專利名稱：一種用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電動汽車的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化過程中，動力電池及其管理系統(tǒng)作為主要動力源或輔助動力源部件是其中最為重要的一環(huán)。電池管理系統(tǒng)的優(yōu)劣直接決定了動力電池組的使用壽命，一個合適的電池管理系統(tǒng)能夠在充分發(fā)揮電池優(yōu)越性能的同時，給予電池最佳的保護。
在已有的技術(shù)中，電池管理系統(tǒng)的設(shè)計或是過于復雜和煩瑣；或是過于簡陋。電池管理系統(tǒng)設(shè)計過于復雜，從表面上看，具備了較多的功能，但所需元器件多而雜，從而使電池管理系統(tǒng)成本飚升，且體積龐大，只能運行于試驗室中，根本不能滿足產(chǎn)業(yè)化的要求。而電池管理系統(tǒng)設(shè)計過于簡陋，則功能過于簡單，不能滿足監(jiān)護電池的需要，亦不能在充分發(fā)揮電池優(yōu)越性能的同時，給予電池最佳的保護，長期使用這樣的電池管理系統(tǒng)，將導致電池組壽命降低(遠低于單體平均壽命)。
在已有的技術(shù)中，電池管理系統(tǒng)沒有采用二級CAN現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)內(nèi)部模塊間的信息通訊以及與整車總控系統(tǒng)的信息通訊，連線多而復雜，抗干擾能力差。電池管理系統(tǒng)沒有采用模塊化結(jié)構(gòu)和標準化接口，安裝復雜，靈活性差，當車型不同或整車布置方式改變時，電池管理系統(tǒng)必須對硬件部分進行足夠的修改，或者干脆必須全部重新進行設(shè)計，才可滿足在各種復雜情況下不同的需要。電池管理系統(tǒng)在設(shè)計時，沒有充分考慮各種類型動力電池在監(jiān)護需求方面的共性和個性，其硬件只能滿足所針對類型電池的管理需要，不能滿足多種類型動力電池的管理需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決已有技術(shù)中，電池管理系統(tǒng)的多功能需求和低成本、小體積的產(chǎn)業(yè)化要求的矛盾，連線多而復雜，抗干擾能力差，安裝復雜，靈活性差的問題，而提供的一種用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)，它采用模塊化結(jié)構(gòu)，連線簡單，柔性好，可滿足不同車型在各種復雜情況下不同布置方式的需要。
本發(fā)明是依靠以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)，它包括數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元由n個數(shù)據(jù)采集子板和m個數(shù)據(jù)采集母板組成，m小于等于n，數(shù)據(jù)采集子板用于采集電池的狀態(tài)參數(shù)并將數(shù)據(jù)輸送至相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集母板，數(shù)據(jù)采集母板用于將數(shù)據(jù)采集子板輸送來的數(shù)據(jù)進行初步處理、分析、判斷并輸出；CPU中央處理單元，用于對數(shù)據(jù)采集母板輸出的數(shù)據(jù)進行實時運算和狀態(tài)判別并作出相應(yīng)的處理，同時完成與多能源系統(tǒng)的通訊管理；現(xiàn)場總線，用于在數(shù)據(jù)采集母板與CPU中央處理單元、CPU中央處理單元與多能源系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。
在本發(fā)明中所述的中央處理單元還包括輔助控制板，輔助控制板設(shè)有遠程通訊接口，用于電池狀態(tài)顯示、與數(shù)據(jù)采集母板和遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。所述現(xiàn)場總線為二級CAN現(xiàn)場總線，包括內(nèi)部CAN現(xiàn)場總線和外部CAN現(xiàn)場總線，所述內(nèi)部CAN現(xiàn)場總線用于在數(shù)據(jù)采集母板與CPU中央處理單元之間傳輸數(shù)據(jù)，所述外部CAN現(xiàn)場總線用于在CPU中央處理單元與多能源系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。
本發(fā)明的有益效果整個系統(tǒng)為三層金字塔式結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)采集子板、數(shù)據(jù)采集母板和CPU中央處理單元，采用模塊化結(jié)構(gòu)，標準化接口，安裝、維修方便。數(shù)據(jù)采集母板、CPU中央處理單元采用相互獨立的CPU分層、分塊控制，柔性好，無需對硬件進行修改，即可滿足不同車型在各種復雜情況下不同布置方式的需要。采用二級CAN現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)相互間的信息通訊以及與整車總控系統(tǒng)的信息通訊，連線少，抗干擾能力強。充分考慮各種類型動力電池在監(jiān)護需求方面的共性和個性，滿足多種類型動力電池的管理需要?？蓪崿F(xiàn)每只單體電池的全程監(jiān)控，在充分發(fā)揮電池優(yōu)越性能的同時，給予電池最佳的保護。


以下將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。
圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明實施例的主控板A軟件流程圖。
圖3為本發(fā)明實施例的輔助控制板B的軟件流程圖。
圖4為本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)采集母板軟件流程圖。
具體實施例方式
實施例，參照附圖，本發(fā)明一種用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)，運用于混合動力電動汽車上，對由250只單體電池組成的，每10個電池單體組成一個電池模塊，標稱電壓為300V，容量為60Ah的動力鎳氫電池組進行管理，具體功能和指標如下具有電池荷電量估算功能，誤差小于10％；具有電池單體運行狀態(tài)實時監(jiān)控功能；電壓檢測精度0.2％；電流檢測精度0.5％；溫度檢測精度±2℃；電池故障診斷和安全保護功能；具有系統(tǒng)自檢和診斷功能；具有充放電均衡功能；具有CAN現(xiàn)場總線接口，與整車總控系統(tǒng)實現(xiàn)信息通訊。本發(fā)明主要包括數(shù)據(jù)采集子板、數(shù)據(jù)采集母板、CPU中央處理單元和CAN現(xiàn)場總線。
數(shù)據(jù)采集單元采用了一種全新的結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)采集母板加數(shù)據(jù)采集子板的形式，其中數(shù)據(jù)采集子板的數(shù)量n＝電池組中電池模塊的數(shù)量；數(shù)據(jù)采集母板的數(shù)量m＝電池組中電池包的數(shù)量。
每三——十六個相互串聯(lián)的被機械結(jié)構(gòu)固定在一起的相鄰單體電池為一個電池模塊，所謂電池包可以理解為電池組在整車布置中由于整車設(shè)計的不同而被分別放置的大小不一的塊。
安裝時，一個電池包配一個數(shù)據(jù)采集母板，然后再根據(jù)包內(nèi)電池模塊的數(shù)量，配上相同數(shù)量的數(shù)據(jù)采集子板。其中數(shù)據(jù)采集母板集中了一些共性的器件，如CAN接口電路、電源部分電路、單片機控制部分電路等，而在數(shù)據(jù)采集子板上則安放了一些具體的、針對性的、不可共用的器件，如電壓采集電路、選擇邏輯電路等。經(jīng)過這樣的結(jié)構(gòu)安排，可共用的器件被集中起來，統(tǒng)一安置，共同使用，大大減少了所需元器件的數(shù)量，同樣亦減小了體積。而由于采用了分塊子板的結(jié)構(gòu)，安裝、調(diào)試、維修的靈活性也得到了保證。
本實施例中，電池組由250只單體電池組成，分成5個電池包。
數(shù)據(jù)采集單元在線測量蓄電池組的單體電壓Vn、電池模塊溫度Tm等實時運行數(shù)據(jù)，并進行初步的數(shù)據(jù)處理、分析和判斷判斷電池模塊溫度是否大于最大安全閥值，或小于最小安全閥值，如為上述狀況則通過內(nèi)部CAN現(xiàn)場總線，將數(shù)據(jù)上傳給CPU中央處理單元。再判斷電池模塊溫度是否大于最大報警閥值，或小于最小報警閥值，如屬于上述情況則進行高低溫報警。當電池模塊溫度大于開啟風扇值時，可啟動相關(guān)風扇散熱。同樣判斷電池單體電壓與閥值之間關(guān)系，進行相應(yīng)的處理。另外可以計算電池模塊溫度的平均值Tp或者電池單體電壓的平均值Vp，進行不均衡報警或者啟動相應(yīng)的均衡電路。
CPU中央處理單元由主控板A和輔助控制板B，加上一些外圍電路組成。其中，主控板A可根據(jù)實時監(jiān)測的共性參數(shù)及數(shù)據(jù)采集單元通過內(nèi)部CAN總線上傳的數(shù)據(jù)，按照預定的數(shù)學模型和管理模式進行相應(yīng)的實時運算和狀態(tài)判別并作出相應(yīng)的處理策略，通過外部CAN總線技術(shù)，完成與多能源系統(tǒng)之間的通訊管理，送出荷電量計算結(jié)果以及電池組狀態(tài)信息。主控板A采集電池模塊的充放電電流I及電池組電壓U值，判斷I、U是否大于最大安全閥值，或小于最小安全閥值，如為上述狀況則啟動極限保護開關(guān)。然后再判斷I、U是否大于最大報警閥值或者小于最小報警閥值，如為上述情況則報警；當I、U為正常值，則主控板A讀取各數(shù)據(jù)采集母板上傳的數(shù)據(jù)，判斷電池模塊溫度Tm及電池單體電壓Vn是否為極限值或報警值，進行相應(yīng)處理。最后判斷電池組的均衡狀態(tài)，報警或啟動均衡電路。主控板A計算電池荷電量，將上述數(shù)據(jù)上傳到外部CAN現(xiàn)場總線，并回傳相關(guān)數(shù)據(jù)到內(nèi)部CAN現(xiàn)場總線。因此主控板A具有自檢和診斷功能、充放電軟件均衡功能、電池故障診斷和安全保護功能等。
輔助控制板B主要功能為狀態(tài)顯示和數(shù)據(jù)傳輸，它設(shè)有遠程通訊接口。該單元在系統(tǒng)或整車調(diào)試時，連接于內(nèi)部CAN現(xiàn)場總線，通過內(nèi)部CAN總線技術(shù)，實時地將運行在內(nèi)部CAN總線上的各節(jié)點信息，利用彩色液晶顯示屏顯示出來，實時監(jiān)控調(diào)試過程中的細節(jié)，便于分析現(xiàn)象和問題。
輔助控制板B的數(shù)據(jù)傳輸功能，包括數(shù)據(jù)采集母板上傳至內(nèi)部CAN總線上的數(shù)據(jù)收集，和RS232接口通訊，能夠?qū)崿F(xiàn)對上位機的數(shù)據(jù)傳輸，可將管理系統(tǒng)在運行過程中檢測到的和計算出的數(shù)據(jù)及時地傳送至上位機，不僅方便現(xiàn)場調(diào)試，亦方便下一步的數(shù)據(jù)分析。
CPU中央處理單元中的外圍電路部分，由數(shù)據(jù)采集回路和動力控制回路組成，數(shù)據(jù)采集回路具有實時監(jiān)測共性參數(shù)的功能，如充放電電流、電池組電壓等；動力控制回路包含相應(yīng)的開關(guān)執(zhí)行機構(gòu)，可接收CPU中央處理單元的指令，根據(jù)電池組的當前運行狀態(tài)控制其充放電回路的接通和關(guān)斷；工作時，該單元能夠根據(jù)預設(shè)的電流門限值、電壓門限值以及溫度門限值，對電池進行安全邊界保護。
權(quán)利要求
1.一種用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)，其特征在于它包括數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元由n個數(shù)據(jù)采集子板和m個數(shù)據(jù)采集母板組成，m小于等于n，數(shù)據(jù)采集子板用于采集電池的狀態(tài)參數(shù)并將數(shù)據(jù)輸送至相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集母板，數(shù)據(jù)采集母板用于將數(shù)據(jù)采集子板傳輸來的數(shù)據(jù)進行初步處理、分析、判斷并輸出；CPU中央處理單元，用于對數(shù)據(jù)采集母板輸出的數(shù)據(jù)進行實時運算和狀態(tài)判別并作出相應(yīng)的處理，同時完成與多能源系統(tǒng)的通訊管理；現(xiàn)場總線，用于在數(shù)據(jù)采集母板與CPU中央處理單元、CPU中央處理單元與多能源系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。
2.按權(quán)利要求1所述的用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的中央處理單元還包括輔助控制板B，輔助控制板B設(shè)有遠程通訊接口，用于電池狀態(tài)顯示、與數(shù)據(jù)采集母板和遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。
3.按權(quán)利要求1或者2所述的用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場總線為二級CAN現(xiàn)場總線，包括內(nèi)部CAN現(xiàn)場總線和外部CAN現(xiàn)場總線，所述內(nèi)部CAN現(xiàn)場總線用于數(shù)據(jù)采集母板與CPU中央處理單元之間傳輸數(shù)據(jù)，所述外部CAN現(xiàn)場總線用于CPU中央處理單元與多能源系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)，屬于汽車供電系統(tǒng)領(lǐng)域，整個系統(tǒng)為三層金字塔式結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)采集子板、數(shù)據(jù)采集母板和CPU中央處理單元，通過相互獨立的CPU分層、分塊控制，采用二級CAN現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)相互間的信息通訊以及與整車總控系統(tǒng)的信息通訊，其優(yōu)點是功能齊全，滿足各種類型動力電池的管理需要；靈活性高，無需對硬件進行修改，即可滿足不同車型在各種復雜情況下不同布置方式的需要；連線少，模塊化結(jié)構(gòu)，標準化接口，安裝、維修方便。
文檔編號B60R16/04GK1555996SQ20041001380
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者張鵬, 沈建, 楊桃, 周振齊, 郭建成, 張 鵬 申請人:春蘭(集團)公司