【技術(shù)分享】淺談動(dòng)力電池系統(tǒng)測(cè)試與組網(wǎng)

動(dòng)力電池是新能源汽車的核心部件之一，它的安全性和穩(wěn)定性對(duì)于電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能至關(guān)重要。CAN-bus通訊則在其中扮演著重要角色。那么，如何高效穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池系統(tǒng)的CAN-bus組網(wǎng)呢？

新能源汽車是汽車發(fā)展的方向，而新能源汽車的發(fā)展又離不開(kāi)動(dòng)力電池的發(fā)展。動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的核心關(guān)鍵零部件，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)電動(dòng)汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用意義重大。到2025年全球新能源汽車年銷量將突破1500萬(wàn)輛，動(dòng)力電池需求將超過(guò)900GWh。動(dòng)力電池領(lǐng)域已成各大電池制造廠商必爭(zhēng)之地。

CAN總線是當(dāng)今汽車電控單元之間通信的總線標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)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(shù)。動(dòng)力電池作為新能源汽車核心部件之一，也是通過(guò)CAN總線也整車進(jìn)行通信，目前也有向CANFD總線過(guò)渡的趨勢(shì)。

動(dòng)力電池組是由多個(gè)單體電池串聯(lián)組成的電池模塊，由于動(dòng)力電池組中單個(gè)電池容量的不一致，通過(guò)若干次充放電循環(huán)后會(huì)出現(xiàn)電池組失衡，為了更好地實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組的電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電池狀態(tài)估計(jì)、在線診斷與預(yù)警、充放電與預(yù)充控制、均衡管理和熱管理等監(jiān)測(cè)，需要BMS電池管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。

?動(dòng)力電池系統(tǒng)高效穩(wěn)定組網(wǎng)

新能源汽車采用的動(dòng)力電池電壓較高，其輸出電壓通常會(huì)達(dá)到300V，甚至高達(dá)600V。BMS電池管理系統(tǒng)中CAN總線進(jìn)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(gè)電池組的BMS都以該電池組的地作為系統(tǒng)的參考地進(jìn)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(huì)導(dǎo)致很大的信號(hào)干擾。通過(guò)傳統(tǒng)的CAN雙絞線方式組網(wǎng)，電氣連接線進(jìn)行捆綁操作，很大概率會(huì)由于干擾導(dǎo)致通訊故障。針對(duì)上述難點(diǎn)問(wèn)題，ZLG致遠(yuǎn)電子對(duì)此提出有效的解決方案：

1. 動(dòng)力電池?zé)o線通信方式如圖所示，可以將CAN-bus總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換WIFI無(wú)線的方式進(jìn)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(hào)相互干擾。CANWiFi-200T轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)CAN-bus數(shù)據(jù)和WiFi數(shù)據(jù)相互傳輸?shù)墓δ?，它?nèi)部集成了2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(qiáng)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(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)的互連互通。2.動(dòng)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(guò)CAN轉(zhuǎn)光纖通訊，可以徹底隔離任何干擾。CANHub-AF2S2光纖CAN轉(zhuǎn)換器/集線器系列有2個(gè)光纖接口和2個(gè)電氣隔離的CAN接口，能實(shí)現(xiàn)不同速率的獨(dú)立CAN/光纖網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)接收/轉(zhuǎn)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(yuǎn)電子推出USBCANFD卡、CANFDBridge網(wǎng)橋、CANFDNET卡等測(cè)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(qiáng)可靠性，方便工程師們工作中研發(fā)調(diào)試、試驗(yàn)以及排查故障等。

ZLG致遠(yuǎn)電子CAN-bus總線產(chǎn)品>>>

?動(dòng)力電池充放電測(cè)試方案

電池測(cè)試需要實(shí)時(shí)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(jī)PCIe/PCI/miniPCIe等接口外擴(kuò)CAN口或者通過(guò)以太網(wǎng)的方式監(jiān)控整個(gè)測(cè)試情況。為了能夠快速高效的動(dòng)力電池，單靠一路CAN測(cè)試是太浪費(fèi)時(shí)間。另外，隨著汽車電子開(kāi)始面向CANFD升級(jí)以及電池?cái)?shù)據(jù)量的增大，如何在有限的資源下高效地完成多路動(dòng)力電池組的CAN/CANFD測(cè)試也成為了各大電池企業(yè)的難點(diǎn)。致遠(yuǎn)電子對(duì)此痛點(diǎn)提出了有效的解決方案。

1.多USB工控機(jī)測(cè)試方案若電池測(cè)試項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)使用多USB的工控機(jī)，ZLG致遠(yuǎn)電子提供多通道USB接口的USBCANFD-800U卡搭載工控機(jī)來(lái)進(jìn)行監(jiān)控的方案，外擴(kuò)8路相互獨(dú)立的CAN/CANFD通道，每個(gè)通道均支持16500幀/s發(fā)送，27000幀/s接收，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池內(nèi)外CAN/CANFD總線的情況。

2.多PCIe工控機(jī)測(cè)試方案若電池測(cè)試項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)使用多PCIe槽的工控機(jī)，ZLG致遠(yuǎn)電子提供多通道PCIe接口的PCIeCANFD-400U卡搭載工控機(jī)來(lái)進(jìn)行監(jiān)控的方案，外擴(kuò)4路相互獨(dú)立的CAN/CANFD通道，CANFD通道發(fā)送/接收能力可達(dá)25700幀/s（每路），實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池內(nèi)外CAN/CANFD總線的情況。3.以太網(wǎng)監(jiān)控測(cè)試方案若測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)采用以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試情況的監(jiān)控，ZLG致遠(yuǎn)電子推出多通道CAN/CANFD轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設(shè)備CANFDNET-400U通用方案，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“一拖四”CAN/CANFD相互獨(dú)立的通道，CANFD通道發(fā)送能力可達(dá)6000幀/s（標(biāo)準(zhǔn)幀加速CANFD），CANFD通道接收能力可達(dá)4000幀/s（標(biāo)準(zhǔn)幀加速CANFD），甚至ZLG還提供多大8通道的CANET-8E-U，實(shí)現(xiàn)8路CAN通道電池?cái)?shù)據(jù)的監(jiān)控。

4. 不同波特率兼容測(cè)試方案

在動(dòng)力電池組測(cè)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(cè)試呢？ZLG致遠(yuǎn)電子推出CANFDBridge網(wǎng)橋，能夠?qū)⒉煌ㄌ芈实腃AN/CANFD節(jié)點(diǎn)接入到同一波特率CAN網(wǎng)絡(luò)，報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力可達(dá)8000幀/s，轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小于0.1ms。比如滿負(fù)荷情況下64節(jié)點(diǎn)，每8組被測(cè)CAN節(jié)點(diǎn)為同一波特率，則共需要8個(gè)CANFD網(wǎng)橋進(jìn)行中繼接入統(tǒng)一的CANFD網(wǎng)絡(luò)。方便后面對(duì)動(dòng)力電池的統(tǒng)一進(jìn)行測(cè)試。

5.動(dòng)力電池測(cè)試診斷方案

CAN/CANFD總線讓人頭疼的就是錯(cuò)誤幀的產(chǎn)生，以及故障的診斷排查，而其中最大的難點(diǎn)就是偶發(fā)性故障。動(dòng)力電池測(cè)試過(guò)程中也難免會(huì)出現(xiàn)各種故障問(wèn)題，如何快速地復(fù)現(xiàn)并完成故障節(jié)點(diǎn)的診斷呢？ZLG致遠(yuǎn)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(cè)試場(chǎng)景，排查定位通訊故障，并能夠進(jìn)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(cè)試過(guò)程中所有的CANFD報(bào)文，甚至可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控動(dòng)力電池測(cè)試情況，幫助工程師快速?gòu)?fù)現(xiàn)故障狀態(tài)，加快故障原因的分析。

ZPS-CANFD分析儀（點(diǎn)擊了解更多）具有強(qiáng)大的功能，是CAN/CANFD總線故障診斷的“利器”。