CAN和光纖實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組采集系統(tǒng)

電池是電動(dòng)汽車的能量來(lái)源，電動(dòng)車發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸就是電池技術(shù)的發(fā)展。對(duì)電池性能的研究就離不開(kāi)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)采集電動(dòng)車電池組的參數(shù)是研究電池性能的重要途徑。

根據(jù)鋰離子電池車載系統(tǒng)的特殊環(huán)境及對(duì)電池參數(shù)的測(cè)試要求， 本系統(tǒng)采用CAN和光纖通信技術(shù)，使用電池管理專用IC，使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和抗干擾能力大大增強(qiáng)， 而且系統(tǒng)易于擴(kuò)展，靈活性好，能夠準(zhǔn)確采集電池的各個(gè)參數(shù)，準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)并預(yù)測(cè)電池的運(yùn)行狀態(tài)，從而提高了電池組的使用壽命。

　　1 基于CAN 總線的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　CAN 總線是目前世界上最流行的汽車控制與測(cè)試間的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)[4]，通信速率可達(dá)1 Mbps，使得CAN 總線在電動(dòng)汽車應(yīng)用上成為發(fā)展趨勢(shì)。

　　圖1 為一般電動(dòng)車CAN 總線網(wǎng)絡(luò)框圖。CAN 總線接口電路的核心是使用8 位高性能的片內(nèi)含CAN 控制器的P87C591 作為CAN 通信控制器，以完成CAN 的通信協(xié)議，而CAN 總線收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾(RFI)等。

　　圖1 一般電動(dòng)車CAN 總線網(wǎng)絡(luò)框圖

　　本系統(tǒng)中共有16 組，每組有10 節(jié)電池串聯(lián)，每1 個(gè)電池組配置1 個(gè)測(cè)量單元。每個(gè)單元采用一種設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)化的電池測(cè)量方法，由一個(gè)IC 集成了大部分電池參數(shù)的采集任務(wù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，可靠性高。本設(shè)計(jì)采用電池管理芯片LTC6802，它通過(guò)一個(gè)1 MHz 串行接口進(jìn)行通信，并包括溫度傳感器輸入、12 位ADC 和一個(gè)精準(zhǔn)的電壓基準(zhǔn)。每個(gè)LTC6802 能測(cè)量12 只單獨(dú)電池，實(shí)現(xiàn)了0.12%(在室溫條件下)和0.22%(在-40 ℃至+85 ℃的溫度范圍內(nèi))的準(zhǔn)確度，能夠承受60 V 的共模電壓，完全適合在電池組高共模電壓的要求。LTC6802 采用串行外部設(shè)備接口(SPI) 進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)通信， 本論文使用P87C591 的IO 模擬SPI 工作方式與LTC6802 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，此方法可以更充分地使用硬件資源(見(jiàn)圖2 所示)。

　　圖2 基于CAN總線的電池組ECU采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　每個(gè)測(cè)量單元的控制器均采用內(nèi)部集成了CAN控制器SJA1000和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)P87C591芯片，其主要功能是提供電池組的電壓和溫度信息，并將采集的信號(hào)通過(guò)CAN總線發(fā)送給電池管理ECU，其中CAN通訊接口電路如圖3所示。

　　圖3CAN通訊接口電路

　　電池組的ECU 與電池管理ECU 組成一個(gè)CAN 總線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線形，傳輸介質(zhì)為雙絞線，傳輸協(xié)議為CAN2.0B。電池管理ECU 為雙CAN 控制器結(jié)構(gòu)，一個(gè)CAN控制器與電池組ECU 組成電池管理系統(tǒng)內(nèi)部的CAN 網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)CAN 控制器與汽車中其他控制系統(tǒng)組成整車光纖CAN 總線網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，并達(dá)到上位機(jī)控制和電池組狀態(tài)信息的采集。