基于

ＣＡＮ总线的锂离子动力电池组管理系统

摘要

：本文描述了一种新的动力电池组管理系统，该系统基于

ＣＡＮ总线技术，具有电池组状态监控、均衡充电、电池荷电量评

估等功能

，可以提高电池组的使用效率及寿命，保证电池组和电动汽车行车的安全。

关键词

：

ＣＡＮ总线；电池组管理系统；状态监控；均衡充电；电池荷电量评估

中图分类号

：

Ｕ４６９．７２

文献标识码

：

Ａ

文章编号

：

１００９－９４９２（２００７）０１－００８１－０２

１

前言

发展电动汽车

，缓解能源危机和环境污染是我国政府

实施的重大科学战略。采用锂离子动力电池等新型高能二

次电池是电动汽车

（

ＥＶ

）研发与产业化的关键。目前，制

约

ＥＶ

推广应用的最主要问题是锂离子动力电池组的造价

及使用寿命问题。

为保证锂离子动力电池组在电动汽车的安全高效使用

必须配置电池管理系统

（

ＢＭＳ

）。

ＢＭＳ

是采用微电脑技术

，

检测技术等构成的、对电池组的特性及工况进行检测与控

制的一套装置。其目的是提高动力电池组的使用效率及寿

命。影响锂离子动力电池组使用寿命的重要原因之一是动

力电池特性的不一致。在

ＢＭＳ

中配备均衡充电功能

，可有

效补偿单个电池容量的不一致

，有效降低电池容量不一致

而造成电池组使用效率和寿命缩短的问题。通过

ＢＭＳ

，可

以估算电池荷电量

（

ＳＯＣ

），保证

ＳＯＣ

维持在合理的范围

内及行车安全

，防止由于过充电或过放电对电池的损伤。

ＢＭＳ

也可对有故障的电池作出早期预测

，防止因单只电池

损坏造成的整组电池寿命降低。

在汽车电控装置中

，

ＣＡＮ

总线应用较为广泛

，不仅已

被高档轿车上采用

，在一些经济型乘用车中也进入了实用

化阶段。

ＣＡＮ

总线规范是目前具有国际标准的一种现场总

线

，得到

Ｉｎｔｅｌ

、

Ｍｏｔｏｒｏｌａ

、

Ｐｈｉｌｉｐｓ

、

ＴＩ

、

Ｉｎｆｉｎｅｏｎ

等许多半

导体制造厂商的支持

，推出各种集成有

ＣＡＮ

协议的产品。

本文研究了基于

ＣＡＮ

总线的锂离子动力电池管理系统。

２

电池管理系统组成

本文所设计的锂离子动力电池管理系统采用基于

ＣＡＮ

总线的分布式系统

，它由上层控制器（

ＥＣＵ

）、下层

ＥＣＵ

及

ＣＡＮ

总线组成。

ＣＡＮ

总线是目前汽车应用最广泛的现场

总线之一

，它能有效地支持分布式控制或实时控制的串行

通信网络。通信介质可以是双绞线、同轴电缆和光导纤维。

电池管理系统的控制拓扑结构框图如图

１

所示

，

ｎ

个

下层电控单元

（

ＥＣＵ

）和

１

个上层

ＥＣＵ

组成一个

ＣＡＮ

总

线网络

，网络拓扑结构为总线型，传输介质为双绞线，传

输协议为

ＣＡＮ２．０Ａ

。下层

ＥＣＵ

的主要功能是测量单体电

池的电压、温度以及与上层

ＥＣＵ

进行数据通信。采用带

ＣＡＮ

接口的专用芯片可在简化系统结构的基础上实现上述

功能

，本文主要对上层

ＥＣＵ

进行介绍。

上层

ＥＣＵ

硬件框图如图

２

所示。系统采用

ＡＴＭＥＬ

公

司的

ＡＴ８９Ｓ５２

微处理器。

ＡＴ８９Ｓ５２

是一个低功耗、高性能

的

ＣＭＯＳ８

位单片机

，其兼容标准

ＭＣＳ－５１

指令系统及

８０Ｃ５１

引脚结构

，芯片内集成了通用

８

位中央处理器和

ＩＳＰＦｌａｓｈ

存储单元

，功能强大的

ＡＴ８９Ｓ５２

可为许多嵌入

式控制应用系统提供高性价比的解决方案。微处理器通过

扩展的

ＣＡＮ

接口从

ＣＡＮ

总线上接收下层

ＥＣＵ

上传的电

压、温度。经过一定的处理和判断后存储在

ＲＡＭ

中

，并

且将要显示的参数送往显示器进行显示。微处理器还能通

过

ＲＳ２３２

接口与上位机进行通信

，这样就可以对整车的历

图

１

电池管理系统的控制拓扑结构