CAN总线在电动汽车充电机上的应用

CAN总线在电动汽车充电机上的应用Time:2011-10-1011:32:29Author:Source:中电网分享到：1引言电动汽车(ev)是由电机驱动前进的，而电机的动力则是来自可循环充电的电池，并且电动汽车对电池的工作特性的要求远超过了传统的电池系统，因此电动汽车电池系统电压高而且电流大，所以对电动汽车充电机的要求比较高。电动汽车充电机需要能够在以分钟计算的时间内完成对电池的充电，而不是通常的以小时来计算。以一个电池容量为30kwh的电动汽车蓄电池来计算，如果在15分钟内将它充满，那么充电功率将达到120kw，假设电动汽车的充电电压在200~400v，那么相应的他的充电电流将会达到300a。如此大的充电电流，如果仅用单一的电源模块很难实现。面对充电机的日益大容量化，并联均流是一个很好的解决方法。因为软件均流具有成本较低，扩容能力强，扩容方便，方案改变、升级容易实现等优点，所以在实现的过程中采用软件均流的方法，但是实现过程中需要解决的关键问题是模块间的通信问题。can总线因为具有通信可靠性高，成本低，简单实用等优点得到了越来越多的应用[5]，所以充电机内部模块间通信采用基于can总线的软件均流方案；电动汽车充电机需要和蓄电池管理系统(bms)之间通信，同时由于can总线还具有较高的网络安全性等特点，并且作为国际标准已逐渐发展成汽车电子系统的主流总线，因此将采用can总线作为充电机与电池管理系统之间的通信方式；而且can总线的通信距离较远(10km)，同时可靠性较高，所以监控中心和充电机之间的通信也采用can通信的方式。本文对can总线的研究将集中在如何将can总线应用在电动汽车充电机上，并完成充电机在工作过程中与蓄电池管理系统，内部电源模块以及监控中心的通信流程。2电动汽车充电机的通信拓扑电动汽车充电机在工作的过程中，需要和车载电池管理系统(bms)、充电站的集中监控中心和充电机内部电源模块之间通信。如图1所示，充电机的通信系统中包含三个can通信网络：充电机主控制器与蓄电池管理系统(bms)之间的通信网络(can1)：实现充电机与车载蓄电池管理系统的之间数据交换，为动力电池充电提供参数信息。充电机主控制器与充电监控系统之间的通信网络(can2)：实现监控中心与充电机的实时数据采集、监控和控制功能，能够实时的通过监控中心掌握充电机的工作状态，并能通过充电机间接获取蓄电池的信息。充电机主控制器与电源模块之间的网络通信网络(can3)：实现充电机主控制器与独立电源模块之间的数据交换，实现基于can总线的软件均流方案，其中n个电源模块作为工作模块，n个电源模块作为备用的电源模块。can网络应用在电动汽车充电机上，主要是根据充电机的工作原理并结合can总线的工作特性，制定合适的基于can总线通信的工作流程图。图2充电机与电池管理系统之间的工作流程图(1)什么是数据总线一辆汽车不管有多少块电控单元，不管信息容量有多大，每块电控单元都只需引出两条线共同接在两个节点上，这两条导线就称作数据总线。以前各电控单元之间好比有许多人骑着自行车来来往往，现在是这些人乘坐公共汽车，公共汽车可以运输大量乘客，故数据总线亦称BUS线。(2)为什么要采用数据总线我们知道，汽车两块电脑之间的信息传递，有几个信号就要有几条信号传输线(信号传输线的接地端可以采用公共回路)，例如，宝来轿车发动机电控单元J220与自动变速器电控单元J217之间就需要有5条信号传输线。如果传递信号项目多还需要更多的信号传输线，这样会导致电控单元针脚数增加、线路复杂、故障率增多及维修困难。(3)什么是CAN协议电子计算机网络用电子语言来说话，各电控单元必须使用和解读相同的电子语言，这种语言称“协议”，汽车电脑网络常见的传输协议有数种。宝来车装用博世公司产品，数据总线采用CAN协议，这个协议是由福特、Internet与博世公司共同开发的高速汽车通信协议。CAN是ControllerAreaNetwork(控制单元区域网络)的缩写，意思是控制单元通过网络交换数据。(4)CAN数据传输系统的优点数据总线与其他部件组合在一起就成为数据传输系统，CAN数据传输系统的优点是：①将传感器信号线减至最少，使更多的传感器信号进行高速数据传递。②电控单元和电控单元插脚最小化应用，节省电控单元的有限空间。③如果系统需要增加新的功能，仅需软件升级即可。④各电控单元的监测对所连接的CAN总线进行实时监测，如出现故障该电控单元会存储故障码。⑤CAN数据总线符合国际标准，以便于一辆车上不同厂家的电控单元间进行数据交换。2．CAN数据传输系统构成及工作原理(1)CAN数据传输系统构成CAN数据传输系统中每块电脑的内部增加了一个CAN控制器，一个CAN收发器；每块电脑外部连接了两条CAN数据总线。在系统中作为终端的两块电脑，其内部还装有一个数据传递终端(有时数据传递终端安装在电脑外部)。(2)各部件功能①CAN控制器作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给CAN收发器。同时CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器。②CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。③数据传递终端实际是一个电阻器，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。④CAN数据总线用以传输数据的双向数据线，分为CAN高位(CAN-high)和低位(CAN—low)数据线。数据没有指定接收器，数据通过数据总线发送给各控制单元，各控制单元接收后进行计算。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射，CAN总线采用两条线缠绕在一起(图2)，两条线上的电位是相反的，如果一条线的电压是5V，另一条线就是0V，两条线的电压和总等于常值。通过该种办法，CAN总线得到保护而免受外界电磁场干扰，同时CAN总线向外辐射也保持中性，即无辐射。(3)数据传递过程例如：发动机电脑向某电脑CAN收发器发送数据，该电脑CAN收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电脑的控制器。CAN数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。3．动力CAN数据传输系统(1)动力CAN数据传输系统的组成动力CAN数据总线连接3块电脑(图4)，它们是发动机、ABS／EDL及自动变速器电脑(动力CAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑)。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS／EDL电脑3组和自动变速器电脑2组。数据总线以500kbit/s速率传递数据，每一数据组传递大约需要0．25ms，每一电控单元7～20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS／EDL电控单元→发动机电控单元→自动变速器电控单元。在动力传动系统中，数据传递应尽可能快速，以便及时利用数据，所以需要一个高性能的发送器，高速发送器会加快点火系统间的数据传递，这样使接收到的数据立即应用到下一个点火脉冲中去。CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部。CAN数据传输系统的原理故障现象：一辆上海大众波罗（POLO）轿车（车身编码为LSVFA49J822044665，配备手动变速器和两前门电动窗，无中控门锁），在某装饰部加装一套防盗器和中控门锁后，出现电动车窗无法工作现象。故障检测与排除：首先连接VAG1552故障阅读仪，输入09地址码（车载网络管理系统控制单元），利用02功能（查询故障存储器）读取故障代码，得到两个偶发性故障代码：一个是电源电压太低；一个是CAN网络线断路。利用05功能（清楚故障存储器）清除故障代码后，再利用02功能（查询故障存储器）读取故障代码，没有故障代码存在。利用06功能（结束输出），再输入19（数据总线控制单元），利用02功能（查询故障存储器）读取故障代码，没有故障代码。再输入46（舒适系统），利用02功能（查询故障存储器）读取故障代码，读得的故障代码是01330，含义是：ConvenienceSyscontralUnit-T393PowerSupplyTooSamall（舒适系统中央控制单元-T393电源供给太小）。利用05功能（清楚故障存储器）清除故障代码后，再利用02功能（查询故障存储器）读取故障代码，没有故障代码存在。按压车窗开关，没有反应。再输入09地址码读取电脑版本为：6Q1937049C00BN-SG1S32Coding09216WSC00000发现电脑编码不对，该车的电脑编码应该是17566，而读得的结果为09216。利用VAG1552故障阅读仪进入07（编码），输入17566。退出再进入19读版本，发现数据总线编码为00014，是正确的。退出输入46地址码读取电脑版本为：6Q0959433G3Bkomfortgert0001Coding01024WSC12345发现该编码也不对，该电脑编码应该是00067，而读得的结果为01024。利用VAG1552故障阅读仪进入07（编码），输入00067。退出系统，按压电动车窗开关，电动车窗工作正常。故障分析：该车故障的真正原因是电脑编码错误，为什么会导致电脑编码错误呢？分析造成电脑编码错误的原因时，发现在是在装饰部安装防盗器和中控门锁时，他们用试灯测量电脑管脚，可能是装防盗器时查找某个信号或电源时，误把试灯接头插入诊断导线K线或L线。错误地给电脑一个编码信号，从而导致次故障。现在汽车已经进入高科技时代，因此出现故障不要盲目用试灯测量。因为很多汽车现在都是网络传输，如POLO轿车在德国装备了15块电脑，上海大众（POLO）轿车装备14块电脑，全部电脑都是网络传输，数据共享，因此在故障检修时一定要倍加小心。