基于STM32和CAN总线的电动车电池管理系统设计

随着电池能源的广泛使用，石油资源的枯竭和环境污染，电动车以其节能环保的优点引起越来越多的重视，在电动车的研究和发展上，车载电池及其管理系统的研究与制造占据着紧要位置。电动车动力电池在使用中的主要问题表今朝：加工过程中，电池的工艺，技术以及成组技术还不能保证其初始性能具有良好的一致性；使用过程中，对过充电、过放电、过温度、过电流等非常敏感，这类情况的发生会分明缩短电池寿命，甚至会导致电池报废。电池包是几十个甚至上百个单体电池串联，单体电池之间存在不一致性，随着连续的充放电循环，电池间的不一致性加剧，电池包的可用容量受容量最小的单体电池制约。对于这些情况，电池的初始性能非得要依赖企业加工工艺的优化，加工过程关键参数的控制来改善，而使用过程中出现的问题则需要电池管理系统来处理。本设计是以STM32F107为核心的主控制器通过CAN通信网络控制以C8051F500单片机为核心的电池包信息采集和基本控制模块工作及获取数据。主要实现了单体电池的过压放电均衡，过流保护、过温保护、过放电保护以及通过上级控制器汇报并存储整体电池包的工作状态。

1硬件设计

1.1系统总体架构

系统所监控管理的电池组组成结构为：先将一定数目的锂电池串联，将若干电池串并联成一电池包，最后将若干电池包串联构成整体的电池组，这种串并联复用的组织形式有利于进行单串电池的充放电起停操作，降低使用过程中萌生的电池容量不一致性。管理系统的构成如图所示，每个电池串配置一个二级控制器监测管理，采集电流、电压、温度等数据并上传，控制电池串起停与均衡操作，一级控制器为双CAN控制器结构，CAN1控制器与二级控制器组成电池包的CAN网络，CAN2控制器与主控板电池组组成内部一级CAN总线网络，负责向主控板汇报该电池包工作情况及向下属二级控制器传达指令，主控制板的CAN2控制器则接入整车CAN总线。由于各电池包为串联结构，电压的递增关系影响到二级控制器，故而供电时需经DC/DC转换。

1.2主控制器、一级控制器架构

主控制器，一级控制器的核心控制由意法半导体的STFM32F107完成，STM32F107是一款高性能、低成本、低功耗的32位RISC微解决器，采用ARMCortex-M3的内核，内部含有256kB的Flash和64kB的SRAM，有着充分的编程空间，主频为72MHz，足以承担对下级控制器的实时管理。所蕴含外设有：基本的电源电路、复位电路、标准JTAG调试口、双CAN物理层电路、EEpROM存储器，对于本系统设计来说是最佳方案。

1.3二级控制器架构

由于锂电池单体电压较小，一般约为4V，而整体电池组电压则高达数百伏，单串电池长度也在15个以上，而目前常用的电池测量芯片成本较高且只能监测6节或12节电池电压，综合考虑决定以C8051F500为核心设计二级控制器，这种设计相较于专用电池测量芯片而言，缺点是精度较低，优势是可以对所测量的数据先进行计算解决，不完全依靠上级控制器的指令。

C8051FS00解决器按AEC-Q100探测标准设计，具有宽工作电压、宽工作温度范围、抗干扰能力强并内置CAN及LIN总线控制器，适合汽车电子及工业控制方面的使用。该芯片具有32路I/O口，接口数满足监控电池串工作的需要，具有12bit的ADC，每个通道的最小建立时间

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