基于CAN總線的鎳氫電池管理系統設計

1 前言

　　蓄電池剩余容量的準確測量在電動汽車的發展中一直是一個非常關鍵的問題。有效的電池管理系統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，應用現場總線完成各個節點之間的數據交換。在分布式方案中，多能源控制器為主控ECU，它通過現場總線和多個下位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，完成數據的收發工作，節省主流程資源開支。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，那么我們就可以決定是啟動發動機還是關閉發動機，也可以決定電機應該工作在哪個狀態。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的電能源充足，不需要開啟發動機，而且，電機可以以驅動方式來工作。

2系統硬件組成

　　如圖2所示，電池控制器可以與外部汽車中其他控制系統通過CAN總線網絡進行通信。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總線網絡，一個CAN控制器與電池組ECU組成電池管理系統內部的CAN網絡，另一個CAN控制器與汽車中其他控制系統組成整車光纖CAN總線網絡。

圖2 電池管理ECU的結構框圖

　　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，它內部硬件集成了CAN控制器和A/D模數轉換模塊。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總線發送給電池管理ECU。6路電池組的電壓分別經過電壓調理電路后接至 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的電路結構圖

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控制器與收發器之間。

圖4 CAN通信模塊硬件設計電路圖

　　系統總程序包括初始化程序和主循環程序，其流程圖如圖5所示：

???圖 5 主程序圖

????? 系統首先上電，接著對CAN和定時器進行初始化，系統等待中斷，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控制器的數據，并且釋放緩沖區，操作完中斷返回，如果是定時器50ms周期中斷，對電壓，電流數據進行AD轉換，計算SOC值，并由CAN發送相關數據，操作完中斷返回。

4結束語

　　基于CAN總線的數據通信技術具有較高的可靠性、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的應用中具有廣闊的應用前景和發展空間。