新能源汽车技术 第 1 页,2.电池管理系统的硬件实现,1. 电压采样的实现电压采样是对电动汽车电池组的电压进行采样，每个电池组由10个单体电池构成本系统中一共有14个电池组组成电动汽车的动力电池原理如下图所示，每个电池为一个电池组电压数据采集方案硬件框图,ATMEGA8L通过逻辑控制单元，控制高压开关阵列的通断来采样电池组电压，电压信号在经过线性隔离器件，再经放大后输入到ATMEGA8L的A/D新能源汽车技术 第 2 页,2.电池管理系统的硬件实现,2.电流采样的实现电流的采样是估计电池SOC的主要依据，因此对其采样的精度，抗干扰能力，零飘、温飘和线性度误差的要求都很高在这里采用电流传感器LT308（LEM），该电流传感器是基于霍尔原理的闭环（补偿）电流传感器，具有高的精度、良好的线性度和最佳的反应时间，同时也具有很好的抗干扰能力其原边的额定电流为300A，满足系统设计的要求副边的额定电流为150mA，其转换率为1:2000供电电源为正负12V或正负15V其测量电路如下图所示新能源汽车技术 第 3 页,2.电池管理系统的硬件实现,电流采样部分示意图,新能源汽车技术 第 4 页,2.电池管理系统的硬件实现,LEM的输入电流经过可调电阻R2转换为电压信号，可调电阻用于调节电流与其对应的电压之间的比例关系。
由于从LEM过来的电流是双向的，因此其转换得到的电压是以地（GND）为中心变化的一个正负电压，而选用的模数转换器是单向的，因此必须将其电压提供至0V以上为此，设计以一个加法器（前端的运算放大器），它的功能是将以0V为中心的正负电压提升至以2.5V为中心的正电压后端的运算放大器为一个反相器，将有加法器得到地负电压转换为正电压，同时起到功率发大的作用通过两级运放，最终将信号变为0~5V的标准信号进入A/D转换器 电阻R1前端的2.5V电压是通过稳压器件调整得到的，它的稳定性关系到系统零点的稳定，对电流采样有重要的意义采用高精度的电压参考源AD580，其输出精度为2.5V±0.4%完全满足设计要求新能源汽车技术 第 5 页,2.电池管理系统的硬件实现,3．温度采样的实现温度传感器采用美国DALLAS公司继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感器DS18B20，它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果温度采集电路如下图所示温度检测系统采用直接电源供电方式当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10。
由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的同时由于读写在操作上是分开的故不存在信号竞争问题新能源汽车技术 第 6 页,2.电池管理系统的硬件实现,,温度测量图,无论是单点还是多点温度检测，在系统安装及工作之前，应将主机逐个与DS18B20挂接，读出其序列号新能源汽车技术 第 7 页,2.电池管理系统的硬件实现,4.抗干扰措施的设计由于电池管理系统用在情况比较复杂的电动汽车上，所以干扰可以沿各种线路侵入单片机系统其主要的渠道有三条：即空间干扰、供电系统干扰、过程通道干扰干扰对单片机系统的作用可以分为三个部位：第一个部位是输入系统，干扰叠加在信号上，使数据采集误差增大，特别在前向通道的传感器接口是小电压信号输入时，此现象会更加严重；第二个部位是输出系统，使各输出信号混乱，不能正常反应单片机系统的真实输出量，导致一系列严重后果；第三个部位是单片机系统的内核，使总线上的数字信号错乱，程序运行失常，内部程序指针错乱，控制状态失灵，单片机中数据被修改，更严重的会导致死机，使系统完全崩溃新能源汽车技术 第 8 页,2.电池管理系统的硬件实现,（1）硬件抗干扰设计硬件抗干扰效率高，若硬件措施得当，可以将绝大多数干扰拒之门外。
硬件抗干扰技术主要有以下几种： 1）电隔离：在输入输出通道上通过光藕器件传输信息可将单片机系统与各种传感器、开关、执行机构从电气上隔离开来，阻挡很大一部分干扰 2）双绞线传输和终端阻抗匹配：长线传输数字信号时利用双绞线，对噪声干扰有较好的抑制效果可与光藕或者平衡输入接收器和输出驱动器联合使用在发送和接收信号端必须有末端电阻，双绞线应该与阻抗匹配新能源汽车技术 第 9 页,2.电池管理系统的硬件实现,3）硬件滤波：RC低通滤波器可以大大消弱各类高频干扰信号（如各类“毛刺”干扰） 4）良好的接地：有两种接地，一种是为人身或设备安全目的，把设备的外壳接地，这种接地叫外壳接地或安全接地；另一种是为电路工作提供一个公共的电位参考点，这种接地称为工作接地两种接地系统都要设计合理，同时，系统的数字地与模拟地要分开 5）屏蔽：高频电源、交流电源、强电设备、电弧产生的电火花，甚至雷电，都能产生电磁波，从而成为电磁干扰的噪声源用金属外壳将器件包围起来，再将金属外壳接地，其对屏蔽各种通过电磁感应引起的干扰非常有效新能源汽车技术 第 10 页,2.电池管理系统的硬件实现,2）软件抗干扰设计 在单片机系统中，充分挖掘软件的抗干扰能力可以将干扰的影响抑制到最小。
软件抗干扰设计主要是消除模拟输入信号的噪声，程序运行混乱时使程序重新正常运行 1）数字滤波：数字滤波技术可以有效地消除模拟输入信号的噪声数字滤波技术有：中值滤波、算术平均值滤波、加权平均值滤波等 2）程序运行监视系统：若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”通过不断检测程序循环运行时间，若发现它超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，则对其进行出错处理新能源汽车技术 第 11 页,2.电池管理系统的硬件实现,5．车载CAN通讯设计实现电池管理系统是混合电动车车载电气系统的一部分它与整车控制系统的通讯联系是通过CAN通讯来实现的在电池管理系统中，CAN通讯的实现是由外围设置CAN的控制器和接收器组成的通讯模块，它的设计如下图所示新能源汽车技术 第 12 页,2.电池管理系统的硬件实现,CAN通讯接口设计原理图,新能源汽车技术 第 13 页,2.电池管理系统的硬件实现,从上图中可以看出，电路主要由4部分所构成：微处理器ATMEGA8L、CAN控制器SAJ1000、CAN总线驱动器82C250和高速光电藕合器6N137 为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SAJ1000的CAN接口不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光藕6N137后与82C250相连，这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。
同时光藕部分电路所采用的两个电源VCC和VDD也完全隔离，否则采用光藕就失去了意义电源的完全隔离采用的是两个小功率的隔离电源模块来实现的这些部分虽然增加了接口电路的复杂性，但是却提高了节点稳定性和安全性新能源汽车技术 第 14 页,2.电池管理系统的硬件实现,82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护82C250免受过流的冲击CANH和CANL与地之间并联了两个30PF的小电容，可起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力另外，在两CAN总线上与地之间分别接一个防雷击管，可以防止总线与地之间的瞬间干扰新能源汽车技术 第 15 页,3.电池管理系统的软件实现,电池管理系统的软件主要包括三个部分：中央处理单元的管理部分、各ECU的测量与控制部分、整个系统的通讯部分电池管理系统的主要任务是检查电池的电压、电流和温度通过对测的参数的分析，估计电池的剩余容量并做出各种错误报警系统软件是基于ATMEGA8L的C语言实现的，主要有以下几部分： （1）系统初始化； （2）参数检测及滤波； （3）剩余容量估计； （4）通讯； （5）数据诊断报警。
新能源汽车技术 第 16 页,3.电池管理系统的软件实现,1．系统内存配置 ATMEGA8L有两种类型的的存储器：程序存储器(主要包含可执行程序代码)和数据存储器(主要包含外部变量、静态变量、系统堆栈)有C语一言生成的每一块程序或数据存放于存储器空间的一个连续的段中 在编写软件时，应通过伪指令定义段，并给段分配空间，二进制可执行文件是以段的形式存储的使用段的好处是模块化编程的需要，可以提供灵活方法来管理代码和目标系统内存空间，编者可以自由的决定把哪些代码归属到那些段新能源汽车技术 第 17 页,3.电池管理系统的软件实现,C编译器对C语言编译生成7个可以进行重定位的代码和数据块，这些块叫做段，这些段根据不同的系统配置以不同的方式被放到存储器中这7个块有两种类型：一种是己初始化的块，另一种是未初始化的块已初始化的块主要包含数据表和可执行代码，它包括：text，cinit，const和switch四种类型，未初始化的块包括：bss，stack和ysmem三种类型，他们用于保留存储空间程序运行时，利用这些空间创建和存储变量堆栈机制实现以下功能：保护函数的返回地址、分配局部变量、传递函数变量、保护临时结果。
堆栈的大小有全局符号多TACK_SIRE决定（缺省值为1k） 静态变量和全局变量的存储分配在C程序中说明的每一个外部或静态变量都是被分配给一个唯一的连续空间，空间的地址由链接器决定，编译器保证这些变量空间分配多个字，以便每个变量按字边界对齐新能源汽车技术 第 18 页,3.电池管理系统的软件实现,使用汇编器可以将汇编语言源程序变为目标文件，用连接器将若干个目标文件连接成可被CPU芯片执行的可执行文件这些目标文件的格式为通用目标文件格式(coff)连接器通过连接coff目标文件建立可执行文件，目标文件中的段是连接时的重要依据，连接器可把段定位到用户系统己配置的存储器中芯片的存储器配置随应用的不同而不同用户可以通过cmd连接命令文件，用连接器伪指令MEMORY可以确定目标系统的各种内存配置，当决定了存储器的模式后，可以用连接器伪指令SECTIONS确定连接器组合输入端的方法和输出端在存储器中的位置 Coff文件会使模块编程和管理变得更加方便，连接器根据连接命令文件(cmd)，将一个或多个coff文件连接起来将各个文件的各个段配置到目标系统的存储器中对各个符号和段进行重定位新能源汽车技术 第 19 页,3.电池管理系统的软件实现,2.参数检测及滤波 电压、电流的检测都是通过AD中断采集的。
ADC转换结果为10位，存放于ADC数据寄存器ADCH及ADCL中默认情况下转换结果为右对齐但可通过设置ADMUX寄存器的ADLAR变为左对齐在此设计中，采用默认右对齐模式在读ADCH之前又有一次ADC转换结束，数据寄存器的数据也不会更新，从而保证了转换结果不丢失ADCH被读出后，ADC即可再次访问ADCH及ADCL寄存器ADC转换结束可以触发中断即使由于转换发生在读取ADCH与ADCL之间而造成ADC无法访问数据寄存器，并因此丢失了转换数据，中断仍将触发向ADC启动转换位ADSC位写“1”可以启动单次转换在转换过程中此位保持为高，道到转换结束，然后被硬件清零如果在转换过程中选择了另一个通道，那么ADC会在改变通道前完成这一次转换新能源汽车技术 第 20 页,3.电池管理系统的软件实现,使用ADC中断标志作为触发源，可以在正在进行的转换结束后即开始下一次ADC转换之后ADC便工作在连续转换模式，持续地进行采样并对ADC数据寄存器进行更新第一次转换通过向ADCSRA寄存器的ADSC写1来启动在此模式下，后续的ADC转换不依赖于ADC中断标志ADIF是否置位在此设计中采用连续中断模式，以保证数据更新速度和及时性。
在中断服务程序中，采集多组数据，剔除两端极值，然后对数据进行平均滤波在温度数据采集中也同样经过滤波处理。