基于ISAD混合動力汽車蓄電池管理系統的硬件設計

摘要蓄電池管理系統主要是采集蓄電池各種信號，根據采集的信號計算蓄電池的剩余電量，并且將蓄電池的剩余電量實時的發送到整車系統，從而提高了系統的可靠性，并顯示有關信息，從而提高電池壽命。電池管理系統對ISAD的正常運行具有極為重要的的意義。

關鍵詞蓄電池管理系統 硬件電路

中圖分類號:U469文獻標識碼:A

基于ISAD混合動力汽車蓄電池管理系統是由三個80Ah的12V鉛酸蓄電池串聯而成，考慮到多種因素的影響，所以蓄電池管理系統的硬件電路示意圖設計如下圖1。

圖1蓄電池管理系統硬件示意圖

1 CPU的選擇

為了簡化設計，提高系統的可靠性，這里選擇Philip公司的P87C591單片機作為該模塊的中央處理器。P87C591是一個單片8位高性能微控制器，具有片內CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來。它采用了強大的80C51指令集并成功的包括了Philips半導體SJA1000CAN控制器的PeliCAN功能。全靜態內核提供了擴展的節電方式。振蕩器可停止和恢復而不會丟失數據。改進的1:1內部時鐘預分頻器在12MHz外部時鐘速率時實現500ns指令周期。

圖 2單片機引腳以及外圍電路

單片機的引腳和外圍電路如圖2所示，數字式溫度傳感器的信號接到P1.3;三路電壓信號分別接到ADC2，ADC3，ADC4;電流信號接到ADC5。P0口用作數碼管的顯示，P2口的高四位用做數碼管的片選，低四位作為按鍵輸入。PWM0、PWM1、P3.6用作均衡充電部分的控制端，INT0和INT1分別用作按鍵的觸發。由于P87C591的內部，在復位引腳上有上拉電阻，所以只要在復位引腳上接上一個電容就可實現上電復位。

2 電流采集電路

為了減少主線路上的節點，提高系統的可靠性，這里采用霍爾電流傳感器CSM300LT，只要將被測線路從傳感器的孔中穿過，就可以測量線路中的電流。

CSM300LT霍爾電流傳感器是應用霍爾效應和磁平衡原理開發的新一代電流傳感器，能在電隔離條件下測量直流、交流、脈沖以及各種不規則波形的電流。其原邊額定輸入電流:300A;測量范圍:€?50A;副邊額定輸出電流:100€?%mA。電流采集如圖3所示。

圖3電流采集電路

由于蓄電池工作時，既可以充電，也可以放電，所以線路中的電流方向是變化的，也就是說，充電的時候，測量線路中是負電流，因此傳感器必須用€?2V供電。傳感器輸出的是電流信號，為了使單片機的A/D口能夠識別，必須將其轉換成電壓信號，即通過圖3上的22的R11來實現。由于有負電流存在，那么R11的上端就可能存在負電壓，因此必須將其轉換成正電壓。我們通過一個2.4V的穩壓二極管IN4370A來提供一個穩定的-2.4V的參考電壓，然后通過TLC2272來組成一個減法器，這樣采集的負電壓減去-2.4V就轉換成正電壓(由于充電電流比較小，所以R11上的負電壓不可能低于-2.4V)，這樣，就可以把采集的信號送進單片機進行A/D處理。

3 CAN總線接口電路

蓄電池管理系統的CAN接口電路如圖4，這里用82C250作為CAN總線收發器，它是CAN控制器與CAN總線的接口器件，對CAN總線差分式發送。引腳8與地(下轉第142頁)(上接第137頁)之間的電阻R26為斜率電阻，它的取值決定了系統處于高速工作方式還是斜率控制方式。

圖4 CAN接口電路

為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，P87C591通過高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好的實現了總線上各CAN節點間的電氣隔離。光耦部分電路所采用的兩個電源VCC和VDD必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。總線的兩端應接有兩個120的電阻，對于匹配總線阻抗起著重要的作用。忽略掉它們，會使數據通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無法通信。這里用屏蔽雙絞線作為節點間的通信介質。

4 均衡充電電路

均衡充電主要解決蓄電池容量不均衡問題。電池容量不均衡又直接體現在電池端電壓的不均衡上。這里采用電感的均衡充電方案，其電路原理如圖5所示。

圖5均衡充電電路

為了說明該電路的工作原理，我們假設第二個電池已經過充電了，那么它的電壓要明顯高于其它兩個蓄電池，當單片機檢測到其電壓過高以后，P3.6開始變為高電平，那么VMOS管——Q2就開始導通，這時候電池2就會給L1，L2充電。一段時間以后，將P3.6變成低電平，Q2就關斷，此時電感L1上的電流為式中，D為占空比，T為開關周期。

這時候L1就會和二極管D1，電池1構成回路，從而給電池1充電;同樣，L2和電池3，二極管D4構成回路，給電池3充電。電感L4或L3每秒鐘對外釋放的能量為:

如果是電池1或者電池3過充電的話，工作原理一樣，只不過分別只有一個電感給它們充電，這時候每秒種釋放的能量為:

均衡電路中的各參數選擇是:各電感的電感值均為0.01mH，脈沖頻率是31.37KHz，占空比為1/2。為了使單片機能夠控制VMOS管的導通和關閉，PWM1通過三極管Q4來驅動Q3;P3.6通過光耦提升電壓后來驅動Q2;PWM0在用光耦提升電壓以后，作為集成芯片IR2103內部自舉電路的激勵源，產生驅動VMOS管Q1所需的高電壓，從而實現對Q1的控制。

除了上述電路以外，蓄電池管理系統的硬件電路還包括電壓采集電路，溫度采集電路，電源處理電路。電壓信號通過分壓器分壓后進入單片機的AD口;溫度采集采用數字式溫度傳感器DS18B20，三個DS18B20并聯后，將信號輸入P1.3，具體電路可參照該傳感器使用說明書;電源穩壓電路采用開關電源專用器件LM2596，電路也比較簡單，具體電路可參照該器件使用說明書。