基于CAN的電動(dòng)汽車(chē)電池管理技術(shù)探究

（廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510550）

摘 要：隨著地球環(huán)境日益惡化，石油資源的日益枯竭，電動(dòng)汽車(chē)作為一種基本無(wú)污染、低噪聲和高效率的交通工具，逐漸受到了市場(chǎng)的關(guān)注和青睞。電池作為電動(dòng)汽車(chē)的四大關(guān)鍵技術(shù)之一，是影響電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展和推廣中的重要因素，利用CAN總線(xiàn)技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池進(jìn)行充放電管理研究對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：CAN總線(xiàn)技術(shù);電池管理技術(shù);電動(dòng)汽車(chē)

電池作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力設(shè)備，電池工作性能的好壞對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)具有直接的影響。同時(shí)在電動(dòng)汽車(chē)中為了能滿(mǎn)足應(yīng)用需要，會(huì)將多個(gè)單體電池進(jìn)行串并聯(lián)混合組成一個(gè)電池包，這樣既能到達(dá)高電壓要求，又能達(dá)到電池的大容量要求。但是多個(gè)單體電池之間不可避免的會(huì)出現(xiàn)不一致性，在日后的使用中會(huì)使這些單體電池節(jié)點(diǎn)的電壓、電流以及放電情況都不完全相同，因此應(yīng)當(dāng)采用合理的技術(shù)手段防止電池在工作中發(fā)生過(guò)熱、過(guò)充和過(guò)放現(xiàn)象，以及出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警，提高電池的壽命。CAN總線(xiàn)技術(shù)作為一種成熟的通訊信息技術(shù)，具有高抗干擾、高速、布線(xiàn)簡(jiǎn)單和方便擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)工業(yè)和其他工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，將它引入到電動(dòng)汽車(chē)的電池管理中，能夠簡(jiǎn)化連接、降低軟硬件成本和提高系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，最終明顯的提高電池管理系統(tǒng)的總體性能指標(biāo)。

1 CAN總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著稱(chēng)的德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)了的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）。是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。 在北美和西歐，CAN總線(xiàn)協(xié)議已經(jīng)成為汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專(zhuān)為大型貨車(chē)和重工機(jī)械車(chē)輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。近年來(lái)，其所具有的高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測(cè)能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境?；贑AN總線(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

鋰電子電池組在電動(dòng)汽車(chē)中具有廣泛的應(yīng)用，雖然能夠通過(guò)對(duì)電池組內(nèi)部?jī)?yōu)化來(lái)提高電池的使用安全，但是仍然難以解決電池組工作中出現(xiàn)過(guò)高溫度而引發(fā)的安全問(wèn)題。同時(shí)電池組在工作的過(guò)程中其內(nèi)部狀態(tài)處于動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，會(huì)影響到電池的工作狀態(tài)。CAN總線(xiàn)技術(shù)發(fā)展成熟，技術(shù)應(yīng)用上比較可靠，而且通信速度比較快，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽車(chē)其它管理系統(tǒng)的對(duì)接。

2 基于CAN的電池管理技術(shù)研究

2.1 電池溫度控制

電池的性能和它的溫度之間有很密切的關(guān)系，電池的性能會(huì)隨著溫度的變化而變化，溫度太低或者太高對(duì)電池的使用和存儲(chǔ)都是不利的，會(huì)影響電池的充放電次數(shù)、容量甚至是損壞電池。所以電池管理系統(tǒng)需要嚴(yán)格控制電池的溫度。

當(dāng)電池溫度高于某個(gè)警戒值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果溫度持續(xù)的升高就根據(jù)實(shí)際的工作工況，采取例如：減少充電電流、減少放電電流或啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)等等措施來(lái)降低電池的溫度，如果發(fā)現(xiàn)溫度還是沒(méi)有下降，反而繼續(xù)上升，逼近危險(xiǎn)溫度界限，就必須迅速的切斷充放電電流，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的電池爆炸事故。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池的溫度過(guò)低時(shí)，可以啟動(dòng)加熱裝置進(jìn)行升溫，讓電池迅速進(jìn)入到最佳的工作溫度狀態(tài)。

另外，由于在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，電池的特性會(huì)發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致電池的最佳工作溫度、極限溫度等等這些邊界參數(shù)會(huì)發(fā)生一些變化，所以系統(tǒng)必須要能根據(jù)電池的使用情況再結(jié)合前期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出邊界參數(shù)的變化規(guī)律，在系統(tǒng)的實(shí)際工作中，根據(jù)電池的當(dāng)前特性來(lái)修正這些邊界參數(shù)，最終顯示電池性能的優(yōu)化。

2.2 對(duì)電壓的管理

電池的電壓信號(hào)反映電池狀態(tài)的關(guān)鍵信息，是電池管理系統(tǒng)必須獲取的數(shù)據(jù)，目前比較廣泛采用了線(xiàn)性光耦來(lái)作為電壓的測(cè)量轉(zhuǎn)換器件，線(xiàn)性光耦是一種用于模擬信號(hào)隔離的光耦器件，和普通光耦一樣，線(xiàn)性光耦真正隔離的是電流。線(xiàn)性光耦能夠保護(hù)被測(cè)試對(duì)象和測(cè)試電路，并減小環(huán)境干擾對(duì)測(cè)試電路的影響，能夠有效隔離電池組供電過(guò)程中的高壓電路和低壓電路，實(shí)現(xiàn)電池采樣的有效隔離?？紤]到系統(tǒng)的硬件和設(shè)計(jì)成本，選擇內(nèi)部集成了AD的控制器對(duì)電壓進(jìn)行采集，目前自帶12位AD的控制器的價(jià)格甚至比一個(gè)獨(dú)立AD轉(zhuǎn)換器都便宜，而且集成的AD在使用時(shí)更加的方便，控制器的制造商往往會(huì)提供控制例程，有利于加快系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)度，減少系統(tǒng)軟件編寫(xiě)的工作量。

電池的管理系統(tǒng)在充放電的過(guò)程中一直保持著對(duì)電池總電壓和子電池電壓的監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)子電池的電壓過(guò)高或過(guò)低，就啟動(dòng)系統(tǒng)的均衡功能。如果是充電狀態(tài)就讓大容量的電池多放電，小容量的電池少放電;如果是放電狀態(tài)就讓大容量電池多放電，小容量電池少放電，防止電池出現(xiàn)過(guò)充或過(guò)放。

2.3 節(jié)點(diǎn)SOC的測(cè)量

為了能實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的綜合管理，就必須能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)電池SOC值。電池SOC值和電池的電壓、電流和溫度參數(shù)密切相關(guān)。通常來(lái)說(shuō)電壓和SOC的關(guān)系最為密切電壓越高說(shuō)明SOC越大，但是它們之間不是絕對(duì)線(xiàn)性關(guān)系。另外溫度對(duì)電池的SOC也有影響，我們現(xiàn)在所說(shuō)的電池容量一般都是電池在室溫25°C的時(shí)候的容量，溫度升高或降低都會(huì)降低的電池的SOC。電池的充放電電流對(duì)電池的SOC也有影響，處于放電狀態(tài)時(shí)，放電電流越大，對(duì)應(yīng)相同的電壓，電池的SOC高;處于充電狀態(tài)時(shí)，充電電流越大，對(duì)應(yīng)相同的電壓，電池的SOC小。

3 結(jié)束語(yǔ)

電壓、電流和溫度的數(shù)據(jù)也會(huì)影響到SOC預(yù)測(cè)的精度，所以需要采取合理的方法來(lái)獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。電池組在工作的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種參數(shù)的變化，可以借助CAN總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些參數(shù)的監(jiān)控，保證電池處于良好的工作狀態(tài)。

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作者簡(jiǎn)介：夏晶晶（1980-），男，湖北浠水人，碩士，工程師，研究方向：汽車(chē)電子學(xué)。