【正文】 系統(tǒng)中的一個軟件，依據(jù)軟件的分類，它應(yīng)該屬于固件程序軟件單片機(jī)固件程序設(shè)計通常分為三個步驟：系統(tǒng)定義、軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計、程序設(shè)計。在本次設(shè)計中，采用上述的設(shè)計理念，根據(jù)設(shè)計要求，電池管理系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計可以分五部分進(jìn)行設(shè)計，首先是對主控制程序的設(shè)計，它是調(diào)控系統(tǒng)的一個主體程序，CAN總線通信模塊充當(dāng)了它的連接脈絡(luò)，其他的就相當(dāng)于子程序的設(shè)計，主要有電壓測量模塊、電流測量模塊、絕緣電阻測量模塊。4 軟件系統(tǒng)設(shè)計 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計思想隨著新能源的出現(xiàn)，電力電子子技術(shù)也伴隨著變化，任何一個控制系統(tǒng)想實現(xiàn)他的功能，都必須是有硬件系統(tǒng)建立的電路設(shè)計，同時兼有軟件系統(tǒng)的設(shè)計，來達(dá)到控制的完整性，軟件系統(tǒng)是在硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，相當(dāng)于對硬件的一個擴(kuò)充，它的設(shè)計也是關(guān)系著整個控制系統(tǒng)是否能夠有很好的控制作用。圖11 CAN通信電路（3） C8051的 SM Bus 接口原理C8051F040 是一個雙向總線，它集成了 SM Bus的 接口，并且兼容12c總線，能夠達(dá)到與系統(tǒng)總線管理的特點。能夠?qū)AN 控制器提供接收功能，同時對總線也有差動發(fā)送數(shù)據(jù)的能力，作為控制器上的物理總線之間的接口，限流電阻為電阻 RRRR8，終端匹配電阻為R10 。同時因為汽車電子的干擾是很大的，因此我們使用了光耦進(jìn)行了信號的隔離。主要應(yīng)用了控制器、光耦隔離電路和 收發(fā)器ic等部分構(gòu)成了CAN總線的接收電路。CAN 最先是由德國Bosch 公司在上世紀(jì)設(shè)計的，專門應(yīng)用于汽車電子的一種新型總線。10）CAN還具有錯誤檢測功能，可以檢測錯誤，分析錯誤的類型，并且每個錯誤都是有不同的編碼，他會通知其他單元有關(guān)于這個錯誤信息的功能，當(dāng)有一個單元正在發(fā)送信息時，恰好被檢測出錯誤，那么這條信息指令會被禁止發(fā)送，如果錯誤的信息沒有恢復(fù)功能，那么單元一定會再次強行結(jié)束發(fā)送指令，這樣無限次的循環(huán)，知道錯誤恢復(fù)功能才停止，這樣檢測出來的錯誤更具有可信度。9）遙控發(fā)送。CAN總線連接的單元在理論上是沒有限制的，它能夠同時接連多個單元，能夠提高處理的速度，但是由于所有的總線都是依靠電力電子設(shè)備實現(xiàn)的，他就必然存在一些問題，如果連接的單元在總線上存在時間推移以及延遲，帶有電氣負(fù)載限制，比如可調(diào)控范圍。7）通信速度，每個系統(tǒng)都有適合它的通信速度，但是在同一網(wǎng)絡(luò)中，必須保證所有的通信速度是一樣的，不然數(shù)據(jù)傳輸會存在問題，CAN是以雙絞線為傳輸介質(zhì)的，它的傳輸性能非常好，傳輸距離相對來說很遠(yuǎn)。在多數(shù)情況下，在與總線相連的單元不存在能夠識別的信息來確保其他單元能夠找到信息的位置。5) 可靠靈活多樣是他的特點，可以進(jìn)行點對點的通信，也可以將進(jìn)行點對面的通信，是一個非常好的總線。3) 有優(yōu)先級的概念，因此如果出現(xiàn)了不同的節(jié)點的總裁問題，可以優(yōu)先解決高優(yōu)先級的。CAN總線具有如下的特點：1) 在CAN總線中，短幀結(jié)構(gòu)是CAN總線中基本的結(jié)構(gòu)，然后每一幀的數(shù)據(jù)都進(jìn)行了CRC校驗，一旦錯誤即可補發(fā)，因此可以大大的保證在任何情況下的傳輸?shù)恼_率，并且就算是干擾大，因此補發(fā)的機(jī)制也可以降速來做的準(zhǔn)確率。如果無故障發(fā)生時額情況下,所有的指示燈都熄滅。如果發(fā)生臨界故障的情況下,對應(yīng)的故障指示燈將會閃爍。選用7個燈來代表過充、過放、過流、過溫、容量高、容量低和節(jié)點通訊的故障顯示。圖9 絕緣電阻檢查電路 故障報警模塊電路的設(shè)計在本文的系統(tǒng)設(shè)計中，當(dāng)鋰電池組單體電壓、總電壓被檢測到為方便人們了解電池組運行情況,主控單元中電路板上設(shè)置了7個指示燈及1個蜂鳴器來顯示不同的電池故障。有源絕緣檢測方法原理如圖9所示，我們通過高頻的磁隔離變壓器給車身之間諸如短暫的高壓電，然后我們使用單片機(jī)對這個壓降進(jìn)行測量，根據(jù)電壓值即可測量出導(dǎo)通的電阻率，進(jìn)而獲得我們想要的電阻值。電動汽車運行中，由于電機(jī)控制器等高壓零部件電磁輻射較強，可能絕緣檢測單元在車輛運行中的嚴(yán)格電磁干擾狀態(tài)下，所以我們考慮到可能會出現(xiàn)因為干擾問題出現(xiàn)了錯誤的檢測，因此我們需要加入一些錯誤狀態(tài)判別的方案。當(dāng)今，全世界很多學(xué)者對電動汽車直流系統(tǒng)的絕緣電阻檢測方法做了大量研究工作，其中檢測方法多部分采用外接測量電阻的方法。因此我們設(shè)計的絕緣電阻檢測裝置，可以有效的檢測車輛的絕緣電阻的大小，如果一旦電阻大小不對，馬上停車報警。圖7 DS18B20芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖8 溫度檢測電路硬件處理需要其他相對軟件的配合使用,對于該DS18B20和單片機(jī)之間是使用的1wire總線通信,因此對讀寫時序要求極其嚴(yán)格，必須要遵循時序,否則讀取到數(shù)據(jù)會失敗。當(dāng)采用寄生電源供電時,需要把其中的兩個輸入端接地。DS18B20芯片有兩種供電方式，分別為外部電源和寄生電源。區(qū)別于傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器，他可以不用ad采集，直接輸出溫度值。本文采用超光儀表公司生產(chǎn)的FL一2型分流器(75mA一100A)作為電流檢測傳感器OZ8920芯片自身帶有溫度傳感器，如圖6所示。同時OZ890具有均衡功能，當(dāng)電池充電完成或者單節(jié)電池電壓過高后，MOS管閉合來分走電流，避免過充。電路由兩部分組成，單體電壓的采集電路，還有另一種電路叫做均衡電路。C 總線傳送到C8051F040?，F(xiàn)在能達(dá)到上述要求傳感器是非常少的,所需的傳感器應(yīng)該參考其目的、使用環(huán)境、被測的對象狀況、精度的要求和信號的處理等，具體條件來選擇進(jìn)行處理。 （6）傳感器性價比高。 （4）傳感器其精度適當(dāng)且穩(wěn)定性良好,靜態(tài)響應(yīng)和動態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能達(dá)到要求還可以長期穩(wěn)定。 （2）響應(yīng)速度快,工作的可靠性高。傳感器的量程應(yīng)該足夠大。傳感器是我們控制系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分，只有傳感器精準(zhǔn)的提出了相應(yīng)的采集,才可以做出精準(zhǔn)的結(jié)果。通過改進(jìn)電壓的調(diào)節(jié)來向OZ890這個元器件提供高電壓 。圖4 MAX743升壓電路通過查閱相關(guān)的資料，了解到MAX743升壓電路的知識，MAX743電源的相關(guān)電路只能輸出兩個等級的電壓正負(fù)15V及正負(fù)12V的電壓。圖3 電源模塊電路因此我們需要先把電源降壓到5V，此處使用Ti的LM2956作為降壓芯片。各個芯片通過 DCDC轉(zhuǎn)換獲得供電電壓，并能起到隔離抗干擾的作用。電動車的整車供電采用的是12V輸出，單片機(jī)部分需要一個5V的可靠電源，OZ890 芯片需要進(jìn)行電池檢測，因此需要一個盡可能寬的電壓，需要177。（5）最重要的功能是具有均衡功能，對于多節(jié)鋰電池的串聯(lián)系統(tǒng)來講，由于電池有差異性，因此使用均衡技術(shù)進(jìn)行充電是非常有必要的，OZ890恰好支持使用均衡技術(shù)監(jiān)管充電，保證每一個系統(tǒng)都可以運行。（3）如果電池發(fā)生短路斷路，則會第一時間進(jìn)行切斷，保護(hù)電池或者用電器的安全。OZ890 芯片采用TQFP64的封裝，具有如下性能特點： （1）和普通的鋰電池一樣，需要一定的保護(hù)措施來實現(xiàn)它的安全和可靠性，包括充電時的過壓過流，以及溫度檢測保護(hù)，短路檢測保護(hù)等。 復(fù)位電路如下圖： 電池管理芯片介紹 對12節(jié)電池進(jìn)行管理，我們必須要使用專門的電池管理芯片，因為單片機(jī)是串行執(zhí)行，不適合處理高響應(yīng)要求的并行時間，電池12節(jié)需要實時的一直進(jìn)行監(jiān)控，因此需要使用電池管理芯片來進(jìn)行管理，我們選擇的是電池管理芯片 OZ890，該芯片是由大名鼎鼎的集成電路公司O2Micro研發(fā)的。復(fù)位后單片機(jī)從這個狀態(tài)開始工作。本系統(tǒng)選用24MHz的晶振。 C8051F040的時鐘電路 C8051F040的時鐘可以是以內(nèi)部方式產(chǎn)生或著外部的方式產(chǎn)生，本系統(tǒng)所用的時鐘由外部方式發(fā)生。 （12）片內(nèi)有電源電壓監(jiān)控器，溫度傳感器，以及看門狗。 （10）豐富的接口包括UART，SPI，I2C。 （8）SRAM的大小有4KB。 （6）內(nèi)部具有12位精度的DAC兩通道，滿足特殊需求。 （4）內(nèi)部有12位的高精度ADC，速度可以達(dá)到100kbps。 （2）具有我們需要的CAN總線。如下圖2所示為8051單片機(jī)的全部的內(nèi)部資源的結(jié)構(gòu)。CAN總線通信：該模塊是用于進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信。通過報警，可以體現(xiàn)對出現(xiàn)異常情況時的處理和改善。當(dāng)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息超過規(guī)定范圍時，立刻發(fā)出聲光報警。單片機(jī)通過ADC采集可以獲得正負(fù)電源以及外殼等部分的電阻值大小，如果一旦發(fā)現(xiàn)有電阻值不正常，小于我們標(biāo)定的電阻安全值，測出觸發(fā)報警，從引腳輸出電平從而控制輸出相應(yīng)電平，此時我們設(shè)計的報警電路就會工作，發(fā)出強烈的聲音指示，同時還會發(fā)出LEd閃爍報警。溫度檢測電路：對電池組的溫度進(jìn)行采集，溫度采集非常重要，因為電池高溫可能發(fā)生自燃，造成危險，因此我們在充電和放電過程中必須要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，才能把危險情況降到最低。圖1 系統(tǒng)總流程圖電池管理系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：數(shù)據(jù)采集模塊、MCU主控單片機(jī)模塊、均衡模塊，包括傳遞溫度信息的溫度傳感器、監(jiān)控電流的電流傳感器和電壓傳感器，也包括連接這些器件的輔助器件，比如說漏電檢測模塊、顯示單元一級需要實現(xiàn)控制功能的控制器件。一個龐大的電池包被12個單體的電池組成在一起的， BMU是由為每個電池包配備一個電池模塊的監(jiān)控單元，在這里，BMS是由一個主控單元（CMU）與多個 BMU 組成的，整個電池管理系統(tǒng)可以分成結(jié)構(gòu)上層的主控模塊以及下層中的監(jiān)控模塊。 系統(tǒng)設(shè)計方案本文設(shè)計主要是設(shè)計一款電動汽車電池管理系統(tǒng)，電池使用了的普通的高能鋰電池單體12節(jié)組成了一個電池包，以管理此電池包為我們的需求來進(jìn)行設(shè)計，并有如下具體的細(xì)致要求：（1）可以檢測單體的電壓，也可以檢測總體的電壓，并且也可以檢測通過的總電流；（2）具有在充電和放電時都有可以測量電流的能力，正負(fù)電流都要表明測量（3）可以進(jìn)行實施的溫度檢測，檢測電池的當(dāng)前溫度值；（4）可以檢測絕緣性能，檢測電池當(dāng)前的絕緣性能的好壞；（5）具有報警功能和故障處理功能，可以液晶屏顯示（6）可以進(jìn)行CAN總線的通信，通過CAN總線進(jìn)行信息的交互； 系統(tǒng)總體設(shè)計方案的確定對于電動汽車來說，它所使用的大量單體鋰電串聯(lián)一起組成的動力源，涉及到電池的體積以及重量的方面，若干個串聯(lián)的模塊被分散安裝在車體中組成了電動汽車