电动汽车电池管理系统设计

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1、尚有2孽沈2015届毕业设计说明书纯电动汽车电池管理系统的设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：潘辉指导教师：黄海波职称实验师专业：电气工程及其自动化班级：电气本1105班完成时间：2015年6月17日随着经济的发展，电力电子设备的更新速度更是突飞猛进，然而传统的能源煤，石油，天然气的储量却在日渐减少，这样带来的能源问题就引起了广大用户的关注，作为生活中的重要组成部分，汽车越来越被称为了生活得必需品，传统汽车的动力消耗也会引起环境污染，所以导致新能源汽车的发展趋势加快。而能源的减少也引发了汽车动力的改革，而以电能代替传统的汽油的汽车便走进了人们的视野中，它污染小，对周围的影响也小。电动汽车的

2、主要特色就是它的电池工程，而对电池的管理系统也就成了试下研究的热点。电池管理系统作为电动汽车上不可缺少的一部分，在对电动车的电池管理，充放电控制，电池监控等方面有着很重要的作用。设计拟以中国长安纯电动汽车的设计要求和主体设计规划为蓝本，设计一款以单片机C8051F040乍为主要控制器的电池管理系统，实现对电池的综合检测与管理的设计。设计主要做了对电池管理系统的单片机的选择以及电压检测、电流检测、充电检测、放电检测的电路设计，并针对性的设计了外围CAN总线接口电路、及各个检测程序的软件设计。用外围的CAN总线分别连接上级控制系统和下面的检测电路。最终实现了上级控制系统对设计的电池管理系统以上功能

3、的检测与控制。关键词：电动汽车；充电管理；锂电池；精品资料ABSTRACTWiththeeconomicdevelopment,powerelectronicequipmenthasbeenupdatingbyleapsandbounds.However,thereservesoftraditionalenergysources,suchascoal,petroleumandnaturalgas,havebeendecreasingwitheachpassingday.Theenergyproblemsthusincurredhaveattractedextensiveattentionfro

4、mthevastusers.Asanimportantconstituentpart,vehiclehasalsobecomeanecessityinourdailylife.Thepowerconsumptionoftraditionalvehiclewillalsocauseenvironmentalpollution,whichleadstotheaccelerateddevelopmentofnewenergyvehicle.Thedecreaseofenergyhasalsotriggeredthereformofvehiclepower.Consequently,thereplac

5、ementoftraditionalgasolinewithelectricenergyinvehiclehasenteredthepublicsvisionwithitslimitedpollutionandinfluenceonthesurroundingenvironment.Theprimarycharacteristicofelectricvehicleliesinitsbatteryengineering,andthesystemofbatterymanagementalsobecomesahottopicintheexistingresearch.Asanindispensabl

6、epartofelectricvehicle,batterymanagementsystemplaysacriticalroleinbatterymanagement,charge-dischargecontrolandbatterymonitoring,etc.ItisplannedthatthedesignrequirementsandmainbodydesignplanningofChineseChanganelectricvehicleshouldbetakenastheblueprintinthedesignofabatterymanagementsystemwhichtakesC8

7、051F040single-chipmicrocomputerastheprimarycontroller.Itishopedthatthecomprehensivedetectionandmanagementofthebatterycanberealizedthroughthisdesign.Thedesignmainlyincludestheselectionofthesinglechipforthebatterymanagementsystem,aswellasthedetectionofvoltage,current,batterycharginganddischargingforci

8、rcuitdesign.Furthermore,peripheralCANbusinterfacecircuitandsoftwareofdifferentdetectionproceduresaredesignedpertinently.ByvirtueoftheperipheralCANbus,thesuperiorcontrolsystemandinferiordetectioncircuitarelinkeduprespectively.Finally,thedetectionandcontroloftheabovementionedfunctionsofthedesignedbatt

9、erymanagementsystemarerealizedthroughthesuperiorcontrolsystem.Keywordselectricvehicles；chargemanagementli；thiumbattery1 绪论11.1 选题背景及意义11.2 纯电动汽车概况21.3 论文主要内容的章节安排22 整体研究方案42.1 系统设计方案42.2 系统总体设计方案的确定43硬件电路设计73.1 单片机的选择73.2 电池管理芯片介绍83.3 电源模块的选择93.4 采样电路设计103.4.1 传感器的选择103.4.2 电压采集电路的设计113.4.3 电流检测电路的设

10、计113.4.4 温度检测电路的设计123.4.5 绝缘电阻检测电路的设计133.4.6 故障报警模块电路的设计143.4.7 CAN通信模块154软件系统设计184.1 软件系统整体设计思想184.2 主控程序软件设计184.3 主程序设计流程194.4 初始化程序的设计214.5 温度检测子程序的设计224.6 电流检测子程序的设计234.7 绝缘电阻检测子程序的设计234.8 CAN总线通信子程序的设计254.8.1 CAN的初始化254.8.2 CAN的发送254.8.3 CAN中断的接收265系统仿真285.1 系统显示界面介绍295.2 系统仿真结果29结束语31参考文献35致谢错

11、误!未定义书签。附录36附录A整机电路图36附录B程序清单36精品资料1绪论1.1 选题背景及意义人们现在的生活越来越离不开汽车的存在。有当前调查的结果指出，当今，汽车以每一年三千万辆的速度持续增长着。全世界汽车现在已超过十亿辆，每一千人中间，就有着一百二十个人买了汽车的群体。在一定数量内的汽车，它的尾气排放到大气中，由于大自然的平衡体系，能够吸收一定量的有害气体，防止对人类自身的健康造成危害，但随着人们生活步调的加快，汽车的需求量也在不断地增加，此时汽车排放的尾气就会有可能超出大自然的承受力，然而，随着人口增长和经济水平的提升，人们对于汽车的需求也越来越大，因此人们迫切需要寻找一种可以代替石

12、油的新能源汽车，电动车就因此进入了人们的眼中。自十八世纪七十年代初，戴维逊成功地研制了第一辆电动汽车(ElectricVehicle,简称EV)后，然而电动车在十九世纪就有了一定的发展，但由于蓄电池性能差，汽车续航能力差，越来越不能达到人们的需求，这样的汽车会逐渐的被新理念的车所代替10从汽车的发展看来，无污染的车已经成了汽车行业的关注焦点，现代的电动汽车技术是结合了多项工程技术成就的先进的技术，拥有电气化的高性能车就应运而生了。它将成为人们交通工具的首要选择，为人们的生活提供更多的便利，它不仅在利用率上优于传统的汽车，它不存在尾气排放问题，所以开发前景十分广阔。就目前看来，发展电动汽车将是解

13、决未来能源与环境问题的最有希望的措施之一，也是人们关注的焦点，它不仅会带动汽车产业的发展，也会得到科研机构的高度重视，对于改善环境问题起着不可估量的作用。中国纯电动汽车最早开始于六十年代，然后再随后的几十年来也有不小的发展，但是真正的大发展的契机是开始于九十年代。进入新世纪后，在中国的干五”中长期发展计划中第一次电动汽车被提出，获得了国家战略层面的认可。提出岂横三纵”研发布局。同时大气污染也越来越严重，PM2.5指数受到人们的关注，汽油燃烧后产生的尾气是大气污染，是影响PM2.5的主要指标，因此发展电动汽车对于大气污染的治理也是非常重要的。在中国汽车群体里。人均汽车拥有量达到每1000人有11

14、0辆汽车，石油进口就成为了突出性问题。因此从国家安全战略角度来讲，摆脱对汽油的依赖也变得十分重要。最新的权威机构发布的统计数据显示截止到2015年，纯电动汽车和油电混合动力汽车在世界汽车总产量上有望继续高速的持续增长，预计可以达到近70%曾长率。而中国将是这个大幅度增长中的主力军。从另一方面来说，为了环境环保问题，中国也必须大力发展电动汽车。在经过了国家战略层级的两个五年规划大发展以及北京奥运会和上海世博会的初步推广，在电动汽车方面，中国的技术已经获得了很大的发展，初步建立起了中国自己的产业体系。据最新统计，目前已有有超过75%勺城市已经开始推广电动汽车，有将近200家汽车型号进入了推荐名录，

15、电动汽车的发展已经进入了一个新的时代，在中国的发展也更是走上了更加辉煌的道路。到2011年的第三季度，汽车新品发布会上，有超过二百款新能源汽车进军了领域，包括纯电动汽车126款，以及混合动力汽车73款，还有燃料电池汽车9款，就现在来看，大家都认为混合动力和纯电动汽车以及燃料电动汽车是未来的汽车主要发展的转型空间。随着十二五”规划纲提出，中国的新能源汽车将会有巨大的突破性发展，也标志着能源汽车会是战略的新型产业。会加强发展纯电动汽车的发展，以及，可以预见到，在中国，新能源汽车必将获得长足的进步和发展。1.2 纯电动汽车概况纯电动汽车（BEV:通过电能由电动机驱动的汽车。电动车的电能来自于内部的蓄

16、电池，纯电动汽车基本上是采用车内的电动机来进行牵引，当然也有例外的就是把电动机安装在轮子中的特殊的电动汽车。对于燃油汽车和纯电动汽车相比较而言，区别还是比较明显的，其中纯电动汽车最大的差异在于其中的四个主要结构：电池、车载充电器、调速控制器、动力电机。纯电动汽车性能的差异主要取决于这主要的四个部件，四个部件的品质也起到决定了价值的意义。首先是驱动电机的功率，决定了车能提供多大的驱动能力决定了车的速度和负重能力；其次电池的容量决定了车的续航能力，容量越大续航能力越强；同时充电器的好坏决定了充电速度的快慢，而调速控制器的性能也决定了车的基础能力。目前纯电动汽车驱动电机有直流有刷电机和永磁电机，另外

17、还有交流同步电动机，一个车的性能好坏，速度如何主要决定于电动机的选择，同时也影响着车的用途，性价比高的车子在电机的控制方式上也有着自己独特的特点，现阶段的电机控制主要分为两类，分别为调速控制器和不调速控制器。电动汽车也成为时下的一个研究的主题。1.3 论文主要内容的章节安排本文主要的研究内容如下所示：第1章绪论，首先介绍纯电动汽车电池管理系统的课题研究背景及其意义，纯电动汽车的概念，并设计出对论文研究的章节安排。第2章整体方案，并根据需求提出了各种方案，对方案做了对比，选择了最终的方案。第3章硬件系统设计，主要是设计了电池管理系统的各种的电路，包括单片机系统以及电压电流检测电路，温度检测电路。

18、第4章软件系统设计，主要包括了ADC1序的编写，以及CAN总线的通信等部分。第5章系统的仿真，主要包括了系统显示界面的介绍，以及显示系统仿真的结果。精品资料2整体研究方案现代电动汽车相较于传统的燃油汽车的最大区别就是电动汽车的电气化水平极高，需要很多传感器采集很多的信息。电池管理需要收集数据来达到控制和管理的作用，主要需要监控的数据有电压，电流以及温度等，在系统设计初期，针对了电动汽车的需求，提出了系统设计方案，并根据需求确定了详细的各模块的设计方案，查阅了相关的资料进行了汇总。2.1 系统设计方案设计主要是设计一款电动汽车电池管理系统，电池使用了的普通的高能锂电池单体12节组成了一个电池包，

19、以管理此电池包为我们的需求来进行设计，并有如下具体的细致要求：(1)可以检测单体的电压，也可以检测总体的电压，并且也可以检测通过的总电流；(2)具有在充电和放电时都有可以测量电流的能力，正负电流都要分别测量;(3)可以进行实时的温度检测，检测电池的当前温度值；(4)可以检测绝缘性能，检测电池当前的绝缘性能的好坏；(5)具有报警功能和故障处理功能，可以发出报警声；(6)可以进行CAN总线的通彳S,通过CAN总线进行信息的交互；2.2 系统总体设计方案的确定对于电动汽车来说，它所使用的大量单体锂电串联一起组成的动力源，涉及到电池的体积以及重量的方面，若干个串联的模块被分散安装在车体中组成了电动汽车

20、的电池组2。对于电池系统来说，如果使用分布式的系统方案的话所耗费的成本就会过高，并且系统本身也会过于庞大；如果使用集中式的系统方案的话，BMS的中心处理单元就会负担过重，所以，现在如果使用电动汽车的话，在电池管理系统中通常会使用一个折中的方案。一个庞大的电池包被12个单体的电池组成在一起的，BMU是由为每个电池包配备一个电池模块的监控单元，在这里，BM为由一个主控单元(CMU与多个BMU组成的，整个电池管理系统可以分成结构上层的主控模块以及下层中的监控模块3o其中，监控模块与主控模块之间可以通过SCI的总线来进行系统内部的联系，其余，CAN总线和系统的外部问实现通讯组成的主控模块4。图1系统总

21、流程图电池管理系统主要由以下几部分组成：数据采集模块、MCUfc控单片机模块、均衡模块，包括传递温度信息的温度传感器、监控电流的电流传感器和电压传感器，也包括连接这些器件的辅助器件，比如说漏电检测模块、显示单元一级需要实现控制功能的控制器件5。采集模块主要是ADCR集，可以采集电池的电压、电池的放电电流，单体电池的电压等部分组成，用来测量电压信号。温度检测电路：对电池组的温度进行采集，温度采集非常重要，因为电池高温可能发生自燃，造成危险，因此在充电和放电过程中必须要对温度进行严格监控，才能把危险情况降到最低60绝缘电阻的检测电路：绝缘数据的检测是为了保证电动车系统的安全工作的另一个关键点。单片

22、机通过AD麻集可以获得正负电源以及外壳等部分的电阻值大小，如果一旦发现有电阻值不正常，小于我们标定的电阻安全值，测出触发报警，从引脚输出电平从而控制输出相应电平，此时我们设计的报警电路就会工作，发出强烈的声音指示，同时还会发出LEd闪烁报警。故障报警电路：具有声音、光信号的报警功能，是单片机系统控制输出相对应的电平信号来控制输出。当系统采集的数据信息超过规定范围时，立刻发出声光报警。本系统采集的数据有电压数据、温度数据、电流数据以及绝缘电阻等。通过报警，可以体现对出现异常情况时的处理和改善7。电压检测电路：可以对检测电池组的单体电阻电压数据，为了保证给纯电动车提供合适的电压。CAN总线通信：该

23、模块是用于进行数据的通信8。3硬件电路设计3.1单片机的选择结合此处的需求可知，纯电动汽车电池管理系统需要的是一款带有AD功能、具有CAN!讯功能的单片机，因此我们选择了基于增强型51内核的C8051系歹I的单片机C8051F040C8051F040Cygnal生产的一个集成性高效的信号处理性的单片机，依靠其丰富的片内资源，完全可以达到我们想要的几乎全部的要求，包括内存以及丰富的IO口等部分，他几乎是达到了目前8位单片机的最高水平9o如图2所示为8051单片机的全部的内部资源的结构。这种单片机具有以下特点和功能：(1)采用高速流水线结构的新型增强型51内核。(2)具有我们需要的CAN总线，CA

24、N2.0叫构。(3)具有防止破解的内部保护，以及片上调试端口。(4)内部有12位的高精度ADC速度可以达到100kbps。(5)同时也具有8位的低精度ADC速度可以达到500kbps。(6)内部具有12位精度的DAC通道，满足特殊需求。(7)内部具有64K的可在线编程的Flash空间。(8)SRAM勺大小有4KB(9)和普通的51单片机一样，可以外部扩展内存大小。(10)丰富的接口包括UARTSPI,I2C。(11)片内16位定时器5个。(12)片内有电源电压监控器，温度传感器，以及看门狗。保证单片机在严酷的工业环境下可以稳定的运行是很重要的，因此看门狗，电源电压监控器，温度传感器这三者是很重

25、要的，可以有效的避免程序跑飞，程序死机之类的问题，维持稳定性。W：iT三FI町巾小;uniaiec . JTrTk、Titws ,Per ni，：M二I 二二CAN2.0BCROSSBARtxtfmad Data Memorv busniBFi二C匚 4，为RI ycssf特才三涯!4, r| OnLMh府，nF5 Lgch2：工P5.7 A7FS Latchrt.r w曲灯处衣：齿fJj： iflip.LacnMDiibit7；. Du.i MFMJ=4,t TOK 6MLTP1，A5Ln.T Am.1苒6UEz3,t iisn .f辅,；皿I汕图2C8051F040内部结构3.2电池管理芯

26、片介绍对12节电池进行管理，必须要使用专门的电池管理芯片，因为单片机是用行执行，不适合处理高响应要求的并行时间，电池12节需要实时的一直进行监控，因此需要使用电池管理芯片来进行管理，我们选择的是电池管理芯片OZ890,该芯片是由大名鼎鼎的集成电路公司O2Micro研发的。电池管理芯片OZ890是由凹凸科技采用结构重组的形式研究的，具有很多别的芯片没有的有的功能，它可以支持最高13节的电池，我们只需要12节，显然满足要求，同时它还具有普通的锂电池保护ic的全部功能，包括过流保护，过压保护，欠压保护等，是一个十分好的选择10。OZ890芯片采用TQFP-64的封装，具有如下性能特点：(1)和普通的

27、锂电池一样，需要一定的保护措施来实现它的安全和可靠性，包括充电时的过压过流，以及温度检测保护，短路检测保护等。(2)可以通过I2C总线和单片机进行连接，包括使用I2C读取各项数据等情况。(3)如果电池发生短路断路，则会第一时间进行切断，保护电池或者用电器的安全。(4)实施显示电压情况，内置温度传感器，显示温度。(5)最重要的功能是具有均衡功能，对于多节锂电池的串联系统来讲，由于电池有差异性，因此使用均衡技术进行充电是非常有必要的，OZ890恰好支持使用均衡技术监管充电，保证每一个系统都可以运行。3.3 电源模块的选择电源部分是极为重要的，因此我们需要认真进行设计，使电源部分尽可能的稳定。电动车

28、的整车供电采用的是12V输出，单片机部分需要一个5V的可靠电源，OZ890芯片需要进行电池检测，因此需要一个尽可能宽的电压，需要土15V,风扇和蜂鸣器电压+5V。各个芯片通过DC-DC转换获得供电电压，并能起到隔离抗干扰的作用。+5V电压通过LM2956转换，电源模块电路如图3所示。S 葺 =A图3电源模块电路因此我们需要先把电源降压到5V,此处使用Ti的LM2956乍为降压芯片Ti的LM295耻一款非常经典的开关电源的芯片，内部集成开关，提供最高峰值电流3A的电流输出能力，电路简单易用，并且资料成熟，便于使用。CCap 0.01 LICap3CapGND Q*0hlF16FB-15LX-AV

29、-FGVD121115LDiod廿 j,MAX743Inductor1110GNB图4MAX743升压电路通过查阅相关的资料，了解到MAX74升压电路白知识，MAX74如源的相关电路只能输出两个等级的电压正负15V及正负12V的电压。无法满足电路的设计，提出两个改进方法，一个是采用不一样的电阻来分压网络，第二个是从它反馈的电路入手，调整输出电压，研究表明，通过改进的方法可以得到输出电压可调的电源。通过改进电压的调节来向OZ890这个元器件提供高电压。3.4 采样电路设计3.4.1 传感器的选择传感器的选择要求和作用：传感器是借助于检测元件接收一种信息，并且按照一定的规律把它转换成另一种信息的装

30、置，其获取的信息，可以是各种物理量，化学量和生物量，而且其转换后的信号也有多种形式11。传感器是我们控制系统中最基础的部分，只有传感器精准的提出了相应的采集，才可以做出精准的结果。所以，对传感器有以下要求：(1)必须要有足够量程。传感器的量程应该足够大；应该有一定的负载能力。(2)响应速度快，工作的可靠性高。(3)与测量或控制系统匹配性好，并且转换灵敏度高，线性程度好。(4)传感器具精度适当且稳定性良好，静态响应和动态响应的准确度能达到要求还可以长期稳定。(5)适应性强，不因恶劣环境损坏，干扰小，噪声低，可适应我们的使用。(6)传感器性价比高。在尽可能低的成本下保持尽可能长的寿命，并且易于维修

31、更换。现在能达到上述要求传感器是非常少的，所需的传感器应该参考其目的、使用环境、被测的对象状况、精度的要求和信号的处理等，具体条件来选择进行处理。3.4.2 电压采集电路的设计OZ890芯片含有电池电压巡查电路，这些电路集成了多路单体才构成，根据图5的设计，主要是把转换好的数据借助I2c总线传送到C8051F040鉴于OZ890芯片巨头能够自动平衡的功能。电路由两部分组成，单体电压的采集电路，还有另一种电路叫做均衡电路12。如图5所示BATn+1和BATn为OZ890芯片的入口端，反馈电阻起到的作用是检测电流，以防止过流。同时OZ890具有均衡功能，当电池充电完成或者单节电池电压过高后，MO贽

32、闭合来分走电流，避免过充。3.4.3 电流检测电路的设计电流作为估计电池相关的容量以及参数，所以系统对电流的采集有很高的要求，不仅要保证采样中电流由高精度，同时要求必须具有较强的抗干扰能力，也就注定了电流传感器的选择是相当重要，目前的电流传感器大体有以下几种，互感器，分流器，以及光纤和霍尔电流传感器，光纤的性能是最好的，但是它的价格非常昂贵，一半只用于一些不可避免的，无法替代的通信领域中，很少用到控制中，霍尔电流互感器由于具有很好的抗震性，但是它的机械性能却很差，一般不容易检修和更换，分流器的测量范围很广，耐机械性能良好，相对来说造价便宜经分析比较后，选择分流器比较适合本系统的电流检测。本文采

33、用超光仪表公司生产的FL2型分流器(75mA100A)作为电流检测传感器OZ892QE片自身带有温度传感器，如FL-2型分流器图6所示。图6FL2型分流器3.4.4 温度检测电路的设计本文温度信号采集是采用DS18B20#完成的，18B20是最常用的一种数字型的温度传感器，价格低，体积小，操作易，被广泛使用在各个领域。区别于传统的模拟温度传感器，他可以不用ad采集，直接输出温度值。它能够在很短的时间内完成数字量的交换，交换12位的时间可以达到几百毫秒，而交换9位的几乎只需要几十毫秒。DS18B205片有两种供电方式，分别为外部电源和寄生电源13。当其采用寄生供电方式时，温度变换功率来源于数据总

34、线，内部结构框如图7所示，温度测量电路如图8所示。当采用寄生电源供电时，需要把其中的两个输入端接地。当处于写存储器操作和温度变换操作时，这是总线上必须有一个向上拉的电压，启动时间大约几微秒。WPU图7 DS18B20芯片内部结构有生电源电M中同结果 传存崭图8 温度检测电路DS1SB20DS18B20一 m e硬件处理需要其他相对软件的配合使用，对于该DS18B20F口单片机之间是使用的1-wire总线通信，因此对读写时序要求极其严格，必须要遵循时序，否则读取到数据会失败。3.4.5 绝缘电阻检测电路的设计绝缘电阻检测是非常重要的一环，关系着驾驶员的生命安全，如果一旦出现漏电现象，会产生严重后

35、果，乃至威胁性命14。因此我们设计的绝缘电阻检测装置，可以有效的检测车辆的绝缘电阻的大小，如果一旦电阻大小不对，马上停车报警。其高压部件（如高压直流电池组，驱动部分，功率部分，电机部分等等）绝缘性变差后，电阻变低，因此可能会产生漏电（可能漏电流很小），使车身带点电，严重情况下产生漏电，非常有可能产生事故，危害乘客的安全，损坏电动车的设备，因此我们要防患于未然将漏点问题提早检测出来，才可以满足我们电动车漏电检测的要求。当今，全世界很多学者对电动汽车直流系统的绝缘电阻检测方法做了大量研究工作，其中检测方法多部分采用外接测量电阻的方法。此方法只有母线端接地的条件下才准确检测出绝缘故障，但在正负母线双

36、端对称接地时无法精确计算出绝缘电阻。电动汽车运行中，由于电机控制器等高压零部件电磁辐射较强，可能绝缘检测单元在车辆运行中的严格电磁干扰状态下，所以我们考虑到可能会出现因为干扰问题出现了错误的检测，因此我们需要加入一些错误状态判别的方案。故选择有源绝缘电阻检测方法。有源绝缘检测方法原理如图9所示，我们通过高频的磁隔离变压器给车身之间诸如短暂的高压电，然后我们使用单片机对这个压降进行测量，根据电压值即可测量出导通的电阻率，进而获得我们想要的电阻值。车体通过开关S1,S2将电阻R1,R2,R3,R4R5,R6,R7,R8与正负直流母线相连，S3,S4为MOST,MOSTS3,S4的通断由单片机发出P

37、WM&号控制，当MOST导通后会在变压器副边形成700V的高压。3.4.6 故障报警模块电路的设计在该系统设计中，当锂电池组单体电压、总电压被检测到为方便人们了解电池组运行情况，主控单元中电路板上设置了指示灯及蜂鸣器来显示不同的电池故障。如报警电路图10所示，发光二极管可以作为指示灯选用。选用LED灯来代表的故障显示。故障分为的两级是临界故障及严重故障。如果发生临界故障的情况下，对应的故障指示灯将会闪烁。如果发生严重故障时，对应的故障指示灯将常亮。如果无故障发生时额情况下，所有的指示灯都熄灭。图10报警电路3.4.7 CAN通信模块（1） CAN总线基本原理德国Bosch公司最早提出关于CAN

38、总线的概念，之后经过一段时期的研究，开始出现了它的成品，严格的说作为这种工业性的申行总线，它在电子领域有着广泛的应用15。CAN总线具有如下的特点：1）在CAN总线中，短帧结构是CAN总线中基本的结构，然后每一帧的数据都进行了CRCK验，一旦错误即可补发，因此可以大大的保证在任何情况下的传输的正确率，并且就算是干扰大，因此补发的机制也可以降速来做的准确率。2）只需要两个线就可以实现总线结构，总线上可以挂很多的子节点。3）有优先级的概念，因此如果出现了不同的节点的总裁问题，可以优先解决高优先级的。4）数据通信速率非常快。5）可靠灵活多样是他的特点，可以进行点对点的通信，也可以将进行点对面的通信，

39、是一个非常好的总线。6）系统的柔软性。在多数情况下，在与总线相连的单元不存在能够识别的信息来确保其他单元能够找到信息的位置。当总线增加单元时，它因为没有地址信息，对其他单元不构成影响，与他连接的其他单元只需要保持原有的配置即可。7)通信速度，每个系统都有适合它的通信速度，但是在同一网络中，必须保证所有的通信速度是一样的，不然数据传输会存在问题，CAN以双绞线为传输介质的，它的传输性能非常好，传输距离相对来说很远。8)CAN总线连接单元数量。CAN总线连接的单元在理论上是没有限制的，它能够同时接连多个单元，能够提高处理的速度，但是由于所有的总线都是依靠电力电子设备实现的，他就必然存在一些问题，如

40、果连接的单元在总线上存在时间推移以及延迟，带有电气负载限制，比如可调控范围。所以可以通过提高电力电子控制通信的速度来使连接的单元数量减少提高通信速度，同时，通过降低通信速度来达到单元数量的增加，使其具有更好的功能。9)遥控发送。CAN总线可以通过“遥控帧”来进行所有的遥控指令。10)CAN还具有错误检测功能，可以检测错误，分析错误的类型，并且每个错误都是有不同的编码，他会通知其他单元有关于这个错误信息的功能，当有一个单元正在发送信息时，恰好被检测出错误，那么这条信息指令会被禁止发送，如果错误的信息没有恢复功能，那么单元一定会再次强行结束发送指令，这样无限次的循环，知道错误恢复功能才停止，这样检

41、测出来的错误更具有可信度。(2) CANS信系统设计下图所示为我们使用的CAN总线控制器。CAN最先是由德国Bosch公司在上世纪设计的，专门应用于汽车电子的一种新型总线。经过了三十多年的验证，可以知道CAN总线是一个非常好的总线标准，硬件的电路如图11所示。主要应用了控制器、光耦隔离电路和收发器ic等部分构成了CAN总线的接收电路。我们使用的C8051F040单片机是支持CAN总线的MCU,s输出后的信号经过了我们外部的驱动器连接了CAN时CANL同时因为汽车电子的干扰是很大的，因此我们使用了光耦进行了信号的隔离。对于芯片的选择，我们使用的是最经典的方案，CAN收发器采用82C250芯片,工

42、作电压为5V。能句对CAN控制器提供接收功能，同时对总线也有差动发送数据的能力，作为控制器上的物理总线之间的接口，限流电阻为电阻R5、R6R7、R8,终端匹配电阻为R10。去耦电容为C7、C&C9,82C250复位端通过R9接地。!：Arx 际 TED-7rcBur即M o Gr 51CliOSlfUa CT Vrr12!13 力TXD VOC |F4T-KXI： AKE56CAKE510E6oam 3加3| 7 IZB I1UilKs72on in- 7OT NC -VKE? M-l!不G釉二82C250asiOCA1口图11CAN通信电路(3) C8051的SMBus接口原理C8051F0

43、40是一个双向总线，它集成了SMBus的接口，并且兼容I2c总线，能够达到与系统总线管理的特点。目前的系统控制器为通过字节实现的读写操作，总共是五个寄存器来管理SMbus接口的：控制寄存器表示为SMB0CN时钟速率寄存器表示为SMBOCRft址寄存器表示为SMB0AD嘤据寄存器表示为SMB0DAT状态寄存器表示为SMB0STA。4软件系统设计4.1 软件系统整体设计思想随着新能源的出现，电力电子子技术也伴随着变化，任何一个控制系统想实现他的功能，都必须是有硬件系统建立的电路设计，同时兼有软件系统的设计，来达到控制的完整性，软件系统是在硬件系统的基础上，相当于对硬件的一个扩充，它的设计也是关系着

44、整个控制系统是否能够有很好的控制作用。在软件系统设计过程中，由于每个模块都有不同的功能，加上使用分类居多，在设计中一般采用分块设计，这样能够使设计有逻辑，能够逻辑清楚的设计和验证每一步设计，以免大而多的任务设计混乱不清，有所遗漏，方便查漏补缺，给调试过程节省了大量的时间，但是每个设计板块并不是完全独立的，设计程序一般包括主程序和子程序,在通过主程序调用子程序的时候，各模块的作用又是协同的，他们之间相互影响来作用于整个硬件系统这样如果有问题出现，可以很明朗的确定哪个设计环节出了问题，这种模块化的设计对于软件设计起着不可估量的作用，它将成为软件设计部分的一个重要理论基础。在本次设计中，采用上述的设

45、计理念，根据设计要求，电池管理系统的软件系统设计可以分五部分进行设计，首先是对主控制程序的设计，它是调控系统的一个主体程序，CAN总线通信模块充当了它的连接脉络，其他的就相当于子程序的设计，主要有电压测量模块、电流测量模块、绝缘电阻测量模块。硬件工作模式下，因OZ890的工作模式必须选择为硬件工作模式，可以通过OZ89创立完成对锂电池的工作状态数据的实验性采样，值得注意的一点是在软件编程初始化时进行设置。4.2 主控程序软件设计作为系统设计的重要组成成分之一，发挥着重要的作用，在本次设计中，是设计单片机系统中的一个软件，依据软件的分类，它应该属于固件程序软件单片机固件程序设计通常分为三个步骤：

46、系统定义、软件结构的设计、程序设计。根据系统软件和硬件的功能，首先应该是给出系统的定义，要实现什么样的功能，在此次设计中要实现OZ890通信的功能、用行通信功能、SOC估算、风扇控制和蜂鸣器控制功能。OZ890向单片机提供输入信息，比如说电池电压、电流和温度；OZ890初始化设置的信息也要传送到PC机上；单片机采集的外界温度。输出信息有发送到OZ890的参数设置信息；发送给PC机的电池信息；控制风扇和蜂鸣器的控制信息；发送给整车控制器HCU的电池状态参数、故障标志信息，如总体设计图12所示。OZ8900Z89O 设输入PC外界温度信息电池组中电压C8051F04P(fe池信息控制风扇、蜂ft*

47、HCU输济息HCU图12总体设计4.3 主程序设计流程对于系统的主程序是顺序执行和无限循环程序和不断的查询各种软件的标志，已达到处理日常事务的目的。整个程序执行的控制或协调任务都是由诸多程序来承担的。而我们所用的电池管理系统因为其是一个实时监控系统，因此要实时查询电压、电流及温度等电池的信息，以及对各类通信的实时响应，这样系统就可以对以上响应实施控制操作，所以主程序的协调的控制的要求性就要高。为了使固件程序达到有较好的可移植性和可维护性，我们采用了采用模块化思路，所谓的模块化思路就是主体程序由主程序和中断程序这两个部分组成。初始化子程序、单片机温度采集子程序和OZ890的SMBus通信子程序、

48、SOC估算子程序是主程序的调用程序。而CAN勺中断程序和串口接收中断程序则是中断程序17。图13为主程序执行流程。4.4 初始化程序的设计在单片机系统正常运行下，单片机的初始化部分非常重要，初始化是单片机执行的一段代码，它必须在主程序执行之前，其目的就是为主程序执行创造良好的运行环境目，是系统能够保证正常运行，初始化主要是使一些特殊寄存器先初始化。本系统的初始化如图14所示。图14单片机初始化程序系统采用的是12MHz勺时钟，并且其内部晶振最大震荡频率也为12MH乃。C8051F040的端口配置着优先权开关译码器动态的方式，所以其各个端口都可以被当成通用I/O或着也可以是模拟输入。并且寄存器和

49、引脚通过程序来实现一一对应的控制，这种I/O端口是系统配置方式变得更加灵活，并且能够使硬件布线更加方便。4.5 温度检测子程序的设计C8051F040fl勺最大的一个特点就是在MCU勺内部有温度传感器，因此，系统不需要任何的外部测温点路，就可以进行温度的检测，并且精准度还不错。如下图所示，我们使用的是12位SAR的ADC0通过配置AMUX0ADC0可工作在差分方式或单端方式，同时该通道也可以被配置为温度传感器、或者VDD或外部ADC图15为ADC0的功能框图，及ADCO勺初始代码见附录所示。:-曲丽m一就都触01如心驾皿优工 痕工主 ADCDLTL图15 ADC0的功能框图4.6 电流检测子程

50、序的设计首先进行ADC的初始化，初始化后开始进行相关的后续动作，主要包括进入ADC佥测时序，通过ADC佥测过后，将结果进行转换，转换为电流值，将电流值存储并进行显示，存在全局变量汇总，如果需要继续用过CAN总线上传的话，则进入相应的上传程序，开始进行上传工作。电流检测子程序流程图如图16所示。否4.7 绝缘电阻检测子程序的设计如下图所示，是我们的绝缘电阻检测的，程序流程图如图17所示，其程序ADC见附录所示。单片机工作后，开始我按照我们需要的程序开始检测。进入检测时序，通过ADC佥测过后，将结果进行转换，转换为阻值，如果此时发现阻值小于我们设定的安全界限，此时需要进行报警指示，告诉使用者此时的

51、情况很危险，有漏电的可能性，同时伴随着发光二极管和蜂鸣器的声光报警系统图17绝缘电阻检测子程序流程图4.8 CAN总线通信子程序的设计4.8.1 CAN的初始化CAN总线模块由协议引擎与报文缓冲和控制模块组成，再使用之前，必须进行初始化块。CAN勺初始化设置，在复位模式下设置CANfe单滤波，正常模式，PeliCAN模式，不屏蔽字节数据，通过ALE,RD,CS的配合控制完成初始化流程如图18所示。图18CAN的初始化流程图4.8.2 CAN的发送主要是要检测发送区是不是满了，同时完成先准备相应sja_addr地址，再在相应的sja_addr地址操作送sja_data数据的过程，注意我们需要通过

52、ALE切换地址与数据位的操作。CANS送的流程图如19所示。开始图19CAN发送的流程图4.8.3 CAN中断的接收对于CAN总线，我们主要是使用CAN总线的中断进行接受，这样才能保证实时的接收数据，以提高接收的实时性，并尽量的减少系统的时间浪费和开销。我们使用了SJA10001行外围扩展，初始化后开始操作。SR寄存器读取的值为0x0c,can发送数据子程序中写入发送寄存器的值可以从SJA1000tt址96108中读出。但一旦置位CMRU存器的自发送请位+终止发送位（0x12）,SR读取值为0x44,错误捕捉寄存器值为0x03,中断接收流程图如图20所示。中断开始精品资料图20中断的接收流程图

53、5系统仿真5.1 系统仿真界面介绍设计的仿真采用的是VB语言编写的电池管理系统。VisualBasic是一种由Microsoft公司开发的结构化的、模块化的、面向对象的、包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化程序设计语言18。从任何标准来说，VB都是世界上使用人数最多的语言不管是盛赞VB的开发者还是抱怨VB的开发者的数量。它源自于BASIC编程语言。VB拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD系统,可以轻易的使用DAORDOADO1接数据库，或者轻松的创建ActiveX控件19。该仿真程序以十个电池作为电动车电池组模型，电来进行仿真，电池电压实时显示界面如图21所示。分别可以测出

54、对1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号、10号电池的电压，再测出电池组的总电压，总电流以及管理芯片的内部温度和单片机的温度。图21电池组实时显示界面图5.2 系统仿真过程通电后，系统仿真界面如下图，图22为系统仿真界面。FCGAM favap ，匚Ri i-i jx-bM2 1R.=K-Ti中工I2，匚部n ，H FJEFZWE EA通 r=13fhla琮.*IZ .最 WXLI 耳他!ranica P3E rj zTTT riiLFZ4T1*) 口即工 pjjiir我压电溃稔测Ifif :图22系统仿真界面5.3 系统仿真结果建立程序文件，加载目标代码文件，进入仿真环境，执行

55、程序，分别调节按键来预设1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号、10号电池的电压，再测出电池组的总电压，总电流以及管理芯片的内部温度和单片机的温度，电池状态信息显示如图23所示。图23电池状态信息显示通过仿真截图我们可以看出论文设计的基于CAN总线的电动车电池管理系统能够实现对单体电池电压和整个电池组总电压伏特值大小的实时检测，还可以对电池在充电过程中和放电过程中总电流安培值的实时检测，对电池工作环境温度摄氏度值的实时检测，对电池绝缘电阻阻值的实时检测，对电池上述指标出现异常情况的报警信息提示200精品资料结束语论文立足于当前现状，分析了当前的国内外形势，也就是随着经济的发展，电

56、力电子设备的更新速度更是突飞猛进，然而传统的能源煤，石油，天然气的储量却在日渐减少，这样带来的能源问题就引起了广大用户的关注，作为生活中的重要组成部分，汽车越来越被称为了生活得必需品，能源的减少引发了汽车动力的改革。而以电能代替传统的汽油的汽车便走入了广大人们的视野中，它的优点很多，最重要的是它不排放任何有毒的尾气气体。新能源汽车是指的以电能代替传统的汽油的汽车便走进了人们的视野中，它污染小，对周围的影响也小，缓解了人们在交通日常生活中对大气造成的污染。电动汽车的主要特色就是它的电池工程，而对电池的管理系统也就成了时下研究的热点。电池管理系统作为电动汽车上不可缺少的一部分，在对电动车的电池管理

57、，充放电控制，电池监控等方面有着很重要的作用。设计中也应用了CAN的技术，它在电子领域和汽车技术方面有着重要的意义也有着广泛的应用，它的通信是非常的灵活，数据通信的速率也很高。设计主要实现了如下功能：(1)可以检测每一个电池的电压，也可以检测总电池电压。(2)可以进行过流保护，过压保护，高温保护。(3)可以显示绝缘电阻的值。(4)可以进行故障报警。(5)可以使用CAN总线进行报警。参考文献1苏利阳，王毅，陈茜.未来中国纯电动汽车的节能减排效益分析J.气候变化研究进展，2013,28(4):284290SuLiyang,wangyi,chenxi,princeyouwakeup.Inthefut

58、ureChinaspureelectricvehicleenergyconservationandemissionsreductionefficiencyanalysisJ.Researchprogressonclimatechange,2013,28(4):284290(inChinese)2李娜，微型纯电动汽车电池管理系统的设计D.南京航空航天大学,2010LiNa,DesignedminiaturepureelectricvehiclebatterymanagementsystemD.NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,2010(i

59、nChinese)3杨刘倩，詹昌辉.电动汽车BMS测试系统的数据通信J.计算机与现代化,2014,28(2):173177YangLiuqian,ZhanChangHujElectriccarsBMSdatacommunicationstestsystemJ.Computerandmodern,2014,28(2):173177(inChinese)4朱正礼，任少云.CAN总线系统在电动轿车上的应用.D汽车工程.2013ZhuZhengli.,lowcloud,applicationofCAN-bussystemintheelectriccar.Dautomotiveengineering20

60、03(inChinese)5顾灶德.电动汽车锂电池管理系统D.江苏大学，2010GuZaoDe.ElectriccarlithiumbatterymanagementsystemD.JiangsuUniversity.2010(inChinese)6林国发.纯电动汽车锂电池组温度场研究及散热结构优化D.重庆大学，2011LinGuoFa.PureelectricvehiclelithiumbatterypacktemperaturefieldandthermalstructureoptimizationstudyD.ChongqingUniversity,2011(inChinese)7成诚.

61、对现用汽车制动灯故障报警电路的改进J.南通航运职业技术学院学报,2006,20(4):7576ChengCheng.ForimprovementofthecurrentcarthealarmingcircuittobrakelightJ.Journalofnantongshippingcollege.200620(4):7576(inChinese)8林长加.CAN总线技术在混合动力汽车中的应用D.大连理工大学，2007LinChangjia,CANbustechnologyinhybridelectricvehicleapplicationD.DalianUniversityofTechno

62、logy,2007(inChinese)9穆飞航.基于C8051单片机控制的雷达式生命探测仪后端系统的研制D.第四军医大学.2005MuFeihang.BasedonC8051singlechipcontrolradartypelifedetectorbackendsystemD.Thefourthmilitarymedicaluniversity.2005LiuFei.,ResearchanddesignD.pureelectricvehiclebatterymanagementsystem.ShandongUniversity,2012(inChinese)10王涛.基于DS所口OZ890的电池管理系统设计M.微计算机信息.2013W