基于CAN总线的分布式电池管理系统

，受干扰的概率低，每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，保证了数据的出错率极低。

3.2 CAN总线设计

　　CAN总线总体结构如图4所示，在总线的两端配置了两个120Ω的电阻，其作用是总线匹配阻抗，可以增加总线传输的稳定性和抗干扰能力，减少数据传输中的出错率。CAN总线节点结构一般分为两类：一类采用CAN适配卡与PC机相连，实现上位机与CAN总线的通讯；另一类则是由单片机、CAN控制器及CAN驱动器构成，作为一类节点与CAN总线进行数据传输。在本系统中，CAN控制器采用Philips公司生产的SJA1000和82C200，它作为一个发送、接受缓冲器，实现主控制器和总线之间的数据传输；CAN收发器采用PCA82C250芯片，它是CAN控制器和物理总线的接口，主要可以提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接受能力。

图4 CAN总线系统结构图

　　4 CAN总线的软件设计

　　CAN总线的三层结构模型为：物理层、数据链路层和应用层。其中物理层和数据链路层的功能由SJA1000完成，系统的开发主要在应用层软件的设计上，它主要由三个子程序：初始化子程序、发送数据和接收数据程序。同时，还包括一些数据溢出中断以及帧出错的处理。

　　SJA1000在上电硬件复位之后，必须对其进行软件初始化之后才可以进行数据通讯，初始化过程主要包括对其复位模式下配置时钟分频寄存器CDR、总线定时寄存器BTR0和BTR1、验收代码寄存器ACR、验收屏蔽寄存器AMR及输出控制寄存器OCR等，实现对总线的速率、验收屏蔽码、输出引脚驱动方式、总线模式及时钟分频进行定义。具体的流程如图5所示。下面为SJA1000发送和接收数据的流程，基本过程为主控制器将数据保存到SJA1000发送缓冲器，然后对命令寄存器的发送请求TR标志位进行置位开始发送；接收过程为SJA1000将从总线上接收到的数据存入接收缓冲器，通过其中断标志位通知主控制器来处理接收到的信息，接收完毕之后清空缓冲器，等待下次接收，具体的流程如图6和图7所示。

图 5 CAN总线初始化

图 6 CAN的发送数据流程

图 7 CAN接收数据的流程

　　例如：电池管理系统向整车系统发送总电压的格式，见表1所列。

表1 BCU_VCU_VOLTAGE(0x08)向VCU送回电池组当前的电压

　　其中，ID为接收节点总线的地址，电压值先乘10取整再发送，0x08表示发送帧的内容为电池组的电压。

　　5 CAN总线应用问题

　　在硬件方面必须考虑合理的供电，注意对各个CAN器件的电源、地之间的滤波，以及复位电路的设计；同时在实际进行印刷电路板的设计时，合理布线，要加强地线，增强系统的抗干扰性。

　　在软件设计时，CAN总线定时器的设置非常关键，BTR0决定传播时间段、相位缓冲段1和相位缓冲段2；BTR1决定同步跳转宽度和分频值。在位定时寄存器中，TSEG1，TSEG2，SJW和BRP设定的值要比其功能值小1，因此设定范围是[0.....N－1]而不是[1.....N]。所以位时间可以由[TSEG1＋TSEG2＋3]tq或者[同步段＋传播段＋相位缓冲段1＋相位缓冲段2]tq得到，其中，tq由系统时钟tSCL和波特率预分频值BRP决定：tq=BRP/tSCL。同时，还要注意由于不同节点的CAN系统时钟是由不同振荡器提供的，每个节点的实际CAN系统时钟频率与实际位时有一容差，环境温度的变化和振荡器老化影响起始容差，为确保准确地进行数据传输，必须保证每个节点对CAN系统时钟频率都在特定的频率容差限值以内，因此，在选择振荡器时要以对振荡器容差范围要求最高的节点为准。而且，在一个可以扩展的总线结构中，最大节点延迟和总线最大长度必须考虑，一般情况下，延迟为5.5ns/m。

　　在实际运行中，经常会遇到CAN总线不通或者总线突然关闭现象，其主要原因是由于在数据传输过程中出现丢帧现象，从而引起出错，当错误计数器达到一定时会自动关闭总线，因此，必须在软件设计的过程中，及时对其错误状态ES位进行判别，在出现错误时需对SJA1000进行软件复位，恢复通讯。

　　6 结语

　　在"863重大专项"电动汽车的电池管理模块的研制中，就是采用CAN总线通讯的分布式结构。通过对镍氢电池组、锂电池组的台架试验结果表明了系统结构的先进性，实现了各模块的独自功能，工作正常可靠，锂电池组系统的CAN总线的节点数增加到12，在强电磁干扰下，仍能正常工作，而且线路连接十分简单、实用。

　　两种电池组的参数、测量方法、电池个数、安全要求都不相同，分组也不一样，但系统均能有效地适应，反映出其具有良好的适应性和较大的灵活性。