電動汽車電池管理系統主控板硬件設計

王恩亮，涂德鳳，陳業慧

（安徽新華學院 電子通信工程學院，安徽 合肥 230088）

電動汽車電池管理系統主控板硬件設計

王恩亮，涂德鳳，陳業慧

（安徽新華學院 電子通信工程學院，安徽 合肥 230088）

對電池管理系統主控板設計.通過Protel 99 SE軟件對主控板各模塊進行電路圖設計，再對各模塊進行檢測，通過檢測來保證主控板最終能夠正常運行.

電動汽車；電池管理系統；主控板

傳統汽車就對環境造成了很大的破壞，而電動汽車不但對環境的污染較小，還能代替傳統汽車為人們服務，電動汽車現在已經成為當前技術開發的重點區域.電池管理系統作為電動汽車的一個核心部分，要求實時監測電池狀態、實時采集電動汽車電池組中的電池的電壓、溫度、充放電電流、電池組總電壓及電池組絕緣狀態等，從而保證電池能量的高效利用、防止電池過充電和過放電、保障電池的安全使用和延長電池壽命等功能已逐漸明確[1].而主控板作為電池管理系統主要部分之一，在研究方面也得到重視，本篇論文對電動汽車的電池管理系統主控板硬件進行設計.

1 系統架構

電池管理系統高壓板組成如圖1所示.

圖1 系統架構圖

2 硬件設計

2.1 MCU最小系統電路設計

MCU最小系統完全按照Freescale MC9S12微處理器的最小系統設計，其主要功能是保證MCU最小系統正常工作，為各個模塊提供相應的引腳.

2.2 存儲模塊電路

存儲模塊有兩個部分，一個存儲芯片是FM24C64，存儲的是系統的一些重要參數；另一個存儲芯片是大容量的AT45DB041B，存儲的是高壓板、檢測板傳送過來的一些歷史數據[1].

本設計采用鐵電存儲器FM24C64，芯片通過IIC串行擴展總線與MCU進行數據交換，通過一根數據線SDA和時鐘線SCL實現全雙工的同步數據傳送.系統采用了可控的供電方式，當MCU工作穩定且需要讀寫數據時才對芯片進行上電.

圖2 重要參數存儲電路

為了存儲高壓板、檢測板傳送過來的一些歷史測量數據，系統選用大容量存儲器AT45DB041B.該存儲器使用系統自帶的SPI（串行外設接口）[2].

2.3 CAN通信電路設計

主控板通過高壓板、檢測板傳過來的數據判斷，再對外部發出指令[3].本系統最關鍵的是三塊板之間的通信，以及和外部的通信.系統采用Freescale MC9S12微處理器自帶的CAN控制器模塊和CAN收發器模塊，外加濾波電路和穩壓保護電路實現CAN通信.CAN收發器模塊RS接地使其工作在高速模式下，并在總線端加上RC濾波器和穩壓二極管實現對芯片進行保護.為了防止干擾信號通過CAN通信線路的串入影響到系統的正常工作，系統采用ISO7221A數字雙通道高速光隔離芯片將CAN通信模塊與MCU最小系統之間進行了光藕隔離.兩組不共地的電源由DC/DC變換芯片B0505D取得.為了消除電源波動，DC/DC變換的輸入輸出都進行了濾波處理.

3 主控板硬件測試

3.1 存儲模塊測試與分析

3.1.1 存儲模塊電壓測試1—FM24C64芯片電源電壓測試

測試步驟：將主板接通12V穩壓電源，ON檔信號控制電源導通，程序控制給FM24C64供電，用數字萬用表兩端口測量U3的8端對地電壓，

測試結果：FM24C64的 8端對地電壓是4.98V，標準值為5V；測得的FM24C64的4端對地電壓是0V，標準值0V.

3.1.2 存儲模塊電壓測試2—AT45DB041D芯片電源電壓測試

測試步驟:將主板接通12V穩壓電源，ON檔信號控制電源導通，用數字萬用表的兩端測量79L05的1端、2端、3端對地電壓，U15的6端對地電壓，U15的7端對地電壓，

測試結果：79L05的1端對GND電壓2.217V，標準值2.12V；79L05的2端對GND電壓0V，標注值0.00V；79L05的3端對GND電壓2.747V，標準值2.5—3.6V；AT45DB041D的6端電壓2.756V，標準值 2.5—3.6V；AT45DB041D的 7端電壓 0V，標準值0.00V.

3.2 存儲模塊讀寫測試

測試步驟：將主板接通12V穩壓電源，ON檔信號控制電源導通，寫入FM24C64測試程序，觀察燈是否閃爍，并用示波器觀察SCL信號，測試結果如圖3所示.燈閃爍，表明FM24C64工作正常.

圖3 SCL信號和SDA信號波形圖

3.3 CAN通信發送接收測試

測試步驟：將主板接通12V穩壓電源，ON檔信號控制電源導通，連接USBCAN分析儀程序控制主板向 USBCAN 分析儀發送 00、01、02、03、04、05、06、07、08，經過測試和分析，CAN 通信發送接收正常.

4 結束語

動力電池是電動汽車主要技術之一，而主控板是電池管理系統的一個模塊，在實際工作中，主控板起著重要的作用.

本文主要是對主控板的硬件設計和測試，主控板的硬件電路包括時鐘模塊、光耦模塊、MCU最小系統、存儲模塊和CAN通信模塊，然后分別對存儲模塊的FM24C64芯片和AT45DB041D芯片進行電源電壓測試，再進行讀寫測試，用示波器觀察其波形圖.最后對CAN通信模塊進行測試，用USBCAN分析儀進行觀察分析.測試結果表明設計的主控板各模塊都正常運行，從而確保主控板的正常工作.本文所設計并實現的電池管理系統硬件電路可靠、經濟、抗干擾能力強.

〔1〕李秉宇．混合動力汽車鎳氫動力電池管理系統的研究[D]．北京:北京交通大學,2008．

〔2〕宋磊．CAN總線在現代汽車中的應用研究Ⅱ[D]．江蘇大學，2002．105-106．

〔3〕肖玉萍．混合動力電動汽車電池管理系統[D]．北京:北方工業大學，2008．2-3．

TP301

A

1673-260X（2017）12-0045-02

2017-09-24

安徽省大學生創客實驗室項目(2016ckjh095)；安徽新華學院校級科研項目（2016td018）；安徽新華學院教學團隊項目（2017jxtdx01）