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基于CAN总线的蓄电池SOC动态测量系统
作者:admin
来源:
时间:2007-12-22
阅读:110
摘 要:以燃料电池电动汽车蓄电池管理系统为背景,构建了基于CAN总线的蓄电池SOC动态测量系统。给出了系统的硬件电路和软件主程序流程图,实际测量结果满足设计要求。关键词:CAN总线 镍氢电池 SOC动态测量
蓄电池的荷电状态SOC(state of charge)是用来反映电池的剩余容量的,SOC的准确测量在燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)的发展中是一个非常重要的问题。FCEV在运行时,大的电流很可能会造成电池过充(超过80%SOC)或深放(小于20%SOC),FCEV电池操作窗SOC的合理范围是30%~70%,因此FCEV的控制系统一定要对电池的SOC状态进行监测,对电池组中每块电池的端电压、温度及充放电电流进行实时采集,随时预报汽车蓄电池的剩余能量或荷电状态,当蓄电池电量过低需要充电时,及时报警,从而提高蓄电池的使用寿命和整车的运行性能。
1.SOC检测方法
FCEV在某一个运行状态下,电池中的剩余容量是许多参数的函数,此数值是和放电电流,电压、温度及电池过去充放电历史相关的。因此电池的SOC无法用一个明确的数学方程来描述。FCEV常采用镍氢蓄电池作为辅助能源,因镍氢蓄电池具有比能量大,比功率高,使用温度范围宽,可高倍率放电等优点。镍氢电池的SOC值与放电电流的大小有关,通常用放电倍率C表示放电电流的大小或放电条件。以不同的放电倍率放电,镍氢蓄电池的放电终止电压即开路电压是不同的。镍氢蓄电池的放电特性曲线如图1所示。图中可见,放电倍率越大,起始的放电电压越小,电池所能放出的电量越大。
图1 镍氢蓄电池的放电特性曲线
放电倍率越大,电池放电后的终止电压即开路电压也越高,而电池的开路电压与电池SOC状态具有某种对应关系,利用镍氢蓄电池的充放电特性,通过实时采样电池充放电时的瞬时电压和瞬时电流,就能实现对镍氢电池充放电过程中任一状态下剩余容量的动态测量。
2.SOC测控系统构成
基于CAN( Control Area Network)总线的蓄电池SOC动态测量系统结构如图2所示。主要由电流传感器和电压传感器、电池组测量单元、电池管理ECU(Electronics Control Unit)组成。CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,CAN总线的信号传输速率可以达到1Mbps。CAN总线采用多主工作方式,网络上任一点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活,且无需站地址等节点信息。CAN采用短帧结构,具有强大的差错检测和处理机制,数据出错率极低。
蓄电池在FCEV系统中的作用是供电,它是一个输出模块,其输出信号有电压、电流、温度、SOC值等,电池的所有信号均经过电池的电控单元被数字化为0~255的标准量,在物理传输上对应于0V~5V的模拟量,利用CAN总线与外部汽车中其他控制系统进行通信。
图2基于CAN总线的蓄电池SOC检测系统的结构
系统中所使用的单体电池被组合成24个电池组,对每6个电池组配置一个测量单元,即有ECU1~ECU4 4个测量单元,每个测量单元的控制器均采用Philips公司的8位高性能单片机P87C591,该芯片内部集成了CAN控制器SJA1000和A/D模数转换模块。测量单元的主要功能是提供电池组的电压和温度信息,并将采集的信号通过CAN总线发送给电池管理ECU。电池组的ECU与电池管理ECU组成一个CAN总线网络,网络拓扑结构为总线形,传输介质为双绞线,传输协议为CAN2.0B。电池管理ECU为双CAN控制器结构,一个CAN控制器与电池组ECU组成电池管理系统内部的CAN网络,另一个CAN控制器与汽车中其他控制系统组成整车光纤CAN总线网络,传输介质为塑料光纤,传输协议为CAN2.0B,能实现多机通信,并达到上位机控制和蓄电池SOC状态预测的目的。
3.CAN通信接口电路设计
CAN通信接口电路如图3所示,主要由微控制器,光电隔离电路,CAN收发器等三部分组成。微控制器采用P87C591单片机,该芯片的CAN模块与外部的CAN单元通信主要由单片机的CANRX(接收)和CANTX(发送)两个引脚来完成。为了增强CAN总线接点的抗干扰能力,在P87C591和CAN收发器82C250之间,采用了光电隔离芯片6N137,该芯片的输入、输出供电电压均为5V。CAN收发器82C250是驱动P87C591的CAN控制器与物理总线间的接口,其工作电压也为5V,它可以提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的接收功能。电阻R10作为CAN总线终端的匹配电阻,选用典型值为 。
图中的C7,C8,C9均为芯片的去
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