基于CAN总线的纯电动汽车电池管理系统研究终稿讲解.docx
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基于CAN总线的纯电动汽车电池管理系统研究终稿讲解
[摘要]1
一、电池管理系统的概述2
（一）系统的主要任务2
二、电池管理系统的整体设计方案3
三、系统硬件设计3
（1）电池监测子系统3
1、电压监测3
2、电流监测4
3、温度监测4
（2）电池控制子系统4
（3）电池均衡子系统4
（4）通信模块5
（5）电源模块5
四、系统软件设计5
（1）系统软件总体设计5
（2）电池剩余余量及SOC估计6
结论8
参考文献8
[摘要]电池管理是电动汽车发展的一项关键技术。
为了达到电池安全、高效地工作的目的，设计了一套基于CAN总线的汽车电池管理系统。
系统以AT89C52芯片为主控制器，通过监控电池的工作状态（电池电压、电流、温度），管理电池的工作情况，避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡的现象，实现电池容量及
SOC的准确估计，最大限度的延长电池使用寿命。
[关键词]电动汽车；CAN总线；电池管理系统；AT89C52；
[Abstract]Batterymanagementisakeytechnologyinthedevelopmentofelectricvehicles.Inordertoachievethepurposeofbatterysafety,efficientwork,designasetofcarbatterymanagementsystembasedonCANbus.SystemisgivenprioritytowithAT89C52chipcontroller,bymonitoringtheworkingstateofthebattery,batteryvoltage,current,temperature）,managetheperformanceofthebattery,avoidoverdischarge,overcharge,overheatingandseriousimbalancephenomenonbetweenmonomerbatteryvoltage,batterycapacityandaccuratelyestimatetheSOC,maximumextendbatterylife.
[Keyword]electricvehicle;CANbus;BatteryManagementSystemModel;AT89C52;
一、电池管理系统的概述
（一）系统的主要任务
表1电池管理系统的主要功能
功能
电池状态的监测
分别对电池组总电压、电流、电池模块电压和温度等物理量进行监测[1]。
电池剩余余量及SOC的估计
电池的剩余容量的大小直接反映出电池的状态，电池剩余余量及SOC的精确估计，对电池状态准确诊断、开展状态维护、电池充放电均衡控制、提高电池使用寿命都起着至关重要的作用[2]。
均衡控制
电池组中性能相对较差的单体电池在充放电时会较早的达到充放电截止电压，导致电池组容量利用率下降。
本系统所研究的均衡控制充放电技术改善了单体电池间性能差异对电池组充放电过程的影响，对电池组的容量利用率和电动汽车的续驶里程都有提高[3]。
CAN总线通信功能
电动汽车为保证足够的动力，串联电池的个数较多，所以在单位时间内产生大量的监测和控制数据。
CAN总线通讯方式具有通信速率快、准确率高、可靠性高等优点，而且易于与整车控制系统兼容[4]。
安全管理
考虑电池的循环次数以及所处环境温湿度、气压等因素，实时监测电池的电压、电流、温度是否超出安全范围，对电池的充放电进行均衡控制和开断保护，并进行故障诊断提醒，实现电池安全高效的为汽车提供动力。
二、电池管理系统的整体设计方案
本系统主要是采集车体运行状况的数据和电池的电压、电流和温度数据。
采集的信息通过CAN总线传输到上位机，在上位机上完成信息的存储和处理工作，系统原理图如图1所示。
图1电池管理系统原理图
三、系统硬件设计
（1）电池监测子系统
本系统要实时监测蓄电池在充放电过程中各组电池的电压、电流和温度，避免过充和过放现象发生，同时对各组电池进行定期自动检测和诊断，通过CAN总线与运动控制器的通讯，最大限度地提高蓄电池的寿命。
1、电压监测
电压监测要进行电池组总电压和各个电池组电压两个方面的监测，AT89C52通过I/O口选通被测电池组合所检测的电压，电压信号通过光耦引入二级电压跟随电路，后由AT89C52的内置A/D模块接收[5]。
2、电流监测
电池电量估算的重要参数是电池的电流，因此，对电流的监测精度和稳定度的要求会很高。
本设计采用霍尔传感器作为电测的电流检测传感器。
霍尔传感器具有精度高、线性好。
频带宽。
响应快等优点，并且其抗干扰能力和隔离功能也非常强大[6]。
3、温度监测
温度传感器采用美国DALLAS半导体公司设计的DS18B20,其体积小、精度高、适应电压宽，满足本系统对电池温度检测的需求。
（2）电池控制子系统
电动汽车的蓄电池的标称电压为120V，由32节标称电压为3.75V的单体蓄电池串联而成。
将电池分为4组，采集每组蓄电池的电压和温度，更好地控制各个单体电池的均衡性，以降低采样电路的成本。
电池控制子系统采用Atmel公司的AT89C52作为主控制器。
这是一款基于AVR单片机性能优异低功耗的8位微处理器，工作频率为12M，8K字节的FLASH闪存和256字节的内部RAM，还包含RS-232、CAN、GPIO、实时计数器、A/D转换等接口。
（3）电池均衡子系统
电池均衡子系统主要包括PWM控制器、隔离驱动、DC-DC斩波电路、和开关型通道选择电路。
AT89C52主控制器对电池监测子系统监测取得的大量的原始数据进行算法处理，从而对通道选择电路发出选通信号，实现每个单体电池的动态均衡充放电[7]，原理图如图2所示。
图2电池均衡子系统原理图
（4）通信模块
本系统采用CAN总线的通信方式实现各个子系统与管理系统通信，以及管理系统和整车控制器及上位机的通信。
CAN总线的通信协议主要有CAN控制器完成，CAN控制器主要由实现CAN总线协议的部分和实现通信接口的部分组成。
协议部分由PHILIPS公司生产的独立CAN总线控制器SJA1000来实现，接口部分由与SJA1000[8]配套的驱动器CAN接口芯片PCA82C250来实现，PCA82C250是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，主要用于卡车和公共汽车，最高传输速率可达1MB/s,完全符合“ISO11898”[9]标准。
（5）电源模块
由于本系统各个芯片的额定电压和电流相差较大，要求电源能够提供较宽的输入电流和电压。
因此采用具有跟踪功能的2.2V-16V减压稳压控制器LM2743。
LM2743的功能框图如图3所示。
图3LM2743的功能框图
四、系统软件设计
（1）系统软件总体设计
系统上电后，主程序初始化，完成系统初始化后进入系统的主循环，主要完成电池的监测、数据处理、电池容量及SOC的估计、电池均衡子系统的均衡控制、故障诊断以及CAN通信。
程序流程图如图4所示。
图4程序流程图
（2）电池剩余余量及SOC估计
电动汽车电池组的应用属于大电流和电流波动剧烈的场合，而且SOC的估计受到浮充电压、放电倍率、温度、自放电、循环次数等因素影响，非线性较强，因此按时计量法、内阻法、开路电压法等传统方法无法对电池SOC精确地预测[10]。
神经网络法具有自学能力与非线性映射能力强和不需要确定具体数学模型等优点，因此本设计采用BP神经网络法[11]进行SOC的估算。
估测总体框图如图5所示
图5SOC估测总体框图
结论
本文集中论述了CAN现场总线技术，提出了基于CAN总显得电动汽车能源管理系统的硬件实现和软件设计。
该电池管理系统能够实时监测电池状态，根据采集各种传感器的相关数据进行处理分析，实现SOC估计和均衡控制，采用CAN总线实现高效通信，对电池的电压、电流、温度是否超出安全范围来进行安全开断保护,具有较好的实际应用价值。
参考文献
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