CAN總線在電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)上的應(yīng)用

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(mǎn)，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200~400v，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)?/p>

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3充電機(jī)與bms的can通信

3.1can1通信

蓄電池與電池管理系統(tǒng)之間的通信流程圖如圖2所示，在圖2中將充電機(jī)的工作流程和電池管理系統(tǒng)的工作流程聯(lián)系在了一起，并且通過(guò)can總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。充電機(jī)與蓄電池之間通過(guò)can總線的數(shù)據(jù)傳輸主要包括以下幾個(gè)部分：

(1)開(kāi)始給蓄電池充電之前，bms首先和充電機(jī)建立聯(lián)系，然后將電池的類(lèi)型、容量、最大的充電允許電壓電流等信息通過(guò)can總線發(fā)送給充電機(jī)。

(2)充電過(guò)程中，bms將電池的充電參數(shù)電壓、電流、soc等信息定時(shí)(500ms)發(fā)送給充電機(jī)，為充電機(jī)改變充電策略、調(diào)整充電參數(shù)提供參考。

(3)充電結(jié)束后，bms將充電完成的信息通過(guò)can總線發(fā)送給充電機(jī)，并切斷和充電機(jī)之間的通信，完成充電。

3.2can2通訊

充電機(jī)與充電監(jiān)控系統(tǒng)的通信系統(tǒng)為一個(gè)獨(dú)立的can網(wǎng)絡(luò)，包括了監(jiān)控計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)充電機(jī)。充電機(jī)與充電監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用層應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)監(jiān)控計(jì)算機(jī)至充電機(jī)傳送的數(shù)據(jù)：

l充電機(jī)開(kāi)機(jī)

l充電機(jī)停機(jī)

l緊急停機(jī)

l充電機(jī)參數(shù)設(shè)置

l時(shí)間同步

(2)充電機(jī)至監(jiān)控計(jì)算機(jī)傳送的數(shù)據(jù)：

l電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)傳輸

l累計(jì)輸入輸出電量

l充電機(jī)故障代碼

l充電時(shí)間

(3)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)充電機(jī)讀取蓄電池的數(shù)據(jù)：

l蓄電池的標(biāo)識(shí)、類(lèi)型及參數(shù)

l蓄電池電壓數(shù)據(jù)

l蓄電池溫度數(shù)據(jù)

l蓄電池soc數(shù)據(jù)

l蓄電池實(shí)時(shí)狀態(tài)

3.3can3通訊

充電機(jī)與電源模塊之間的通信主要是為了實(shí)現(xiàn)充電機(jī)的軟件并聯(lián)均流功能，在工作的過(guò)程中需要傳輸?shù)氖浅潆娺^(guò)程中的電壓電流等參數(shù)值，以及充電機(jī)的工作狀態(tài)等信息。其工作流程包括了以下幾個(gè)部分：

(1)充電開(kāi)始之前，電源模塊初始化，檢查工作狀態(tài)，確定能否正常工作，設(shè)立允許或禁止充電標(biāo)志位，并且將信息發(fā)送給主控制器；

(2)充電機(jī)主控制器在得到電池信息，確定充電策略后，會(huì)選擇適當(dāng)?shù)某潆娔K參與充電，并將充電的參數(shù)發(fā)送給電源模塊；

(3)在充電機(jī)主控制器確認(rèn)需要的電源模塊可以工作后，發(fā)出開(kāi)始充電的指令，并采集充電的參數(shù)；

(4)主控制器根據(jù)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)改變充電策略，調(diào)整充電參數(shù)，并實(shí)時(shí)的監(jiān)控模塊的工作狀態(tài)；

(5)當(dāng)發(fā)現(xiàn)充電過(guò)程中有電源模塊發(fā)出報(bào)警信息后，立即啟動(dòng)備用模塊，并將問(wèn)題模塊切除充電狀態(tài)；

(6)充電機(jī)的主控制器在綜合充電狀態(tài)信息后，做出停止充電的判斷，并結(jié)束充電過(guò)程，恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)。

圖4為充電機(jī)內(nèi)部并聯(lián)均流的工作流程圖，將充電機(jī)主控制器和電源模塊的詳細(xì)工作流程做了規(guī)定，同時(shí)包括了can總線在其中的串聯(lián)作用。

圖3充電機(jī)與監(jiān)控中心的充電流程圖

圖4充電機(jī)內(nèi)部并聯(lián)均流工作流程圖4結(jié)束語(yǔ)

can總線作為一種可靠的網(wǎng)絡(luò)總線已經(jīng)在許多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，由于can總線具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，而且隨著can總線技術(shù)的不斷應(yīng)用和推廣，can總線在汽車(chē)充電機(jī)上的