王恩亮，涂德鳳，陳業(yè)慧

（安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥 230088）

電動汽車電池管理系統(tǒng)主控板硬件設(shè)計

王恩亮，涂德鳳，陳業(yè)慧

（安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥 230088）

對電池管理系統(tǒng)主控板設(shè)計.通過Protel 99 SE軟件對主控板各模塊進(jìn)行電路圖設(shè)計，再對各模塊進(jìn)行檢測，通過檢測來保證主控板最終能夠正常運(yùn)行.

電動汽車；電池管理系統(tǒng)；主控板

傳統(tǒng)汽車就對環(huán)境造成了很大的破壞，而電動汽車不但對環(huán)境的污染較小，還能代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車為人們服務(wù)，電動汽車現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)前技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域.電池管理系統(tǒng)作為電動汽車的一個核心部分，要求實(shí)時監(jiān)測電池狀態(tài)、實(shí)時采集電動汽車電池組中的電池的電壓、溫度、充放電電流、電池組總電壓及電池組絕緣狀態(tài)等，從而保證電池能量的高效利用、防止電池過充電和過放電、保障電池的安全使用和延長電池壽命等功能已逐漸明確[1].而主控板作為電池管理系統(tǒng)主要部分之一，在研究方面也得到重視，本篇論文對電動汽車的電池管理系統(tǒng)主控板硬件進(jìn)行設(shè)計.

1 系統(tǒng)架構(gòu)

電池管理系統(tǒng)高壓板組成如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計

2.1 MCU最小系統(tǒng)電路設(shè)計

MCU最小系統(tǒng)完全按照Freescale MC9S12微處理器的最小系統(tǒng)設(shè)計，其主要功能是保證MCU最小系統(tǒng)正常工作，為各個模塊提供相應(yīng)的引腳.

2.2 存儲模塊電路

存儲模塊有兩個部分，一個存儲芯片是FM24C64，存儲的是系統(tǒng)的一些重要參數(shù)；另一個存儲芯片是大容量的AT45DB041B，存儲的是高壓板、檢測板傳送過來的一些歷史數(shù)據(jù)[1].

本設(shè)計采用鐵電存儲器FM24C64，芯片通過IIC串行擴(kuò)展總線與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過一根數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL實(shí)現(xiàn)全雙工的同步數(shù)據(jù)傳送.系統(tǒng)采用了可控的供電方式，當(dāng)MCU工作穩(wěn)定且需要讀寫數(shù)據(jù)時才對芯片進(jìn)行上電.

圖2 重要參數(shù)存儲電路

為了存儲高壓板、檢測板傳送過來的一些歷史測量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)選用大容量存儲器AT45DB041B.該存儲器使用系統(tǒng)自帶的SPI（串行外設(shè)接口）[2].

2.3 CAN通信電路設(shè)計

主控板通過高壓板、檢測板傳過來的數(shù)據(jù)判斷，再對外部發(fā)出指令[3].本系統(tǒng)最關(guān)鍵的是三塊板之間的通信，以及和外部的通信.系統(tǒng)采用Freescale MC9S12微處理器自帶的CAN控制器模塊和CAN收發(fā)器模塊，外加濾波電路和穩(wěn)壓保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)CAN通信.CAN收發(fā)器模塊RS接地使其工作在高速模式下，并在總線端加上RC濾波器和穩(wěn)壓二極管實(shí)現(xiàn)對芯片進(jìn)行保護(hù).為了防止干擾信號通過CAN通信線路的串入影響到系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)采用ISO7221A數(shù)字雙通道高速光隔離芯片將CAN通信模塊與MCU最小系統(tǒng)之間進(jìn)行了光藕隔離.兩組不共地的電源由DC/DC變換芯片B0505D取得.為了消除電源波動，DC/DC變換的輸入輸出都進(jìn)行了濾波處理.

3 主控板硬件測試

3.1 存儲模塊測試與分析

3.1.1 存儲模塊電壓測試1—FM24C64芯片電源電壓測試

測試步驟：將主板接通12V穩(wěn)壓電源，ON檔信號控制電源導(dǎo)通，程序控制給FM24C64供電，用數(shù)字萬用表兩端口測量U3的8端對地電壓，

測試結(jié)果：FM24C64的 8端對地電壓是4.98V，標(biāo)準(zhǔn)值為5V；測得的FM24C64的4端對地電壓是0V，標(biāo)準(zhǔn)值0V.

3.1.2 存儲模塊電壓測試2—AT45DB041D芯片電源電壓測試

測試步驟:將主板接通12V穩(wěn)壓電源，ON檔信號控制電源導(dǎo)通，用數(shù)字萬用表的兩端測量79L05的1端、2端、3端對地電壓，U15的6端對地電壓，U15的7端對地電壓，

測試結(jié)果：79L05的1端對GND電壓2.217V，標(biāo)準(zhǔn)值2.12V；79L05的2端對GND電壓0V，標(biāo)注值0.00V；79L05的3端對GND電壓2.747V，標(biāo)準(zhǔn)值2.5—3.6V；AT45DB041D的6端電壓2.756V，標(biāo)準(zhǔn)值 2.5—3.6V；AT45DB041D的 7端電壓 0V，標(biāo)準(zhǔn)值0.00V.

3.2 存儲模塊讀寫測試

測試步驟：將主板接通12V穩(wěn)壓電源，ON檔信號控制電源導(dǎo)通，寫入FM24C64測試程序，觀察燈是否閃爍，并用示波器觀察SCL信號，測試結(jié)果如圖3所示.燈閃爍，表明FM24C64工作正常.

圖3 SCL信號和SDA信號波形圖

3.3 CAN通信發(fā)送接收測試

測試步驟：將主板接通12V穩(wěn)壓電源，ON檔信號控制電源導(dǎo)通，連接USBCAN分析儀程序控制主板向 USBCAN 分析儀發(fā)送 00、01、02、03、04、05、06、07、08，經(jīng)過測試和分析，CAN 通信發(fā)送接收正常.

4 結(jié)束語

動力電池是電動汽車主要技術(shù)之一，而主控板是電池管理系統(tǒng)的一個模塊，在實(shí)際工作中，主控板起著重要的作用.

本文主要是對主控板的硬件設(shè)計和測試，主控板的硬件電路包括時鐘模塊、光耦模塊、MCU最小系統(tǒng)、存儲模塊和CAN通信模塊，然后分別對存儲模塊的FM24C64芯片和AT45DB041D芯片進(jìn)行電源電壓測試，再進(jìn)行讀寫測試，用示波器觀察其波形圖.最后對CAN通信模塊進(jìn)行測試，用USBCAN分析儀進(jìn)行觀察分析.測試結(jié)果表明設(shè)計的主控板各模塊都正常運(yùn)行，從而確保主控板的正常工作.本文所設(shè)計并實(shí)現(xiàn)的電池管理系統(tǒng)硬件電路可靠、經(jīng)濟(jì)、抗干擾能力強(qiáng).

〔1〕李秉宇．混合動力汽車鎳氫動力電池管理系統(tǒng)的研究[D]．北京:北京交通大學(xué),2008．

〔2〕宋磊．CAN總線在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用研究Ⅱ[D]．江蘇大學(xué)，2002．105-106．

〔3〕肖玉萍．混合動力電動汽車電池管理系統(tǒng)[D]．北京:北方工業(yè)大學(xué)，2008．2-3．

TP301

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2017-09-24

安徽省大學(xué)生創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(2016ckjh095)；安徽新華學(xué)院校級科研項(xiàng)目（2016td018）；安徽新華學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2017jxtdx01）