CAN和光纖實現電動汽車動力電池組采集系統

電池是電動汽車的能量來源，電動車發展的主要技術瓶頸就是電池技術的發展。對電池性能的研究就離不開大量的實驗數據，動態采集電動車電池組的參數是研究電池性能的重要途徑。

根據鋰離子電池車載系統的特殊環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，使用電池管理專用IC，使系統的實時性、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參數，準確地采集數據并預測電池的運行狀態，從而提高了電池組的使用壽命。

　　1 基于CAN 總線的系統硬件設計

　　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據通信協議，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展趨勢。

　　圖1 為一般電動車CAN 總線網絡框圖。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 的通信協議，而CAN 總線收發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，降低射頻干擾(RFI)等。

　　圖1 一般電動車CAN 總線網絡框圖

　　本系統中共有16 組，每組有10 節電池串聯，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) 進行命令和數據通信， 本論文使用P87C591 的IO 模擬SPI 工作方式與LTC6802 進行數據通信，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 總線網絡，網絡拓撲結構為總線形，傳輸介質為雙絞線，傳輸協議為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 組成電池管理系統內部的CAN 網絡，另一個CAN 控制器與汽車中其他控制系統組成整車光纖CAN 總線網絡，能實現多機通信，并達到上位機控制和電池組狀態信息的采集。