基于CAN总线通信的蓄电池能量管理系统 毕业论文.doc
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1、 保 密 类 别 编号 20100801012 武汉大学珞珈学院 毕 业 论 文 基于CAN总线通信的蓄电池能量管理系统 系 别 电气工程与自动化 专 业 电气工程与自动化 年 级 2010级电气一班 学 号 20100801012 姓 名 指导老师 武汉大学珞珈学院 2014年 5 月16日摘 要 随着全世界汽车数量的增加,人类对能源的需求越来越大。电动汽车作为未来汽车的发展方向,越来越受到人们的重视。要使各种电动汽车能与传统内燃机汽车相竞争,关键是提高动力蓄电池的性能。就目前使用的动力电池来说,怎样建立对电池有利的充放电控制模型、实时监控电池荷电状态、防止电池过充与过放来延长电池的使用寿命
2、,怎样对电池进行实时或定期的自动故障诊断和维护,最大层度地保证电池的可靠运行,这些问题都需要通过开发有效合理的基于实时总线的电池管理系统来加以解决。 可由于电池管理系统所工作的环境异常恶劣,时时受到外界强电、噪声等干扰,使提高电池管理系统的通信可靠性成为了系统研制成功的一个关键。提高管理系统通信可靠性的技术可分为硬件和软件两个方面,仅采用硬件技术,如电磁隔离、去祸滤波、噪声补偿等,仍有一些频段的干扰侵入系统,不能完全满足应用系统的要求。还需要采用一些软件抗干扰的技术。硬件技术和软件技术的巧妙结合,是提高系统可靠性的有力手段。 本课题以混合动力公交EQ6110为试验平台,以镍氢动力电池管理系统的
3、通信作为研究对象,通过对电池管理系统的CAN总线通信可靠性分析与设计,深入探讨了影响系统可靠性的各方面因素,同时提出了CAN总线网络下的调度消息模型,引入同步与异步的概念,将各类消息进行分门别类的传输。采用了优先级提升算法对系统进行了改进设计,该算法不但可以提高系统实时通信的性能和带宽利用率,还在一定程度上避免了消息死锁的出现。在项目的设计与实现过程中,构建了软硬件实验平台,在CodeWarrior环境下建立了通信工程,并进行了程序的调试。经过试验验证,改进后的通信系统可以安全可靠的运行,从而保证电池管理系统可靠运行完成预定功能。最后对本课题所做的研究工作进行了总结,在此基础之上指出了今后该课
4、题进一步研究下去的方向,提出了展望关键词:电池管理系统 CAN总线 消息模型 调度算法IABSTRACTWith the increasing of cars around the world , humans demands for energy is growing. Electric cars are the future direction of vehicles. More and more attention has been paid. In order to let a variety of electric vehicles compete with conventional
5、 internal combustion engine cars , the performance of power battery must be improve. Recently, the problem of power battery is, how to establish an suitable battery charge and discharge model, real-time monitoring of battery state of charge to prevent overcharge and over-discharge of the battery to
6、extend battery life , and how to carry out real-time or regular battery automatic fault diagnostics and maintenance , the greatest degree of assurance that the battery level reliability. All these problems can be resolved through the development of effective and reasonable battery management system
7、(BMS). Battery management system due to the unusual circumstances surrounding the poor work place in strong external power noise and other interference improvement in reliability of communication system has become the key to success of battery management system. The improvement in the reliability of
8、 communications systems can be divided into aspects. It includes hardware and software technology. Just using the hardware technologies such as magnetic separation coupling filtering noise compensation there are still some band interference invading systems and can not fully meet the application sys
9、tem requirements. Software anti jamming technology is also needed. Hardware and software ingenious combination is the way to improve the reliability of embedded systems.This paper provides CAN bus communication reliability analysis and battery management system design based on hybrid power driving B
10、us EQ6110 test platform and CAN bus design for the BMS. Author also studies of various factors which impact system reliability. A CAN bus information scheduling model and Synchronous and asynchronous conception has been presented in the text. Different types of messages can be transmitted separately
11、. Finally author presents the priority promoting scheduling algorithm. Living test confirm that the improved battery management system can be safely and reliably operated as we intended. The algorithm not only can improve the system performance of real-time communication and bandwidth utilization, a
12、lso to a certain extent to avoid the appearance of the message deadlock. Finally, the author of this topic summarized the research work in the project and pointed out that further research on the subject of the future direction.Keywords: battery management system CAN bus information model scheduling
13、 algorithmIII目 录第1章 绪论.1 1.1 课题研究的背景.1 1.2 电池管理系统及其通信网络技术发展现状.2 1.2.1 国外的发展状况.2 1.2.2 国内的发展状况.3 1.3 CAN 总线在电池管理系统应用中的优势与存在的问题.4 1.3.1 汽车网络环境采用CAN总线通信的优势.4 1.3.2 CAN总线运用在电池管理系统通信节点上中存在的问题.5第2章 电池管理系统设计方案.6 2.1 电池管理器工作原理.6 2.2 智能管理模块设计思路.8 2.2.1 CAN 总线通信模块.8 2.2.2 充放电保护模块.9 2.3 电池管理系统的通信节点网络模型.9 2.3.1
14、 电池管理系统的拓扑结构.92.3.2 电池控制模块中的消息系统.10 2.4 本章小结.11第3章 CAN总线技术分析.12 3.1 CAN总线网络协议分析.12 3.1.1 CAN总线的特点.12 3.1.2 CAN总线的分层结构 .12 3.1.3 CAN总线多址接入/冲突避免(CSMA/CA)机制.133.1.4 CAN总线的报文传输.14 3.2 CAN总线调度算法研究.19 3.2.1 固定优先级调度算法.19 3.2.2 固定优先级调度算法中的消息分类.20 3.2.3 固定优先级调度算法的优先级分配.21 3.3 CAN 总线的错误检测与处理机制.21 3.3.1 总线中的错误
15、类型.21 3.3.2 故障界定.22 3.4 本章小节.23第4章 系统硬件设计. 24 4.1数字信号处理器的选择. 24 4.2 DSP外围电路的设计. 25 4.2.1 DSP电源及复位电路设计. 25 4.2.3 DSP仿真器及JTAG接口. 26 4.3采集电路.26 4.3.1电压采集.26 4.3.2 电流采集.27 4.3.3 温度采集.28 4.4 A/D转换电路的设计.29 4.5 本章小结.31第5章 电池管理系统的软件设计.33 5.1软件设计概述. 33 5.2主程序设计及相关子程序设计.33 5.2.1主程序设计.33 5.2.2模数转换子程序.34 5.2.3电
16、池判断子程序. 35 5.3 中断服务程序.36 5.4 软件抗于扰设计.37 5.5 本章小结.38第6章 电池管理系统的实验设计.39 6.1实验目的.39 6.2 实验平台.39 6.3 电池信息检测试验.40 6.4 CAN通信显示.43 6.5 实验结果.44 6.6 本章小结.44结论.45参考文献. 46致谢.47第1章 绪论1.1 课题研究的背景 能源消耗在汽车中的比例占主要工业国家能源消耗的两层以上1,由于现代社会的能源危机使人们认识到传统的内燃机需要利用新的能源辅助,混合动力汽车是汽车工业将要面临的一场深刻的革命2。由于蓄电池在使用过程中无气体排放无污染,有助于解决当前汽车
17、造成的环境问题,于是世界上各个主要汽车制造商都纷纷加紧了大功率动力蓄电池的研究工作3,意在开发出性能优越的动力系统,来提高产品的竞争力。作为一项新兴的技术,从20世纪90年代初期开始,混合动力交通工具的研发就得到了美、日以及西欧等许多发达国家的高度重视,到目前为止已经获得了很多的丰硕成果与专利技术,许多大型的汽车制造企业已经打出了自己的品牌4。综上所述,混合动力电动汽车的产业化发展是必然的。我国是个缺乏能源、环境污染严重的国家。发展混合动力电动汽车将为我国的能源和污染问题、提高民族汽车工业的竞争力起到重要的作用。我国在混合动力电动汽车的研发上,己经取得了较好的成绩。并且为了实施能源发展战略,国
18、家电网公司拟采取各种有效措施,促进新能源汽车的健康发展。在将来,我国的新能源电动汽车会逐渐走向商品化及应用阶段,必将成为中国汽车的发展方向。动力蓄电池是混合动力电动汽车(HEV , Hybrid Electric Vehicle)的动力来源之一,它的性能的好坏直接决定了整车的质量5。其主要性能指标包括能量密度、功率密度与使用寿命等6。动力蓄电池之性能不能达到实际的需求目标,是阻碍其技术发展的重要原因之一7。要使各种动力电池能与传统的燃油动力系统相抗衡,首先应当解决的问题是开发出能量密度大、功率密度大、使用寿命长的高效蓄电池8。就当前的车用动力电池来说,怎样建立对电池有利的高效充电模型、准确估测
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