| 专利名称： | 基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构 | ||
| 专利名称(英文)： | CAN bus based on the electric automobile battery management system communication framework | ||
| 专利号： | CN201511014005.0 | 申请时间： | 20151231 |
| 公开号： | CN105428736A | 公开时间： | 20160323 |
| 申请人： | 清华大学苏州汽车研究院（吴江） | ||
| 申请地址： | 215200 江苏省苏州市吴江区长安路2358号 | ||
| 发明人： | 金达锋; 白天明 | ||
| 分类号： | H01M10/42; H04L12/40; H04L29/08 | 主分类号： | H01M10/42 |
| 代理机构： | 苏州创元专利商标事务所有限公司 32103 | 代理人： | 范晴 |
| 摘要： | 本发明公开了基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构，包括若干动力电池单体、电池电压采集模块、CAN总线子网、电池管理控制器、CAN总线主网、整车控制器、CAN/USB转接器和PC机，电池电压采集模块采集电池单体的电压信息，并通过CAN总线子网传送给电池管理控制器，电池管理控制器还采集或接收其他如温度，总电压，总电流、绝缘电阻等状态信息，并通过CAN总线主网将发送给整车控制器；所述PC机通过CAN/USB转换器直接从CAN总线主网和子网读取电池状态信息。本发明所提供的基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构，采用CAN通信方式，减少布线，提高了电池管理系统的通信可靠性降低成本，采用主从通信方式减少了主网的负载率，提高了通信效率和可靠性。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention has been disclosed on the basis of the bus CAN electric automobile battery management system communication framework, including several power cell monomer, a battery voltage collecting module, CAN bus subnet, battery management controller, the main bus CAN, the entire vehicle controller, adapter and CAN/USB PC machine, the battery voltage of the battery cell acquisition module voltage information, and through CAN bus subnet transmitted to the battery management controller, battery management controller also collecting or receiving other such as temperature, the total voltage, the total current, information such as a state of insulation resistance, and through the main bus CAN is sent to the vehicle controller; the PC CAN/USB converter directly from the main bus CAN reading battery status information and the sub-network. The invention offers CAN bus on the basis of the electric automobile battery management system communication framework, the communication mode CAN, reduction of wiring, improving the battery management system communication reliability reducing the cost, the master-slave communication mode, the the load rate of the main, improves communication efficiency and reliability. | ||
1.基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构，其特征在于：包括若干动力电池单体、电池电压采集模块、CAN总线子网、电池管理控制器、CAN总线主网、整车控制器、CAN/USB转接器和PC机，其中， 所述若干动力电池单体为电动汽车提供电能； 电池电压采集模块采集电池单体的电压信息，并通过CAN总线子网传送给电池管理控制器， 所述电池管理控制器还采集或接收电池的温度信息、电池总电流值信息、电池总电压值信息、电池SOC状态信息、单体电池最大最小电压值信息和电池绝缘电阻值信息，并通过CAN总线主网将上述各状态信息发送给整车控制器，同时电池管理系统通过CAN总线主网接收整车控制器发送的命令； 所述PC机通过CAN/USB转换器直接从CAN总线主网和子网读取单体电池电压值信息、电池的温度信息、电池总电流值信息、电池总电压值信息、电池SOC状态信息、单体电池最大最小电压值信息和电池绝缘电阻值信息。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，电压采集模块用英飞凌XC886单片机实现。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，电池管理控制器用英飞凌XC2267单片机实现。
4.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，电池管理系统采用主从通信方式。
5.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，电池管理控制器与电压采集模块之间的CAN总线子网、电池管理控制器与整车控制器的CAN总线主网由电池管理控制器自带的CAN控制器实现。
6.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，CAN总线子网与CAN总线主网的底层驱动代码由软件自动生成。
7.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，PC机读取电池状态信息所用的软件基于Labview软件设计。
1.基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构，其特征在于：包括若干动力电池单体、电池电压采集模块、CAN总线子网、电池管理控制器、CAN总线主网、整车控制器、CAN/USB转接器和PC机，其中， 所述若干动力电池单体为电动汽车提供电能； 电池电压采集模块采集电池单体的电压信息，并通过CAN总线子网传送给电池管理控制器， 所述电池管理控制器还采集或接收电池的温度信息、电池总电流值信息、电池总电压值信息、电池SOC状态信息、单体电池最大最小电压值信息和电池绝缘电阻值信息，并通过CAN总线主网将上述各状态信息发送给整车控制器，同时电池管理系统通过CAN总线主网接收整车控制器发送的命令； 所述PC机通过CAN/USB转换器直接从CAN总线主网和子网读取单体电池电压值信息、电池的温度信息、电池总电流值信息、电池总电压值信息、电池SOC状态信息、单体电池最大最小电压值信息和电池绝缘电阻值信息。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，电压采集模块用英飞凌XC886单片机实现。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，电池管理控制器用英飞凌XC2267单片机实现。
4.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，电池管理系统采用主从通信方式。
5.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，电池管理控制器与电压采集模块之间的CAN总线子网、电池管理控制器与整车控制器的CAN总线主网由电池管理控制器自带的CAN控制器实现。
6.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，CAN总线子网与CAN总线主网的底层驱动代码由软件自动生成。
7.根据权利要求1所述的电动汽车电池管系统通信架构，其特征在于，PC机读取电池状态信息所用的软件基于Labview软件设计。
翻译：技术领域
本发明涉及电动汽车电池管理系统通信领域，特别涉及一种基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构。
背景技术
由于电动汽车动力电池组特殊的安全需求，通常需要配备电池管理系统以保证电池使用安全和提高电池的使用寿命。电池管理系统需要对大量的数据进行及时可靠地传输以保证对电池组的有效管理。CAN总线是现代汽车工业中广泛采用的一种总线形式，是德国博世公司专为汽车检测和控制系统设计的。CAN总线和其他的工业总线相比有很多优点，其支持分布式控制和实时控制，CAN总线的使用范围遍及高速网络和低成本的多线路网络，信息传播速率高达1Mbps。数据发送期间如果出错，遭到破坏的帧可以自动重新发送。由于使用了很多新的技术和独特的设计，CAN总线的通信与其他很多网络总线相比具有突出的可靠性、实时性和灵活性。现有在电动汽车中使用CAN总线的通讯方式往往需要设计单独的CAN通信模块，增加了软硬件开发周期，提高了成本。
英飞凌XC2267是英飞凌XC2000系列的具有32位处理器性能的16位MCU，自带CAN总线控制器，有6个CAN节点，多达256个邮箱。其运算能力能够很好地满足汽车CAN总线数据传送的实时性要求。英飞凌公司针对其8位、16位以及32位微控制器推出了一款名为DAVE的应用代码生成器，它可以提供初始化配置和驱动程序代码，用户可以通过配置复杂的接口设备缩短控制装置软件开发时间。
在利用CAN总线进行通信的电动汽车中，目前尚没有一种可以直观地观察电动汽车动力电池组电池状态的仪器，要知道电池的状态需要读取CAN总线发出的报文并对报文进行分析才能得知电池状态，这对给电池状态的检测和电池故障的分析带来了麻烦。
Labview是美国国家仪器公司开发的一款程序开发平台，采用图形化的语言，与其他代码类型的语言相比显得更加方便直观。Labview可以充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理能力，开发者可以容易地进行多线程编程，降低了软件开发难度，Labview的前面板提供了丰富的传统仪器控件，用户可以利用这些空间很方便地创建自己的用户界面。
发明内容
本发明目的是：提供一种基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构，并设计了基于Labview的上位机监测软件使得能够利用PC机直观地观察动力电池组的状态。
本发明的技术方案是：
基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构，包括若干动力电池单体、电池电压采集模块、CAN总线子网、电池管理控制器、CAN总线主网、整车控制器、CAN/USB转接器和PC机，其中，
所述若干动力电池单体为电动汽车提供电能；
电池电压采集模块采集电池单体的电压信息，并通过CAN总线子网传送给电池管理控制器，
所述电池管理控制器还采集或接收电池的温度信息、电池总电流值信息、电池总电压值信息、电池SOC状态信息、单体电池最大最小电压值信息和电池绝缘电阻值信息，并通过CAN总线主网将上述各状态信息发送给整车控制器，同时电池管理系统通过CAN总线主网接收整车控制器发送的命令；
所述PC机通过CAN/USB转换器直接从CAN总线主网和子网读取单体电池电压值信息、电池的温度信息、电池总电流值信息、电池总电压值信息、电池SOC状态信息、单体电池最大最小电压值信息和电池绝缘电阻值信息。
优选的，电压采集模块用英飞凌XC886单片机实现。
优选的，电池管理控制器用英飞凌XC2267单片机实现。
优选的，电池管理系统采用主从通信方式。
优选的，电池管理控制器与电压采集模块之间的CAN总线子网、电池管理控制器与整车控制器的CAN总线主网由电池管理控制器自带的CAN控制器实现。
优选的，CAN总线子网与CAN总线主网的底层驱动代码由软件自动生成。
优选的，PC机读取电池状态信息所用的软件基于Labview软件设计。
本发明的优点是：
1．本发明所提供的基于CAN总线的电动汽车电池管理系统通信架构，采用CAN通信方式，减少布线，提高了电池管理系统的通信可靠性降低成本，采用主从通信方式减少了主网的负载率，提高了通信效率和可靠性；
2．本发明采用英飞凌XC2267和XC886芯片自带的CAN控制器从而不需要自行设计CAN通信模块从而减少了硬件的开发周期，用DAVE软件自动生成CAN控制器的底层驱动代码减少了软件开发周期。
3．本发明设计了基于Labview的电池状态监测上位机软件使得能够通过PC机直观地观察电池的状态信息，容易判断电池的故障。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明实施例所述的电动汽车电池管理系统通信架构示意图；
图2为本发明实施例所述的36路单体电池电压采集模块的示意图。
具体实施方式
本发明的在具体实施中根据所用的电池单体的数目确定电压采集芯片LTC6802芯片的数目，LTC6802是一款完整的电池监视IC，它内置一个12位ADC、一个精准电压基准，一个高电压输入多工器和一个串行接口。每个LTC6802芯片能够在总输入电压高达60V的情况下测量12个串接电池的电压，所有12个输入通道上的电压测量都能在13ms的时间之内完成。每个LTC6802具有一个可单独寻址的串行接口，因而允许把多个LTC6802器件连接至一个控制处理器并同时运作。如图2所示，为36路单体电池电压采集模块，这里将3个LTC6802芯片连接到一个XC886芯片，每个XC886芯片接收36个单体电池的电压，LTC6802以SPI通信方式将单体电池的电压发送给XC886。
如图1所示，若干36路单体电池电压采集模块的XC886接收到单体电池电压然后用自带的CAN控制器通过CAN总线子网发送给XC2267，CAN收发器采用英飞凌LTE6250G芯片。XC2267接收XC886发送的单体电池电压，用其自带的AD转换模块将热电偶采集的温度模拟信号转换为数字信号，接收绝缘监测模块发送的总电压信息和绝缘电阻信息，接收霍尔传感器传送的电流模拟信号并通过AD转换转换为数字信号。电流传感器采用莱姆电子公司的DHABS/18型号的霍尔电流传感器，其能将电流的大小转换为模拟电压信号然后经XC2267的AD转换通道转换为数字信号。温度传感器选用石冢电子公司的104AP-2型号的热电偶，其工作原理是将温度信息转换为电阻信息，通过模拟电路将电阻信息转换为模拟电压信息，然后经XC2267的AD转换通道转换为数字信号。绝缘监测模块将电池组的总电压和绝缘电阻发送给XC2267。XC2267完成所有有关电池的状态信号的采集或接收，然后通过CAN总线发送到整车控制器或VCU、ABS、EPS、GateWay等其他控制器所在的CAN总线主网上，整车控制器在CAN总线主网上接收XC2267发出的信号，并通过CAN总线主网向XC2267发送控制信息。
电池管理系统主从模块之间和电池管理系统与整车控制器之间的CAN通信的底层驱动软件均由英飞凌的DAVE软件生成。在整个通信系统中，用USB/CAN转换器采集子网和主网的信息发送到电池检测上位机，上位机采用PC机，本发明设计了基于Labview的上位机软件，通过上位机直观观察电池组状态信息。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
