基于LIN總線(xiàn)的純電動(dòng)車(chē)電池管理系統設計

2.1.2 LIN 通信接口設計

　　在現代汽車(chē)中總線(xiàn)技術(shù)越來(lái)越多的得到應用，CAN/LIN網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)成為以分布式為基礎的車(chē)載電子網(wǎng)絡(luò )的主流發(fā)展方向。CAN 總線(xiàn)作為高速傳輸總線(xiàn)具有速度快、帶寬高、功能多的突出特點(diǎn)，但其成本比較昂貴；LIN 總線(xiàn)是一種低端總線(xiàn)，但其在降低成本方面具有突出優(yōu)勢，適合對網(wǎng)絡(luò )速度要求不高、實(shí)時(shí)性不強的數據的傳輸。因此，在不需要CAN 總線(xiàn)的帶寬和速度的場(chǎng)合下，LIN 總線(xiàn)補充了CAN 總線(xiàn)引導的汽車(chē)多路復用網(wǎng)絡(luò )的現有總線(xiàn)技術(shù)。電池的溫度、電流、電壓檢測并不要求極高的實(shí)時(shí)性和總線(xiàn)速度，因此LIN 總線(xiàn)能很好地契合電池管理系統的要求。

　　Dspic30f4012 芯片沒(méi)有LIN 總線(xiàn)的接口，但具有SCI 通信接口，本文選用TPIC1021 芯片作為SCI 與LIN 總線(xiàn)轉換的芯片，如圖3 所示。SCI 通信引腳U1RX 與U1TX 經(jīng)過(guò)磁耦合隔離器件電氣隔離后，分別接到LIN 驅動(dòng)器的LIN_RXD 和LIN_TXD,經(jīng)過(guò)轉換最后在LIN 引腳輸出LIN 總線(xiàn)信號。在底層控制器Dspic30f4012 和LIN 收發(fā)器TPIC1021 之間加上一個(gè)磁耦合隔離器件ADUM1201ARZ,用來(lái)提高電池組檢測系統通信的抗干擾能力和解決分布式檢測中共地產(chǎn)生短路的問(wèn)題，有效地把各個(gè)檢測單元的電氣連接隔離開(kāi)來(lái)，同時(shí)也把底層電壓與上層LIN 總線(xiàn)隔離開(kāi)來(lái)。當LIN 收發(fā)器作為主機節點(diǎn)時(shí)，需要把圖3 中的J3 跳線(xiàn)用跳針短接，用于從機節點(diǎn)時(shí)不要跳針短接。

　　2.2 電池管理系統軟件設計

　　2.2.1 電池管理系統的軟件設計和總體結構

　　ECU 中的軟件設計包括底層ECU 和上層ECU 軟件設計。底層ECU 的軟件設計主要包括電壓、電流、溫度的采集程序與采集結果的計算程序、數據通信程序、中斷程序等；上層ECU 的軟件設計主要包括SOC 估算程序、LIN 總線(xiàn)通信程序、故障分析及報警程序、電壓、電流、溫度和荷電狀態(tài)等顯示程序、時(shí)鐘程序、中斷程序等。整個(gè)程序設計采用結構化和模塊化的編程方法來(lái)實(shí)現。上層ECU 的主程序流程圖如圖4 所示。

　　其中，電池的電壓檢測包括單體電池電壓的檢測和電池組電壓的檢測。當單體電壓超限時(shí)，系統能夠判斷超限單體電池的編號，判斷單體電池是低電壓超限還是高電壓超限，在顯示器上顯示并且有聲音報警。電池組電壓超限時(shí)程序能夠分析出是何種原因超限，以此來(lái)進(jìn)入保護程序。電池溫度的檢測包括單體電池溫度的檢測和環(huán)境溫度的檢測，當溫度超限時(shí)，系統通過(guò)檢測到的數據能分析溫度超限的原因，以此進(jìn)入保護程序。電池的荷電狀態(tài)超限主要是指電池剩余電量過(guò)低，繼續放電可能會(huì )影響電池的壽命。

2.2.2 LIN 通信的實(shí)現

　　LIN 協(xié)議是一種開(kāi)放的總線(xiàn)協(xié)議，一個(gè)完整的報文幀由報文頭和響應組成。每一次數據的傳送都由主機節點(diǎn)開(kāi)始，標志著(zhù)一次數據通信過(guò)程報文幀的開(kāi)始[3].

　　圖5 為5 號單體磷酸鐵鋰電池LIN 總線(xiàn)標識符場(chǎng)，以此為例說(shuō)明LIN 總線(xiàn)標識符場(chǎng)的設定。5 號單體電池ID 位為0101,所以此節單體電池的ID 為0x5,ID4、ID5 設為01,即設定發(fā)送的數據場(chǎng)字節為4 個(gè)字節，通過(guò)前面的奇偶校驗得到奇偶校驗值為0、1,如圖5 所示。

　　由于各個(gè)信號的范圍不同，電壓、電流、溫度信號所用到的數據位數也不同，電壓的范圍在0~5 V 內，電流在0~20 A內，溫度在-40~125 ℃范圍內，所以本文在數據場(chǎng)中用第1個(gè)字節和第4 個(gè)字節的低兩位，共10 位來(lái)表示電壓；用第2個(gè)字節和第4 個(gè)字節的中間4 位，共12 位來(lái)表示電流；用第3 個(gè)字節和第4 個(gè)字節的高兩位，共10 位來(lái)表示溫度。由于電壓、電流、溫度都精確到小數點(diǎn)后，在數據場(chǎng)中表示小數比較復雜，本文用實(shí)際參數值的10 倍或100 倍在數據幀中表示，如圖6 所示。

　　表1 為各單體電池所對應的LIN 總線(xiàn)節點(diǎn)的ID 資源分配表。

　　上層ECU作為L(cháng)IN總線(xiàn)的主機節點(diǎn)，當LIN主機節點(diǎn)向單體電池從機節點(diǎn)請求數據時(shí)，LIN 總線(xiàn)上將進(jìn)行從機節點(diǎn)到主機節點(diǎn)的數據傳輸，此時(shí)LIN 主機節點(diǎn)向總線(xiàn)發(fā)送報文幀頭，總線(xiàn)上的LIN 從機節點(diǎn)接收報文幀頭后，判斷是否與自己的ID 匹配，若匹配發(fā)送報文幀響應，LIN 主機節點(diǎn)接收報文幀響應，完成主機節點(diǎn)的數據請求。