电动车综合网络总线技术研究

1.概述

　　由于环境保护与能源危机问题，以及传统汽车消耗大量石油，造成我国每年需要进口石油一亿吨以上，开发电动汽车技术是我国重要的发展战略，国家在“十五”计划中，成立了“863电动汽车重大专项”项目，本论文就是在此背景下开展了纯电动车整车综合控制技术研究。

　　纯电动汽车系统包括电池及其管理系统、电机及其控制系统、充电机的信号监控、信号检测与控制系统等，电动车还要求与车辆调度系统通讯，实时将车辆的位置、剩余电量等数据传送到调度中心，甚至还要求将电动车的各种工作数据传送到调度中心，调度中心通过这些数据就可以了解当前汽车的状态，为车队的调度以及故障维修提供原始数据，可见，整车系统还必须提供与调度系统的通讯接口。由于电动车本身的复杂性，电动车的维修与诊断也非常困难，因此必须有在线的故障诊断与状态监视窗口，研制车载信息显示是必要的，这就要求电动车综合控制系统带LCD系统以及按键输入，实现人机接口功能。

　　采用网络方案是解决电动车复杂系统的关键，现代电子技术的发展也为电动车综合网络系统的实现提供了条件，强大的微处理器往往带有各种功能的接口，包括通用的异步串行口UART，高速通讯的CAN总线等，采用差分驱动技术，可以提高这些总线在电动车上的抗干扰性能，使得这些总线在电动车上的使用成为可能。电动车不但电气系统逻辑复杂，而且电气环境也非常恶劣，最高电压高达500多伏，而且由于电动机的斩波控制，引起系统的高频干扰常常使车载电器系统工作失灵，因此，要求整车控制系统有很高的可靠性。

　　电池管理系统是整车综合信息系统的一部分，是解决电动车充电安全性、使用经济性、增加电动车续驶里程的基础。该系统的关键技术是如何解决电池组整体电压高达380伏以上，而单节电池电压只有3.0伏以下的矛盾，还有一个关键问题是如何降低系统的硬件成本，提高系统的可靠性，由于电池数量多达300多块，如何降低单节电池的检测成本非常关键。本项目通过高速开关技术、高精度A/D技术、光电隔离技术、瞬态干扰抑制技术、高集成度单片机技术、数字化温度传感器技术、以及高可靠性电源技术等的综合应用，实现了高速高精度地对每节电池的端电压检测、电池组温度检测，并可以控制电池组的风扇，防止电池出现高温。

图1 整车综合控制系统组成

　　整车网络的划分主要考虑电动车的功能与产业化等要求，从图1可以看到，一些关系到整车安全的部件，都直接由整车控制器来管理，属于第二层，对于大量数据通讯，而且要求实时性非常高的部分，也在第二层完成;对于实时性要求不高的则放置再第三层，如人机接口部分、调度接口部分、调试接口等;对于数量大，实时性不高的电池管理系统，则通过廉价的RS485总线实现，从而有利于电动车的产业化。

图2 电动车整车网络布线图

　　系统在车上的布置如图2所示。该车是为北京科技奥运准备的11米低地板公交车，采用锂离子电池供电，电池按箱存放在车底，共计分装在10箱中，在每个电池箱上安装有电池管理模块，该模块的功能是检测每块电池的端电压与电池的温度，同时对电池温度进行控制，电池箱中间通过RS485总线连接到整车控制器上。全部检测模块583与后部检测模块583、以及电机控制器以及CAN扩展模块都接在CAN总线模块上，该总线同时连接到整车控制器上，受整车控制器的统一控制;整车的人机接口通过RS232总线连接，该接口实现整车的信息显示，属于网络的第三层，与调度系统的通讯通过CAN总线扩展实现。

3.电动车综合控制器组成

　　整车控制器是电动车的核心，负责整车的信号采集与控制，是通讯的中心，属于三层网络的第二层，担负着与电池管理系统的通讯与控制、电机系统的通讯与控制、以及人机接口等。本项目采用Motorola公司的DSP作为控制器的CPU，该CPU的程序存储器全部在芯片内部，CAN2.0B总线集成在芯片内部，芯片还有12位的高精度A/D转换器。秉承 Motorla公司MCU高可靠性的特点，该CPU特别适合于电动车这样高干扰的场合应用。

　　如图3所示，本系统包括12路开关量输入，该系统通过光电隔离进入CPU的端口，开关量包括制动开关、前进开关、空调开关、大闸开关等;8路模拟量输入，包括油门开度;制动深度、前部悬挂气压、后部悬挂气压、低压电器的电源电压等;8路脉冲量输入主要用来采集车轮输出的脉冲信号，从而得到整车的行驶速度与行驶里程;继电器控制输出用于控制高压短路器是否工作，如果检测到高压安全故障，自动切断高压电，从而保证系统的安全与乘员的安全。

　　通讯是整车控制器的重要功能，从图3可以看出，整车控制器通过CAN总线、RS232总线与RS485三种通讯方式，为了提高系统的可靠性，所有的通讯口都加装了安全保护电路，满足电动车恶劣的电气环境。