面向電動汽車蓄電池組的狀態(tài)信號檢測系統(tǒng)設(shè)計

舒澤芳 王 娟

（貴陽學(xué)院機械工程學(xué)院，貴州貴陽550005）

0 引言

蓄電池技術(shù)是電動汽車的三大核心技術(shù)之一，蓄電池的工作狀態(tài)直接影響到電動汽車的整體工作狀況。目前，電動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蓄電池單體共同決定，而且實踐數(shù)據(jù)顯示，電池組的容量由其中工況最差的一個單體來決定[1]。

本文提出了一種基于LIN總線的面向電動汽車蓄電池組的狀態(tài)信號檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)由主控制節(jié)點和分布式多個從檢測節(jié)點構(gòu)成，各節(jié)點以微芯公司的PIC單片機為控制核心，外圍包括相關(guān)電流和電壓檢測電路、時鐘和電源電路，共同實現(xiàn)各單體電池工作狀態(tài)的分布式檢測。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

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

圖1 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

從節(jié)點檢測模塊通過電壓傳感器和電流傳感器對單個電池電壓和電流進(jìn)行檢測，獲取檢測數(shù)據(jù)后，通過相應(yīng)的信號調(diào)理電路送至從節(jié)點單片機，從節(jié)點單片機獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)后通過LIN總線驅(qū)動電路送至主節(jié)點檢測模塊中的單片機進(jìn)行存儲和顯示。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

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

檢測系統(tǒng)中LIN總線主節(jié)點微控制器采用PIC18F6520芯片，利用RD端口對液晶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。微控制器外圍的時鐘和晶振電路采用數(shù)據(jù)手冊的推薦設(shè)計[2]。

LIN總線的從節(jié)點完成蓄電池單體電壓和電流信號的采集傳送，微控制器采用PIC16F877芯片；電壓信號采集通過CHV-25P型閉環(huán)霍爾電壓傳感器模塊完成，其測量電壓范圍0～75 V，輸出電壓范圍為0～5 V，兩者為線性關(guān)系；電流信號采集通過開合式電流互感器SCT010T-100DV實現(xiàn)，其測量電流范圍為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)動接口采用MCP201芯片。從節(jié)點硬件原理圖設(shè)計如圖3所示。

圖3 從節(jié)點硬件原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

檢測系統(tǒng)軟件包括主節(jié)點軟件和從節(jié)點軟件，主從節(jié)點軟件中均包含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)點和多從節(jié)點構(gòu)成，主節(jié)點中包括主任務(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、同步場和標(biāo)識符場，同步場的數(shù)據(jù)由協(xié)議定義為0X55即B01010101，從節(jié)點接到此同步數(shù)據(jù)后，對從節(jié)點自身進(jìn)行波特率設(shè)定，以同步主節(jié)點。從任務(wù)在接收到幀頭后，根據(jù)標(biāo)識符場的要求發(fā)送相應(yīng)的響應(yīng)。

主節(jié)點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)點軟件流程圖

從節(jié)點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)點軟件流程圖

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