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CAN總線在電動汽車充電機上的應(yīng)用Time:2011-10-10 11:32:29Author:Source:中電網(wǎng)分享到： 1 引言 電動汽車(ev)是由電機驅(qū)動前進的，而電機的動力則是來自可循環(huán)充電的電池，并且電動汽車對電池的工作特性的要求遠超過了傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)，因此電動汽車電池系統(tǒng)電壓高而且電流大，所以對電動汽車充電機的要求比較高。 電動汽車充電機需要能夠在以分鐘計算的時間內(nèi)完成對電池的充電，而不是通常的以小時來計算。以一個電池容量為30kwh的電動汽車蓄電池來計算，如果在15分鐘內(nèi)將它充滿，那么充電功率將達到120kw，假設(shè)電動汽車的充電電壓在200400v，那么相應(yīng)的他的充電電流將會達到300a。如此大的充電電流，如果僅用單一的電源模塊很難實現(xiàn)。面對充電機的日益大容量化，并聯(lián)均流是一個很好的解決方法。因為軟件均流具有成本較低，擴容能力強，擴容方便，方案改變、升級容易實現(xiàn)等優(yōu)點，所以在實現(xiàn)的過程中采用軟件均流的方法，但是實現(xiàn)過程中需要解決的關(guān)鍵問題是模塊間的通信問題。 can總線因為具有通信可靠性高，成本低，簡單實用等優(yōu)點得到了越來越多的應(yīng)用5，所以充電機內(nèi)部模塊間通信采用基于can總線的軟件均流方案；電動汽車充電機需要和蓄電池管理系統(tǒng)(bms)之間通信，同時由于can總線還具有較高的網(wǎng)絡(luò)安全性等特點，并且作為國際標準已逐漸發(fā)展成汽車電子系統(tǒng)的主流總線，因此將采用can總線作為充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信方式；而且can總線的通信距離較遠(10km)，同時可靠性較高，所以監(jiān)控中心和充電機之間的通信也采用can通信的方式。 本文對can總線的研究將集中在如何將can總線應(yīng)用在電動汽車充電機上，并完成充電機在工作過程中與蓄電池管理系統(tǒng)，內(nèi)部電源模塊以及監(jiān)控中心的通信流程。 2 電動汽車充電機的通信拓撲 電動汽車充電機在工作的過程中，需要和車載電池管理系統(tǒng)(bms)、充電站的集中監(jiān)控中心和充電機內(nèi)部電源模塊之間通信。 如圖 1所示，充電機的通信系統(tǒng)中包含三個can通信網(wǎng)絡(luò)： 充電機主控制器與蓄電池管理系統(tǒng)(bms)之間的通信網(wǎng)絡(luò)(can1)：實現(xiàn)充電機與車載蓄電池管理系統(tǒng)的之間數(shù)據(jù)交換，為動力電池充電提供參數(shù)信息。 充電機主控制器與充電監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)(can2)：實現(xiàn)監(jiān)控中心與充電機的實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和控制功能，能夠?qū)崟r的通過監(jiān)控中心掌握充電機的工作狀態(tài)，并能通過充電機間接獲取蓄電池的信息。 充電機主控制器與電源模塊之間的網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)(can3)：實現(xiàn)充電機主控制器與獨立電源模塊之間的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)基于can總線的軟件均流方案，其中n個電源模塊作為工作模塊，n個電源模塊作為備用的電源模塊。 can網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在電動汽車充電機上，主要是根據(jù)充電機的工作原理并結(jié)合can總線的工作特性，制定合適的基于can總線通信的工作流程圖。 圖2 充電機與電池管理系統(tǒng)之間的工作流程圖 (1)什么是數(shù)據(jù)總線 一輛汽車不管有多少塊電控單元，不管信息容量有多大，每塊電控單元都只需引出兩條線共同接在兩個節(jié)點上，這兩條導線就稱作數(shù)據(jù)總線。以前各電控單元之間好比有許多人騎著自行車來來往往，現(xiàn)在是這些人乘坐公共汽車，公共汽車可以運輸大量乘客，故數(shù)據(jù)總線亦稱BUS線。(2)為什么要采用數(shù)據(jù)總線我們知道，汽車兩塊電腦之間的信息傳遞，有幾個信號就要有幾條信號傳輸線(信號傳輸線的接地端可以采用公共回路)，例如，寶來轎車發(fā)動機電控單元J220與自動變速器電控單元J217之間就需要有5條信號傳輸線。如果傳遞信號項目多還需要更多的信號傳輸線，這樣會導致電控單元針腳數(shù)增加、線路復雜、故障率增多及維修困難。(3)什么是CAN協(xié)議電子計算機網(wǎng)絡(luò)用電子語言來說話，各電控單元必須使用和解讀相同的電子語言，這種語言稱“協(xié)議”，汽車電腦網(wǎng)絡(luò)常見的傳輸協(xié)議有數(shù)種。寶來車裝用博世公司產(chǎn)品，數(shù)據(jù)總線采用CAN協(xié)議，這個協(xié)議是由福特、 Internet與博世公司共同開發(fā)的高速汽車通信協(xié)議。CAN是ControllerAreaNetwork(控制單元區(qū)域網(wǎng)絡(luò))的縮寫，意思是控制單元通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。(4)CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點數(shù)據(jù)總線與其他部件組合在一起就成為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點是：將傳感器信號線減至最少，使更多的傳感器信號進行高速數(shù)據(jù)傳遞。 電控單元和電控單元插腳最小化應(yīng)用，節(jié)省電控單元的有限空間。 如果系統(tǒng)需要增加新的功能，僅需軟件升級即可。 各電控單元的監(jiān)測對所連接的CAN總線進行實時監(jiān)測，如出現(xiàn)故障該電控單元會存儲故障碼。 CAN數(shù)據(jù)總線符合國際標準，以便于一輛車上不同廠家的電控單元間進行數(shù)據(jù)交換。2CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理(1)CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中每塊電腦的內(nèi)部增加了一個CAN控制器，一個CAN收發(fā)器；每塊電腦外部連接了兩條CAN數(shù)據(jù)總線。在系統(tǒng)中作為終端的兩塊電腦，其內(nèi)部還裝有一個數(shù)據(jù)傳遞終端(有時數(shù)據(jù)傳遞終端安裝在電腦外部)。(2)各部件功能CAN控制器作用是接收控制單元中微處理器發(fā)出的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并傳給CAN收發(fā)器。同時CAN控制器也接收收發(fā)器收到的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并傳給微處理器。 CAN收發(fā)器是一個發(fā)送器和接收器的組合，它將CAN控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號并通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送出去，同時，它也接收總線數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳到CAN控制器。 數(shù)據(jù)傳遞終端實際是一個電阻器，作用是避免數(shù)據(jù)傳輸終了反射回來，產(chǎn)生反射波而使數(shù)據(jù)遭到破壞。 CAN數(shù)據(jù)總線 用以傳輸數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)線，分為CAN高位(CAN-high)和低位(CANlow)數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)沒有指定接收器，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送給各控制單元，各控制單元接收后進行計算。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，CAN總線采用兩條線纏繞在一起(圖2)，兩條線上的電位是相反的，如果一條線的電壓是 5V，另一條線就是0V，兩條線的電壓和總等于常值。通過該種辦法，CAN總線得到保護而免受外界電磁場干擾，同時CAN總線向外輻射也保持中性，即無輻射。(3)數(shù)據(jù)傳遞過程例如：發(fā)動機電腦向某電腦CAN收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)，該電腦CAN收發(fā)器接收到由發(fā)動機電腦傳來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換信號并發(fā)給本電腦的控制器。CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的其他電腦收發(fā)器均接收到此數(shù)據(jù)，但是要檢查判斷此數(shù)據(jù)是否是所需要的數(shù)據(jù)，如果不是將忽略掉。3動力CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(1)動力CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成動力CAN數(shù)據(jù)總線連接3塊電腦(圖4)，它們是發(fā)動機、ABSEDL及自動變速器電腦(動力CAN數(shù)據(jù)總線實際可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動與組合儀表等電腦)?？偩€可以同時傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動機電腦5組、ABSEDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數(shù)據(jù)總線以500kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要025ms，每一電控單元720ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權(quán)順序為ABSEDL電控單元發(fā)動機電控單元自動變速器電控單元。在動力傳動系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)盡可能快速，以便及時利用數(shù)據(jù)，所以需要一個高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會加快點火系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，這樣使接收到的數(shù)據(jù)立即應(yīng)用到下一個點火脈沖中去。CAN數(shù)據(jù)總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點也可能設(shè)在發(fā)動機電控單元內(nèi)部。 CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的原理故障現(xiàn)象：一輛上海大眾波羅（POLO）轎車（車身編碼為LSVFA49J822044665，配備手動變速器和兩前門電動窗，無中控門鎖），在某裝飾部加裝一套防盜器和 中控門鎖后，出現(xiàn)電動車窗無法工作現(xiàn)象。 故障檢測與排除：首先連接VAG1552故障閱讀儀，輸入09地址碼（車載網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)控制單元），利用02功能（查詢故障存儲器）讀取故障代碼，得到兩個偶發(fā)性故障代碼：一個是電源電壓太低；一個是CAN網(wǎng)絡(luò)線斷路。利用05功能（清楚故障存儲器）清除故障代碼后，再利用02功能（查詢故障存儲器）讀取故障代碼，沒有故障代碼存在。利用06功能（結(jié)束輸出），再輸入19（數(shù)據(jù)總線控制單元），利用02功能（查詢故障存儲器）讀取故障代碼，沒有故障代碼。再輸入46（舒適系統(tǒng)），利用02功能（查詢故障存儲器）讀取故障代碼，讀得的故障代碼是01330，含義是：ConvenienceSyscontralUnit-T393PowerSupplyTooSamall（舒適系統(tǒng)中央控制單元-T393電源供給太?。?。利用05功能（清楚故障存儲器）清除故障代碼后，再利用02功能（查詢故障存儲器）讀取故障代碼，沒有故障代碼存在。按壓車窗開關(guān)，沒有反應(yīng)。 再輸入09地址碼讀取電腦版本為： 6Q1937049C00BN-SG 1S32 Coding09216WSC00000 發(fā)現(xiàn)電腦編碼不對，該車的電腦編碼應(yīng)該是17566，而讀得的結(jié)果為09216。利用VAG1552故障閱讀儀進入07（編碼），輸入17566。退出再進入19讀版本，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線編碼為00014，是正確的。 退出輸入46地址碼讀取電腦版本為： 6Q0959433G 3Bkomfortgert0001 Coding01024WSC12345 發(fā)現(xiàn)該編碼也不對，該電腦編碼應(yīng)該是00067，而讀得的結(jié)果為01024。利用VAG1552故障閱讀儀進入07（編碼），輸入00067。 退出系統(tǒng)，按壓電動車窗開關(guān)，電動車窗工作正常。故障分析：該車故障的真正原因是電腦編碼錯誤，為什么會導致電腦編碼錯誤呢？分析造成電腦編碼錯誤的原因時，發(fā)現(xiàn)