采用can總線技術解決電動汽車充電機模塊間的通信問題

1、 引言

電動汽車（ev）是由電機驅動前進的，而電機的動力則是來自可循環充電的電池，并且電動汽車對電池的工作特性的要求遠超過了傳統的電池系統，因此電動汽車電池系統電壓高而且電流大，所以對電動汽車充電機的要求比較高。

電動汽車充電機需要能夠在以分鐘計算的時間內完成對電池的充電，而不是通常的以小時來計算。以一個電池容量為30kwh的電動汽車蓄電池來計算，如果在15分鐘內將它充滿，那么充電功率將達到120kw，假設電動汽車的充電電壓在200~400v，那么相應的他的充電電流將會達到300a。如此大的充電電流，如果僅用單一的電源模塊很難實現。面對充電機的日益大容量化，并聯均流是一個很好的解決方法。因為軟件均流具有成本較低，擴容能力強，擴容方便，方案改變、升級容易實現等優點，所以在實現的過程中采用軟件均流的方法，但是實現過程中需要解決的關鍵問題是模塊間的通信問題。

can總線因為具有通信可靠性高，成本低，簡單實用等優點得到了越來越多的應用，所以充電機內部模塊間通信采用基于can總線的軟件均流方案；電動汽車充電機需要和蓄電池管理系統（bms）之間通信，同時由于can總線還具有較高的網絡安全性等特點，并且作為國際標準已逐漸發展成汽車電子系統的主流總線，因此將采用can總線作為充電機與電池管理系統之間的通信方式；而且can總線的通信距離較遠（10km），同時可靠性較高，所以監控中心和充電機之間的通信也采用can通信的方式。

本文對can總線的研究將集中在如何將can總線應用在電動汽車充電機上，并完成充電機在工作過程中與蓄電池管理系統，內部電源模塊以及監控中心的通信流程。

2、 電動汽車充電機的通信拓撲

電動汽車充電機在工作的過程中，需要和車載電池管理系統（bms）、充電站的集中監控中心和充電機內部電源模塊之間通信。

如圖 1所示，充電機的通信系統中包含三個can通信網絡：

充電機主控制器與蓄電池管理系統（bms）之間的通信網絡（can1）：實現充電機與車載蓄電池管理系統的之間數據交換，為動力電池充電提供參數信息。

充電機主控制器與充電監控系統之間的通信網絡（can2）：實現監控中心與充電機的實時數據采集、監控和控制功能，能夠實時的通過監控中心掌握充電機的工作狀態，并能通過充電機間接獲取蓄電池的信息。

充電機主控制器與電源模塊之間的網絡通信網絡（can3）：實現充電機主控制器與獨立電源模塊之間的數據交換，實現基于can總線的軟件均流方案，其中n個電源模塊作為工作模塊，n個電源模塊作為備用的電源模塊。

can網絡應用在電動汽車充電機上，主要是根據充電機的工作原理并結合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 充電機與電池管理系統之間的工作流程圖

3、 充電機與bms的can通信

3.1 can1通信

蓄電池與電池管理系統之間的通信流程圖如圖 2所示，在圖2中將充電機的工作流程和電池管理系統的工作流程聯系在了一起，并且通過can總線進行數據的傳輸。充電機與蓄電池之間通過can總線的數據傳輸主要包括以下幾個部分：

（1）開始給蓄電池充電之前，bms首先和充電機建立聯系，然后將電池的類型、容量、最大的充電允許電壓電流等信息通過can總線發送給充電機。

（2）充電過程中，bms將電池的充電參數電壓、電流、soc等信息定時（500ms）發送給充電機，為充電機改變充電策略、調整充電參數提供參考。

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

3.2 can2通訊

充電機與充電監控系統的通信系統為一個獨立的can網絡，包括了監控計算機和若干臺充電機。充電機與充電監控系統的通信網絡在應用層應能實現以下功能：

（1） 監控計算機至充電機傳送的數據：

l充電機開機

l充電機停機

l緊急停機

l充電機參數設置

l時間同步

（2） 充電機至監控計算機傳送的數據：

l電壓、電流、溫度數據傳輸

l累計輸入輸出電量

l充電機故障代碼

l充電時間

（3）監控計算機通過充電機讀取蓄電池的數據：

l蓄電池的標識、類型及參數

l蓄電池電壓數據

l蓄電池溫度數據

l蓄電池soc數據

l蓄電池實時狀態

3.3 can3通訊

充電機與電源模塊之間的通信主要是為了實現充電機的軟件并聯均流功能，在工作的過程中需要傳輸的是充電過程中的電壓電流等參數值，以及充電機的工作狀態等信息。其工作流程包括了以下幾個部分：

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

（2） 充電機主控制器在得到電池信息，確定充電策略后，會選擇適當的充電模塊參與充電，并將充電的參數發送給電源模塊；

（3） 在充電機主控制器確認需要的電源模塊可以工作后，發出開始充電的指令，并采集充電的參數；

（4） 主控制器根據采集的數據實時改變充電策略，調整充電參數，并實時的監控模塊的工作狀態；

（5） 當發現充電過程中有電源模塊發出報警信息后，立即啟動備用模塊，并將問題模塊切除充電狀態；

（6） 充電機的主控制器在綜合充電狀態信息后，做出停止充電的判斷，并結束充電過程，恢復待機狀態。

圖4為充電機內部并聯均流的工作流程圖，將充電機主控制器和電源模塊的詳細工作流程做了規定，同時包括了can總線在其中的串聯作用。

圖3 充電機與監控中心的充電流程圖

圖4 充電機內部并聯均流工作流程圖

4 、結束語

can總線作為一種可靠的網絡總線已經在許多工業領域得到廣泛的應用，由于can總線具有諸多的優點，而且隨著can總線技術的不斷應用和推廣，can總線在汽車充電機上的使用將會越來越廣泛。本文結合國家電網的充電機工作標準并根據實際充電機的工作情況，將can總線應用在電動汽車充電機中，并將can總線應用到充電機的具體的工作流程中，并根據實際的測試過程中對can通信的工作流程做出相應的修改，能夠滿足充電機的高可靠性的要求。

責任編輯：gt