面向電動(dòng)汽車蓄電池組的狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

舒澤芳 王 娟

（貴陽(yáng)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550005）

0 引言

蓄電池技術(shù)是電動(dòng)汽車的三大核心技術(shù)之一，蓄電池的工作狀態(tài)直接影響到電動(dòng)汽車的整體工作狀況。目前，電動(dòng)汽車蓄電池組均是以蓄電池單體串聯(lián)方式構(gòu)成的，通常包含幾十塊甚至上百塊單體蓄電池。蓄電池組的整體工況由每一個(gè)蓄電池單體共同決定，而且實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，電池組的容量由其中工況最差的一個(gè)單體來決定[1]。

本文提出了一種基于LIN總線的面向電動(dòng)汽車蓄電池組的狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)由主控制節(jié)點(diǎn)和分布式多個(gè)從檢測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，各節(jié)點(diǎn)以微芯公司的PIC單片機(jī)為控制核心，外圍包括相關(guān)電流和電壓檢測(cè)電路、時(shí)鐘和電源電路，共同實(shí)現(xiàn)各單體電池工作狀態(tài)的分布式檢測(cè)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

檢測(cè)系統(tǒng)由主節(jié)點(diǎn)檢測(cè)模塊通過LIN總線和從節(jié)點(diǎn)檢測(cè)模塊組成，檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

從節(jié)點(diǎn)檢測(cè)模塊通過電壓傳感器和電流傳感器對(duì)單個(gè)電池電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)后，通過相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路送至從節(jié)點(diǎn)單片機(jī)，從節(jié)點(diǎn)單片機(jī)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)后通過LIN總線驅(qū)動(dòng)電路送至主節(jié)點(diǎn)檢測(cè)模塊中的單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路包括主節(jié)點(diǎn)硬件和從節(jié)點(diǎn)硬件，主節(jié)點(diǎn)硬件部分包括PIC18F6520微控制器最小系統(tǒng)、LIN驅(qū)動(dòng)接口電路、數(shù)顯電路三部分，其硬件電路原理圖設(shè)計(jì)如圖2所示。

檢測(cè)系統(tǒng)中LIN總線主節(jié)點(diǎn)微控制器采用PIC18F6520芯片，利用RD端口對(duì)液晶12864進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入，RE0/RE1進(jìn)行12864的讀寫控制。PIC18F6520芯片和LIN總線接口之間采用MCP201芯片作為驅(qū)動(dòng)接口芯片，利用PIC18F6520的UART接口作為接收和發(fā)送數(shù)據(jù)端口。微控制器外圍的時(shí)鐘和晶振電路采用數(shù)據(jù)手冊(cè)的推薦設(shè)計(jì)[2]。

LIN總線的從節(jié)點(diǎn)完成蓄電池單體電壓和電流信號(hào)的采集傳送，微控制器采用PIC16F877芯片；電壓信號(hào)采集通過CHV-25P型閉環(huán)霍爾電壓傳感器模塊完成，其測(cè)量電壓范圍0～75 V，輸出電壓范圍為0～5 V，兩者為線性關(guān)系；電流信號(hào)采集通過開合式電流互感器SCT010T-100DV實(shí)現(xiàn)，其測(cè)量電流范圍為0～100 A，輸出電壓范圍為0～5 V，兩者均為線性關(guān)系；LIN總線驅(qū)動(dòng)接口采用MCP201芯片。從節(jié)點(diǎn)硬件原理圖設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 從節(jié)點(diǎn)硬件原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)軟件包括主節(jié)點(diǎn)軟件和從節(jié)點(diǎn)軟件，主從節(jié)點(diǎn)軟件中均包含LIN總線通信部分，LIN總線通信屬于低速串行通信，其通信幀的格式符合UART格式，波特率根據(jù)軟件進(jìn)行設(shè)置，其基本通信原理如圖4所示[3]。

LIN總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由單主節(jié)點(diǎn)和多從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，主節(jié)點(diǎn)中包括主任務(wù)軟件和從任務(wù)軟件。通信幀由幀頭和響應(yīng)構(gòu)成，每次通信由主任務(wù)發(fā)起，由軟件控制UART中的TXD引腳送出幀頭中的間隔場(chǎng)、同步場(chǎng)和標(biāo)識(shí)符場(chǎng)，同步場(chǎng)的數(shù)據(jù)由協(xié)議定義為0X55即B01010101，從節(jié)點(diǎn)接到此同步數(shù)據(jù)后，對(duì)從節(jié)點(diǎn)自身進(jìn)行波特率設(shè)定，以同步主節(jié)點(diǎn)。從任務(wù)在接收到幀頭后，根據(jù)標(biāo)識(shí)符場(chǎng)的要求發(fā)送相應(yīng)的響應(yīng)。

主節(jié)點(diǎn)的軟件部分包括系統(tǒng)初始化部分、LIN總線通信部分、12864液晶驅(qū)動(dòng)部分，其軟件流程圖如圖5所示。

圖4 LIN總線原理圖

圖5 主節(jié)點(diǎn)軟件流程圖

從節(jié)點(diǎn)的軟件部分包括系統(tǒng)初始化部分、LIN總線通信部分、電壓電流信號(hào)采集部分，其軟件流程圖如圖6所示。

4 結(jié)語

圖6 從節(jié)點(diǎn)軟件流程圖

通過利用LIN總線能將蓄電池多個(gè)單體的檢測(cè)從模塊連接至LIN總線主節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)蓄電池單體電壓電流的檢測(cè)和顯示，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有助于蓄電池組整體狀態(tài)的監(jiān)控、分析和管理。