從事汽車相關行業的小伙伴們，都知道CAN總線，它是當今汽車各電控單元之間通信的總線標準，現在幾乎所有的汽車廠家都選擇使用CAN總線通信。CAN總線起初便是基于BOSCH公司為了解決汽車的電子控制單元增多帶來的布線空間矛盾、汽車重量增加等諸多問題而誕生的。同時，CAN總線將汽車內部各電控單元之間連接成一個局域網絡，實現了信息的共享，大大減少了汽車的線束。新能源汽車更多資訊在“優能工程師”，由易到難，由淺入深，全方位學習，維信館主。

圖 1 整車 CAN 網絡的結構圖

一、整車框圖

BMS 控制網絡只是整車通信網絡的一小部分，而在電動汽車通信網絡中，除了 CAN，還有其他協調的通信網絡， 如 LIN、Ethernet、Flexray（高端車型）等。由此看來，汽車 ECU 單元間的通信網絡本身就是一個復雜而龐大的系統，本文介紹的 BMS 電池組 CAN 網絡將通過電池管理ECU 連接至整車 CAN 網絡。

圖 2 BMS 通信網絡

二、基于 CAN 網絡的BMS 通信系統

如圖所示 BMS 中核心控制器采用 NXP 的 S32K144，該 MCU 為 Cortex M4 內核，最高工作頻率可達112 MHz，內置了 48 MHz 的 RC 振蕩器，帶有 3 個 CAN 接口，其中 1 路支持 CAN FD 協議，當 CAN FD 配置為可變速率時，其數據域最高位速率可達到 8 Mbit/s。使用 S32K144 完成對電池組的狀態監測及與整車主控制器的通信，簡化開發流程，通信效率也會大幅提升。

新能源汽車采用的動力電池電壓較高，其內部由電池單芯組成電池組，再由數個電池組通過串并聯方式組成整個動力電池包，以提高動力電池的輸出能力。其輸出電壓通常會達到 300V，有些甚至高達 600V， 在搭建電池與整車的監測與通信網絡時，電池組的高壓系統與整車通信網絡之間的電壓隔離是大家首要解決的問題。

整個 BMS 控制系統包含一個 BMS 主控單元及數個 BMS 從控單元，從控單元完成對整個動力電池中的獨立電池組進行監控管理，并將數據上傳至主控 BMS 中，電池內部 BMS 從控單元通信采用傳統 CAN 網絡，主控與整車采用多個 CAN 接口，完成數據、控制、顯示等信號的傳輸。

對動力電池組的監控部分供電采用 DC-DC 隔離電源，數據采集控制器處理采集的各項電池信號，通過隔離 CAN 模塊發送至 BMS 主控制器。

圖 3 從控單元 CAN 網絡設計

三、BMS 間的電氣隔離

汽車內部通常采用的是 12V 蓄電池供電系統，要完成對高壓電池組的管理監控，必須實現可靠的電源及信號隔離，本設計中需要對每個獨立電池組的 BMS 從控單元進行電源和通信的電氣隔離，如圖 2 所示。

BMS 的通信網絡主要包括兩部分，動力電池內部的 BMS 從控單元的 CAN 通信網絡以及 BMS 主控單元與整車的 CAN 通信網絡。由于動力電池是由內部的多個電池組串并聯形成的，各個電池組之間都有一定的電壓差，每個電池組的 BMS 都以該電池組的地作為系統的參考地進行電池組的數據采樣， 因此 BMS 從控單元間的數據通信可采用隔離模塊。目前常用的隔離 CAN 接口及隔離電源的隔離電壓等級有 2500VDC、3 000VDC 和 3500VDC 等多個等級，這些可滿足動力電池內部的隔離要求。隔離電源可選用致遠的 ZY2405WRFCS-3W 模塊， 該模塊輸入電壓 9～18VDC，隔離電壓 3 000VDC。CAN 接口隔離可選用 CTM1051KT，其通信速率范圍 40k～1 Mbit/s，隔離電壓 3 500VDC。

BMS 主控單元與從控單元已經實現了電源與信號的隔離，

因此 BMS 與整車進行通信的電氣硬件連接時不需要使用隔離模塊。BMS 主控單元的 CAN 接口可使用 TJA1051 通用 CAN 收發器實現。CAN FD 接口驅動可采用 NXP 的 TJA1044GTK 實現，其最高通信速率達到 5 Mbit/s，可實現電池組狀態數據及控制數據的傳輸。

圖 4 CAN 總線組網設計

四、抗干擾設計

高效可靠的通信除了必要的接口隔離，汽車每個控制系統通信網絡的抗干擾設計也不可或缺。動力電池內部常有高壓大電流線束，這些線束通常會對通信網絡造成干擾。CAN 總線網絡中信號傳輸的介質為雙絞線，選用合適的雙絞線，會使整車網絡的抗干擾能力大幅提升。汽車內部的各個 ECU 之間的電氣連接線都是捆扎在一起的，這些線束通常會包含各種控制信號線，通信網絡線，ECU 的電源線等，電池組內部也是如此，這些通信網絡線通常離電池的動力線較近，其受到的干擾也最大，而對于當今的電動車，整車的 ECU 單元也越來越多，CAN 總線網絡受到的電磁干擾也更加嚴重，因此對于電池組的 CAN 通信網絡抗干擾設計要格外注意。

如圖 4 給出了使用雙層屏蔽線組網的示意圖，針對圖 4 可總結為以下幾個方面來提高網絡的抗干擾能力：

使用雙層屏蔽雙絞線，外屏蔽層單點接大地，其中 CGND 通過 102 電容接機殼；

各個 BMS 單元接入總線主干網的電纜盡可能短；

CAN 網絡盡量遠離動力線，離開12V 電源線及控制線；

BMS 接入整車網絡的接口套磁環。

五、CAN總線通信的優點

1.提高整個系統的可靠性。

2.減少各種線束數量，減小線束橫截面積，布線靈活，降低布線成本。

3.可多重使用傳感器。

4.能夠傳輸復雜數據。

5.進行系統變更時更具靈活性，隨時能夠擴展數據范圍。

6.為客戶實現新型功能。

7.有效診斷。

8.降低硬件成本。

相比于，目前流行的以太網和485總線，CAN總線具有以下的特點：總線訪問——非破壞性仲裁的載波偵聽、多路訪問、沖突避免；多主機廣播式結構，自動優先級仲裁，實時性很強；傳輸錯誤自動重發，自動CRC校驗接收，數據出錯率極低；差分信號傳輸抗干擾能力強，適合汽車內部強干擾的環境；硬件報文濾波功能，減輕CPU負擔。

基于以上的特點，CAN總線能保證實時可靠的數據傳輸，保證汽車整車網絡的通訊正常，在新能源汽車行業具有不可替代的地位。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的总线控制内部eep_CAN总线在新能源汽车中的通信网络设计及应用分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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