电动汽车电池管理系统主控板硬件设计

王恩亮，涂德凤，陈业慧

（安徽新华学院 电子通信工程学院，安徽 合肥 230088）

电动汽车电池管理系统主控板硬件设计

王恩亮，涂德凤，陈业慧

（安徽新华学院 电子通信工程学院，安徽 合肥 230088）

对电池管理系统主控板设计.通过Protel 99 SE软件对主控板各模块进行电路图设计，再对各模块进行检测，通过检测来保证主控板最终能够正常运行.

电动汽车；电池管理系统；主控板

传统汽车就对环境造成了很大的破坏，而电动汽车不但对环境的污染较小，还能代替传统汽车为人们服务，电动汽车现在已经成为当前技术开发的重点区域.电池管理系统作为电动汽车的一个核心部分，要求实时监测电池状态、实时采集电动汽车电池组中的电池的电压、温度、充放电电流、电池组总电压及电池组绝缘状态等，从而保证电池能量的高效利用、防止电池过充电和过放电、保障电池的安全使用和延长电池寿命等功能已逐渐明确[1].而主控板作为电池管理系统主要部分之一，在研究方面也得到重视，本篇论文对电动汽车的电池管理系统主控板硬件进行设计.

1 系统架构

电池管理系统高压板组成如图1所示.

图1 系统架构图

2 硬件设计

2.1 MCU最小系统电路设计

MCU最小系统完全按照Freescale MC9S12微处理器的最小系统设计，其主要功能是保证MCU最小系统正常工作，为各个模块提供相应的引脚.

2.2 存储模块电路

存储模块有两个部分，一个存储芯片是FM24C64，存储的是系统的一些重要参数；另一个存储芯片是大容量的AT45DB041B，存储的是高压板、检测板传送过来的一些历史数据[1].

本设计采用铁电存储器FM24C64，芯片通过IIC串行扩展总线与MCU进行数据交换，通过一根数据线SDA和时钟线SCL实现全双工的同步数据传送.系统采用了可控的供电方式，当MCU工作稳定且需要读写数据时才对芯片进行上电.

图2 重要参数存储电路

为了存储高压板、检测板传送过来的一些历史测量数据，系统选用大容量存储器AT45DB041B.该存储器使用系统自带的SPI（串行外设接口）[2].

2.3 CAN通信电路设计

主控板通过高压板、检测板传过来的数据判断，再对外部发出指令[3].本系统最关键的是三块板之间的通信，以及和外部的通信.系统采用Freescale MC9S12微处理器自带的CAN控制器模块和CAN收发器模块，外加滤波电路和稳压保护电路实现CAN通信.CAN收发器模块RS接地使其工作在高速模式下，并在总线端加上RC滤波器和稳压二极管实现对芯片进行保护.为了防止干扰信号通过CAN通信线路的串入影响到系统的正常工作，系统采用ISO7221A数字双通道高速光隔离芯片将CAN通信模块与MCU最小系统之间进行了光藕隔离.两组不共地的电源由DC/DC变换芯片B0505D取得.为了消除电源波动，DC/DC变换的输入输出都进行了滤波处理.

3 主控板硬件测试

3.1 存储模块测试与分析

3.1.1 存储模块电压测试1—FM24C64芯片电源电压测试

测试步骤：将主板接通12V稳压电源，ON档信号控制电源导通，程序控制给FM24C64供电，用数字万用表两端口测量U3的8端对地电压，

测试结果：FM24C64的 8端对地电压是4.98V，标准值为5V；测得的FM24C64的4端对地电压是0V，标准值0V.

3.1.2 存储模块电压测试2—AT45DB041D芯片电源电压测试

测试步骤:将主板接通12V稳压电源，ON档信号控制电源导通，用数字万用表的两端测量79L05的1端、2端、3端对地电压，U15的6端对地电压，U15的7端对地电压，

测试结果：79L05的1端对GND电压2.217V，标准值2.12V；79L05的2端对GND电压0V，标注值0.00V；79L05的3端对GND电压2.747V，标准值2.5—3.6V；AT45DB041D的6端电压2.756V，标准值 2.5—3.6V；AT45DB041D的 7端电压 0V，标准值0.00V.

3.2 存储模块读写测试

测试步骤：将主板接通12V稳压电源，ON档信号控制电源导通，写入FM24C64测试程序，观察灯是否闪烁，并用示波器观察SCL信号，测试结果如图3所示.灯闪烁，表明FM24C64工作正常.

图3 SCL信号和SDA信号波形图

3.3 CAN通信发送接收测试

测试步骤：将主板接通12V稳压电源，ON档信号控制电源导通，连接USBCAN分析仪程序控制主板向 USBCAN 分析仪发送 00、01、02、03、04、05、06、07、08，经过测试和分析，CAN 通信发送接收正常.

4 结束语

动力电池是电动汽车主要技术之一，而主控板是电池管理系统的一个模块，在实际工作中，主控板起着重要的作用.

本文主要是对主控板的硬件设计和测试，主控板的硬件电路包括时钟模块、光耦模块、MCU最小系统、存储模块和CAN通信模块，然后分别对存储模块的FM24C64芯片和AT45DB041D芯片进行电源电压测试，再进行读写测试，用示波器观察其波形图.最后对CAN通信模块进行测试，用USBCAN分析仪进行观察分析.测试结果表明设计的主控板各模块都正常运行，从而确保主控板的正常工作.本文所设计并实现的电池管理系统硬件电路可靠、经济、抗干扰能力强.

〔1〕李秉宇．混合动力汽车镍氢动力电池管理系统的研究[D]．北京:北京交通大学,2008．

〔2〕宋磊．CAN总线在现代汽车中的应用研究Ⅱ[D]．江苏大学，2002．105-106．

〔3〕肖玉萍．混合动力电动汽车电池管理系统[D]．北京:北方工业大学，2008．2-3．

TP301

A

1673-260X（2017）12-0045-02

2017-09-24

安徽省大学生创客实验室项目(2016ckjh095)；安徽新华学院校级科研项目（2016td018）；安徽新华学院教学团队项目（2017jxtdx01）