基于CAN总线的动力电池管理系统的设计

随着世界汽车工业的快速发展,能源紧缺、环境污染等问题的日益严重,人们不得不再重新审视汽车的动力能源问题,迫切需求一种可替代石油矿物资源且绿色环保的新能源,于是人们的眼光开始转向绿色环保的可再生资源--电能。以电能作为汽车的动力源或辅助能源不仅可以节省能源,且可以做到低排放甚至零排放。目前制约电动汽车发展的主要问题是动力电池及其控制系统的性能。本论文即是针对新能源汽车动力电池的管理系统展开研究和实践。 本文主要以基于CAN总线的动力电池管理系统为研究对象,深入研究汽车的动力电池的能量管理。动力电池管理系统是一个复杂的控制系统,包含大量的信号采集和控制单元。因此信号采集电路的设计是本文的主要内容之一,包括动力电池组总电压、总电流、电池包的绝缘状态、单体电池的电压、温度等。特别是单体电池电压采集电路,需要具有安全、高速、高精度的特点。 本系统的各个电控单元之间通过CAN总线进行连接,采用CAN通信分布式控制的网络结构。结合动力电池管理系统设计了应用层的CAN通信协议,包括通信方式设计消息标识符的分配、数据格式的定义和报文的设计。 对动力电池剩余容量(SOC)的估测和单体电池间的均衡研究是本文的重点之一。本系统采用开路电压法和安时法相结合的方法预测动力电池组的SOC。本文对单体电池间的主动均衡做了一些研究,采用双向变压器设计均衡电路,具有电路结构简单、能源利用效率高的特点。 最后,本文详细给出了系统的测试过程。为了方便、直观地观察和分析实验数据,特别设计了一个专用的测试软件,系统的实验测试工作就是基于该测试软件进行的。测试的内容包括单体电池电压巡检测试、SOC估测误差分析和温度控制测试。通过实验验证,本系统可以安全、稳定、高效、可靠的工作,达到了对电动汽车的动力电池进行能量管理的要求。