混合动力电动汽车BMS与充电机的CAN总线通信设计

《工业控制计算机》２Ｏ１０年第２３卷第５期　混合动力电动汽车ＢＭＳ与充电机的ＣＡＮ总线通信设计　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｌｏｎ　Ｂｅｔｗｅｅｎ　ＢＭＳ　ｏｆ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｎｄ　Ｃｈａｒｇｅｒ　Ｂａｓｅ　Ｏｎ　ＣＡＮ　Ｂｕｓ　常加曼　（新乡市太行佳信电气技术有限公司，河南新乡４５３００３）　高凤梅　（新乡医学院生命科学技术系，河南新乡４５３００３）　王崇阳　（新乡太行电源（集团）有限责任公司，河南新乡４５３００３）　摘要　针对混合动力电动汽车电池管理系统（ＢＭＳ）和充电机协调性差的问题，在ＣＡＮ２．０Ｂ总线架构的基础上，采用ＡＤ公　司新推出专用于混合动力电动汽车的基于磁耦合技术的高性能数字隔离器ＡＤｕＭ１２０ｘ，提出充电机控制器与混合动力电　动汽车的电池管理系统通信智能充电方案。实验和工程实践证明该方案较好地解决了充电机充电的盲目性，有效地克服了　过充，使得电池包寿命大幅度提高。　关键词：ＣＡＮ总线，Ｃ８０５１Ｆ０４０，ＡＤｕＭ１２０ｘ，智能充电机，混合动力电动汽车　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｆａｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｏｏｒ　ｈａｒｍｏｎｙ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｂａｔｔｅｒｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ（ＢＭＳ）ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｙｂｒｉｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ（ＨＥＶ）ａｎｄ　ｃｈａｒｇｅｒ．　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓａｌ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｈａｒｇｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ＢＭＳ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｙｂｒｉｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｏ　ｃｈａｒｇｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｌｙ　ｉｓ　ｂｒｏｕｇｈｔ　ｏｕｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＡＮ２．０Ｂ　Ｆｉｅｌｄｂｕｓ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　ＡＤｕＭ１２０Ｘ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｎｅｗｌｙ　ｂｙ　Ａｎａｌｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．．ｓｐｅ－　ｃｉａｌｉｚｅｄ　ｆｏｒ　ＨＥＶ　ａｎｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍａｇｉｃ　ｃｏｕｐｌｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＮ　Ｆｉｅｌｄｂｕｓ，０８０５１Ｆ０４０，ＡＤｕＭ１２０ｘ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｈａｒｇｅｒ，ｈｙｂｒｉｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　电池系统是电动车发展的瓶颈，除了电池材料外，充电方式　外设都可全功能运行。因此使用Ｃ８０５１Ｆ０４０使智能充电机非常　是影响电池性能的重要因素。目前，电池厂家在电池包中设计一　出色的完成监控、与电池管理系统ＢＭＳ通信功能。　个电池管理系统（Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ）对电池　Ｃ８０５１Ｆ０４０与电池管理系统通信，为了增加可靠性，总线　进行维护，因为混合动力汽车往往采用汽车行业通用ＣＡＮ总线　必须隔离，可以使用高速光耦进行隔离，对速度、效率、温度特性　控制网络，所以电池厂家的电池管理系统一般提供ＣＡＮ总线接　要求较高的混合动力电动汽车极具挑战性的应用环境中，光电　口。设计具有的ＣＡＮ总线接口智能充电机，实现充电机与ＢＭＳ　耦合不能满足可靠性和质量的要求。所以本文选择ＡＤ公司生　的通信，读取电池的参数，如电池只数、电池容量、电池荷电状态　产的双通道数字隔离器ＡＤｕＭ１２０ｘ作为隔离器件。ＡＤｕＭ１２０ｘ　（Ｓｔａｔｅ—Ｏｆ—Ｃｈａｒｇｅ，ＳＯＣ）以及电池的温度等，实现智能充电，　是２００８年新推出的适合混合电动汽车的的数字隔离器件。　克服过充等不良充电行为，提高混合动力电动汽车电池管理系　ＡＤｕＭ１２０ｘ是基于ＡＤ公司（Ａｎａｌｏｇ　ｄｅｖｉｃｅ，ｉｎｃ）的ｉＣｏｕｐｌｅｒ　统和充电机的协调性，成为亟待解决的问题。本文以实际工程背　磁耦隔离技术的双通道数字隔离器。由于其取消了光电耦合器　景，就混合动力电动汽车与智能充电机ＣＡＮ总线通信设计进行　中影响效率的光电转换环节，因此其功耗仅为光电耦合器的１／　论述。　１０～１／６０。　１　ＣＡＮ总线通信实现的硬件　ＡＤｕＭ１２０ｘ隔离器在一个器件中提供两个独立的隔离通　智能充电机采用ＣＹＧＮＡＬ的高速混合信号微控制器　道。两侧工作电压为２ｌ７Ｖ～５．５Ｖ，支持低电压工作并能实现电平　Ｃ８０５１Ｆ０４０作为主控单元，实现对充电机电压、电流、温度、故　转换。　障、开关机等的采集和控制，并实现与电池管理系统的通信。高　总线驱动器使用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生产的ＰＣＡ８２Ｃ２５０。　速混合信号微控制器Ｃ８０５１Ｆ０４０包含一个完整的ＣＡＮ控制　ＰＣＡ８２０５０是ＣＡＮ协议控制器和物理总线问的接口，主要是　器，可以实现ＣＡＮ标准２．ＯＢ通信。在实际应用中，ＣＡＮ总线需　为汽车中高速通讯（高达１Ｍｂｐｓ）应用而设计。此器件对总线提　要与微控制器单元电气隔离，实现系统可靠运行。本系统采用　供差动发送能力，对ＣＡＮ控制器提供差动接收能力，完全符合　ＡＤ公司２００８年推出的专用于混合动力电动汽车的双通道数　“ｌＳＯ１１８９８”标准。一个限流电路可防止发送输出级对电池电压　字隔离器ＡＤｕＭ１２０Ｘ进行隔离，采用Ｐｈｉｌｉｐｓ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　的正端和负端短路，增加电路的可靠性。　公司的ＰＣＡ８２Ｃ２５０作为总线驱动器。　１ｌ２实际的硬件电路　１．１器件的选择　完整的ＣＡＮ通信硬件实现如图１所示，图中的　Ｃ８０５１Ｆ０４０是完全集成的混合信号片上系统型ＭＣＵ，具　Ｃ８０５１Ｆ０４０只画出了与ＣＡＮ通信有关的部分，其中Ｕ１为双通　有６４个数字Ｉ／Ｏ引脚，片内集成了一个ＣＡＮ２．０Ｂ控制器。片　道隔离器，Ｕ２为ＣＡＮ总线驱动器，Ｕ３为微控制器。ＣＡＮＨ与　内ＪＴＡＧ调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品　ＣＡＮＬ为ＣＡＮ总线的输出端。ＶＣＣ为微控制器的电源为３．３Ｖ。　ＭＣＵ进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调　而ＶＣＣｌ为总线驱动器的供电电源为５Ｖ，其中３．３Ｖ电源与５Ｖ　试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单　电源是隔离的，需要单独供电。　步及运行和停机命令。在使用ＪＴＡＧ调试时，所有的模拟和数字　混合动力电动汽车ＢＭＳ与充电机ＣＡＮ总线通信设计　ＣＡＮＯＤＡＴ　＝０ｘ０４４Ａ　０ｘ１８ＦＤ０４４Ａ　／／Ｓｅｔ　ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ１　ＩＤ　ｔｏ”　／／Ａｒｂ２　ｈｉｇｈ　ｂｙｔｅ：Ｓｅｔ　ＭｓｇＶａｌ　ｂｉｔ，　ＣＡＮＯＤＡＴ＝０ｘＤ８ＦＤ；　ＨＡＶＥ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ＩＤ．　ＣＡＮＯＤＡＴ＝０ｘ０４８８；　／／Ｍｓｇ　Ｃｎｔｒｌ：ｓｅｔ　ＲＸＩＥ．ＤＬＣ＝８，ｒｅ－　ｍｏｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ／／ｄｉｓａｂｌｅｄ　ＣＡＮＯＡＤＲ　＝ＩＦ１　ＣＭＤＲＱＳＴ　／／Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｒｅｑｕｅｓｔ　ｒｅｇ．　ＣＡＮＯＤＡＴＬ＝ＭｓｇＮｕｍ；　／／Ｓｅｌｅｃｔ　Ｍｓｇ　Ｏｂｊ　ｐａｓｓｅｄ　ｉｎｔｏ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｌｉｓｔ　｝　ｖｏｉｄ　ｉｎｉｔ＿ｍｓｇ＿ｏｂｊｅｃ　Ｄ（（ｃｈａｒ　ＭｓｇＮｕｍ）　｛　ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＣＡＮ０＿ＰＡＧＥ；　ＣＡＮＯＡＤＲ＝ＩＦ１　ＣＭＤＭＳＫ；／／Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｍａｓｋ　１　ＣＡＮＯＤＡＴ＝０ｘ００Ｂ３；　／／Ｓｅｔ　ｔｏ　ＷＲＩＴＥ．＆ａｌｔｅｒ　ａｌｌ　Ｍｓｇ　Ｏｂｌ　ｅｘｃｅｐｔ　ＩＤ　ＭＡＳＫ　ｂｉｔｓ　ＣＡＮＯＡＤＲ＝ＪＦ１ＡＲＢ１：　／／ＰＯｊｎｆ　ｔｏ　ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ１　ｒｅｇｉｓｔｅｒ　ＣＡＮ０ＤＡＴ　＝０ｘ０２４７　／／Ｓｅｔ　ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ１　ＩＤ　ｔｏ　Ｃ　＝　／／Ａｕｔｏｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｔｏ　Ａｒｂ２　ｈｉｇｈ　ｅ：　图１　ＣＡＮ总线部分原理图　ＣＡＮＯＤＡ　＝　／／Ｍｓｇ　Ｃｎｔｒｌ：ＤＬＣ＝８，　ｒｅｍｏｔｅ　２　ＣＡＮ总线通信实现的软件部分　ｆｒａｍｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｎｏｔ　ｅｎａｂｌｅｄ　２　１通信协议　ＣＡＮＯＡＤＲ＝ＩＦ１　ＣＭＤＲＱＳＴ　／／Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｒｅｑｕｅｓｔ　ｒｅｇ．　ＣＡＮ标准为２．０Ｂ，通信速率为２５０Ｋｂｐｓ，物理层　ＣＡＮＯＤＡＴ＝ＭｓｇＮｕｍ；　／／Ｓｅｌｅｃｔ　Ｍｓｇ　Ｏｂｊ　ｐａｓｓｅｄ　ｉｎｔｏ　ＩＳＯ１　１８９８，１２０ｎ匹配电阻由ＢＭＳ负责统一匹配。标识符格式　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｌｉｓｔ　按照ｓＡＥＪ１９３９的格式。ＳＡＥＪ１９３９应用层协议详细描述了　１　ＳＡＥ　Ｊ１９３９网络的参数，包括数据长度、数据类型、分辨率、范　由于篇幅所限，在这里仅列出了ＣＡＮ总线操作中的发送与　围及参考标签，并为每个参数分配一个编号（ＳＰＮ）。采用协议数　接收初始化函数。要发送的与要接收的信息通过指令直接到消　据单元（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｄａｔａ　Ｕｎｉｔ，ＰＤＵ）传送信息，每个ＰＤＵ相当于　息存贮器中读取，ＣＡＮ总线的收发是通过ＣＡＮ控制器自动进　ＣＡＮ协议的一帧。　行的。　数据格式说明如表１所示，ＢＭＳ电池管理系统提供给智能充　３结束语　电机的常用参数和故障类型，发送周期：５０ｍｓ，ＩＤ：待定，ＤＬＣ：８。　本文对混合动力电动汽车的电池管理系统ＢＭＳ和充电机　表１数据格式定义　的ＣＡＮ总线通信部分进行了设计，实现了混合动力电动汽车电　字节　参数内容　说明　池的智能充电，较好地解决了充电机充电的盲目性，提高了电池　０１：型号１　的寿命。已经在国产混合电动汽车使用，与电池管理系统ＢＭＳ　１　电池型号　０２：型号２　Ｏ３：型号３　通信正常，达到设计目标，经过一年来的使用，用户反映使用良　２　电池温度　Ｏ￣２ＩＯ￣Ｃ，偏移－－４０，ｌ℃／位　好，性能稳定可靠。　００１：表示电池工作正常，允许充电；　３　电池充电请求　００２：表示电池工作正常，要停止充电　００３：表示电池工作异常，要停止充电　参考文献　４　电池状态码　全０正常，其它一异常　［１］Ａｆｆａｎｎｉ　Ａｎｔｏｎｉｏ．Ｂｅｌｌｉｎｉ　Ａｌｂｅｒｔ　Ｏ．ｅｔ　ａ１．Ｂａｔｔｅｒｙ　ｃｈｏｉｃｅ　ａｎｄ　ｍａｎ—　５　生命周期　Ｏ～２５５　６～８　Ｕｎｄｅｆｉｎｅ　ＯＸＦＦ　ａｇｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ【Ｊ】　ＩＥＥＥ　２＿２用户程序　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２∞５，５２（５）：１３４３—１３４９　［２］Ｂｏｓｃｈ，Ｃ—ＣＡＮ　Ｕｓｅｒ　Ｓ　Ｍａｎｕａ１．　Ｖｅｒｓｉｏｎ　１　２，　１９９９，　Ｒｏｂｅｒｔ　用户程序采用Ｋｅｉｌ　Ｃ５１进行编程和调式，下面是ＣＡＮ通　Ｂｏｓｃｈ　ＧｍｂＨ　信所需的部分程序：　［３］潘琢金，孙德龙，夏秀峰．Ｃ８０５１Ｆ单片机应用解析［Ｍ］北京：北京航　ｖｏｉｄ　ｉｎｉｔ＿ｍｓｇ＿ｏｂｊｅｃｔ—ＲＸ（ｃｈａｒ　ＭｓｇＮｕｍ）　空航天大学出版社，２００２：７５—１８２　｛　ＳＦＲＰＡＧＥ　＝ＣＡＮ０［４］ＡＤＩ．Ｄｕａｌ－Ｃｈａｎｎｅｌ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｓｏｌａｔｏｒｓ　ＡＤｕＭ１２００／ＡＤｕＭ１２０１，　一ＰＡＧＥ：　ＣＡＮＯＡＤＲ　＝ＩＦ１ＣＭＤＭＳＫ；／／Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｍａｓｋ　１　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｎａｌｏｇ．ｃｏｍ／ｓｔａｔｉｃ／ｉｍｐｏｒｔｅｄ－ｆｉｌｅｓ／ｄａｔａ＿ｓｈｅｅｔｓ／　ＣＡＮＯＤＡＴ＝０ｘ００Ｂ８；　／／Ｓｅｔ　ｔｏ　ＷＲＩＴ　Ｅ＿ａｎｄ　ａｌｔｅｒ　ａｌｌ　Ｍｓｇ　ＡＤｕＭ１２００—１２０１．ｐｄｆ　Ｏｂｉ　ｅｘｃｅｐｔ　ＩＤ　ＭＡＳＫ　［５］ＰＣＡ８２Ｃ２５０，ＣＡＮ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，Ｐｈｉｌｉｐｓ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ－　／／ａｎｄ　ｄａｔａ　ｂｉｔｓ　ｔｏｒｓ．２０００　ＣＡＮＯＡＤＲ＝ＩＦ１ＡＲＢ１：　／／Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ１　ｒｅｇｉｓｔｅｒ　［收稿日期：２０１０．３．２５］　公开征集对《传感器网络数据描述规范》等７５项国家标准计划项目的意见　根据工业和信息化部２０１０年标准化工作的总体安排，工信部科技司将申请立项的《传感器网络数据描述规范》等７５项国家标　准予以公示（标准计划项目表见ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｉｔ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｎｌ１２９３４７２／ｎｌ１２９３８３２／ｎｌ１２９３９０７／ｎ１１３６８２２３／１３２Ｏ４Ｏ５９．ｈｔｍ１），截止　日期５月３０日。如对标准项目有不同意见，请在公示期间向工信部科技司反馈。