專利名稱：一種雙cpu的電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及汽車電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)。
技術(shù)背景[0002]隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的臨近，電池管理系統(tǒng)優(yōu)劣決定了整車的控制性能。一個(gè)好的電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)出SOC(荷電狀態(tài))的狀態(tài)，并能根據(jù)SOC的不同狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理。即針對(duì)不同工況，SOC在不同的狀態(tài)時(shí)，電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地計(jì)算出所需的扭矩來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛的運(yùn)行。[0003]公告日為2010年5月12日、公告號(hào)為CN201464873U的專利公開(kāi)了一種混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)能夠控制電池組的上下電和充放電，對(duì)電池組的電流、電壓、溫度、S0C、絕緣性能進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)和管理，并把數(shù)據(jù)傳送給動(dòng)力總成控制系統(tǒng)，控制模塊包括MCU(微控制器)模塊、電源模塊、繼電器控制模塊、電流傳感器模塊、電壓采集模塊、溫度傳感器模塊、絕緣檢測(cè)模塊、HANDSHAKE (握手信號(hào))模塊、CAN收發(fā)模塊、 RS232收發(fā)模塊。但是該實(shí)用新型依然采用單個(gè)中央控制器的電池管理系統(tǒng)，電壓電流等參數(shù)的采集精度、采集可靠性和電池管理系統(tǒng)的處理速度仍有很多不足。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]為了解決現(xiàn)有汽車的電池管理系統(tǒng)技術(shù)在電壓電流等參數(shù)的采集精度、采集可靠性和電池管理系統(tǒng)的處理速度上仍有不足的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，通過(guò)雙CPU控制可以很好地將電池荷電狀態(tài)SOC穩(wěn)定在預(yù)定區(qū)域，在車輛行駛過(guò)程中能夠找到更加合理的發(fā)電和輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)機(jī)，保證車輛能夠比較穩(wěn)定地提供輔助驅(qū)動(dòng)功能。[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，包括電池管理CPU 子系統(tǒng)和電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)，所述的電池管理CPU子系統(tǒng)包括電池管理CPU、電流傳感器、 電池管理故障診斷模塊和若干個(gè)單體電池采集模塊，所述的電池管理CPU的I/O端口分別連接電流傳感器、電池管理故障診斷模塊，所述的若干個(gè)單體電池采集模塊分別通過(guò)通訊模塊與電池管理CPU通訊連接，所述的電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)包括電機(jī)控制CPU、基于FPGA的信號(hào)采集電路、采集故障診斷模塊和SOC荷電控制模塊，所述的電機(jī)控制CPU的I/O端口分別連接基于FPGA的信號(hào)采集電路、電機(jī)控制故障診斷模塊和SOC荷電控制模塊，電池管理 CPU和電機(jī)控制CPU連接。[0006]本實(shí)用新型將電機(jī)控制器所具備的功能集成進(jìn)整個(gè)電池管理系統(tǒng)，電池管理CPU 子系統(tǒng)和電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)分別通過(guò)電池管理CPU和電機(jī)控制CPU控制。電池管理CPU 子系統(tǒng)主要用于電池狀態(tài)的管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)，通過(guò)CAN將SOC荷電狀態(tài)傳輸給電路采集子系統(tǒng)，然后電路采集子系統(tǒng)根據(jù)荷電的不同狀態(tài)進(jìn)行不同的控制方法；電機(jī)控制 CPU子系統(tǒng)內(nèi)部集成了基于FPGA的信號(hào)采集電路能夠采集電流采集器、轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)踏板采集器、加速踏板采集器的信號(hào)并送入電機(jī)控制CPU進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，通過(guò)CAN通訊電路與診斷儀、標(biāo)定工具和BMS進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，保證控制器在高壓上電瞬間的安全。使用中，通過(guò)將電池的SOC劃分成不同的區(qū)間，然后在不同的區(qū)間里，針對(duì)不同的工況，分別控制是否允許發(fā)電/驅(qū)動(dòng)，并計(jì)算出相應(yīng)的發(fā)電/驅(qū)動(dòng)扭矩，不同SOC區(qū)間的劃分可以使混合動(dòng)力汽車各項(xiàng)功能在各自特定的區(qū)間內(nèi)和一定條件下得到很好的實(shí)現(xiàn)。而當(dāng)電池過(guò)壓、欠壓、電池過(guò)流、溫度過(guò)高時(shí)、CAN通訊錯(cuò)誤、采集參數(shù)超限、荷電控制出錯(cuò)時(shí)，電池管理故障診斷模塊和電機(jī)控制故障診斷模塊能夠?qū)崟r(shí)加以檢測(cè)和處理。[0007]作為優(yōu)選，所述的基于FPGA的信號(hào)采集電路包括電流采集器、轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)踏板采集器、加速踏板采集器，所述的電流采集器、轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)踏板采集器、加速踏板采集器分別連接電機(jī)控制CPU的I/O端口。[0008]作為優(yōu)選，所述的電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)還包括SVPWM模塊，所述的SVPWM模塊和電機(jī)控制CPU的I/O端口連接。SVPWM是指空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation)，SVPWM模塊利用電壓空間矢量直接生成六路三相PWM波，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比一般的SPWM逆變器輸出電壓高15%。[0009]作為優(yōu)選，所述的電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)還包括DC/DC控制模塊，所述的DC/DC控制模塊和電機(jī)控制CPU的I/O端口連接。[0010]作為優(yōu)選，所述的電池管理CPU和電機(jī)控制CPU通過(guò)CAN通訊連接。CAN總線被廣泛應(yīng)用于汽車環(huán)境中的微控制器通信，這里采用CAN通訊可以保持一致。[0011]作為優(yōu)選，所述的電池管理CPU與通訊模塊通過(guò)CAN通訊連接。[0012]作為優(yōu)選，所述的電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)通過(guò)外通訊模塊與PC機(jī)連接。[0013]作為優(yōu)選，所述的外通訊模塊17為RS232通訊接口。[0014]本實(shí)用新型的有益效果是通過(guò)雙CPU的控制，本實(shí)用新型可以很好地將電池荷電狀態(tài)SOC穩(wěn)定在預(yù)定區(qū)域，在車輛行駛過(guò)程中能夠找到更加合理的發(fā)電和輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)機(jī)，保證車輛能夠比較穩(wěn)定地提供輔助驅(qū)動(dòng)功能，提高車輛的性能，降低了排放。


[0015]圖1是本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)框圖。[0016]圖中，1-電池管理CPU子系統(tǒng)，2-電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)，3-電池管理CPU，4_電機(jī)控制CPU，5-電流傳感器，6-電池管理故障診斷模塊，7-通訊模塊，8-單體電池采集模塊， 9-電流采集器，10-轉(zhuǎn)速傳感器，11-制動(dòng)踏板采集器，12-加速踏板采集器，13-SVPWM模塊， 14-電機(jī)控制故障診斷模塊，15-S0C荷電控制模塊，16-DC/DC控制模塊，17-外通訊模塊， 18-基于FPGA的信號(hào)采集電路。
具體實(shí)施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。[0018]如圖1所示，一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，包括電池管理CPU子系統(tǒng)1和電機(jī)控制 CPU子系統(tǒng)2，其中電池管理CPU子系統(tǒng)1包括電池管理CPU3、電流傳感器5、電池管理故障診斷模塊6和若干個(gè)單體電池采集模塊8，電池管理CPU3的I/O端口分別連接電流傳感器 5和電池管理故障診斷模塊6，八個(gè)單體電池采集模塊8分別通過(guò)通訊模塊7與電池管理 CPU3以CAN通訊方式連接，電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)2包括電機(jī)控制CPU4、基于FPGA的信號(hào)采集電路18、SVPWM模塊13、電機(jī)控制故障診斷模塊14、S0C荷電控制模塊15和DC/DC控制模塊16，基于FPGA的信號(hào)采集電路18由電流采集器9、轉(zhuǎn)速傳感器10、制動(dòng)踏板采集器11、 加速踏板采集器12等組成，電機(jī)控制CPU4的I/O端口分別連接電流采集器9、轉(zhuǎn)速傳感器 10、制動(dòng)踏板采集器11、加速踏板采集器12、SVPWM模塊13、電機(jī)控制故障診斷模塊14、S0C 荷電控制模塊15和DC/DC控制模塊16，電池管理CPU3和電機(jī)控制CPU4通訊連接，電機(jī)控制CPU4通過(guò)RS232串口的外通訊模塊17與PC機(jī)連接。電池管理CPU3和電機(jī)控制CPU4 通過(guò)CAN通訊連接。[0019]本實(shí)用新型將電機(jī)控制器所具備的功能集成進(jìn)整個(gè)電池管理系統(tǒng)，電池管理CPU 子系統(tǒng)2和電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)3分別通過(guò)電池管理CPU4和電機(jī)控制CPTO控制。[0020]電池管理CPU4主要用于電池狀態(tài)的管理，可采用MC9S12)(DP512芯片，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)，通過(guò)CAN接收單體電池采集模塊8的參數(shù)，并將SOC荷電狀態(tài)傳輸給電路采集子系統(tǒng)2，然后電路采集子系統(tǒng)2根據(jù)荷電的不同狀態(tài)進(jìn)行不同的控制方法。[0021]電池管理故障診斷模塊6可對(duì)電池管理子系統(tǒng)1可對(duì)故障診斷和報(bào)警，當(dāng)電池過(guò)壓、欠壓、電池過(guò)流、溫度過(guò)高時(shí)、CAN通訊錯(cuò)誤時(shí)，電池管理故障診斷模塊6能夠?qū)崟r(shí)加以檢測(cè)和處理。[0022]電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)基于FPGA電路，電機(jī)控制CPTO采用DSP主控芯片。FPGA采用邏輯單元陣列的概念，在FPGA中采用Altera公司所應(yīng)用的可編程芯片系統(tǒng)(SOPC)來(lái)構(gòu)建Nios II軟核處理器，配以通用的外設(shè)及接口函數(shù)庫(kù)，其中Nios II包含串口、定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器、JTAG、片內(nèi)RAM等相關(guān)外設(shè)接口及存儲(chǔ)單元，如用于AD模塊、轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的并行外設(shè)接口。電流采集器9、轉(zhuǎn)速傳感器10、制動(dòng)踏板采集器11、加速踏板采集器12組成基于 FPGA的信號(hào)采集電路18，采集電流采集器9、轉(zhuǎn)速傳感器10、制動(dòng)踏板采集器11、加速踏板采集器12的信號(hào)并送入電機(jī)控制CPTO進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，通過(guò)CAN通訊電路與診斷儀、標(biāo)定工具和BMS進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，保證控制器在高壓上電瞬間的安全。當(dāng)油門踏板行程為零時(shí)，電機(jī)輸出扭矩為零，油門踏板行程最大時(shí)，電機(jī)輸出扭矩為最大扭矩。另外，電機(jī)控制CPTO根據(jù)采集到的制動(dòng)踏板信號(hào)，當(dāng)車輛減速，且SOC在規(guī)定范圍之內(nèi)時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存到動(dòng)力電池中。電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)2還可通過(guò)RS232通訊接口的外通訊模塊17將相關(guān)參數(shù)信息傳送到外部PC機(jī)。[0023]SVPWM 是指空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation), SVPWM 模塊13利用電壓空間矢量直接生成六路三相PWM波，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比一般的SPWM逆變器輸出電壓高15%。[0024]電機(jī)控制故障診斷模塊14可對(duì)電路采集子系統(tǒng)標(biāo)定、故障診斷和報(bào)警，當(dāng)過(guò)流、 溫度過(guò)高時(shí)、CAN通訊錯(cuò)誤、采集參數(shù)超限、荷電控制出錯(cuò)時(shí)，電機(jī)控制故障診斷模塊14能夠?qū)崟r(shí)加以檢測(cè)和處理并將此信息傳送給整車控制器。[0025]荷電控制模塊15通過(guò)將電池的SOC劃分成不同的區(qū)間，然后在不同的區(qū)間里，針對(duì)不同的工況，分別控制是否允許發(fā)電/驅(qū)動(dòng)，并計(jì)算出相應(yīng)的發(fā)電/驅(qū)動(dòng)扭矩，不同SOC 區(qū)間的劃分可以使混合動(dòng)力汽車各項(xiàng)功能在各自特定的區(qū)間內(nèi)和一定條件下得到很好的實(shí)現(xiàn)。[0026]另外，兩個(gè)子系統(tǒng)還具有溫升限制、CPU自我保護(hù)(對(duì)短路、過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓具有保護(hù)功能)、輸出故障報(bào)警信號(hào)、上電自檢等功能。[0027] 以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，其特征在于包括電池管理CPU子系統(tǒng)(1)和電機(jī)控制 CPU子系統(tǒng)(2)，所述的電池管理CPU子系統(tǒng)(1)包括電池管理CPU (3)、電流傳感器(5)、電池故障診斷模塊(6)和若干個(gè)單體電池采集模塊(8)，所述的電池管理CPU (3)的I/O端口分別連接電流傳感器(5)、電池故障診斷模塊(6)，所述的若干個(gè)單體電池采集模塊(8)分別通過(guò)通訊模塊(7)與電池管理CPU (3)通訊連接，所述的電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)(2)包括電機(jī)控制CPU (4)、基于FPGA的信號(hào)采集電路(18)、采集故障診斷模塊(14)和SOC荷電控制模塊(15)，所述的電機(jī)控制CPU (4)的I/O端口分別連接基于FPGA的信號(hào)采集電路(18)、 采集故障診斷模塊(14)和SOC荷電控制模塊(15)，電池管理CPU (3)和電機(jī)控制CPU (4) 連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的基于FPGA 的信號(hào)采集電路(18)包括電流采集器(9)、轉(zhuǎn)速傳感器(10)、制動(dòng)踏板采集器(11)、加速踏板采集器(12)，所述的電流采集器(9)、轉(zhuǎn)速傳感器(10)、制動(dòng)踏板采集器(11)、加速踏板采集器(12)分別連接電機(jī)控制CPU (4)的I/O端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電機(jī)控制 CPU子系統(tǒng)(2)還包括SVPWM模塊(13)，所述的SVPWM模塊(13)和電機(jī)控制CPU (4)的I/ 0端口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電機(jī)控制CPU子系統(tǒng)(2)還包括DC/DC控制模塊，所述的DC/DC控制模塊(16)和電機(jī)控制CPU (4)的I/O端口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電池管理 CPU (3)和電機(jī)控制CPU (4)通過(guò)CAN通訊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電池管理CPU (3 )與通訊模塊(7 )通過(guò)CAN通訊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電機(jī)控制CPU (4)通過(guò)外通訊模塊(17)與PC機(jī)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的外通訊模塊(17)為RS232通訊接口。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雙CPU的電池管理系統(tǒng)，包括電池管理CPU子系統(tǒng)和電路采集CPU子系統(tǒng)，電池管理CPU的I/O口分別連接電流傳感器、電池故障診斷模塊，若干個(gè)單體電池采集模塊分別通過(guò)通訊模塊與電池管理CPU通訊連接，電路采集CPU的I/O口分別連接基于FPGA的信號(hào)采集電路、采集故障診斷模塊和SOC荷電控制模塊，電池管理CPU和電路采集CPU通訊連接。本實(shí)用新型通過(guò)雙CPU控制，能將電池荷電狀態(tài)SOC穩(wěn)定在預(yù)定區(qū)域，行車中可找到更合理的發(fā)電和輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)機(jī)，保證車輛較穩(wěn)定地提供輔助驅(qū)動(dòng)功能，提高車輛性能，降低排放。
文檔編號(hào)G05B19/048GK202306237SQ201120329390
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者丁勇, 孫文凱, 曹君, 李傳海, 由毅, 趙福全 申請(qǐng)人:浙江吉利控股集團(tuán)有限公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司