專利名稱：一種電池組故障無線診斷系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電池技術領域中一種電池組診斷系統(tǒng)，特別涉及一種電池組故障無線診斷系統(tǒng)。
背景技術：
出于對環(huán)境和能源的考慮，電動汽車技術在各國政府以及各大公司的推動下得到了迅速發(fā)展。電池管理系統(tǒng)作為電池系統(tǒng)的重要組成部分，肩負著優(yōu)化電池使用和延長電池壽命的重要職責。早期的電池管理系統(tǒng)一般只具有監(jiān)測電池電壓、溫度、電流的簡單功能。隨著先進電池在電動車中應用的推廣，對電池管理系統(tǒng)的要求越來越高，電池管理系統(tǒng)的功能也越來越強，在功能、可靠性，實用性、安全性等方面都做出了重要努力。但經測試及優(yōu)選分組的電池組中的各個單體電池之間仍然存在性能差異，這些差異在電池的長期運行過程中因環(huán)境的微小差別(如溫度差)能夠不同程度地產生新的差異。 經過長期運行，個別電池性能明顯下降，嚴重影響電池組性能，甚至造成事故，需要早期診斷出單體電池的性能下降和早期故障。另外，單體電池的性能下降及故障會降低電池組的 SOC(荷電狀態(tài))值，因為性能差的一個單體電池的電量決定了整個電池組的荷電狀態(tài)。=一個電池組一般是由數(shù)個單體電池或電池模塊串聯(lián)組成；性能落后的單體電池可能會使整個電池組提前終止放電。因而需要配備電池故障早期診斷系統(tǒng)。通過診斷系統(tǒng)實現(xiàn)電池故障和隱患的早期預報，從而能有效地增加電動車電池組的續(xù)駛里程及無故障工作時間，使維護工作量降到最低，來保證電動車的可靠運行。目前的電池管理系統(tǒng)都以CAN總線的方式與整車控制器通訊，布線的繁瑣極大的限制了電池管理監(jiān)控的有效范圍。

發(fā)明內容
本發(fā)明開發(fā)的目的是提供一種操作簡便、成本低、通信穩(wěn)定的動力電池組故障無線診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)電池故障和隱患的早期預報，從而能有效地增加電動車電池組的續(xù)駛里程及無故障工作時間，使維護工作量降到最低；并且以無線方式傳送數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)存在的布線繁瑣、電池監(jiān)控范圍有限等問題。本發(fā)明的技術方案是提供一種電池組故障無線診斷系統(tǒng)，其包含 電池管理模塊，其與若干個電池組連接對電池數(shù)據(jù)進行監(jiān)測采集；
發(fā)送模塊，其與所述電池管理模塊連接，將采集到的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線方式向遠程終端發(fā)送；
接收模塊，其位于遠端終端處，通過無線方式接收由所述發(fā)送模塊傳送的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將電池監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至其設置的外部存儲器中保存；
故障診斷模塊，其對所述外部存儲器中存儲的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)進行讀取、格式轉換、數(shù)據(jù)回放和故障分析；
終端顯示模塊，其與所述接收模塊連接，對電池監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時顯示。
所述電池管理模塊的控制單元采用分布式的拓撲結構，包含一個主控制單元和多個子控制單元，所述子控制單元的數(shù)量與待監(jiān)測的電池組的數(shù)量相匹配；
每個所述子控制單元通過設置的電氣接口，連接對應的電池組并對其中的單體電池進行數(shù)據(jù)采集，對單箱電池進行故障診斷、安全管理和狀態(tài)控制；
多個所述子控制單元，通過電池管理模塊設置的子通訊網絡，與所述主控制單元進行實時通信，由各個所述子控制單元將其執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和故障診斷算法后的結果傳送給所述主控制單元；
所述主控制單元采集所有電池組的整體狀態(tài)信息，并對荷電狀態(tài)進行估計；所述主控制單元還通過電池管理模塊設置的主通訊網絡，與所述發(fā)送模塊及該無線診斷系統(tǒng)外部的節(jié)點設備進行通訊。所述電池管理模塊的子通訊網絡和主通訊網絡，分別是基于CAN總線構建的通訊網絡。所述發(fā)送模塊中，進一步包含CAN收發(fā)器，單片機和無線收發(fā)芯片；
其中，所述CAN收發(fā)器接收來自所述電池管理模塊的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以SPI方式將該數(shù)據(jù)傳送至所述單片機；
所述單片機對其接收數(shù)據(jù)進行處理后，通過SPI方式與所述無線收發(fā)芯片通信，再由所述無線收發(fā)芯片以無線方式將其接收的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程終端。所述接收模塊中，還包含無線收發(fā)芯片和單片機；
其中，所述無線收發(fā)芯片接收發(fā)送模塊以無線方式發(fā)來的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以SPI方式傳給所述單片機；
所述單片機以SPI方式將該數(shù)據(jù)傳送至所述外部存儲器進行保存，并且，還以串口方式將該數(shù)據(jù)傳送至所述終端顯示模塊輸出顯示。所述外部存儲器是SD卡，在所述接收模塊中設置有與該SD卡相匹配的卡座；
所述故障診斷模塊是安裝有相應數(shù)據(jù)格式轉換軟件及故障診斷軟件的筆記本電腦，其中設置有相匹配的內存插槽來安裝存儲有電池監(jiān)測數(shù)據(jù)的所述SD卡。所述終端顯示模塊是以串口方式與所述接收模塊連接的液晶觸控屏。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所述電池組故障無線診斷系統(tǒng)，具有以下顯著優(yōu)勢本發(fā)明將電池管理系統(tǒng)采集的電池數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)裝置傳送到遠程顯示終端，實現(xiàn)車用電池的遠程實時監(jiān)控和對新能源汽車的質量進行跟蹤，改變了以往有線方式監(jiān)控電池工作狀態(tài)的復雜性。此外，本發(fā)明具有數(shù)據(jù)存儲功能和故障診斷功能，只要配置一個SD卡即可以實時存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于發(fā)生率較低的故障，可以在無人值守情況下記錄幾個小時，然后通過數(shù)據(jù)回放，根據(jù)系統(tǒng)的診斷數(shù)據(jù)庫找到故障點，為數(shù)據(jù)的靜態(tài)分析提供方便。本發(fā)明界面直觀易于操作，帶有中英文切換功能，也可應用于廣告宣傳場合，具有廣泛的應用前景。


圖1為本發(fā)明提供的電池組故障無線診斷系統(tǒng)的結構圖； 圖2為本發(fā)明所采用的電池管理模塊的結構圖3為本發(fā)明所采用的發(fā)送模塊的原理圖； 圖4為本發(fā)明所采用的接收模塊的原理5圖5A-圖5B為本發(fā)明提供的電池組故障無線診斷系統(tǒng)的電氣連接圖。
具體實施例方式以下結合

本發(fā)明的具體實施方式
。配合參見圖1、圖5A 5B所示，本發(fā)明提供一種電池組故障無線診斷系統(tǒng)，主要包括位于電池組處的電池管理模塊1、發(fā)送模塊2，以及位于遠端用戶處的接收模塊3、故障診斷模塊4和終端顯示模塊5 ；所述發(fā)送模塊2通過無線方式向所述接收模塊3發(fā)送數(shù)據(jù)。配合參見圖2、圖5A所示，本發(fā)明所述的電池管理模塊1中，采用了分布式的拓撲結構，將電池管理單元需要完成的復雜的功能進行合理的劃分，從而減輕控制單元在算法上的負擔。具體的，電池管理模塊1的控制單元包含一個主控制單元6和多個子控制單元 7，子控制單元7的數(shù)量依電池組的數(shù)量而定。每個子控制單元7通過電氣接口連接對應的一個電池組，由子控制單元7負責對其中單體電池的信息進行采集，并對單箱電池進行故障診斷、安全管理和溫度控制等。主控制單元6負責采集電池組整體的狀態(tài)信息，比如需要采集總線電壓、總線電流和絕緣電阻等參數(shù)，并且要對SOC (荷電狀態(tài))進行估計；還要在安全方面實現(xiàn)一些被動安全功能，比如通過加速度傳感器判斷是否發(fā)生了撞車，來決定是否立即切斷電池箱的高壓回路，以保證整車的安全等。電池管理模塊1還有兩套通訊網絡，子通訊網絡9用于控制單元內部的數(shù)據(jù)通訊， 主通訊網絡8用于主控制單元6與整車控制器、電機控制器以及發(fā)送模塊2的通訊。即是說，所述主控制單元6和子控制單元7通過子通訊網絡9的CAN總線進行實時通訊，子控制單元7執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和故障診斷的算法后，將結果傳送給主控制單元6 ；主控制單元6將收到的信息統(tǒng)一處理后，對系統(tǒng)的整體狀況進行評估，將必要的信息通過主通訊網絡8的外部CAN節(jié)點發(fā)送出去。配合參見圖3、圖5A所示，本發(fā)明采用的發(fā)送模塊2中，包含CAN收發(fā)器10、 Freescale公司的單片機11和CCM30型的無線收發(fā)芯片12。所述的CAN收發(fā)器10接收來自電池管理模塊1主通訊網絡8外部CAN節(jié)點的信息，并把數(shù)據(jù)傳至單片機11，單片機11 對數(shù)據(jù)進行處理后以SPI方式與無線收發(fā)芯片12通信，由該芯片以無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程終端，實現(xiàn)電池管理模塊1采集信息的輸出。發(fā)送模塊2工作時需連接5V直流電源。
配合參見圖4、圖5B所示，本發(fā)明所采用的接收模塊3中，包含CCM30型的無線收發(fā)芯片12、Freescale公司的單片機11和外部存儲器13。無線收發(fā)芯片12接收發(fā)送模塊 2發(fā)來的電池數(shù)據(jù)，并以SPI方式傳給單片機11，單片機11處理數(shù)據(jù)信息后，一方面以串口方式將信息送至終端顯示模塊5，通過液晶顯示器實時地顯示；另一方面以SPI方式送至外部存儲器13實時存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)?？梢耘渲靡粋€SD卡作為所述的外部存儲器13。在斷電狀態(tài)下將SD卡安裝入接收模塊3的內側卡座；安裝完之后即可加電使用，外部存儲器13在工作時切不可帶電插拔。接收模塊3工作時需連接5V直流電源。 所述的故障診斷模塊4應當是能夠讀取所述外部存儲器13中的監(jiān)控數(shù)據(jù)，并安裝有相應的軟件對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析等后續(xù)處理的裝置。例如是設置一臺安裝有CANalyzer 軟件的筆記本電腦作為故障診斷模塊4，將存儲有監(jiān)測數(shù)據(jù)的SD卡安裝入筆記本電腦上的內存插槽，用格式轉換軟件將SD卡格式化為FAT32文件系統(tǒng)，之后由CANalyzer軟件進行數(shù)據(jù)回放和故障分析，通過查詢系統(tǒng)的診斷數(shù)據(jù)庫找到故障點，實現(xiàn)電池故障和隱患的早期預報。所述的終端顯示模塊5以串口方式與接收模塊3連接，實時顯示來自電池管理模塊1的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)，如單體電池的電壓、溫度，單箱電池的最高溫度、最低溫度、平均溫度、最大電壓、最小電壓和平均電壓，以及總線電流和絕緣電阻等參數(shù)。該終端顯示模塊5 可以采用12寸的液晶觸控屏，液晶顯示屏工作電壓為918V，額定功率為8W ；采用的是串口工作模式，波特率1200-115200bps ；有32M字庫空間、96M圖片空間；支持實時時鐘顯示，界面直觀易于操作，帶有中英文切換功能，可將其應用于廣告宣傳場合。本發(fā)明所述電池組故障無線診斷系統(tǒng)，采用無線通信技術將故障診斷功能嵌入到電池管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)了車用電池的遠程實時監(jiān)控和對新能源汽車的質量進行跟蹤，改變了以往有線方式監(jiān)控電池工作狀態(tài)的復雜性。此外，本發(fā)明具有數(shù)據(jù)存儲功能和故障診斷功能，實時存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)的診斷數(shù)據(jù)庫找到故障點，為數(shù)據(jù)的靜態(tài)分析提供方便。本發(fā)明界面直觀易于操作，帶有中英文切換功能，也可應用于廣告宣傳場合，具有廣泛的應用前景。盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種電池組故障無線診斷系統(tǒng)，其特征在于，包含電池管理模塊(1)，其與若干個電池組連接對電池數(shù)據(jù)進行監(jiān)測采集； 發(fā)送模塊(2)，其與所述電池管理模塊(1)連接，將采集到的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線方式向遠程終端發(fā)送；接收模塊(3)，其位于遠端終端處，通過無線方式接收由所述發(fā)送模塊(2)傳送的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將電池監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至其設置的外部存儲器(13)中保存；故障診斷模塊(4)，其對所述外部存儲器(13)中存儲的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)進行讀取、格式轉換、數(shù)據(jù)回放和故障分析；終端顯示模塊(5)，其與所述接收模塊(3)連接，對電池監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時顯示。
2.如權利要求1所述電池組故障無線診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述電池管理模塊(1)的控制單元采用分布式的拓撲結構，包含一個主控制單元(6) 和多個子控制單元(7)，所述子控制單元(7)的數(shù)量與待監(jiān)測的電池組的數(shù)量相匹配；每個所述子控制單元(7)通過設置的電氣接口，連接對應的電池組并對其中的單體電池進行數(shù)據(jù)采集，還對單箱電池進行故障診斷、安全管理和狀態(tài)控制；多個所述子控制單元(7)，通過電池管理模塊(1)設置的子通訊網絡9，與所述主控制單元(6)進行實時通信，由各個所述子控制單元(7)將其執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和故障診斷算法后的結果傳送給所述主控制單元(6)；所述主控制單元(6)采集所有電池組的整體狀態(tài)信息，并對荷電狀態(tài)進行估計；所述主控制單元(6 )還通過電池管理模塊(1)設置的主通訊網絡8，與所述發(fā)送模塊(2 )及該無線診斷系統(tǒng)外部的節(jié)點設備進行通訊。
3.如權利要求2所述電池組故障無線診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述電池管理模塊(1)的子通訊網絡9和主通訊網絡8，分別是基于CAN總線構建的通訊網絡。
4.如權利要求3所述電池組故障無線診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送模塊(2)中，進一步包含CAN收發(fā)器(10)，單片機(11)和無線收發(fā)芯片(12); 其中，所述CAN收發(fā)器(10)接收來自所述電池管理模塊(1)的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以SPI 方式將該數(shù)據(jù)傳送至所述單片機(11)；所述單片機(11)對其接收數(shù)據(jù)進行處理后，通過SPI方式與所述無線收發(fā)芯片(12)通信，再由所述無線收發(fā)芯片(12)以無線方式將其接收的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程終端。
5.如權利要求1所述電池組故障無線診斷系統(tǒng)，其特征在于， 所述接收模塊(3)中，還包含無線收發(fā)芯片(12)和單片機(11)；其中，所述無線收發(fā)芯片(12)接收發(fā)送模塊(2)以無線方式發(fā)來的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以SPI方式傳給所述單片機(11)；所述單片機(11)以SPI方式將該數(shù)據(jù)傳送至所述外部存儲器(13)進行保存，并且，還以串口方式將該數(shù)據(jù)傳送至所述終端顯示模塊(5 )輸出顯示。
6.如權利要求1所述電池組故障無線診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述外部存儲器(13)是SD卡，在所述接收模塊(3)中設置有與該SD卡相匹配的卡座； 所述故障診斷模塊(4)是安裝有相應數(shù)據(jù)格式轉換軟件及故障診斷軟件的筆記本電腦，其中設置有相匹配的內存插槽來安裝存儲有電池監(jiān)測數(shù)據(jù)的所述SD卡。
7.如權利要求1所述電池組故障無線診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述終端顯示模塊(5)是以串口方式與所述接收模塊(3)連接的液晶觸控屏。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池組故障無線診斷系統(tǒng)，由電池管理模塊將其采集到的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過發(fā)送模塊以無線方式向遠程終端發(fā)送；在終端位置通過接收模塊接收，并且一方面將數(shù)據(jù)傳到終端顯示模塊進行實時顯示，另一方面將數(shù)據(jù)傳到外部存儲器中實時保存；再通過故障診斷模塊讀取存儲的電池監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)回放和故障分析，從而實現(xiàn)了車用電池的遠程實時監(jiān)控和對新能源汽車的質量進行跟蹤，改變了以往有線方式監(jiān)控電池工作狀態(tài)的復雜性。此外，本發(fā)明可以根據(jù)系統(tǒng)的診斷數(shù)據(jù)庫找到故障點，為數(shù)據(jù)的靜態(tài)分析提供方便。
文檔編號G01R31/36GK102565719SQ20121003901
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權日2012年2月21日
發(fā)明者那偉 申請人:上海航天電源技術有限責任公司