基于C8051F530单片机的电动汽车电池检测器

摘 要：从电动汽车电池管理系统的结构分析入手,提出了一种采用485通信总线的电池信息采集模块,详细介绍了基于C8051F530单片机的电池检测器的硬件原理图和主要软件功能,推导出了温度计算公式.

关 键 词：电池管理系统温度检测光电隔离C8051F530

中图分类号：TM930文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0098-02

电动汽车的动力电源通常是由多个电池串联组成的直流高压电源,多个单体电池串联以后,要实现电压的测量以及与上位机的通信,既要解决各个测量电路之间的隔离问题,也要考虑测量模块的长期在线工作对电池电量的消耗.

1电动汽车电池管理系统的结构

电动汽车电池管理系统的结构如图1所示,整个系统包括一个上位监控器,若干个下位检测模块和电池组等.上位监控器一般由单片机、电流检测电路、液晶显示器,485电平转换器以及CAN总线接口等组成,通过485通讯总线与下位电池检测模块相连,通过CAN总线和充电器、变频器以及整机控制器来交换信息.图中串行通信采用485总线,下挂N个智能型电动汽车电池检测器,组成分布式电池管理系统,上位计算机只有4根连线和下位检测器连接,分别是：电源+5V,电源地GND,A,B.

2基于单片机C8051F530的电池检测器

汽车单片机是符合AEC-Q100规范并具有在高达125℃高温下运行的汽车级产品.在SiliconLabs推出的混合信号SOC单片机中,C8051F5xx是工业和汽车级的单片机[1].C8051F系列单片机和传统的51系列单片机只是指令兼容,128字节的基本存储器结构一样,其他方面,特别是内核结构并不一样,其性能远超普通8051系列单片机.传统的51单片机12个时钟周期组成一个机器周期,而对C8051F系列单片机而言,一个时钟周期就是一个机器周期,24.5MIPS是该系列产品的基本指标.

本方案选择C8051F530单片机作为主控芯片,作为一款汽车级单片机,它具有四个显著特点：集成有一个LIN2.1总线控制器；1.8～5.25V的宽电压供电,内置一个低压差线性稳压器LDO；精度可达±0.5%的内部晶振；温度范围可达-40～+125℃.片上看门狗定时器、电源监视器、电压比较器、温度传感器,片内JTAG调试和边界扫描系统等.

图2所示为基于C8051F530单片机的电动汽车电池检测器原理图,稳压电路给单片机及其电路提供电源,输入即为电池的12V端电压,VR1采用输出3.3V的线性稳压器.电压测量电路采用电阻R3和R4的简单分压电路,将12V电压按1/4的比例分压,得到的低压信号送入单片机的ADC输入端进行模数转换,地址编码电路由5位二进制选择开关ADR1组成.电平转换电路U2采用MAX485芯片组成485串行通信电路,其作用是将经过光电耦合器U3和U4隔离的TTL电平,转换成484总线电平,MAX485的电源由上位机供电.电源检测电路用一个简单的取样电阻R13和光电耦合器U4组成,当上位机供电时,光电耦合器U4的输入端导通,使输出端产生的低电平输出给单片机.

低功耗单片机U1是检测器的主要控制芯片,在AD转换中断程序中,单片机U1完成对电池电压和电池温度的采样处理,进行求平均值运算.在响应上位计算机发来的串行通信中断怎么写作程序中,把收到的地址数据与自己的地址编码进行比较,如果相等,则把通过AD转换测量得来的电池电压和电池温度发回给上位单片机,反之如果不相等,则不理会上位计算机的请求,继续进行检测电池电压和电池温度的工作.当上位计算机的电源关断以后,单片机记录当前的参数,为了节省电池电量,进入微功耗省电方式,直到上位计算机的电源重新打开,单片机又重新进入正常的工作状态.

3电池检测器的软件设计

电动汽车电池检测器的软件模块主要有温度采集模块、电压采集模块和串行通信等模块.电压的采集比较简单,就是一个模数转换程序,在ADC的中断怎么写作程序中完成.通信程序采用UART中断程序,一般情况下由上位机采用巡回检测的方式,主动下发各个电池检测器的地址码,地址码识别成功的电池检测器,将其应答数据上传给上位计算机,在某个检测器有异常情况时,检测器也可以主动向上位计算机发送报警数据.

为了简便起见,温度的求取没有采用公式计算法,而采用了阻值查表的方法.根据电路连接关系和欧姆定理,存在如下公式：

（1）

式中：为热敏电阻阻值；为热敏电阻分压；为精密电阻；为单片机电源电压.

由公式（1）可求出热敏电阻的阻值,再通过对热敏电阻的温度―阻值查表,即可得到温度值.

4结语

基于SOC混合信号单片机C8051F530的电动汽车电池检测器,是一种智能型电池检测器,不管电池组处于充电状态还是放电状态,各个单体电池的检测器都能互相隔离,安全工作,解决了单体电池电压和温度的实时精确采集问题,能与上位机算计通过标准串行接口交换信息.该检测器具有电路简单,成本低,体积小,可以方便地附加在电池的外壳上,电池编号容易,便于推广应用和批量生产等特点.