄電池的SOC，就能合理利用蓄電池提供的電能，延長電池組的使用壽命。

　　方案采用總線式方式組網(wǎng)，應用現(xiàn)場總線完成各個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換。在分布式方案中，多能源控制器為主控ECU，它通過現(xiàn)場總線和多個下位ECU通信。工作過程中，每個控制器的通信子模塊以定時器或者中斷的方式在后臺運行，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)工作，節(jié)省主流程資源開支。如圖1所示。

　　電池的SOC值是電池控制器通過CAN總線發(fā)送給多能源控制器，而整車的工作模式則是多能源控制器通過采集各個ECU的信息通過一定的邏輯算法來確定的。一旦確定了這些參數(shù)，那么我們就可以決定是啟動發(fā)動機還是關(guān)閉發(fā)動機，也可以決定電機應該工作在哪個狀態(tài)。例如，當電池的SOC值在50%與70%之間，這個時候多能源控制器算得整車工作模式是在起步模式，那么就表示當前系統(tǒng)的電能源充足，不需要開啟發(fā)動機，而且，電機可以以驅(qū)動方式來工作。

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中其他控制系統(tǒng)通過CAN總線網(wǎng)絡進行通信。一個電池管理ECU（電子控制單元）和4個電池組信息檢測ECU；我們所使用的單體電池被組合成24個電池組。我們對每6個電池組配置一個測量單元，即共有電池組ECU1～ECU4。4個電池組ECU與電池包ECU組成一個 CAN總線網(wǎng)絡，一個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，另一個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。

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，它內(nèi)部硬件集成了CAN控制器和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。每個電池組ECU管理6個電池組，完成的功能為測量6個電池組的電壓和溫度信息，將收集的信息通過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接口的電路設計

　　在本設計中采用P87C591作為微控制器。其中，P87C591與CAN驅(qū)動芯片的接口電路設計如圖4所示。主要由P87C591，光電隔離電路，CAN驅(qū)動等三部分組成。光電隔離電路:為了進一步抑制干擾，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通信模塊硬件設計電路圖

　　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：

   圖 5 主程序圖

      系統(tǒng)首先上電，接著對CAN和定時器進行初始化，系統(tǒng)等待中斷，如果有中斷，判斷中斷類型，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，如果是定時器50ms周期中斷，對電壓，電流數(shù)據(jù)進行AD轉(zhuǎn)換，計算SOC值，并由CAN發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，操作完中斷返回。

4結(jié)束語

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