基于CAN总线的电动汽车动力电池组采集系统设计

发布者:深沉思考最新更新时间:2011-09-07 关键字:CAN总线  电池组 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
  电池是电动汽车的能量来源,电动车发展的主要技术瓶颈就是电池技术的发展。目前全世界汽车厂商纷纷开发使用电动车,电动车的蓬勃发展及远大前景,促使了电池技术的发展,国内外各大电池厂商投巨资来发展电池技术。而对电池性能的研究就离不开大量的实验数据,动态采集电动车电池组的参数是研究电池性能的重要途径。本系统对电池组的动态工作过程的参数变化进行实时采集并存储分析。通过建立电池模型来预测电池的容量状态与电池健康状态,建立电池组的基础数据库,为研究电池性能提供可靠的数据参考。

  1 基于CAN 总线的系统硬件设计

  CAN 总线是目前世界上最流行的汽车控制与测试间的一种串行数据通信协议,具有实时性强、抗干扰能力强、结构简单、应用方便、价格低廉等特点[4],通信速率可达1 Mbps,使得CAN 总线在电动汽车应用上成为发展趋势。

  图1 为一般电动车CAN 总线网络框图。CAN 总线接口电路的核心是使用8 位高性能的片内含CAN 控制器的P87C591 作为CAN 通信控制器,以完成CAN 的通信协议,而CAN 总线收发器的主要功能是增大通信距离,提高系统的瞬间抗干扰能力,保护总线,降低射频干扰(RFI)等。

图1 一般电动车CAN 总线网络框图

  本系统中共有16 组,每组有10 节电池串联,每1 个电池组配置1 个测量单元。每个单元采用一种设计非常简化的电池测量方法,由一个IC 集成了大部分电池参数的采集任务,结构简单,精度高,可靠性高。本设计采用电池管理芯片LTC6802,它通过一个1 MHz 串行接口进行通信,并包括温度传感器输入、12 位ADC 和一个精准的电压基准。每个LTC6802 能测量12 只单独电池,实现了0.12%(在室温条件下)和0.22%(在-40 ℃至+85 ℃的温度范围内)的准确度,能够承受60 V 的共模电压,完全适合在电池组高共模电压的要求。LTC6802 采用串行外部设备接口(SPI) 进行命令和数据通信, 本论文使用P87C591 的IO 模拟SPI 工作方式与LTC6802 进行数据通信,此方法可以更充分地使用硬件资源(见图2 所示)。

图2 基于CAN总线的电池组ECU采集系统的结构

  每个测量单元的控制器均采用内部集成了CAN控制器SJA1000和A/D模数转换模块的单片机P87C591芯片,其主要功能是提供电池组的电压和温度信息,并将采集的信号通过CAN总线发送给电池管理ECU,其中CAN通讯接口电路如图3所示。

图3CAN通讯接口电路

  电池组的ECU 与电池管理ECU 组成一个CAN 总线网络,网络拓扑结构为总线形,传输介质为双绞线,传输协议为CAN2.0B。电池管理ECU 为双CAN 控制器结构,一个CAN控制器与电池组ECU 组成电池管理系统内部的CAN 网络,另一个CAN 控制器与汽车中其他控制系统组成整车光纤CAN 总线网络,能实现多机通信,并达到上位机控制和电池组状态信息的采集。

  2 系统软件设计

  本系统采用8051 系列的C 语言进行软件编程,按照模块化设计思想进行编写,包括主程序、CAN 初始化程序、CAN发送数据程序、CAN 接收数据程序、A /D 转换及定时中断程序等。CAN初始化程序用来实现CAN 工作时的参数设置,主要包括工作方式的设置、时钟输出寄存器的设置、接受屏蔽寄存器和接收代码寄存器的设置、总线定时器的设置、输出控制寄存器的设置、中断允许寄存器的设置和总线波特率的设置。系统主程序流程设计如图4 所示,主要包括初始化和主循环部分。

图4 系统主程序流程图[page]

 

3 基于USB-CAN的数据采集

  LabVIEW主要用于仪器控制、数据采集、数据分析等领域,是一个功能强大、方便灵活的虚拟仪器开发环境,它提供了大量的连接机制,通过DLLs、共享库、ActiveX等途径实现与外部程序代码或软件系统的连接。

  本系统的上位机设计采用USB-CAN模块与电池管理系统BMU进行数据通信,通过USB-CAN模块对CAN总线上的数据进行实时采集。Virtual CAN Interface(VCI)函数库是专门为ZLGCAN设备在PC上使用而提供的应用程序接口。库里的函数从ControlCAN.dll中导出,在LabVIEW中可以通过调用动态链接库的方法直接使用这些库函数实现对电池组数据的实时显示、存储与分析,更好的记录电池组动态的各个参数。上位机主要功能是对电压、电流、温度数据实时曲线显示,数据记录与历史数据显示,并且对电池组参数进行统计分析,包括动态运行过程中单节电池最高电压、最低电压、最大输出电流、最大反向制动电流、瞬时功率、累计消耗能量等参数。VCI 函数的使用流程如图5 所示。实践证明此方法高效可靠,能够很好地满足数据采集的要求。

图5 VCI 函数的使用流程图

  图6 与图7 是电池组实时采集的单节电池电压与总电流实时曲线,可以看出电池在工作过程中电压会有一定差别,这也是由于电池特性不一致所引起的。从图7 中可以看出,电池组在运行过程中最大放电电流可达到300 A,电流负值表示电动车在反向制动时的充电电流,最大可达-200 A。由于电池总是工作在充电放电过程中,所以对于电池动态数据的采集与分析是必不可少的一个环节。通过数据的采集、存储与分析,可以准确地判断电池的实际状态,为建立电池数据库提供数据资源。

图6 单节电池电压实时曲线

图7 总电流实时曲线

  此外,本系统还有一个自动生成运行报告的功能,通过实际路况的数据采集对数据进行统计分析。运行报告内容包括:电池组动态一致性、最高电压、最低电压、平均电压、输出最大电流、最大制动电流、输出能量、反向制动能量、最高温度、最低温度等。

  4 结论

  根据锂离子电池车载系统的特殊环境及对电池参数的测试要求, 本系统采用CAN和光纤通信技术,使用电池管理专用IC,使系统的实时性、可靠性和抗干扰能力大大增强, 而且系统易于扩展,灵活性好,能够准确采集电池的各个参数,准确地采集数据并预测电池的运行状态,从而提高了电池组的使用寿命。此外,本文还对系统进行上位机的软件设计与开发,能够采集并存储大量的测试数据,为建立完善的电池组数据库提供了可靠的数据资源,对电池技术的发展与完善作出可靠的实验数据。本系统还可以通过打开保存的数据文件,经分析计算电池组一致性、电池组容量、电池组内阻等重要参数,统计分析电池状态,打印电池运行报告。

关键字:CAN总线  电池组 引用地址:基于CAN总线的电动汽车动力电池组采集系统设计

上一篇:简述局域网和广域网的接口标准
下一篇:基于CAN总线的电动汽车动力电池组采集系统设计

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 21:34

基于SAE J1939协议的CAN总线汽车仪表设计
汽车仪表是汽车与驾驶员进行信息交流的窗口,是汽车信息的中心,能够集中、直观、迅速地反映汽车在行驶过程中的各种动态指标,如行驶速度、里程、电系状况、制动、压力、发动机转速、冷却液温度、油量、各种危险报警。随着科技进步,汽车排放、节能、安全和舒适性等使用性能不断提高,汽车电子控制程度也越来越高。汽车电子控制装置必须迅速、准确地处理各种信息,并通过仪表显示出来,使驾驶员能够及时了解并掌握汽车的运行状态,以妥善处理各种情况。 这里给出一种基于CAN(Controller Area Network)总线的汽车仪表设计方案。该仪表利用CAN总线使其成为车身网络一部分,遵循SAE J1939协议读取发动机转速、水温等信息。仪表还能接收传感器的车
[嵌入式]
CAN总线成为车电系统的总线标准
1 . CAN总线 在电子产品的各种通讯方式中,CAN(Controller Area Network)总线以其高可靠性、实时性、传输距离远的特点得到广泛的应用,已经成为许多高档汽车(如奔驰、宝马等)车电系统的总线标准。于是出现了许多内部集成CAN控制器的单片机,如Atmel公司的T89C51CC0X系列单片机就是其中性价比较高的一款,它具有丰富的内部资源,支持CAN方式的在线编程。我们在使用此系列产品的过程中,针对其应用普遍但编程器较少的特点,开发了一款基于T89C51CC01CA芯片的CAN程序下载和CAN节点调试器,它既能对同类单片机进行编程,又能通过CAN总线对具有CAN通讯功能的设备进行调试。 2. 系统结构框图 2
[单片机]
<font color='red'>CAN总线</font>成为车电系统的总线标准
基于CAN总线的步进电机多机控制系统的设计
1  引言                   由于 can总线 的系统集成特点,基于汽车车身 控制系统 的can总线技术应用范围已经远远超越汽车控制领域,扩展到了机械工业、家用电器及 传感器 等各种其它测控领域,被国际公认为是重要的的工业 现场总线 。作为 运动控制 对象,步进电动机作为一种将离散的电脉冲信号转化成角位移的机械执行装置,具有结构简单、成本低、定位精度高和无误差累积等优点,已被广泛应用于各种自动控制系统中。随着微型 计算机 和 微电子 技术的发展, 步进电机 的这一性能必将得到更为广泛的应用。因此对于can总线的步进电动机控制研究具有十分明显的现实意义。             2  系统总体设计方案       
[嵌入式]
基于CAN总线的自动离合器控制器设计
    设计了一种基于CAN 总线的自动离合器控制器,采用高性能微处理器XC878 完成离合器控制器软硬件开发。设计了离合器执行电机的驱动电路及自动离合器控制程序。针对离合器与发动机协调控制的需要,设计了CAN 总线节点接口电路及一套简单、实用、高效的CAN 总线通信协议。   试验表明,所设计的自动离合器控制器在功能上满足实际应用的需要,CAN 通信模块能够准确无误地收发数据,可靠性高。   随着社会的发展, 人们对汽车的舒适性和安全性要求越来越高,而手动档汽车因其繁重的选换档及离合器操作增加了驾驶难度。对于驾驶新手而言, 又会产生坡道起步易熄火、油耗大、离合器磨损严重等问题 。自动档汽车虽然驾驶操作简单, 但其造价高,
[嵌入式]
基于电动车锂电池组保护电路的设计方案
导读:针对目前电动车锂电池组所用的保护电路大多都由分立原件构成,存在控制精度不够高、技术指标低、不能有效保护锂电池组等特点,本文中提出一种基于ATmega16L的电动车36V锂电池组(由10节3. 6 V锂电池串联而成)保护电路设计方案,利用高性能、低功耗的ATmega16L单片机作为检测和控制核心,用由MC34063构成的DC /DC变换控制电路为整个保护电路提供稳压电源,辅以LM60 测温、MOS管IRF530N作充放电控制开关,实现对整个电池组和单个电池的状态监控和保护功能,达到延长电池使用寿命的目的。    0 引言   随着电动车普及,锂电池也成为众人关心的焦点。 锂电池与镍镉、镍氢电池不太一样,因其能量密度高,
[汽车电子]
基于CAN总线和双传感器仿人机器人运动控制系统研究
    一、引言     机器人研究是自动化领域最复杂、最具挑战性的课题,它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术等多门学科于一体,是多学科高技术成果的集中体现。而仿人步行机器人技术的研究更是处于机器人课题研究的前沿,它在一定程度上代表了一个国家的高科技发展水平。运动控制系统是机器人控制技术的核心,也是机器人研究领域的关键技术之一,在机器人控制中具有举足轻重的地位,因此,各研究机构都把对机器人运动控制系统的研究作为首要任务。     动作协调、具有一定智能、能实现无线实时行走已经成为当今机器人发展的主题。随着以电子计算机和数字电子技术为代表的现代高技术的不断发展,特别是以DSP为代表的高速数字信号处理器和大规模可编程逻辑
[嵌入式]
CAN总线通信控制协议的仿真与性能分析
  控制器局域网(CAN)属于现场总线的范畴,是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。它是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线。由于其通信速率高、工作可靠、调试方便、使用灵活和性价比高等优点,己经在汽车业、航空业、 工业控制 、安全防护等领域中得到了广泛应用,被公认为几种最有前途的总线之一,其协议也发展为重要的国际标准。   随着CAN总线在各个行业和领域的广泛应用,其通信性能也越来越受到人们的关注。目前,已有很多学者对CAN总线通信性能进行分析研究。文中在分析CAN总线通信控制协议的基础上,在MATLAB/Sinulink软件Stateflow仿真环境下,利用有限状态机理论对CAN总线通信系统进
[嵌入式]
通过CAN总线控制VESC驱动直流无刷电机
最近在驱动一个直流无刷电机,驱动这一块不是我的研究重点,只是拿来用。但系统上用到CAN总线,找来找去找到了VESC这种神级物品,自然是拿一块来玩玩。 拿到我手上的VESC是国内某工作室的改版VESC V6.4(应部分网友需求,放出链接)。硬件方案是STM32F405+DRV8301+NVMFS5C628,带有CAN口、PPM口、USB口。 一个完全不知道参数的星型直流无刷电机,就这么1分钟就能转动。不得不说,本杰明大神的VESC Tool真是个神器,傻瓜式的一键调参。但是,本人的需求并不是通过VESC Tool让电机转速来,而是通过CAN口来向VESC下发指令,间接地控制直流无刷电机按需转动。 一开始把VESC源代码
[单片机]
通过<font color='red'>CAN总线</font>控制VESC驱动直流无刷电机
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved