基于CAN的電動汽車電池管理技術探究

（廣東機電職業技術學院，廣州 510550）

摘 要：隨著地球環境日益惡化，石油資源的日益枯竭，電動汽車作為一種基本無污染、低噪聲和高效率的交通工具，逐漸受到了市場的關注和青睞。電池作為電動汽車的四大關鍵技術之一，是影響電動汽車發展和推廣中的重要因素，利用CAN總線技術對電動汽車電池進行充放電管理研究對于電動汽車的發展具有重要的意義。

關鍵詞：CAN總線技術;電池管理技術;電動汽車

電池作為電動汽車動力設備，電池工作性能的好壞對于電動汽車具有直接的影響。同時在電動汽車中為了能滿足應用需要，會將多個單體電池進行串并聯混合組成一個電池包，這樣既能到達高電壓要求，又能達到電池的大容量要求。但是多個單體電池之間不可避免的會出現不一致性，在日后的使用中會使這些單體電池節點的電壓、電流以及放電情況都不完全相同，因此應當采用合理的技術手段防止電池在工作中發生過熱、過充和過放現象，以及出現故障時能夠及時報警，提高電池的壽命。CAN總線技術作為一種成熟的通訊信息技術，具有高抗干擾、高速、布線簡單和方便擴展等優點，在汽車工業和其他工業領域得到了廣泛的應用，將它引入到電動汽車的電池管理中，能夠簡化連接、降低軟硬件成本和提高系統反應時間，最終明顯的提高電池管理系統的總體性能指標。

1 CAN總線技術簡介

CAN是控制器局域網絡（Controller Area Network， CAN）的簡稱，是由研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發了的，并最終成為國際標準（ISO11898）。是國際上應用最廣泛的現場總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協議已經成為汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線，并且擁有以CAN為底層協議專為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應用于汽車計算機控制系統和環境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業環境。基于CAN總線的現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現為分布式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持。

鋰電子電池組在電動汽車中具有廣泛的應用，雖然能夠通過對電池組內部優化來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過高溫度而引發的安全問題。同時電池組在工作的過程中其內部狀態處于動態變化的過程，會影響到電池的工作狀態。CAN總線技術發展成熟，技術應用上比較可靠，而且通信速度比較快，能夠實現對汽車其它管理系統的對接。

2 基于CAN的電池管理技術研究

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系，電池的性能會隨著溫度的變化而變化，溫度太低或者太高對電池的使用和存儲都是不利的，會影響電池的充放電次數、容量甚至是損壞電池。所以電池管理系統需要嚴格控制電池的溫度。

當電池溫度高于某個警戒值時，系統會自動發出報警信號。如果溫度持續的升高就根據實際的工作工況，采取例如：減少充電電流、減少放電電流或啟動冷卻系統等等措施來降低電池的溫度，如果發現溫度還是沒有下降，反而繼續上升，逼近危險溫度界限，就必須迅速的切斷充放電電流，防止出現嚴重的電池爆炸事故。當發現電池的溫度過低時，可以啟動加熱裝置進行升溫，讓電池迅速進入到最佳的工作溫度狀態。

另外，由于在長期的使用過程中，電池的特性會發生一定的變化，導致電池的最佳工作溫度、極限溫度等等這些邊界參數會發生一些變化，所以系統必須要能根據電池的使用情況再結合前期的實驗數據得出邊界參數的變化規律，在系統的實際工作中，根據電池的當前特性來修正這些邊界參數，最終顯示電池性能的優化。

2.2 對電壓的管理

電池的電壓信號反映電池狀態的關鍵信息，是電池管理系統必須獲取的數據，目前比較廣泛采用了線性光耦來作為電壓的測量轉換器件，線性光耦是一種用于模擬信號隔離的光耦器件，和普通光耦一樣，線性光耦真正隔離的是電流。線性光耦能夠保護被測試對象和測試電路，并減小環境干擾對測試電路的影響，能夠有效隔離電池組供電過程中的高壓電路和低壓電路，實現電池采樣的有效隔離。考慮到系統的硬件和設計成本，選擇內部集成了AD的控制器對電壓進行采集，目前自帶12位AD的控制器的價格甚至比一個獨立AD轉換器都便宜，而且集成的AD在使用時更加的方便，控制器的制造商往往會提供控制例程，有利于加快系統的設計進度，減少系統軟件編寫的工作量。

電池的管理系統在充放電的過程中一直保持著對電池總電壓和子電池電壓的監控，一旦發現某個子電池的電壓過高或過低，就啟動系統的均衡功能。如果是充電狀態就讓大容量的電池多放電，小容量的電池少放電;如果是放電狀態就讓大容量電池多放電，小容量電池少放電，防止電池出現過充或過放。

2.3 節點SOC的測量

為了能實現電池系統的綜合管理，就必須能準確的預測電池SOC值。電池SOC值和電池的電壓、電流和溫度參數密切相關。通常來說電壓和SOC的關系最為密切電壓越高說明SOC越大，但是它們之間不是絕對線性關系。另外溫度對電池的SOC也有影響，我們現在所說的電池容量一般都是電池在室溫25°C的時候的容量，溫度升高或降低都會降低的電池的SOC。電池的充放電電流對電池的SOC也有影響，處于放電狀態時，放電電流越大，對應相同的電壓，電池的SOC高;處于充電狀態時，充電電流越大，對應相同的電壓，電池的SOC小。

3 結束語

電壓、電流和溫度的數據也會影響到SOC預測的精度，所以需要采取合理的方法來獲取相關的數據，提高數據的準確性。電池組在工作的過程中會出現各種參數的變化，可以借助CAN總線技術實現對這些參數的監控，保證電池處于良好的工作狀態。

參考文獻：

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[2]洪思慧，張新強，汪雙鳳等.基于熱管技術的鋰離子動力電池熱管理系統研究進展[J].化工進展，2014（11）：2923-2927，2940.

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