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CAN總線在電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)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(dòng)汽車(chē)(ev)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)的，而電機(jī)的動(dòng)力則是來(lái)自可循環(huán)充電的電池，并且電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池的工作特性的要求遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)，因此電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)電壓高而且電流大，所以對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的要求比較高。 電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)需要能夠在以分鐘計(jì)算的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)電池的充電，而不是通常的以小時(shí)來(lái)計(jì)算。以一個(gè)電池容量為30kwh的電動(dòng)汽車(chē)蓄電池來(lái)計(jì)算，如果在15分鐘內(nèi)將它充滿，那么充電功率將達(dá)到120kw，假設(shè)電動(dòng)汽車(chē)的充電電壓在200400v，那么相應(yīng)的他的充電電流將會(huì)達(dá)到300a。如此大的充電電流，如果僅用單一的電源模塊很難實(shí)現(xiàn)。面對(duì)充電機(jī)的日益大容量化，并聯(lián)均流是一個(gè)很好的解決方法。因?yàn)檐浖骶哂谐杀据^低，擴(kuò)容能力強(qiáng)，擴(kuò)容方便，方案改變、升級(jí)容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中采用軟件均流的方法，但是實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是模塊間的通信問(wèn)題。 can總線因?yàn)榫哂型ㄐ趴煽啃愿?，成本低，?jiǎn)單實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用5，所以充電機(jī)內(nèi)部模塊間通信采用基于can總線的軟件均流方案；電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)需要和蓄電池管理系統(tǒng)(bms)之間通信，同時(shí)由于can總線還具有較高的網(wǎng)絡(luò)安全性等特點(diǎn)，并且作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已逐漸發(fā)展成汽車(chē)電子系統(tǒng)的主流總線，因此將采用can總線作為充電機(jī)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(yuǎn)(10km)，同時(shí)可靠性較高，所以監(jiān)控中心和充電機(jī)之間的通信也采用can通信的方式。 本文對(duì)can總線的研究將集中在如何將can總線應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)上，并完成充電機(jī)在工作過(guò)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(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的通信拓?fù)?電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)在工作的過(guò)程中，需要和車(chē)載電池管理系統(tǒng)(bms)、充電站的集中監(jiān)控中心和充電機(jī)內(nèi)部電源模塊之間通信。 如圖 1所示，充電機(jī)的通信系統(tǒng)中包含三個(gè)can通信網(wǎng)絡(luò)： 充電機(jī)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(shí)現(xiàn)充電機(jī)與車(chē)載蓄電池管理系統(tǒng)的之間數(shù)據(jù)交換，為動(dòng)力電池充電提供參數(shù)信息。 充電機(jī)主控制器與充電監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)(can2)：實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心與充電機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和控制功能，能夠?qū)崟r(shí)的通過(guò)監(jiān)控中心掌握充電機(jī)的工作狀態(tài)，并能通過(guò)充電機(jī)間接獲取蓄電池的信息。 充電機(jī)主控制器與電源模塊之間的網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)(can3)：實(shí)現(xiàn)充電機(jī)主控制器與獨(dú)立電源模塊之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)基于can總線的軟件均流方案，其中n個(gè)電源模塊作為工作模塊，n個(gè)電源模塊作為備用的電源模塊。 can網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)上，主要是根據(jù)充電機(jī)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(jī)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(chē)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(gè)節(jié)點(diǎn)上，這兩條導(dǎo)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(chē)來(lái)來(lái)往往，現(xiàn)在是這些人乘坐公共汽車(chē)，公共汽車(chē)可以運(yùn)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(chē)兩塊電腦之間的信息傳遞，有幾個(gè)信號(hào)就要有幾條信號(hào)傳輸線(信號(hào)傳輸線的接地端可以采用公共回路)，例如，寶來(lái)轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元J220與自動(dòng)變速器電控單元J217之間就需要有5條信號(hào)傳輸線。如果傳遞信號(hào)項(xiàng)目多還需要更多的信號(hào)傳輸線，這樣會(huì)導(dǎo)致電控單元針腳數(shù)增加、線路復(fù)雜、故障率增多及維修困難。(3)什么是CAN協(xié)議電子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用電子語(yǔ)言來(lái)說(shuō)話，各電控單元必須使用和解讀相同的電子語(yǔ)言，這種語(yǔ)言稱“協(xié)議”，汽車(chē)電腦網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)的傳輸協(xié)議有數(shù)種。寶來(lái)車(chē)裝用博世公司產(chǎn)品，數(shù)據(jù)總線采用CAN協(xié)議，這個(gè)協(xié)議是由福特、 Internet與博世公司共同開(kāi)發(fā)的高速汽車(chē)通信協(xié)議。CAN是ControllerAreaNetwork(控制單元區(qū)域網(wǎng)絡(luò))的縮寫(xiě)，意思是控制單元通過(guò)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(diǎn)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(diǎn)是：將傳感器信號(hào)線減至最少，使更多的傳感器信號(hào)進(jìn)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(jí)即可。 各電控單元的監(jiān)測(cè)對(duì)所連接的CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如出現(xiàn)故障該電控單元會(huì)存儲(chǔ)故障碼。 CAN數(shù)據(jù)總線符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以便于一輛車(chē)上不同廠家的電控單元間進(jìn)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(gè)CAN控制器，一個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)傳遞終端(有時(shí)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(shí)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(gè)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(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)送出去，同時(shí)，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(shí)際是一個(gè)電阻器，作用是避免數(shù)據(jù)傳輸終了反射回來(lái)，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(méi)有指定接收器，數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)送給各控制單元，各控制單元接收后進(jìn)行計(jì)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(guò)該種辦法，CAN總線得到保護(hù)而免受外界電磁場(chǎng)干擾，同時(shí)CAN總線向外輻射也保持中性，即無(wú)輻射。(3)數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程例如：發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)電腦傳來(lái)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換信號(hào)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(dòng)力CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(1)動(dòng)力CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成動(dòng)力CAN數(shù)據(jù)總線連接3塊電腦(圖4)，它們是發(fā)動(dòng)機(jī)、ABSEDL及自動(dòng)變速器電腦(動(dòng)力CAN數(shù)據(jù)總線實(shí)際可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動(dòng)與組合儀表等電腦)?？偩€可以同時(shí)傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦5組、ABSEDL電腦3組和自動(dòng)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?yàn)锳BSEDL電控單元發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元自動(dòng)變速器電控單元。在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)盡可能快速，以便及時(shí)利用數(shù)據(jù)，所以需要一個(gè)高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會(huì)加快點(diǎn)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(gè)點(diǎn)火脈沖中去。CAN數(shù)據(jù)總線連接點(diǎn)通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點(diǎn)也可能設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)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(chē)（車(chē)身編碼為L(zhǎng)SVFA49J822044665，配備手動(dòng)變速器和兩前門(mén)電動(dòng)窗，無(wú)中控門(mén)鎖），在某裝飾部加裝一套防盜器和 中控門(mén)鎖后，出現(xiàn)電動(dòng)車(chē)窗無(wú)法工作現(xiàn)象。 故障檢測(cè)與排除：首先連接VAG1552故障閱讀儀，輸入09地址碼（車(chē)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(chǔ)器）讀取故障代碼，得到兩個(gè)偶發(fā)性故障代碼：一個(gè)是電源電壓太低；一個(gè)是CAN網(wǎng)絡(luò)線斷路。利用05功能（清楚故障存儲(chǔ)器）清除故障代碼后，再利用02功能（查詢故障存儲(chǔ)器）讀取故障代碼，沒(méi)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(chǔ)器）讀取故障代碼，沒(méi)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(chǔ)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電源供給太小）。利用05功能（清楚故障存儲(chǔ)器）清除故障代碼后，再利用02功能（查詢故障存儲(chǔ)器）讀取故障代碼，沒(méi)有故障代碼存在。按壓車(chē)窗開(kāi)關(guān)，沒(méi)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(duì)，該車(chē)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(jìn)入07（編碼），輸入17566。退出再進(jìn)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(duì)，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(jìn)入07（編碼），輸入00067。 退出系統(tǒng)，按壓電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)，電動(dòng)車(chē)窗工作正常。故障分析：該車(chē)故障的真正原因是電腦編碼錯(cuò)誤，為什么會(huì)導(dǎo)致電腦編碼錯(cuò)誤呢？分析造成電腦編碼錯(cuò)誤的原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)