基于STM32和CAN總線的電動車電池管理系統設計

隨著電池能源的廣泛使用，石油資源的枯竭和環境污染，電動車以其節能環保的優點引起越來越多的重視，在電動車的研究和發展上，車載電池及其管理系統的研究與制造占據著緊要位置。電動車動力電池在使用中的主要問題表今朝：加工過程中，電池的工藝，技術以及成組技術還不能保證其初始性能具有良好的一致性；使用過程中，對過充電、過放電、過溫度、過電流等非常敏感，這類情況的發生會分明縮短電池壽命，甚至會導致電池報廢。電池包是幾十個甚至上百個單體電池串聯，單體電池之間存在不一致性，隨著連續的充放電循環，電池間的不一致性加劇，電池包的可用容量受容量最小的單體電池制約。對于這些情況，電池的初始性能非得要依賴企業加工工藝的優化，加工過程關鍵參數的控制來改善，而使用過程中出現的問題則需要電池管理系統來處理。本設計是以STM32F107為核心的主控制器通過CAN通信網絡控制以C8051F500單片機為核心的電池包信息采集和基本控制模塊工作及獲取數據。主要實現了單體電池的過壓放電均衡，過流保護、過溫保護、過放電保護以及通過上級控制器匯報并存儲整體電池包的工作狀態。

1硬件設計

1.1系統總體架構

系統所監控管理的電池組組成結構為：先將一定數目的鋰電池串聯，將若干電池串并聯成一電池包，最后將若干電池包串聯構成整體的電池組，這種串并聯復用的組織形式有利于進行單串電池的充放電起停操作，降低使用過程中萌生的電池容量不一致性。管理系統的構成如圖所示，每個電池串配置一個二級控制器監測管理，采集電流、電壓、溫度等數據并上傳，控制電池串起停與均衡操作，一級控制器為雙CAN控制器結構，CAN1控制器與二級控制器組成電池包的CAN網絡，CAN2控制器與主控板電池組組成內部一級CAN總線網絡，負責向主控板匯報該電池包工作情況及向下屬二級控制器傳達指令，主控制板的CAN2控制器則接入整車CAN總線。由于各電池包為串聯結構，電壓的遞增關系影響到二級控制器，故而供電時需經DC/DC轉換。

1.2主控制器、一級控制器架構

主控制器，一級控制器的核心控制由意法半導體的STFM32F107完成，STM32F107是一款高性能、低成本、低功耗的32位RISC微解決器，采用ARMCortex-M3的內核，內部含有256kB的Flash和64kB的SRAM，有著充分的編程空間，主頻為72MHz，足以承擔對下級控制器的實時管理。所蘊含外設有：基本的電源電路、復位電路、標準JTAG調試口、雙CAN物理層電路、EEpROM存儲器，對于本系統設計來說是最佳方案。

1.3二級控制器架構

由于鋰電池單體電壓較小，一般約為4V，而整體電池組電壓則高達數百伏，單串電池長度也在15個以上，而目前常用的電池測量芯片成本較高且只能監測6節或12節電池電壓，綜合考慮決定以C8051F500為核心設計二級控制器，這種設計相較于專用電池測量芯片而言，缺點是精度較低，優勢是可以對所測量的數據先進行計算解決，不完全依靠上級控制器的指令。

C8051FS00解決器按AEC-Q100探測標準設計，具有寬工作電壓、寬工作溫度范圍、抗干擾能力強并內置CAN及LIN總線控制器，適合汽車電子及工業控制方面的使用。該芯片具有32路I/O口，接口數滿足監控電池串工作的需要，具有12bit的ADC，每個通道的最小建立時間

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