CAN总线的磷酸铁锂动力电池检测方法探究

王磊

（国家锂电池产品质量监督检验中心（山东），山东 枣庄 277800）

在能源危机与环境恶化等因素的影响下，新能源的开发与新能源交通工具的设计使用重要性逐渐凸显出来。特别是当前电动汽车安全事故的发生与人们对电动汽车安全性、可靠性的疑虑，使得磷酸铁锂电池的研究势在必行。根据磷酸铁锂动力电池特征，通过对磁耦合隔离技术的应用，将数字信号控制器dsPIC30F4012芯片为核心，对性能高且成本低的磷酸铁锂动力电池检测单元进行设计。此单元的应用可将电池通信功能、温度检测功能和电压功能充分发挥出来，通过融合电机控制器控制，可有效规避电池放电过度情况的出现，使得电池使用寿命得以延长。由此可见，深入研究并分析CAN总线的磷酸铁锂动力电池检测方法具有一定的现实意义。

1 磷酸铁锂动力电池概述

磷酸铁锂动力电池组是电动汽车的储能装置，质量轻且容量大，不具备记忆效应特点突出，但在实际应用中仍存在一定的技术问题，尤其是电池检测和管理问题。结合既有锂电池检测技术，在车载磷酸铁锂动力电池组单节电池检测单元中的应用效果仍差强人意，集中体现在接线过多、抗干扰能力薄弱、估计单节电池剩余能量误差过大、电压测量不精准、电路复杂、单节电池荷电状态计算不准确等方面。现阶段对CAN总线通信使用期间，电压隔离电路十分复杂，因而要适当增加供电电路，直接提高了单节电池检测单元成本。在汽车中使用CAN总线是串行通信总线，实时性极强，即便受强电磁干扰，同样可保证传输的可靠性，特点集中体现在以下几个方面：（1）极高的可靠性且成本低，性价比理想；（2）数据的传输速率高、误码率低，具有极强的实时性且传输可靠；（3）以优先级为基础的非破坏总线仲裁技术；（4）多主工作且无主从区别，通信更灵活。

2 磷酸铁锂动力电池检测单元的硬件设计

此单节电池检测单元能够实时检测单节电池温度与电压等方面的信息，向CAN总线发送所检测的电池剩余能量、电压以及温度，通过CAN总线对电流等相关信息予以接受。

2.1 电池检测单元具体组成

参考单节电池检测单元拓扑可知，其包括了16节单节电池检测节点与一液晶显示仪表节点，在CAN总线的作用下即可实现通信目标。在单节电池检测单元中主要由数字信号控制器模块、电压检测模块、CAN通信模块、温度检测模块组成。单节电池检测单元的硬件组成主要有磁耦合隔离器件、16位数字信号控制器dsPIC30F4012和CAN驱动芯片。其中，dsPIC30F4012工作电压主要是宽范围供电，并且是电池供电。且在单节电池任一工作电压条件下，dsPIC30F4012芯片工作状态均正常。对于磁耦合隔离器件，其工作电压同样为宽范围方式。在检测热敏电阻数值以后即可对电池温度进行计算，使得成本支出减少，同时也可满足检测电池温度的需求。对于电压检测模块，其构成主要包括单节电池电压输出端与输入端，能够对电池端电压进行测量，并借助CAN总线所提供的磷酸铁锂动力电池组过流电流，即可对单节电池剩余电量进行计算，随后向CAN总线发送所检测到的信息。

2.2 电压、温度检测电路

对于单节电池检测单元的检测电路，主要是LM385所提供的A/D转换电压。通常，单节电池端电压在分压电阻的作用下即可向dsPIC30F4012引脚上引入，随后完成A/D的转换。在实际使用动力电池组的时候，温度始终处于缓慢变化状态，所以要合理测量温度。此单节电池检测单元对于温度精度的要求并不高，所以需借助热敏电阻测量温度。较之于既有温度传感器，实际成本显著下降。电压、温度检测电路主要组成包括热敏电阻与两个匹配电阻，而dsPIC30F4012引脚的作用就是对热敏电阻电压进行检测，以获取其阻值的具体改变，进而了解单节电池温度。

2.3 CAN通信接口电路

根据单节电池检测单元CAN通信接口电路原理可知，因将CAN控制器嵌入dsPIC30F4012的内部，所以只要与CAN驱动器PCA82C250连接即可。可将磁耦合隔离器ADUM1201加入dsPIC30F4012和PCA82C250间。在此单节电池检测单元中，要想实现磁耦隔离，仅使用一片就能够达到CAN通信的目标。但如果选择传统光耦隔离的方式，则要求使用两片才可实现目标。较之于光耦隔离器，磁耦隔离器的隔离电路更加简化，且系统稳定功能会显著提高。借助芯片级变压器技术与高速CMOS工艺后，实际功耗也只有光耦隔离的1/10～1/60，且数据的传输速率更高，具有更强的瞬态共模抑制能力与时序精度，使得光耦隔离电流传输的不稳定性得以消除，且对使用寿命与非线性传输等方面的问题有效解决。对于CAN总线通信电路部分，在供电方面选择使用的是外部电源供电（5V）。

3 磷酸铁锂动力电池检测单元的软件设计

在设计此单节电池检测单元软件的过程中，以C语言编程为主。其软件选择了模块化的设计理念，即CAN通信、A/D转换数据处理、系统初始化以及电池电压温度超限判断等多个方面。对于单节电池检测单元软件的使用流程，其主程序需要进行系统初始化处理，随后是A/D转换与CAN通信的初始化，完成数据采集A/D转换后实现CAN通信目标。经循环调用后，即可准确检测单节电池的电压与温度，以实现对单节电池工作状态实时监控的目的。

4 磷酸铁锂动力电池检测单元的试验结果分析

基于不同电压条件，要想对单节电池检测单元工作状态进行验证，需积极开展磷酸铁锂动力电池组的串联充放电试验。在单节电池检测单元对电池的电压、过流以及温度进行检测后，要对电池荷电状态进行计算。此时，电池检测单元即可借助CAN通信向触摸屏模块传输数据信息，并通过触摸屏清晰地显示出来。根据所显示的电池信息可知，电池检测单元可对CAN总线上单节电池向触摸屏模块传递的信息予以准确掌握，同时可保证显示的实时性，进而与电动汽车安全运行的具体需求相适应。

5 结语

综上所述，在以上研究中，单节电池检测单元应用于车载磷酸铁锂动力电池组并展开研究，较之于既有技术，优势集中体现在以下几个方面：选择使用16位数字信号控制器dsPIC30F4012芯片，无须进行电池端电压的DC/DC转换及稳压，而供电电源主要通过检测电池提供，因而实际成本明显降低。而CAN总线通信电路选择磁耦隔离器件，较之于光耦隔离器件其优势更突出，使得隔离器件数量与电路板面积明显减少，且隔离电路得以简化。与此同时，磁耦隔离器件的功耗远低于光电耦合器件，其数据的传输速率、瞬态共模抑制能力与时序精度等均优于光耦隔离器件。磷酸铁锂动力电池的安全性与环保性更突出，适用于研发与生产。

在以上研究中，此单节电池检测单元可对电池组任一电池工作情况予以实时且准确监测，增强了维护电池组的效果，可对电池问题予以尽早发现与处理，实现了电池使用寿命的延长目标。所以，此单节电池检测单元的设计性能理想，可将其用于电动汽车动力系统的核心装置，应用可行性和合理性更理想。