【正文】 2個(gè) SPI接口 (18M位 /秒 )； CAN接口 ( 主動(dòng) )； USB 。 （ 2） 存儲(chǔ)器：從 64K或 128K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器；高達(dá) 20K字節(jié)的 SRAM。如圖 31所示： 電 壓 信 號(hào)電 流 信 號(hào)溫 度 信 號(hào)S T M 3 2 F 1 0 3 B串 口 通 信C A N 通 信巡 檢 電 路電 源 模 塊單 體電 壓 信 號(hào)擴(kuò) 展E E P R OM 圖 31電池管理系統(tǒng)硬件框圖 STM32F103VB 簡介 STM32F103VB是一 個(gè)完整的系列，其成員之間是完全地腳對(duì)腳兼容，軟件和功能上也兼容， 其 功能 描述如下。這就是本采集系統(tǒng)的意義所在。而且此采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多塊高壓電池的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，并不需要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)就可以直接從 CAN 端口輸送到儀表上面顯示出來。 16 第三章 基于 STM32F103VB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本章重點(diǎn)介紹 STM32F103VB 系列芯片以及其外圍電路的設(shè)計(jì)。車速測量采用的是脈沖采集法，由于每個(gè)脈沖方波的時(shí)間很短，對(duì)信號(hào)的采集控制就不容易控制。稍微遇到信號(hào)干擾就會(huì)出現(xiàn)測量值的偏差，比如噪聲等造成的。 (3) 電機(jī)溫度誤差。 (2) 電池溫度誤差。 (1) 電流測量誤差。 （ 6）模塊化結(jié)構(gòu) ， 便于安 裝維護(hù) 。 （ 4） 電池組 / 單電池充電壓監(jiān)測與超常判斷 ， 報(bào)警 。 （ 2） 自動(dòng)對(duì)蓄電池組參數(shù)按時(shí)間順序循環(huán)檢測 。 系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 一般認(rèn)為電池管理系統(tǒng)主要有如下功能：電池狀態(tài)參數(shù)采集 (包括溫度 、 電壓 、 電流等 )、 電池荷電狀態(tài) (SOC)的準(zhǔn)確估計(jì) 、 不健康電池的早期診斷 、 對(duì)電池組安全運(yùn)行全面監(jiān)控，如防止電池的過充電和過放電等。 14 數(shù) 據(jù) 顯 示 系 統(tǒng)C A N 節(jié) 點(diǎn)S O C 系 統(tǒng)電 池 監(jiān) 控 系 統(tǒng)溫 度 、 電 壓 、電 流 信 號(hào)電 壓 、 電 流信 號(hào)溫 度 、 電 壓 、電 流 信 號(hào)電 池 組C A N 節(jié) 點(diǎn)C A N 節(jié) 點(diǎn)C A N 節(jié) 點(diǎn)電 池 保 護(hù) 系 統(tǒng)C A N 總 線 圖 22 CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 CAN網(wǎng)絡(luò)在 本文設(shè)計(jì)采集系統(tǒng)中起到的作用跟如上所述相同。本文所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)是應(yīng)用在電池電動(dòng)汽車的整車分布式 CAN 網(wǎng)絡(luò)上的 , 對(duì)整個(gè) CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。信息類主要是發(fā)送一些信息 ,如傳感器信號(hào)、診斷信息、系統(tǒng)的狀態(tài)。各個(gè)控制器之間通過 CAN 總線進(jìn)行通信 ,以實(shí)現(xiàn)傳感器測量數(shù)據(jù)的共享、控制指令的發(fā)送和接收等 ,并使各自的控制性能都有所提高 ,從而提高系統(tǒng)的控制性能。 CAN 總線作為一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)完全能夠滿足這些要求 ,其模型結(jié)構(gòu)只有三層 ,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 （ 2） 系統(tǒng)的可靠性高 ,即當(dāng)節(jié)點(diǎn)或總線出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)整車性能的影響盡可能的小 ?；谙铝?5 條基本規(guī)則進(jìn)行通信協(xié)調(diào) ： （ 1）總線訪問 ； （ 2）仲裁 ； （ 3）編碼 / 解碼 ； （ 4）出錯(cuò)標(biāo)注 ； （ 5）超載標(biāo)注。具有很高的適應(yīng)性 。節(jié)點(diǎn)故障時(shí)有自動(dòng)關(guān)閉總線功能 ,可以與總線脫離 ,不影響總線操作 。用戶接口簡單、編程方便 。采用短幀結(jié)構(gòu)每一幀有效字節(jié) 8個(gè) ,傳輸時(shí)間短 ,受干擾概率低 ,重新發(fā)送快 。采用非破壞性總線仲裁技術(shù) ,多點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí) ,優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn) ,主動(dòng)停止發(fā)送 ,優(yōu)先級(jí)高的不受影響繼續(xù)發(fā)送 ,有效的避免了總線沖突 ?？晒ぷ饔诙嘀鞴ぷ鞣绞?,任一節(jié)點(diǎn)任一時(shí)刻均可主動(dòng)發(fā)送信息 ,不分主從 ,通訊方式靈活 ,可方便的構(gòu)成多機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng) 。通過比較得出的 X值就是所檢測的電池電壓。綜合考慮溫度的準(zhǔn)確性和可靠性 ,電池箱設(shè)置 10個(gè)溫度采集點(diǎn) ,均勻分布在電池箱的待測電池單體上。 (2)電流信號(hào)的采集 :系統(tǒng)只需采集整個(gè)電池箱的充放電電流 ,故采用分流計(jì)采集電流數(shù)據(jù) 。電池管理系統(tǒng)信號(hào)采集如下 : 12 (1) 電壓信號(hào)的采集 :鋰離子電池管理系統(tǒng)需要采集每個(gè)單體電池的電壓信號(hào)。 電池管理系統(tǒng)需要采集的信號(hào)有 :電壓信號(hào)、電流信號(hào)和溫度信號(hào)。電池組一般都采用串聯(lián)方式工作，工作電流與單體電池是一樣的，檢測比較容易，而端電壓的檢測則比較困難 。 本文設(shè)計(jì)的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如下圖 21 所示。 （ 2）中央處理器模塊 。 基于 STM32的車在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制框圖 根據(jù)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)功能和實(shí)際參與控制的對(duì)象 , 設(shè)計(jì)出電池管理系統(tǒng)中央控制器及電池測控模塊 ,采用功能劃分和模塊化設(shè)計(jì)思想 , 系統(tǒng)分離成不同的功能模塊。 電池管理單元由高性能 32位的，基于 ARM核的較高級(jí)的微處理器和必要的外圍電路構(gòu)成 ,采集 系統(tǒng)收集各電池的當(dāng)前狀態(tài)參數(shù) (電壓、容量、溫度 ) ,并將這些信息進(jìn)行處理后通過 CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)車 的身上的各種參數(shù)的動(dòng)態(tài)測量。嵌入式系統(tǒng) 由性能較高的微處理器為核心 ,配合大 容量的程序和數(shù)據(jù)存存器及總線接口構(gòu)成 ,由此它能對(duì)從總線上傳來的系統(tǒng)信息進(jìn)行迅速處理 ,大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存放了系統(tǒng)運(yùn)行最佳狀態(tài)參數(shù) ,這樣處理器就能及時(shí)并精確按控制策略對(duì)采集到的電池?cái)?shù)據(jù)變量進(jìn)行分析并處理。 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種新型且性能比較好的電池管理系統(tǒng)， 選用的是集成了 CAN 控制器模塊 STM32芯片平臺(tái)的 微控制器 ，建立在一塊 PCB板的嵌入式單片機(jī)。 比如電池低電量、電池溫度過高、使用時(shí)間過長以及短路等會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)車無法正常行駛的因素在即將發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的危險(xiǎn)信號(hào)等，可以起到報(bào)警作用，便于人們及時(shí)排除故障。 表 、傳 感器采集信號(hào)和執(zhí)行器件 。 9 第二章 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能概述 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)際上就是一套電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)，它主要是對(duì)電池系統(tǒng)中的幾十塊甚至是上百塊電池進(jìn)行有效地管理。 在軟件設(shè)計(jì)方面，在 Keil 軟件平臺(tái)上完成了嵌入式單片機(jī) STM32F103B 的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車載多級(jí)串聯(lián)鋰電池、電池溫度、車速等數(shù)據(jù)的 監(jiān)測、采集和分析。 在本課題的研究過程中，閱讀了大量的書籍和參考文獻(xiàn)，并深入汽車生產(chǎn)單位進(jìn)行實(shí)地考察和調(diào)研，充分對(duì)本課題的可行性進(jìn)行分析。 但由于這些產(chǎn)品價(jià)格昂貴，適用領(lǐng)域有所限制，知識(shí)產(chǎn)權(quán)等問題，不適合于在國內(nèi)進(jìn)行大范圍的推廣和使用。 在國際上，也有不少發(fā)達(dá)國家對(duì)該課題進(jìn)行了深入的研究，并取得了 一些成果。還不能適應(yīng)全車數(shù)據(jù)的便攜式采集和整車數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析。該實(shí)驗(yàn)室與上汽集團(tuán)等聯(lián)合開發(fā)的電池管理系統(tǒng)目前已 初步試運(yùn)行 在上海世博會(huì)的燃料電池汽車系統(tǒng)中。 隨著綠色能源汽車的興起和推廣， 國內(nèi)外已經(jīng)有部分科研機(jī)構(gòu)開始著手對(duì)車載電池管理系統(tǒng)進(jìn)行研究和開發(fā)。 為確保電池性能良好，延長電池使用壽命，必須對(duì)電池進(jìn)行合理有效的管理和控制，為此，國內(nèi)外均投入大量的人力物力開展廣泛深入的研究。 目前，影響電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的主要因素包括動(dòng)力電池的安全性和使用成本問題，延長電池的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。由于 綠色能源汽 車 一般都采用多級(jí)串聯(lián)的鋰電池作為車輛的主要 動(dòng)力系統(tǒng)， 一般 由幾十只甚至數(shù)百只單體電池組成 。車載 電池管理 系統(tǒng)的技術(shù)水平直接關(guān)系到電動(dòng)汽車的質(zhì)量與安全性。特別是該系統(tǒng)利用較少的接口實(shí)現(xiàn)了對(duì)多塊電池電壓的實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，很大程度上減輕了車輛管理人員的負(fù)擔(dān)。 總體框圖如圖 11所示。 本文中所涉及的基于 CAN 總線的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用 STM32F103VB作為系統(tǒng)的核心芯片，通過芯片自帶的 12 位 ADC 對(duì)端口電壓分別進(jìn)行采集和監(jiān)測，并通過 CAN 網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車儀表盤，為車輛數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測提供數(shù)據(jù)來源 。 綠色能源電動(dòng)車需要由多級(jí)串聯(lián)的鋰電池為其提供動(dòng)力，但由于電壓的串聯(lián)疊加導(dǎo)致正極處具有非常高的浮電壓，可達(dá)到 300V 以上。 因此設(shè)計(jì)一種綠色能源汽車的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)特別是多級(jí)鋰電池進(jìn)行監(jiān)測、管理的系統(tǒng)是十分有必要的。 不論是從經(jīng)濟(jì)性、方便性和制造難度上來講，純電池動(dòng)力車的優(yōu)勢都是比較明顯的。 電動(dòng)汽車從動(dòng)力系統(tǒng)提供能 源的角度來分類 ， 主要分為純電動(dòng) 、 混合動(dòng)力和燃料電池汽車 。 電動(dòng)車被認(rèn)為是傳統(tǒng)汽車向氫燃料電池車過渡過程中的最佳解決方案 。因此，新時(shí)代 的汽車產(chǎn)業(yè) 也 明確 提出了“綠色能源汽車”的環(huán)保概念，逐漸成為全球 各大汽車企業(yè)面對(duì)的主要發(fā)展方向。 “ 低碳經(jīng)濟(jì) ” 的實(shí)質(zhì)是高能源利用效率和清潔能源結(jié)構(gòu)、追求綠色 GDP 的 技術(shù) ，核心是能源技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變。 面對(duì)全球氣候變化，急需世界各國協(xié)同減低或控制 二氧化碳 排放 ，這樣 以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的 “低碳經(jīng)濟(jì)”概念應(yīng)運(yùn)而生， 是人類社會(huì)繼農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大進(jìn)步。 關(guān)鍵詞 ：純電動(dòng)車，電池管理系統(tǒng)， 電池狀態(tài) ， STM32F103VB 2 Abstract With industrial development and social demand, vehicle of social progress and economic development play important roles. Although the rapid development of automobile industry promote the machinery, energy, rubber, steel and other important industries, it is increasingly faced with environmental pollution, energy shortages and other serious problems. With the merit of zeroemission, and low noise, the pure electric vehicles which is called green cars has got more and more attention around the world. As one of the key technologies for the development of electric vehicles ,battery management system (BMS) is the point of the pure electric vehicle industry. Vehicle work data acquisition system is a battery management system that can directly detect and manage the storage battery electric vehicles to run the whole process, to achieve the data monitoring, collection and analysis of the onboard multilevel series of lithium battery, battery temperature, speed, and other The thesis is based on the vehicle CAN bus data acquisition system to chose STM32F103VB work as the core of the system ADC which es from the chip collect and monitor the port voltages and sent the collected data to the car dashboard through the CAN work , which offer realtime monitoring of vehicle status amount of data sources. Key words： Pure electric cars, Battery Management Systems, The battery state, STM32F103VB 3 摘 要 ............................................................................................................................. 1 Abstract ............................................................................................................................ 2 第一章 前言 .........................................................................................