一種分布式電池管理系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

圖4CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

CAN總線的軟件設(shè)計

CAN總線的三層結(jié)構(gòu)模型為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。其中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能由SJA1000完成，系統(tǒng)的開發(fā)主要在應(yīng)用層軟件的設(shè)計上，它主要由三個子程序：初始化子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)程序。同時，還包括一些數(shù)據(jù)溢出中斷以及幀出錯的處理。

SJA1000在上電硬件復(fù)位之后，必須對其進行軟件初始化之后才可以進行數(shù)據(jù)通訊，初始化過程主要包括對其復(fù)位模式下配置時鐘分頻寄存器CDR、總線定時寄存器BTR0和BTR1、驗收代碼寄存器ACR、驗收屏蔽寄存器AMR及輸出控制寄存器OCR等，實現(xiàn)對總線的速率、驗收屏蔽碼、輸出引腳驅(qū)動方式、總線模式及時鐘分頻進行定義。具體的流程如圖5所示。下面為SJA1000發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的流程，基本過程為主控制器將數(shù)據(jù)保存到SJA1000發(fā)送緩沖器，然后對命令寄存器的發(fā)送請求TR標(biāo)志位進行置位開始發(fā)送;接收過程為SJA1000將從總線上接收到的數(shù)據(jù)存入接收緩沖器，通過其中斷標(biāo)志位通知主控制器來處理接收到的信息，接收完畢之后清空緩沖器，等待下次接收，具體的流程如圖6和圖7所示。

圖5CAN總線初始化

圖6CAN的發(fā)送數(shù)據(jù)流程

圖7CAN接收數(shù)據(jù)的流程

例如：電池管理系統(tǒng)向整車系統(tǒng)發(fā)送總電壓的格式，見表1所列。

表1BCU_VCU_VOLTAGE(0x08)向VCU送回電池組當(dāng)前的電壓

其中，ID為接收節(jié)點總線的地址，電壓值先乘10取整再發(fā)送，0x08表示發(fā)送幀的內(nèi)容為電池組的電壓。

CAN總線應(yīng)用問題

在硬件方面必須考慮合理的供電，注意對各個CAN器件的電源、地之間的濾波，以及復(fù)位電路的設(shè)計;同時在實際進行印刷電路板的設(shè)計時，合理布線，要加強地線，增強系統(tǒng)的抗干擾性。

在軟件設(shè)計時，CAN總線定時器的設(shè)置非常關(guān)鍵，BTR0決定傳播時間段、相位緩沖段1和相位緩沖段2;BTR1決定同步跳轉(zhuǎn)寬度和分頻值。在位定時寄存器中，TSEG1,TSEG2,SJW和BRP設(shè)定的值要比其功能值小1,因此設(shè)定范圍是[0……N-1]而不是[1……N].所以位時間可以由[TSEG1+TSEG2+3]tq或者[同步段+傳播段+相位緩沖段1+相位緩沖段2]tq得到，其中，tq由系統(tǒng)時鐘tSCL和波特率預(yù)分頻值BRP決定：tq=BRP/tSCL.

同時，還要注意由于不同節(jié)點的CAN系統(tǒng)時鐘是由不同振蕩器提供的，每個節(jié)點的實際CAN系統(tǒng)時鐘頻率與實際位時有一容差，環(huán)境溫度的變化和振蕩器老化影響起始容差，為確保準(zhǔn)確地進行數(shù)據(jù)傳輸，必須保證每個節(jié)點對CAN系統(tǒng)時鐘頻率都在特定的頻率容差限值以內(nèi)，因此，在選擇振蕩器時要以對振蕩器容差范圍要求最高的節(jié)點為準(zhǔn)。而且，在一個可以擴展的總線結(jié)構(gòu)中，最大節(jié)點延遲和總線最大長度必須考慮，一般情況下，延遲為5.5ns/m.

在實際運行中，經(jīng)常會遇到CAN總線不通或者總線突然關(guān)閉現(xiàn)象，其主要原因是由于在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象，從而引起出錯，當(dāng)錯誤計數(shù)器達到一定時會自動關(guān)閉總線，因此，必須在軟件設(shè)計的過程中，及時對其錯誤狀態(tài)ES位進行判別，在出現(xiàn)錯誤時需對SJA1000進行軟件復(fù)位，恢復(fù)通訊。

在863重大專項電動汽車的電池管理模塊的研制中，就是采用CAN總線通訊的分布式結(jié)構(gòu)。通過對鎳氫電池組、鋰電池組的臺架試驗結(jié)果表明了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的先進性，實現(xiàn)了各模塊的獨自功能，工作正常可靠，鋰電池組系統(tǒng)的CAN總線的節(jié)點數(shù)增加到12,在強電磁干擾下，仍能正常工作，而且線路連接十分簡單、實用。

兩種電池組的參數(shù)、測量方法、電池個數(shù)、安全要求都不相同，分組也不一樣，但系統(tǒng)均能有效地適應(yīng)，反映出其具有良好的適應(yīng)性和較大的靈活性。