基于CAN总线的电动汽车电池管理系统分布式设计的研究

1、一第四篇总线技术及其应用基于总线的电动汽车电池管理系统分布式设计的研究宫学庚齐铂金刘有兵北京航空航天大学机械程及自动化学院，北京摘要该文将总线技术应用在电动汽车电池管理系统的设计上，提出了一种基于总线的分布式设计方案，详细介绍了该设计思路的原理，总线通信协议的制定【：总线接口电路的硬件设计以及总线信息发送与接收软件的设计。基于总线设计的分布式电池管理系统体积小，线束简单能够高效灵活地利用电动汽车有限的空间资源，数据和控制指令的通信更加可靠速度更臭，电磁兼容性得到了很好得改善。关键词总线，电动汽车，电池管理系统，分布式设计引言面对二战以后能源危机和环境污染问题的日益突出，电动汽车（，简称）凭借其

2、高效综合利用能源和几乎零污染的突出优点，已成为世界各国研究的热点。电池管理系统（，简称）是车载动力电池安全、可靠、高效运行的重要保障，已成为不可缺少的重要组成部分。一方面要把动力电池的信息及时、可靠地传递给车辆的信息显示系统另一方面还要把优化好的电池管理控制策略和指令及时传递给车辆的控制中心和的组成部分如充电机和均衡器辞。因此在整体设计上要求电池管理和控制的信息和指令在传递的过程中既要可靠又要迅速。传统的在信息传递上主要使用模拟量或串行通信米传递电池管理和控制的信息和指令，具有技术成熟，易于实现的优点，但同时也具有抗干扰性差、通信速度慢、传输距离短等缺点，如表所列。因此传统的一般将其各组成部分

3、如数据采集单元、控制单元、均衡单元、充电单元等集成在一起，形成集中式的设计。采用集中式方案设计的体积大，无法在上灵活布置，例如在电动轿车上无法灵活高效地利用其宝贵的空间资源，在电动客车上由于测量和通信的线柬较长，导致可靠行下降和通信速率降低。表总线与常用通信方寨的比较抗干扰性传辅速度传输距离硬件设汁软件设计线束设计适用案取决于数据采模拟量以需配备篇、多且复杂，一差集与处理的一般在内和，电路及戟件没计，般需要几根集巾式进速度设计复杂复杂线柬审一般在几卜一般在几米需配备挂少，标准针行通信差左右以内制器，电路设简单或针线泉，集。式设计计简单需屏蔽处理最高，一般在几米需配备少且简单只总线强般控制器，电

4、路有两根线柬，分市式设计左右以内简单设汁简单玉需屏敲处理本文将（。，控制器局域网）总线应用在的设计，是近年来逐渐应用在车辆上的通信技术之一，总线（）最初是德国公司为汽车的监测和控制系统设计的具有独特的设计思想，良好的功能特性和极高的可靠性，现场抗干扰能力强，具有总线非破坏性仲裁和总线错误诊断功能，可实现数据的高速远距离传输，如表所列，已成为用于设备监测和控制的主要现场总线之一。利用总线的特点，本文提出了一种基于总线的分布式设计方案。基于总线的分布式设计方案的原理基于总线的分布式主要由以下部分组成：电池管理模块（，）、充电机一一年全国单片机及嵌入式系统学术年会论文集（上册）（）、均衡器（瞄“）、

5、监视器（）、数据采集单元（）（），如图所示。上述各组成部分均具有功能，电池信息和电池管理的控制指令通过可靠快速地在与整车之间以及内部各组成部分之间传递。其中是数据处理和分析的主控中心，数据采集单元通过将获采集到的电池数据传递给，利用对充电机和均衡器进行控制，监视器通过取要显示的数据和信息一憎习刚卜昌；荟仁习嘶卜一。旧围的基本组成由于总线可控制的节点多（最多可悬挂个通信节点），通信距离远（在距离时波特率最快可达，降低波特率，控制距离可更远），通信介质也只需采用两根普通的线束，因此所有组成单元均可作为通信节点灵活地布置在到达的任意空间，例如的卡和数据采集节点的硬件卡可以灵活地安装在电池箱内或车箱内

6、任何狭小的空间，充电机和均衡器甚至可以放在车外，布置在距离几十米远的车库内。分布式的设计充分利用了总线可靠性高、速度快和能远距离通信的特点，在空间上各节点分布式放置，极大地减小了的体积和线柬的复杂程度，提高了车辆的空间利用率；在功能实现上各节点同时进行数据的分布式采集、处理、通信和控制，彼此互不干扰，提高了系统的实时性，从而实现了对电池的分布式管理和控制，开拓了新的设计思路。通信协议的设计通信协议是在（：的技术规范下制定的，采用位扩展帧格式波特率设定为详细如表和表所列。衰报文代号参数组描述电池组状态总线协议电压电流电量【最佳放电电流故障电池号温度【电池管理控制指令电池故障码最佳充电截止电压最佳

7、放电截止电压最佳克电电流故障代码故障数表总线协议位数参数代号参数电压电流最高温度电量蚝取值范围数据格式格式格式格式格式格式吼模块号模块电压电池状态格式格式一第四篇总线技术及其压用注：格式：厄定点进制补码（例如温度（一传输数据为），格式：位定点进制补码（例如，】，传输教据为格止：位定点进制补码（例如（）为），传输数据为）硬件的设计在硬件垃计上，选用高性能的（数字信号处理）集成芯片，作为数据处理与分析的，由于采用四级流水线的数据处理结构速度商达。该芯片由于在片内集成控制嚣的功能模块，极大地简化了的硬件电路设计。集成的控制器完全支持协议，有个数据长度为个字节的邮箱，可通过软件灵活设计接收和发送功能。

8、图介绍了基于、，的功能模块的外围硬件接口电路设计。在该接口电路设计中利用高速光电耦合器件将的收发信号（和）与总线隔离，同时隔离后的电路部分单独供电（和），避免总线对的干扰，提高了系统的电磁兼容性。圈与驱动器的硬件接口电路软件的设计在软件设计上，将邮箱配置为接收邮箱，邮箱配簧为发送邮箱。信息接收采取中断方式，设定高优先级的邮箱接收中断。信息发送采取查询方式，每向发送一次数据，程序设计的流程如图所示。邮箱初始化软件设计见下面用汇编语言编写的程序。总线信息的发送只需向发送邮箱的、写入待发送数据，然后启动发送晴求即可控制器会自动将邮箱中的数据发送出去用户可通过检测发送控制寄存器（）中的位或中断标志寄存

9、器（）中的位的状态来判断数据是否被成功发送。总线信息的接收由于采用了中断设计，会在信息成功被接收后根据中断向量表的设置自动寻找中断服务路径迸人中断服务程序，用户只需读出接收邮箱的、（：、中的数据即可，然后清除接收中断标志使能总中断即可等待下一次接收信息的到来。）配置）的引脚。，；禁止邮箱，。：（：。【。：。，。年全国单片机厦嵌入式系统学术年会论文集（上册）初始化发送邮箱：设置局部接收寄存器使髓发送邮箱置：设置接收邮箱的标识符：设置发送请求位】呤入使能接收邮箱：旦：？套可复位接收悬挂位和接收中断复位发送应答位标志位图总线倍息发送和接收软件程序设计流程，配置局部接收屏蔽寄存器，¨，改变配置请求，测试位。，位定时器设置一改变配置请求结柬使能控制器，恢复总线；判断配置改变是否成功完成，禁止邮箱数据域改变请求，配置接受邮箱的标识符，。对于接收邮箱无效，接收邮箱初始化接收邮箱初始化结柬第四篇总线技术厦其应用配置发送邮箱的标识符（。（、一数据帧，发送邮箱初始化，叫印卵卵卯卯”发送邮箱初始化结束，恢复正常工作模式仿真挂起后停止使能接受邮箱和发送邮箱配置高中断优先级的邮箱接收中断屏蔽位清【、所有中断标志卵卵印卵，结论本文将总线成功地应用在了“”在“十五”期间能源领域电动汽车重大专项的某型号的设计