動力電池是新能源汽車的核心部件之一,其可靠性和穩(wěn)定性對電動汽車的動力性能至關重要。CAN-bus通信在其中起著重要的作用。那么,如何高效穩(wěn)定地實現(xiàn)動力電池系統(tǒng)呢?CAN-bus組網(wǎng)呢?
新能源汽車是汽車發(fā)展的方向,新能源汽車的發(fā)展離不開動力電池的發(fā)展。動力電池作為電動汽車的核心部件,其工業(yè)發(fā)展對電動汽車的大規(guī)模應用非常重要。到2025年,全球新能源汽車年銷量將超過1500萬輛,動力電池需求將超過9000輛GWh。動力電池領域已成為各大電池廠商的必爭之地。
CAN總線是當今汽車電控單元之間通信的總線標準,現(xiàn)在幾乎所有的汽車廠家都在選擇使用CAN總線通信。如今,隨著新一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車的誕生,汽車各通信部件也隨之增加,為了降低汽車總線上數(shù)據(jù)負載率,攜帶更多的數(shù)據(jù)量和更大的通信速率,CANFD總線逐漸成為汽車通信核心技術。動力電池作為新能源汽車核心部件之一,也是通過CAN總線也整車進行通信,目前也有向CANFD總線過渡的趨勢。
動力電池組是由多個單體電池串聯(lián)組成的電池模塊,由于動力電池組中單個電池容量的不一致,通過若干次充放電循環(huán)后會出現(xiàn)電池組失衡,為了更好地實現(xiàn)動力電池組的電池物理參數(shù)實時監(jiān)測、電池狀態(tài)估計、在線診斷與預警、充放電與預充控制、均衡管理和熱管理等監(jiān)測,需要BMS電池管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。
新能源汽車采用的動力電池電壓較高,其輸出電壓通常會達到300V,甚至高達600V。BMS電池管理系統(tǒng)中CAN總線進行通訊組合龐大,不同電池組子系統(tǒng)之間有一定的電壓差,每個電池組的BMS都以該電池組的地作為系統(tǒng)的參考地進行電池組的數(shù)據(jù)采樣,造成地電位不同,而且互相之間連接會導致很大的信號干擾。通過傳統(tǒng)的CAN雙絞線方式組網(wǎng),電氣連接線進行捆綁操作,很大概率會由于干擾導致通訊故障。針對上述難點問題,ZLG致遠電子對此提出有效的解決方案:
1. 動力電池無線通信方式如圖所示,可以將CAN-bus總線數(shù)據(jù)轉換WIFI無線的方式進行通信,避免了由于地電位不同,CAN雙絞線電氣連接造成的信號相互干擾。CANWiFi-200T轉換器實現(xiàn)CAN-bus數(shù)據(jù)和WiFi數(shù)據(jù)相互傳輸?shù)墓δ?,它內部集成?路的CAN-bus 接口,CAN接口自帶磁耦隔離模塊,使其避免由于地環(huán)流的損壞,強大的抗靜電和浪涌能力、1路WLAN接口和1路LAN接口,并自帶TCP/IP或者UDP協(xié)議棧,用戶利用它可以輕松完成CAN-bus網(wǎng)絡和WiFi網(wǎng)絡的互連互通。
2. 動力電池光纖組網(wǎng)通訊如圖所示,光纖是抗干擾能力最靠譜的通信方式之一,通過CAN轉光纖通訊,可以徹底隔離任何干擾。CANHub-AF2S2光纖CAN轉換器/集線器系列有2個光纖接口和2個電氣隔離的CAN接口,能實現(xiàn)不同速率的獨立CAN/光纖網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)接收/轉發(fā)。
綜上兩種方案旨在隔離電氣干擾,避免CAN通信故障。ZLG致遠電子推出USBCANFD卡、CANFDBridge網(wǎng)橋、CANFDNET卡等測試工具,都帶有電氣隔離,一定程度上使其避免由于地環(huán)流的損壞,增強可靠性,方便工程師們工作中研發(fā)調試、試驗以及排查故障等。
動力電池充放電測試方案
電池測試需要實時監(jiān)控CAN總線數(shù)據(jù),目前電池企業(yè)使用的方案大多采用工控機PCIe/PCI/miniPCIe等接口外擴CAN口或者通過以太網(wǎng)的方式監(jiān)控整個測試情況。為了能夠快速高效的動力電池,單靠一路CAN測試是太浪費時間。另外,隨著汽車電子開始面向CANFD升級以及電池數(shù)據(jù)量的增大,如何在有限的資源下高效地完成多路動力電池組的CAN/CANFD測試也成為了各大電池企業(yè)的難點。致遠電子對此痛點提出了有效的解決方案。
1. 多USB工控機測試方案若電池測試項目現(xiàn)場使用多USB的工控機,ZLG致遠電子提供多通道USB接口的USBCANFD-800U卡搭載工控機來進行監(jiān)控的方案,外擴8路相互獨立的CAN/CANFD通道,每個通道均支持16500幀/s發(fā)送,27000幀/s接收,實時監(jiān)控動力電池內外CAN/CANFD總線的情況。
2. 多PCIe工控機測試方案若電池測試項目現(xiàn)場使用多PCIe槽的工控機,ZLG致遠電子提供多通道PCIe接口的PCIeCANFD-400U卡搭載工控機來進行監(jiān)控的方案,外擴4路相互獨立的CAN/CANFD通道,CANFD通道發(fā)送/接收能力可達25700幀/s(每路),實時監(jiān)控動力電池內外CAN/CANFD總線的情況。
3. 以太網(wǎng)監(jiān)控測試方案若測試現(xiàn)場采用以太網(wǎng)來實現(xiàn)整個測試情況的監(jiān)控,ZLG致遠電子推出多通道CAN/CANFD轉以太網(wǎng)設備CANFDNET-400U通用方案,通過以太網(wǎng)實現(xiàn)“一拖四”CAN/CANFD相互獨立的通道,CANFD通道發(fā)送能力可達6000幀/s(標準幀加速CANFD),CANFD通道接收能力可達4000幀/s(標準幀加速CANFD),甚至ZLG還提供多大8通道的CANET-8E-U,實現(xiàn)8路CAN通道電池數(shù)據(jù)的監(jiān)控。
4. 不同波特率兼容測試方案
在動力電池組測試中,如果出現(xiàn)不同CAN/CANFD的波特率的電池包,該如何做到同步測試呢?ZLG致遠電子推出CANFDBridge網(wǎng)橋,能夠將不同波特率的CAN/CANFD節(jié)點接入到同一波特率CAN網(wǎng)絡,報文轉發(fā)能力可達8000幀/s,轉發(fā)延時小于0.1ms。比如滿負荷情況下64節(jié)點,每8組被測CAN節(jié)點為同一波特率,則共需要8個CANFD網(wǎng)橋進行中繼接入統(tǒng)一的CANFD網(wǎng)絡。方便后面對動力電池的統(tǒng)一進行測試。
5. 動力電池測試診斷方案
CAN/CANFD總線讓人頭疼的就是錯誤幀的產(chǎn)生,以及故障的診斷排查,而其中最大的難點就是偶發(fā)性故障。動力電池測試過程中也難免會出現(xiàn)各種故障問題,如何快速地復現(xiàn)并完成故障節(jié)點的診斷呢?ZLG致遠電子推出ZPS-CANFD分析儀和CANFDDTU記錄儀兩款產(chǎn)品。ZPS-CANFD可快速接入電池充放電等測試場景,排查定位通訊故障,并能夠進行自定義的發(fā)送和接收干擾。CANFDDTU記錄儀可以完整的記錄測試過程中所有的CANFD報文,甚至可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控動力電池測試情況,幫助工程師快速復現(xiàn)故障狀態(tài),加快故障原因的分析。