一种分布式电池管理系统的设计和实现

图4CAN总线系统结构图

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5CAN总线初始化

图6CAN的发送数据流程

图7CAN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1BCU_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。

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。

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。