西咸新区传达学习省纪委十二届七次全会会议

从事汽车相关行业的小伙伴们，都知道CAN总线，它是当今汽车各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选择使用CAN总线通信。CAN总线起初便是基于BOSCH公司为了解决汽车的电子控制单元增多带来的布线空间矛盾、汽车重量增加等诸多问题而诞生的。同时，CAN总线将汽车内部各电控单元之间连接成一个局域网络，实现了信息的共享，大大减少了汽车的线束。新能源汽车更多资讯在“优能工程师”，由易到难，由浅入深，全方位学习，维信馆主。

图 1 整车 CAN 网络的结构图

一、整车框图

BMS 控制网络只是整车通信网络的一小部分，而在电动汽车通信网络中，除了 CAN，还有其他协调的通信网络， 如 LIN、Ethernet、Flexray（高端车型）等。由此看来，汽车 ECU 单元间的通信网络本身就是一个复杂而庞大的系统，本文介绍的 BMS 电池组 CAN 网络将通过电池管理ECU 连接至整车 CAN 网络。

图 2 BMS 通信网络

二、基于 CAN 网络的BMS 通信系统

如图所示 BMS 中核心控制器采用 NXP 的 S32K144，该 MCU 为 Cortex M4 内核，最高工作频率可达112 MHz，内置了 48 MHz 的 RC 振荡器，带有 3 个 CAN 接口，其中 1 路支持 CAN FD 协议，当 CAN FD 配置为可变速率时，其数据域最高位速率可达到 8 Mbit/s。使用 S32K144 完成对电池组的状态监测及与整车主控制器的通信，简化开发流程，通信效率也会大幅提升。

新能源汽车采用的动力电池电压较高，其内部由电池单芯组成电池组，再由数个电池组通过串并联方式组成整个动力电池包，以提高动力电池的输出能力。其输出电压通常会达到 300V，有些甚至高达 600V， 在搭建电池与整车的监测与通信网络时，电池组的高压系统与整车通信网络之间的电压隔离是大家首要解决的问题。

整个 BMS 控制系统包含一个 BMS 主控单元及数个 BMS 从控单元，从控单元完成对整个动力电池中的独立电池组进行监控管理，并将数据上传至主控 BMS 中，电池内部 BMS 从控单元通信采用传统 CAN 网络，主控与整车采用多个 CAN 接口，完成数据、控制、显示等信号的传输。

对动力电池组的监控部分供电采用 DC-DC 隔离电源，数据采集控制器处理采集的各项电池信号，通过隔离 CAN 模块发送至 BMS 主控制器。

图 3 从控单元 CAN 网络设计

三、BMS 间的电气隔离

汽车内部通常采用的是 12V 蓄电池供电系统，要完成对高压电池组的管理监控，必须实现可靠的电源及信号隔离，本设计中需要对每个独立电池组的 BMS 从控单元进行电源和通信的电气隔离，如图 2 所示。

BMS 的通信网络主要包括两部分，动力电池内部的 BMS 从控单元的 CAN 通信网络以及 BMS 主控单元与整车的 CAN 通信网络。由于动力电池是由内部的多个电池组串并联形成的，各个电池组之间都有一定的电压差，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， 因此 BMS 从控单元间的数据通信可采用隔离模块。目前常用的隔离 CAN 接口及隔离电源的隔离电压等级有 2500VDC、3 000VDC 和 3500VDC 等多个等级，这些可满足动力电池内部的隔离要求。隔离电源可选用致远的 ZY2405WRFCS-3W 模块， 该模块输入电压 9～18VDC，隔离电压 3 000VDC。CAN 接口隔离可选用 CTM1051KT，其通信速率范围 40k～1 Mbit/s，隔离电压 3 500VDC。

BMS 主控单元与从控单元已经实现了电源与信号的隔离，

因此 BMS 与整车进行通信的电气硬件连接时不需要使用隔离模块。BMS 主控单元的 CAN 接口可使用 TJA1051 通用 CAN 收发器实现。CAN FD 接口驱动可采用 NXP 的 TJA1044GTK 实现，其最高通信速率达到 5 Mbit/s，可实现电池组状态数据及控制数据的传输。

图 4 CAN 总线组网设计

四、抗干扰设计

高效可靠的通信除了必要的接口隔离，汽车每个控制系统通信网络的抗干扰设计也不可或缺。动力电池内部常有高压大电流线束，这些线束通常会对通信网络造成干扰。CAN 总线网络中信号传输的介质为双绞线，选用合适的双绞线，会使整车网络的抗干扰能力大幅提升。汽车内部的各个 ECU 之间的电气连接线都是捆扎在一起的，这些线束通常会包含各种控制信号线，通信网络线，ECU 的电源线等，电池组内部也是如此，这些通信网络线通常离电池的动力线较近，其受到的干扰也最大，而对于当今的电动车，整车的 ECU 单元也越来越多，CAN 总线网络受到的电磁干扰也更加严重，因此对于电池组的 CAN 通信网络抗干扰设计要格外注意。

如图 4 给出了使用双层屏蔽线组网的示意图，针对图 4 可总结为以下几个方面来提高网络的抗干扰能力：

使用双层屏蔽双绞线，外屏蔽层单点接大地，其中 CGND 通过 102 电容接机壳；

各个 BMS 单元接入总线主干网的电缆尽可能短；

CAN 网络尽量远离动力线，离开12V 电源线及控制线；

BMS 接入整车网络的接口套磁环。

五、CAN总线通信的优点

1.提高整个系统的可靠性。

2.减少各种线束数量，减小线束横截面积，布线灵活，降低布线成本。

3.可多重使用传感器。

4.能够传输复杂数据。

5.进行系统变更时更具灵活性，随时能够扩展数据范围。

6.为客户实现新型功能。

7.有效诊断。

8.降低硬件成本。

相比于，目前流行的以太网和485总线，CAN总线具有以下的特点：总线访问——非破坏性仲裁的载波侦听、多路访问、冲突避免；多主机广播式结构，自动优先级仲裁，实时性很强；传输错误自动重发，自动CRC校验接收，数据出错率极低；差分信号传输抗干扰能力强，适合汽车内部强干扰的环境；硬件报文滤波功能，减轻CPU负担。

基于以上的特点，CAN总线能保证实时可靠的数据传输，保证汽车整车网络的通讯正常，在新能源汽车行业具有不可替代的地位。