專利名稱：一種電動(dòng)汽車模塊化電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源管理系統(tǒng)，特別是涉及一種對(duì)電動(dòng)汽車的電池組在行駛或者
充電時(shí)進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警的電動(dòng)汽車模塊化的電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著新能源技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電動(dòng)設(shè)備需要大量的由單體電池串聯(lián)而成的 電池組為其提供動(dòng)力源，如電動(dòng)汽車。在電池組的使用過程中，電池管理系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)地監(jiān) 控單體電池的工作狀況如電壓，電流，溫度等參數(shù)，保證電動(dòng)設(shè)備和電池組本身的安全以及 提供給用戶一種合理高效地使用電池組的性能的解決方案。 目前二次電池的單體電池電壓都較低，如鎳氫電池1. 2V，鉛酸電池2V，鋰離子電 池3. 7V，要組成幾百伏特的高壓電池組系統(tǒng)，其體積龐大，重量大，電池管理系統(tǒng)接線繁雜 等特點(diǎn)，一般都會(huì)分為幾個(gè)電池組串聯(lián)的方式組合，所以模塊化的電池管理系統(tǒng)必然成為 應(yīng)用的趨勢(shì)。 首先，模塊化的電池管理系統(tǒng)其優(yōu)點(diǎn)在于，底層的采集與均衡子模塊分別管理自 己對(duì)應(yīng)的電池組，保證了采集參數(shù)與控制的實(shí)時(shí)性，提高了電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組的緊急 故障反應(yīng)速度，為電動(dòng)設(shè)備的安全性提供了保障，同時(shí)減少了整個(gè)電池組的高電壓帶來的 對(duì)電池管理系統(tǒng)的可靠性的影響。 其次，模塊化的電池管理系統(tǒng)減小了電池組的安裝的復(fù)雜性，并增加了電池管理 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，電池管理系統(tǒng)采用CAN通訊保證了數(shù)據(jù)采集和控制的可靠與高效性。
模塊化設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)可以充分發(fā)揮各個(gè)部分中央控制器的性能，底層子模 塊可以采用低速的處理器，而上層BMU單元可以采用高速高運(yùn)算性能的處理器，完全發(fā)揮 出各自特長(zhǎng)，合理分配資源極大地提高了電池管理系統(tǒng)的性價(jià)比。 能量轉(zhuǎn)移型的均衡電路為提高電池的使用壽命和最大發(fā)揮電池容量帶給用戶高 的經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供了保障。同時(shí)模塊化的電池管理系統(tǒng)方案也為低成本高電壓的能量轉(zhuǎn)移方 案得以實(shí)施提供了前提條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種既能在電動(dòng)汽車駕駛時(shí)對(duì)單 體電池和電池組的監(jiān)控，又能在充電時(shí)對(duì)單體電池和電池組的監(jiān)控、均壓充電和報(bào)警的電 動(dòng)汽車模塊化的電池管理系統(tǒng)。 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)包括中央處理單元、車控通訊單元、充 電通訊單元，所述中央處理單元還連接電池檢測(cè)單元、電池均壓?jiǎn)卧㈦姵亟M檢測(cè)單元、開 關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元、顯示單元和報(bào)警單元。 所述電池檢測(cè)單元包括電壓檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊；所述電壓檢測(cè)模塊包括由 中央處理單元控制的開關(guān)K1、K2和電壓信號(hào)處理單元；所述開關(guān)K1為組合開關(guān)，其通道數(shù) 量為單體電池的個(gè)數(shù)+l，在中央處理單元的控制下，以巡回的方式逐個(gè)接通每一個(gè)單體電
3池的正負(fù)極；所述開關(guān)K2為切換開關(guān)，與開關(guān)K1聯(lián)動(dòng)，以保證電壓信號(hào)處理單元接收的電 平的信號(hào)的正負(fù)極屬性不變；所述溫度檢測(cè)模塊包括安裝在單體電池上的溫度傳感器T、 開關(guān)K3和溫度信號(hào)處理單元；所述開關(guān)K3為組合開關(guān)，其通道數(shù)量為單體電池的個(gè)數(shù)，在 中央處理單元的控制下與開關(guān)K1、K2 —起聯(lián)動(dòng)，以同樣的巡回方式逐個(gè)連接相同的單體電 池上安裝的溫度傳感器T ;所述電池檢測(cè)單元的端口 1、端口 11、端口 III與中央處理單元 電連接。 所述電池均壓?jiǎn)卧ㄩ_關(guān)K4、K5和均壓充電單元；所述開關(guān)K4為組合開關(guān)，其 通道數(shù)量為單體電池的個(gè)數(shù)+l，在中央處理單元的控制下，以指定的方式接通指定單體電 池的正負(fù)極；所述開關(guān)K5為切換開關(guān)，與開關(guān)K4聯(lián)動(dòng)，以保證電池均壓?jiǎn)卧敵龅恼?fù)極 屬性與對(duì)應(yīng)的單體電池一致；所述電池均壓?jiǎn)卧€與電池組電連接，其內(nèi)部設(shè)置有充電電 源供給電路和由中央處理單元控制的充電開關(guān)電路；所述電池均壓?jiǎn)卧亩丝?1、端口 II 與中央處理單元電連接。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，模塊化程度高，工作可靠。 適合于各種電動(dòng)汽車使用。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的電氣原理框圖； 圖2為圖1所示實(shí)施例的電池檢測(cè)單元的電氣原理框圖； 圖3為圖1所示實(shí)施例的電池均壓?jiǎn)卧碾姎庠砜驁D。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明 參照?qǐng)D1，本實(shí)施例包括中央處理單元、車控通訊單元、充電通訊單元，所述中央處 理單元還連接電池檢測(cè)單元、電池均壓?jiǎn)卧?、電池組檢測(cè)單元、開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元、顯示單 元和報(bào)警單元。 所述電池檢測(cè)單元包括電壓檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊；所述電壓檢測(cè)模塊包括由 中央處理單元控制的開關(guān)K1、K2和電壓信號(hào)處理單元；所述開關(guān)K1為組合開關(guān)，其通道數(shù) 量為單體電池的個(gè)數(shù)+l，在中央處理單元的控制下，以巡回的方式逐個(gè)接通每一個(gè)單體電 池的正負(fù)極；所述開關(guān)K2為切換開關(guān)，與開關(guān)K1聯(lián)動(dòng)，以保證電壓信號(hào)處理單元接收的電 平的信號(hào)的正負(fù)極屬性不變；所述溫度檢測(cè)模塊包括安裝在單體電池上的溫度傳感器T、 開關(guān)K3和溫度信號(hào)處理單元；所述開關(guān)K3為組合開關(guān)，其通道數(shù)量為單體電池的個(gè)數(shù)，在 中央處理單元的控制下與開關(guān)K1、K2 —起聯(lián)動(dòng)，以同樣的巡回方式逐個(gè)連接相同的單體電 池上安裝的溫度傳感器T;所述電池檢測(cè)單元的端口 I 101、端口11 102、端口ni 103與 中央處理單元電連接。 所述電池均壓?jiǎn)卧ㄩ_關(guān)K4、K5和均壓充電單元；所述開關(guān)K4為組合開關(guān)，其 通道數(shù)量為單體電池的個(gè)數(shù)+l，在中央處理單元的控制下，以指定的方式接通指定單體電 池的正負(fù)極；所述開關(guān)K5為切換開關(guān)，與開關(guān)K4聯(lián)動(dòng)，以保證電池均壓?jiǎn)卧敵龅恼?fù)極 屬性與對(duì)應(yīng)的單體電池一致；所述電池均壓?jiǎn)卧€與電池組電連接，其內(nèi)部設(shè)置有充電電 源供給電路和由中央處理單元控制的充電開關(guān)電路；所述電池均壓?jiǎn)卧亩丝?I 2Q1、端
4口 II 202與中央處理單元電連接。 所述電壓信號(hào)處理單元、電池組檢測(cè)單元、車控通訊單元、充電通訊單元、開關(guān)狀
態(tài)檢測(cè)單元、顯示單元和報(bào)警單元，采用成熟的現(xiàn)有技術(shù)的電路或者產(chǎn)品。 顯示單元的顯示器可以是單獨(dú)的顯示器，也可以利用電動(dòng)汽車上現(xiàn)成的顯示器。 報(bào)警單元的報(bào)警器可以是單獨(dú)的報(bào)警器，也可以利用電動(dòng)汽車上現(xiàn)成的報(bào)警器。 溫度傳感器T，開關(guān)K1-K5采用成熟的現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品。開關(guān)K1-K5可以是有觸點(diǎn)
開關(guān)或者無觸點(diǎn)開關(guān)。 電池組檢測(cè)單元用來獲取電池組的總電壓和總電流參數(shù)。 開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元用來獲取電池組總開關(guān)的狀態(tài)。 車控通訊單元用來與車控裝置通訊。 充電通訊單元用來與外部充電器通訊。 中央處理單元設(shè)置專用芯片和存貯單元，安裝專用軟件。 參照?qǐng)Dl，右邊虛線框中的為電動(dòng)汽車上的裝置，其中外部充電器，可以是充電站 的充電器，充電站相當(dāng)于燃油汽車的加油站。 參照?qǐng)D2、3，電池組以5個(gè)單體電池串接為例，理論上，單體電池的個(gè)數(shù)為無限個(gè)， 而實(shí)際應(yīng)用總是有限個(gè)數(shù)的。 參照?qǐng)D2，電池檢測(cè)單元包括電壓檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊，其功能是對(duì)單體電池 的溫度和電壓進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)最后傳遞到中央處理單元由專用軟件進(jìn)行處理。
電壓檢測(cè)模塊的開關(guān)Kl，其通道數(shù)為單體電池個(gè)數(shù)+1 ，在本實(shí)施例中，單體個(gè)數(shù) 為5， Kl的通道數(shù)為5+1 = 6個(gè)，設(shè)通道編號(hào)為M1-M6，從附圖2的上方向下方排列。在中 央處理單元的控制下，以一定時(shí)間間隔、按照一定的順序、以每?jī)蓚€(gè)通道處于接通狀態(tài)的方 式，進(jìn)行巡回切換，如切換的時(shí)間間隔為30毫秒。開關(guān)K2與Kl聯(lián)動(dòng)，開關(guān)K2主要用來切 換開關(guān)K1的電壓極性。如M1、M2通，其他斷，且M1為正極，此時(shí)K3處于上面位置，電壓信 號(hào)處理單元接收的電平極性正確。30毫秒后，Ml斷、M3通，M2和其他不變，同時(shí)K3向下， 這樣電壓信號(hào)處理單元接收的電平極性仍然正確。30毫秒后，M2斷、M4通，M3和其他不變， 同時(shí)K3向上，這樣電壓信號(hào)處理單元接收的電平極性仍然正確。其他通道以相同的方式斷 通，K3聯(lián)動(dòng)向上或向下。電壓信號(hào)處理單元將接收的電平值傳遞給中央處理單元，如果某 個(gè)單體電池的電壓低于平均值的一定水平時(shí)，電壓信號(hào)處理單元指令電池均壓?jiǎn)卧o該單 體電池充電。 溫度檢測(cè)模塊的開關(guān)K3，在中央處理單元的控制下，以一定時(shí)間間隔、按照一定的 順序逐一巡回進(jìn)行切換，如切換的時(shí)間間隔為30毫秒。當(dāng)檢測(cè)到每個(gè)單體電池的溫度超過 設(shè)定值時(shí)，報(bào)警單元工作，通過聲、光或者聲光報(bào)警，同時(shí)顯示器上同步顯示是幾號(hào)電池的 溫度超標(biāo)，以便操作人員進(jìn)行故障排除。溫度檢測(cè)模塊可以在電動(dòng)汽車行駛或者靜止充電 時(shí)工作。也可以只在靜止充電時(shí)工作。 中央處理單元在獲得某單體電池低于設(shè)定的平均值時(shí)，一方面驅(qū)動(dòng)開關(guān)K4工作， 在本實(shí)施例中，單體電池個(gè)數(shù)為5，K4的通道數(shù)為5+1 = 6，設(shè)通道編號(hào)為Nl-N6，從附圖3的 上方向下方排列。當(dāng)電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)到某一單體電池的電壓低于平均值的一定水平時(shí)， 中央處理單元一方面接通K4的指定通道，同時(shí)指令電池均壓?jiǎn)卧o該單體電池充電。如果 1號(hào)單體電池需要充電，Nl、 N2通，其他斷，K5向上，此時(shí)1號(hào)單體電池的極性與均壓充電單元的極性匹配。如果2號(hào)單體電池需要充電，N2、 N3通，其他斷，K5必須向下才能保證1 號(hào)單體電池的極性與均壓充電單元的極性匹配。其他同理。當(dāng)指定單體電池充電達(dá)到某值 時(shí)，維持當(dāng)前通道，但中央處理單元指令均壓充電單元內(nèi)部斷電。充電的電源來自電池組。
如果某單體電池長(zhǎng)時(shí)間充不上電，或者溫升過高，報(bào)警器工作，顯示器同時(shí)顯示問 題所在，操作人員可以據(jù)此更換單體電池。 電池均壓?jiǎn)卧木鶋撼潆妴卧?，采用了能量轉(zhuǎn)移型的方式，以電池組的電源對(duì)較 低電平的單體電池進(jìn)行充電，可以提高電池的使用壽命和最大限度發(fā)揮電池容量帶，給用 戶高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供了保障。同時(shí)模塊化的電池管理系統(tǒng)方案也為低成本高電壓的能量轉(zhuǎn) 移方案得以實(shí)施提供了前提條件。 本發(fā)明還可以采用多CPU的設(shè)計(jì)模塊，采用CAN總線進(jìn)行通信，以保證各模塊與管 理系統(tǒng)主控制數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
權(quán)利要求
一種電動(dòng)汽車模塊化電池管理系統(tǒng)，包括中央處理單元、車控通訊單元、充電通訊單元，其特征在于所述中央處理單元還連接電池檢測(cè)單元、電池均壓?jiǎn)卧㈦姵亟M檢測(cè)單元、開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元、顯示單元和報(bào)警單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車模塊化電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述電池檢測(cè) 單元包括電壓檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊；所述電壓檢測(cè)模塊包括由中央處理單元控制的開 關(guān)Kl、 K2和電壓信號(hào)處理單元；所述開關(guān)Kl為組合開關(guān)，其通道數(shù)量為單體電池的個(gè)數(shù) + 1，在中央處理單元的控制下，以巡回的方式逐個(gè)接通每一個(gè)單體電池的正負(fù)極；所述開關(guān) K2為切換開關(guān)，與開關(guān)K1聯(lián)動(dòng)，以保證電壓信號(hào)處理單元接收的電平的信號(hào)的正負(fù)極屬性 不變；所述溫度檢測(cè)模塊包括安裝在單體電池上的溫度傳感器T、開關(guān)K3和溫度信號(hào)處理 單元；所述開關(guān)K3為組合開關(guān)，其通道數(shù)量為單體電池的個(gè)數(shù)，在中央處理單元的控制下 與開關(guān)K1、 K2 —起聯(lián)動(dòng)，以同樣的巡延方式逐個(gè)連接相同的單體電池上安裝的溫度傳感器 T ;所述電池檢測(cè)單元的端口 1、端口 11、端口 III與中央處理單元電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)汽車模塊化電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述電池 均壓?jiǎn)卧ㄩ_關(guān)K4、K5和均壓充電單元；所述開關(guān)K4為組合開關(guān)，其通道數(shù)量為單體電 池的個(gè)數(shù)+l，在中央處理單元的控制下，以指定的方式接通指定單體電池的正負(fù)極；所述 開關(guān)K5為切換開關(guān)，與開關(guān)K4聯(lián)動(dòng)，以保證電池均壓?jiǎn)卧敵龅恼?fù)極屬性與對(duì)應(yīng)的單體 電池一致；所述電池均壓?jiǎn)卧€與電池組電連接，其內(nèi)部設(shè)置有充電電源供給電路和由中 央處理單元控制的充電開關(guān)電路；所述電池均壓?jiǎn)卧亩丝诙丝?1、端口 II與中央處理單 元電連接。
全文摘要
一種電動(dòng)汽車模塊化電池管理系統(tǒng)，其包括中央處理單元、車控通訊單元、充電通訊單元，所述中央處理單元還連接電池檢測(cè)單元、電池均壓?jiǎn)卧㈦姵亟M檢測(cè)單元、開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元、顯示單元和報(bào)警單元；所述電池檢測(cè)單元的電壓檢測(cè)模塊包括開關(guān)K1、K2和電壓信號(hào)處理單元；開關(guān)K1、K2以巡回的方式逐個(gè)接通每一個(gè)單體電池的正負(fù)極。所述電池檢測(cè)單元包括電壓檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊；所述電池均壓?jiǎn)卧ㄩ_關(guān)K4、K5和均壓充電單元；所述開關(guān)K5與開關(guān)K4聯(lián)動(dòng)，以保證電池均壓?jiǎn)卧敵龅恼?fù)極屬性與對(duì)應(yīng)的單體電池一致；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，模塊化程度高，工作可靠。適合于各種電動(dòng)汽車使用。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101777781SQ20091031280
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者周樹良, 張朝暉, 曹輝, 林勇, 陳鴻飛 申請(qǐng)人:湖南科力遠(yuǎn)高技術(shù)控股有限公司