### 电池管理系统CAN通信模块的设计
#### 一、引言
随着电动汽车技术的快速发展，电池管理系统(Battery Management System, BMS)成为了电动汽车的核心部件之一。BMS的主要职责是对电池组的状态进行实时监控，确保电池组的安全可靠运行，并尽可能延长电池寿命。其中，通信模块作为BMS的关键组成部分，负责数据的采集与传输，对于整个系统的性能至关重要。
#### 二、系统功能与组成
电池管理系统的功能主要包括对电池组单体电池的电压、温度以及电流的实时采集与监测。为了满足这些功能需求，设计了一种基于CAN总线技术的通信模块，该模块以MC9S12C128单片机为核心处理器，实现高效的数据传输。
**1. 数据采集与监测：**
- 两块采集板，每块采集板能够采集16块单体电池的电压。
- 使用数字温度传感器采集节点温度。
- 通过CAN通信子网将数据传输至主控制板。
**2. 单体电池控制：**
- 单片机自带CAN收发器，可以通过通信子网对单体电池的充放电情况进行控制。
**3. 实时性和可靠性：**
- 模块时钟与BMS时钟同步，均为25MHz。
- 消息处理延时小于1ms。
- 要求单体电池的电压和温度能在100ms内完成采集并通过CAN总线传输。
#### 三、CAN通信模块的硬件设计
**1. 核心控制器MC9S12C128**
MC9S12C128单片机采用高性能的16位HCS12处理器，支持丰富的指令集，具备强大的数值计算和逻辑处理能力。其内部集成大容量的FLASH存储器，支持在线编程，同时配备有EEPROM和RAM用于存储控制参数。此外，该单片机还具有低功耗特性、复位控制、看门狗及实时中断等功能，有助于提升系统的稳定性和可靠性。
**2. 高速CAN收发器MCP2551**
MCP2551是一种可容错的高速CAN器件，符合ISO 11898标准，可为CAN协议控制器提供差分收发能力，最高工作速率达到1Mbps。该器件能够将CAN控制器生成的数字信号转化为适合总线传输的信号，并为CAN控制器和CAN总线之间的高压尖峰信号提供了缓冲保护。
**3. 模块组成**
CAN总线智能节点电路由MC9S12C128内置CAN控制模块、高速CAN收发器MCP2551和光电隔离器SI8431组成。CAN总线有两种状态：显性状态和隐性状态。显性状态对应于较高的差分电压（如1.2V），而隐性状态对应于较低的差分电压（如0V）。当一个节点发送数据时，总线会进入显性状态；当没有节点发送数据时，总线处于隐性状态。这种机制能够有效避免多个节点同时发送数据时产生的冲突。
#### 四、CAN通信模块的设计
**1. CAN总线的状态控制**
CAN总线的状态通过TXD输入引脚的电平来控制，低电平代表显性状态，高电平代表隐性状态。当TXD输入引脚接收到低电平时，CANH和CANL之间的差分电压将升高至显性状态；相反，当TXD输入引脚接收到高电平时，差分电压将下降至隐性状态。
**2. RXD输出引脚的作用**
RXD输出引脚反映了CANH和CANL之间的差分电压值。在显性状态下，RXD输出引脚处于低电平；在隐性状态下，RXD输出引脚处于高电平。这种机制使得接收端能够正确识别总线上传输的数据帧。
**3. 热关断保护**
当节点温度超过标定值（例如165°C）时，热关断电路将启动，使输出驱动器停止工作，从而保护器件不受过载电流的影响。此时，虽然发送器输出功率降低，但其他部分仍可正常工作，从而降低了芯片的整体温度。
本文介绍了一种基于MC9S12C128单片机和MCP2551高速CAN收发器的电池管理系统CAN通信模块的设计。通过对硬件设计的详细描述，展现了如何实现高效的电池数据采集与传输，以及如何保障系统的实时性和可靠性。该模块的成功应用将进一步推动电动汽车电池管理系统的发展和技术进步。
