基于单总线的电池包多点测温网络设计

　　0　引　　言

　　温度是影响电池安全、充放电效率和使用寿命等的主要因素之一,准确测量电池包内部的温度是电池包热管理设计和改进的基础。单总线(1-wire bus)测温是目前先进的数字化测温技术之一,基于单总线的电池包多点测温网络具有节省I/O口线资源、结构简单、可靠性高、成本低、便于总线扩展和维 护、易于远距离测温等诸多优点[1]。本文以网络拓扑、接口电路和身份(ID)自动识别等3个方面为研究重点,介绍一种用于某型号电动汽车电池包热分析的 100路多点测温网络。传感器件选择具有单总线通讯功能的测温器件DS18B20,关于DS18B20的温度转换控制和温度读取控制,生产商Dallas 公司提供了成熟的软件设计方案,本文不作赘述。

　　1　网络拓扑的分析和选择

　　图1是三种常见的基于1-wire的多点测温拓扑。线型拓扑的1-wire起始于主机,延伸到最远的从机,从机挂接在总线上而没有明显的分支(小于3 m)。树型拓扑也是一根主线起始于主机,延伸到最远的从机,从机通过长度不小于3 m的支路连在主线上。

　　测温网络中所有连线的总长度为网络总长,从CPU到最远的DS18B20的距离为网络半径。在1-wire网络中存在电缆阻抗、寄生电容、分布 电感等,会影响信号传输的质量和时序,严重情况下会造成通讯协议失效。网络半径受限于反射波的时间、电缆的时延以及电缆阻抗和信号电平的衰落,在大约 750 m处的电缆远端的DS18B20向CPU发回应答信号的时间超出了协议规定的时延极限,就会造成1-wire通讯协议失效,所以1-wire网络的半径从 未超过750 m。网络中的电缆必须能够很快地为网络充电和放电以满足1-wire协议的要求,因此网络总长也会受到限制。图1中的树型拓扑和星形拓扑有多个分支,不同 分支的节点在主机端造成较大的阻抗失配,再加上从分支末端传来的反射波,它所经过的路程几乎和网络的总长相等而不是和半径相等,从而导致误码,尤其是星形 拓扑的可靠性很难保证[2]。因此在本文设计的电动汽车电池包多点测温网络中选用图1中的线型拓扑。

　　2　接口电路设计

　　网络驱动能力是决定测温网络的规模和可靠运行的关键因素。图2是最常用的接口电路,通过一个普通的I/O口将网络中的DS18B20的数据通讯 端并联起来(I/O口与DS18B20之间的连接线简称DQ线),在DQ星形拓扑在主机端或其附近分叉延伸到长度不同的多个分支的末端,从机挂接在各个支 路或支路的末端。

　　线和电源VDD之间连接一个上拉电阻R。CPU和DS18B20通过操纵DQ线的电平高低状态通讯,接口电路必须确保DQ线波形质量,否则将造成误判。