CAN和光纖實現(xiàn)電動汽車動力電池組采集系統(tǒng)

電池是電動汽車的能量來源，電動車發(fā)展的主要技術瓶頸就是電池技術的發(fā)展。對電池性能的研究就離不開大量的實驗數(shù)據(jù)，動態(tài)采集電動車電池組的參數(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)境及對電池參數(shù)的測試要求， 本系統(tǒng)采用CAN和光纖通信技術，使用電池管理專用IC，使系統(tǒng)的實時性、可靠性和抗干擾能力大大增強， 而且系統(tǒng)易于擴展，靈活性好，能夠準確采集電池的各個參數(shù)，準確地采集數(shù)據(jù)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 總線的系統(tǒng)硬件設計

　　CAN 總線是目前世界上最流行的汽車控制與測試間的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，具有實時性強、抗干擾能力強、結構簡單、應用方便、價格低廉等特點[4]，通信速率可達1 Mbps，使得CAN 總線在電動汽車應用上成為發(fā)展趨勢。

　　圖1 為一般電動車CAN 總線網(wǎng)絡框圖。CAN 總線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，保護總線，降低射頻干擾(RFI)等。

　　圖1 一般電動車CAN 總線網(wǎng)絡框圖

　　本系統(tǒng)中共有16 組，每組有10 節(jié)電池串聯(lián)，每1 個電池組配置1 個測量單元。每個單元采用一種設計非常簡化的電池測量方法，由一個IC 集成了大部分電池參數(shù)的采集任務，結構簡單，精度高，可靠性高。本設計采用電池管理芯片LTC6802，它通過一個1 MHz 串行接口進行通信，并包括溫度傳感器輸入、12 位ADC 和一個精準的電壓基準。每個LTC6802 能測量12 只單獨電池，實現(xiàn)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 進行數(shù)據(jù)通信，此方法可以更充分地使用硬件資源(見圖2 所示)。

　　圖2 基于CAN總線的電池組ECU采集系統(tǒng)的結構

　　每個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(shù)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CAN 總線網(wǎng)絡，網(wǎng)絡拓撲結構為總線形，傳輸介質為雙絞線，傳輸協(xié)議為CAN2.0B。電池管理ECU 為雙CAN 控制器結構，一個CAN控制器與電池組ECU 組成電池管理系統(tǒng)內部的CAN 網(wǎng)絡，另一個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，能實現(xiàn)多機通信，并達到上位機控制和電池組狀態(tài)信息的采集。