浅谈动力电池系统测试与组网

动力电池是新能源汽车的核心部件之一,它的安全性和稳定性对于电动汽车的动力性能至关重要。CAN-bus通讯则在其中扮演着重要角色。那么,如何高效稳定地实现动力电池系统的CAN-bus组网呢?

新能源汽车是汽车发展的方向,而新能源汽车的发展又离不开动力电池的发展。动力电池作为电动汽车的核心关键零部件,其产业发展对电动汽车的规模化应用意义重大。到2025年全球新能源汽车年销量将突破1500万辆,动力电池需求将超过900GWh。动力电池领域已成各大电池制造厂商必争之地。

CAN总线是当今汽车电控单元之间通信的总线标准,现在几乎所有的汽车厂家都在选择使用CAN总线通信。如今,随着新一代智能网联汽车的诞生,汽车各通信部件也随之增加,为了降低汽车总线上数据负载率,携带更多的数据量和更大的通信速率,CANFD总线逐渐成为汽车通信核心技术。动力电池作为新能源汽车核心部件之一,也是通过CAN总线也整车进行通信,目前也有向CANFD总线过渡的趋势。

动力电池组是由多个单体电池串联组成的电池模块,由于动力电池组中单个电池容量的不一致,通过若干次充放电循环后会出现电池组失衡,为了更好地实现动力电池组的电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充放电与预充控制、均衡管理和热管理等监测,需要BMS电池管理系统统一管理。

动力电池系统高效稳定组网

新能源汽车采用的动力电池电压较高,其输出电压通常会达到300V,甚至高达600V。BMS电池管理系统中CAN总线进行通讯组合庞大,不同电池组子系统之间有一定的电压差,每个电池组的BMS都以该电池组的地作为系统的参考地进行电池组的数据采样,造成地电位不同,而且互相之间连接会导致很大的信号干扰。通过传统的CAN双绞线方式组网,电气连接线进行捆绑操作,很大概率会由于干扰导致通讯故障。针对上述难点问题,ZLG致远电子对此提出有效的解决方案:

1. 动力电池无线通信方式

如图所示,可以将CAN-bus总线数据转换WIFI无线的方式进行通信,避免了由于地电位不同,CAN双绞线电气连接造成的信号相互干扰。CANWiFi-200T转换器实现CAN-bus数据和WiFi数据相互传输的功能,它内部集成了2路的CAN-bus 接口,CAN接口自带磁耦隔离模块,使其避免由于地环流的损坏,强大的抗静电和浪涌能力、1路WLAN接口和1路LAN接口,并自带TCP/IP或者UDP协议栈,用户利用它可以轻松完成CAN-bus网络和WiFi网络的互连互通。

2. 动力电池光纤组网通讯

如图所示,光纤是抗干扰能力最靠谱的通信方式之一,通过CAN转光纤通讯,可以彻底隔离任何干扰。CANHub-AF2S2光纤CAN转换器/集线器系列有2个光纤接口和2个电气隔离的CAN接口,能实现不同速率的独立CAN/光纤网络之间的数据接收/转发。

综上两种方案旨在隔离电气干扰,避免CAN通信故障。ZLG致远电子推出USBCANFD卡、CANFDBridge网桥、CANFDNET卡等测试工具,都带有电气隔离,一定程度上使其避免由于地环流的损坏,增强可靠性,方便工程师们工作中研发调试、试验以及排查故障等。

动力电池充放电测试方案

电池测试需要实时监控CAN总线数据,目前电池企业使用的方案大多采用工控机PCIe/PCI/miniPCIe等接口外扩CAN口或者通过以太网的方式监控整个测试情况。为了能够快速高效的动力电池,单靠一路CAN测试是太浪费时间。另外,随着汽车电子开始面向CANFD升级以及电池数据量的增大,如何在有限的资源下高效地完成多路动力电池组的CAN/CANFD测试也成为了各大电池企业的难点。致远电子对此痛点提出了有效的解决方案。

1. 多USB工控机测试方案

若电池测试项目现场使用多USB的工控机,ZLG致远电子提供多通道USB接口的USBCANFD-800U卡搭载工控机来进行监控的方案,外扩8路相互独立的CAN/CANFD通道,每个通道均支持16500帧/s发送,27000帧/s接收,实时监控动力电池内外CAN/CANFD总线的情况。

2. 多PCIe工控机测试方案

若电池测试项目现场使用多PCIe槽的工控机,ZLG致远电子提供多通道PCIe接口的PCIeCANFD-400U卡搭载工控机来进行监控的方案,外扩4路相互独立的CAN/CANFD通道,CANFD通道发送/接收能力可达25700帧/s(每路),实时监控动力电池内外CAN/CANFD总线的情况。

3. 以太网监控测试方案

若测试现场采用以太网来实现整个测试情况的监控,ZLG致远电子推出多通道CAN/CANFD转以太网设备CANFDNET-400U通用方案,通过以太网实现“一拖四”CAN/CANFD相互独立的通道,CANFD通道发送能力可达6000帧/s(标准帧加速CANFD),CANFD通道接收能力可达4000帧/s(标准帧加速CANFD),甚至ZLG还提供多大8通道的CANET-8E-U,实现8路CAN通道电池数据的监控。

4. 不同波特率兼容测试方案

在动力电池组测试中,如果出现不同CAN/CANFD的波特率的电池包,该如何做到同步测试呢?ZLG致远电子推出CANFDBridge网桥,能够将不同波特率的CAN/CANFD节点接入到同一波特率CAN网络,报文转发能力可达8000帧/s,转发延时小于0.1ms。比如满负荷情况下64节点,每8组被测CAN节点为同一波特率,则共需要8个CANFD网桥进行中继接入统一的CANFD网络。方便后面对动力电池的统一进行测试。

5. 动力电池测试诊断方案

CAN/CANFD总线让人头疼的就是错误帧的产生,以及故障的诊断排查,而其中最大的难点就是偶发性故障。动力电池测试过程中也难免会出现各种故障问题,如何快速地复现并完成故障节点的诊断呢?ZLG致远电子推出ZPS-CANFD分析仪和CANFDDTU记录仪两款产品。ZPS-CANFD可快速接入电池充放电等测试场景,排查定位通讯故障,并能够进行自定义的发送和接收干扰。CANFDDTU记录仪可以完整的记录测试过程中所有的CANFD报文,甚至可以实现远程监控动力电池测试情况,帮助工程师快速复现故障状态,加快故障原因的分析。

ZPS-CANFD分析仪具有强大的功能,是CAN/CANFD总线故障诊断的“利器”。

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