CAN和光纖實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組采集系統

電池是電動(dòng)汽車(chē)的能量來(lái)源，電動(dòng)車(chē)發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸就是電池技術(shù)的發(fā)展。對電池性能的研究就離不開(kāi)大量的實(shí)驗數據，動(dòng)態(tài)采集電動(dòng)車(chē)電池組的參數是研究電池性能的重要途徑。

根據鋰離子電池車(chē)載系統的特殊環(huán)境及對電池參數的測試要求， 本系統采用CAN和光纖通信技術(shù)，使用電池管理專(zhuān)用IC，使系統的實(shí)時(shí)性、可靠性和抗干擾能力大大增強， 而且系統易于擴展，靈活性好，能夠準確采集電池的各個(gè)參數，準確地采集數據并預測電池的運行狀態(tài)，從而提高了電池組的使用壽命。

　　1 基于CAN 總線(xiàn)的系統硬件設計

　　CAN 總線(xiàn)是目前世界上最流行的汽車(chē)控制與測試間的一種串行數據通信協(xié)議，具有實(shí)時(shí)性強、抗干擾能力強、結構簡(jiǎn)單、應用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)[4]，通信速率可達1 Mbps，使得CAN 總線(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)應用上成為發(fā)展趨勢。

　　圖1 為一般電動(dòng)車(chē)CAN 總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )框圖。CAN 總線(xiàn)接口電路的核心是使用8 位高性能的片內含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(xiàn)收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力，保護總線(xiàn)，降低射頻干擾(RFI)等。

　　圖1 一般電動(dòng)車(chē)CAN 總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )框圖

　　本系統中共有16 組，每組有10 節電池串聯(lián)，每1 個(gè)電池組配置1 個(gè)測量單元。每個(gè)單元采用一種設計非常簡(jiǎn)化的電池測量方法，由一個(gè)IC 集成了大部分電池參數的采集任務(wù)，結構簡(jiǎn)單，精度高，可靠性高。本設計采用電池管理芯片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)精準的電壓基準。每個(gè)LTC6802 能測量12 只單獨電池，實(shí)現了0.12%(在室溫條件下)和0.22%(在-40 ℃至+85 ℃的溫度范圍內)的準確度，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 采用串行外部設備接口(SPI) 進(jìn)行命令和數據通信， 本論文使用P87C591 的IO 模擬SPI 工作方式與LTC6802 進(jìn)行數據通信，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(xiàn)的電池組ECU采集系統的結構

　　每個(gè)測量單元的控制器均采用內部集成了CAN控制器SJA1000和A/D模數轉換模塊的單片機P87C591芯片，其主要功能是提供電池組的電壓和溫度信息，并將采集的信號通過(guò)CAN總線(xiàn)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )拓撲結構為總線(xiàn)形，傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)，傳輸協(xié)議為CAN2.0B。電池管理ECU 為雙CAN 控制器結構，一個(gè)CAN控制器與電池組ECU 組成電池管理系統內部的CAN 網(wǎng)絡(luò )，另一個(gè)CAN 控制器與汽車(chē)中其他控制系統組成整車(chē)光纖CAN 總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，能實(shí)現多機通信，并達到上位機控制和電池組狀態(tài)信息的采集。