專利名稱：集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)及控制方法，屬 于動力電池組綜合管理領域。
背景技術：
現(xiàn)今隨著世界全球石油能源儲備的日益緊縮，各國汽車行業(yè)紛紛將戰(zhàn)略目標調(diào) 整到電動汽車的研發(fā)領域，以提前應對必將來臨的石油能源危機，當然隨之而來的技術 問題也很多，比如電機的選取，動力電池組的選取，動力電池組的維護等。在我國由于國家節(jié)能減排政策的實施，各汽車制造商也跟隨國際趨勢而轉(zhuǎn)向電 動汽車的生產(chǎn)和研發(fā)，但其中最關鍵的問題當屬動力電池組的系統(tǒng)管理問題，這直接關 乎電動汽車相對于內(nèi)燃機車的市場競爭力。經(jīng)檢索和調(diào)查，目前國內(nèi)的蓄電池管理系統(tǒng) 大都為一個固定模塊，其抗干擾工作能力也比較欠缺，可變性差，管理模式相對簡單， 所謂的電池組維護缺乏靈活性和有效性，每年還是有大量由于電池組工作不一致性導致 的電池提前報廢，不但增加了生產(chǎn)成本，而且嚴重浪費資源、污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對目前電動汽車動力電池組管理系統(tǒng)存在的一 些技術上的不足，提供一種集成于電動車儀表內(nèi)的車用動力電池組管理系統(tǒng)，不但降低 了生產(chǎn)成本，而且便于系統(tǒng)維護，工作可靠性增強，并且可以依據(jù)動力電池組的工作狀 態(tài)隨時通過遠程控制操作改變管理策略，保證蓄電池組在最優(yōu)狀態(tài)下運行的同時，也間 接延長了電機的使用壽命。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是該集成于電動車儀表內(nèi)車用動力 電池組管理系統(tǒng)，其特征在于包括參數(shù)動態(tài)采樣模塊，熱管理模塊，電池狀態(tài)計算模 塊，電池充放電管理模塊，儀表盤液晶顯示模塊和接口，參數(shù)動態(tài)采樣模塊分別與熱管 理模塊，電池充放電管理模塊和電池狀態(tài)計算模塊相連，電池狀態(tài)計算模塊與電池充放 電管理模塊相連，電池充放電管理模塊通過接口分別與CAN總線和儀表盤液晶顯示模塊 相連，儀表盤液晶顯示模塊與CAN總線相連，熱管理模塊和參數(shù)動態(tài)采樣模塊也分別與 CAN總線相連。所述的參數(shù)動態(tài)采樣模塊，參數(shù)采集采用分散式，即每個采樣對象模塊對應一 個單元，每個單元與參數(shù)動態(tài)采樣模塊通過一根母線進行通信。所述的采樣對象模塊包括電機、動力電池組中的各單體電池和熱管理模塊。所述電池狀態(tài)計算模塊，計算出電池荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)，電池荷電狀態(tài)的計 算采用修正的安時計量法，電池的健康狀態(tài)計算采用基于電池內(nèi)阻測試的計算方法；所述的修正的安時計量法，具體計算公式為SOC0 = (U0-nUs) / (nUf-nUs), η>1 ；SOCchg = SOC0+Qchg/Qm ；_2] Qchg=YjrIchghchstChg ； (=1 SOCdis = SOC0-Qdls/Qm ；
Ndis
_4] Qdis = YzidJtdJdis ‘
t=\其中，SOCtl為修正后的電池組初始荷電狀態(tài)，一般作為每次汽車啟動時的電池 荷電狀態(tài)實際值；Utl為單體電池實際工況下的開路電壓；Us為采用10小時率放電電流放 電到單體電池截止放電電壓，靜置2小時后的電池開路電壓；Uf為單體電池充電到滿電 狀態(tài)靜置12小時后的電池開路電壓；η為單體電池個數(shù)，且IiM ； SOCdlg*充電工況下任 意時刻電池荷電狀態(tài)；Qdlg為充電工況下任意時刻電池的荷電量；n。hg為充電效率；itehg 為Ug時間內(nèi)的平均充電電流；Ug為充電采樣時間；Ndlg為充電采樣周期，且Ndlg^tdlg; SOCdis為放電工況下任意時刻電池荷電狀態(tài)；Qdis為放電工況下任意時刻電池的荷電量； ndls為放電效率；itdls Stdis時間內(nèi)的平均放電電流；tdls為放電采樣時間；Ndis為放電采樣 周期，且Ndlgtdls; Qm為電池有效容量，是工作環(huán)境溫度和電池健康狀態(tài)的函數(shù)。所述的電池的健康狀態(tài)計算采用基于電池內(nèi)阻測試的計算方法，采用定性分析 與定量計算相結合的方法，具體計算公式為
57*(r-24°C)、
r25 =rr(l +----)
25 r4000(r25-r0) /r0>0.25其中，r25為電池實際工況下的標準內(nèi)阻；rT為電池實際工況下的實際內(nèi)阻； 為電池剛投入使用時的標準內(nèi)阻；當其與電池實際工況下的標準內(nèi)阻r25的相對誤差超過 25%以上時則認為電池健康狀態(tài)。所述電池狀態(tài)計算模塊的主要作用是為了電池荷電狀 態(tài)和健康狀態(tài)的計算，并將計算結果上傳給電池充放電管理模塊。所述接口包括CAN總線通信接口和遠程控制接口，前者用于動力電池組管理系 統(tǒng)與管理對象間的實時通訊，后者用于遠程控制以定期改變充放電管理模塊內(nèi)嵌的最優(yōu) 控制方法。所述電池充放電管理模塊，內(nèi)嵌有電動汽車最新運行工況下的最優(yōu)控制方法， 根據(jù)參數(shù)動態(tài)采樣模塊上傳的數(shù)據(jù)，熱管理模塊上傳的數(shù)據(jù)，電池狀態(tài)計算模塊上傳的 數(shù)據(jù)，按照最優(yōu)控制方法進行電動汽車動力電池組和電機的最優(yōu)控制，同時根據(jù)數(shù)據(jù)傳 輸情況進行汽車運行工況實時故障診斷，并控制繼電器1和繼電器2的通斷，同時將電池 狀態(tài)參數(shù)和故障診斷結果通過儀表盤液晶顯示輸出。一種權利要求1所述的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)的控制方 法，其特征在于控制步驟如下①動力電池組管理系統(tǒng)執(zhí)行控制程序的初始化操作；②動力電池組管理系統(tǒng)進行電機狀態(tài)和電池組狀態(tài)檢測，分別轉(zhuǎn)入第③步和第 ④步；③若電機狀態(tài)檢測出現(xiàn)電機過流或是電機過熱現(xiàn)象則繼電器1斷開，并進行故 障報警操作；否則繼電器繼續(xù)保持當前狀態(tài)；
④若電池組狀態(tài)檢測出現(xiàn)電池組未接入現(xiàn)象，則進行故障報警操作；否則轉(zhuǎn)入
第⑤步；⑤動力電池組管理系統(tǒng)進行充電模式確認，若確認為充電模式，則轉(zhuǎn)入第⑥ 步；若確認為放電模式則轉(zhuǎn)入第⑦步；⑥動力電池組管理系統(tǒng)確認是否出現(xiàn)充電過流或是充電過程中電池過熱現(xiàn)象， 若是則斷開繼電器2，故障報警；否則繼續(xù)充電過程；⑦動力電池組管理系統(tǒng)確認是否出現(xiàn)放電過流或是放電過程中電池過熱現(xiàn)象， 若是則斷開繼電器2，故障報警；否則繼續(xù)放電過程。熱管理模塊，其功用是通過參數(shù)動態(tài)采樣模塊獲取電機和動力電池組各單體的 實時溫度信息，并將實時溫度信息通過CAN總線發(fā)送到電池充放電管理模塊。儀表盤液晶顯示模塊，特殊工況下顯示汽車某部件的故障，顯示字樣在屏幕中 央不停的閃爍以此警示駕駛員讓其做出相應的處理；正常工況下顯示電池狀態(tài)參數(shù)，電 機參數(shù)及行車工況可量化參數(shù)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)及控 制方法具有的有益效果是首先，本發(fā)明將動力電池組管理系統(tǒng)集成于電動車儀表內(nèi)方便系統(tǒng)維護，工作 可靠性增強，并且儀表盤配備的遠程控制接口可以依據(jù)動力電池組的工作狀態(tài)隨時改變 管理策略，保證蓄電池組在最優(yōu)狀態(tài)下運行的同時，也間接延長了電機的使用壽命。其次，本發(fā)明將動力電池組管理系統(tǒng)集成于電動車儀表內(nèi)，避免了將動力電池 組管理系統(tǒng)單獨成塊造成的數(shù)據(jù)傳輸冗余，直接利用傳輸給儀表的車況狀態(tài)參數(shù)進行管 理，提高了管理效率和動態(tài)實時性。最后，采用CAN總線通信的方式，采用差分模式傳輸數(shù)據(jù)，增強了信號抗干擾 能力，同時減少了車內(nèi)布線，降低車內(nèi)配件配套成本；且分散式的數(shù)據(jù)采集模式，可以 更好的保證電池組充放電的一致性。


圖1本發(fā)明動力電池組管理系統(tǒng)結構示意圖；圖2本發(fā)明充放電管理模塊最優(yōu)控制方法的控制流程圖。圖1-2為本發(fā)明的最佳實施例。
具體實施例方式下面結合附圖1-2，對本發(fā)明的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)及 控制方法做進一步詳細描述。如圖1所示本發(fā)明的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)，包括參數(shù)動態(tài)采樣模 塊，熱管理模塊，電池狀態(tài)計算模塊，電池充放電管理模塊，儀表盤液晶顯示模塊和接 口；參數(shù)動態(tài)采樣模塊與熱管理模塊，電池充放電管理模塊和電池狀態(tài)計算模塊相連； 電池狀態(tài)計算模塊與電池充放電管理模塊相連；電池充放電管理模塊通過接口分別與 CAN總線和儀表盤液晶顯示模塊相連；儀表盤液晶顯示模塊與CAN總線相連；熱管理模塊和參數(shù)動態(tài)采樣模塊也分別與CAN總線相連。各模塊之間的通信采用半雙工的通信 方式，減少出錯率。參數(shù)采集采用分散式，即每個采樣對象模塊對應一個單元，每個單元與參數(shù)動 態(tài)采樣模塊通過一根母線進行通信。參數(shù)采集目標為電機，動力電池組中的各單體電池 和熱管理模塊信息。采用分散式結構，一是減少了布線，經(jīng)濟適用性強；二是利于擴展 系統(tǒng)，便于增加電池組中的單體電池數(shù)量，三是保證了電池組充放電的一致性。熱管理模塊主要是將從參數(shù)動態(tài)采樣模塊獲取電機和動力電池組各單體的實時 溫度信息，通過CAN總線發(fā)送到電池充放電管理模塊。整個動力電池組的充放電過程和 電機運轉(zhuǎn)過程，對于溫度的監(jiān)控必不可少，這是安全性的重要前提之一。電池狀態(tài)計算模塊的功能主要是電池荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)的計算，并將計算結 果上傳給電池充放電管理模塊。電池荷電狀態(tài)的計算采用修正的安時計量法，其具體計 算公式為 ；
權利要求
1.一種集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在于包括參數(shù)動態(tài) 采樣模塊，熱管理模塊，電池狀態(tài)計算模塊，電池充放電管理模塊，儀表盤液晶顯示模 塊和接口，參數(shù)動態(tài)采樣模塊分別與熱管理模塊，電池充放電管理模塊和電池狀態(tài)計算 模塊相連，電池狀態(tài)計算模塊與電池充放電管理模塊相連，電池充放電管理模塊通過接 口分別與CAN總線和儀表盤液晶顯示模塊相連，儀表盤液晶顯示模塊與CAN總線相連， 熱管理模塊和參數(shù)動態(tài)采樣模塊也分別與CAN總線相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述的參數(shù)動態(tài)采樣模塊，參數(shù)采集采用分散式，即每個采樣對象模塊對應一個單 元，每個單元與參數(shù)動態(tài)采樣模塊通過一根母線進行通信。
3.根據(jù)權利要求2所述的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述的采樣對象模塊包括電機、動力電池組中的各單體電池和熱管理模塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述接口包括CAN總線通信接口和遠程控制接口。
5.根據(jù)權利要求1所述的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述電池充放電管理模塊，內(nèi)嵌有電動汽車最新運行工況下的最優(yōu)控制方法。
6.根據(jù)權利要求1所述的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于通過電池狀態(tài)計算模塊，計算出電池荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)，電池荷電狀態(tài)的計算采 用修正的安時計量法，電池的健康狀態(tài)計算采用基于電池內(nèi)阻測試的計算方法；所述的修正的安時計量法，具體計算公式為
7.根據(jù)權利要求1所述的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述的電池的健康狀態(tài)計算采用基于電池內(nèi)阻測試的計算方法，具體計算公式為
8. —種權利要求1所述的集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于控制步驟如下①動力電池組管理系統(tǒng)執(zhí)行控制程序的初始化操作；②動力電池組管理系統(tǒng)進行電機狀態(tài)和電池組狀態(tài)檢測，分別轉(zhuǎn)入第③步和第④步；③若電機狀態(tài)檢測出現(xiàn)電機過流或是電機過熱現(xiàn)象則繼電器1斷開，并進行故障報 警操作；否則繼電器繼續(xù)保持當前狀態(tài)；④若電池組狀態(tài)檢測出現(xiàn)電池組未接入現(xiàn)象，則進行故障報警操作；否則轉(zhuǎn)入第⑤步；⑤動力電池組管理系統(tǒng)進行充電模式確認，若確認為充電模式，則轉(zhuǎn)入第⑥步；若 確認為放電模式則轉(zhuǎn)入第⑦步；⑥動力電池組管理系統(tǒng)確認是否出現(xiàn)充電過流或是充電過程中電池過熱現(xiàn)象，若是 則斷開繼電器2，故障報警；否則繼續(xù)充電過程；⑦動力電池組管理系統(tǒng)確認是否出現(xiàn)放電過流或是放電過程中電池過熱現(xiàn)象，若是 則斷開繼電器2，故障報警；否則繼續(xù)放電過程。
全文摘要
一種集成于電動車儀表內(nèi)車用動力電池組管理系統(tǒng)及控制方法，屬于動力電池組綜合管理領域。包括參數(shù)動態(tài)采樣模塊，熱管理模塊，電池狀態(tài)計算模塊，電池充放電管理模塊，儀表盤液晶顯示模塊和接口，電池充放電管理模塊通過接口分別與CAN總線和儀表盤液晶顯示模塊相連，儀表盤液晶顯示模塊與CAN總線相連，熱管理模塊和參數(shù)動態(tài)采樣模塊也分別與CAN總線相連。方法是通過控制程序?qū)崿F(xiàn)對電池狀態(tài)及故障的實施監(jiān)控。將動力電池組管理系統(tǒng)集成于電動車儀表內(nèi)方便系統(tǒng)維護，工作可靠性增強，并且儀表盤配備的遠程控制接口可以依據(jù)動力電池組的工作狀態(tài)隨時改變管理策略，保證蓄電池組在最優(yōu)狀態(tài)下運行的同時，延長了電機的使用壽命。
文檔編號B60L3/00GK102013529SQ201010287050
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者劉洪娥, 李為, 高小群, 高述轅 申請人:山東申普汽車控制技術有限公司