一種分布式電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種分布式電池管理系統(tǒng)，連接N個由一個以上單體電池依次串聯(lián)組成的電池模組，所述分布式電池管理系統(tǒng)包括一個主板、N個從板和一個高壓板，主板通過外部CAN總線與外部控制電路電連接；所述主板通過內部CAN總線分別與所述N個從板以及所述高壓板電連接；N個從板分別一一對應地與N個電池模組電連接；外部CAN總線和內部CAN總線彼此獨立；N是大于1的任意自然數(shù)。采用分布式電池管理系統(tǒng)，即一個模組最多由12串單體電池串聯(lián)，并由獨立的一個從板采集和管理。該方案采用模塊化設計，電壓采集線束最短，可以提高電壓采集精度以及整個系統(tǒng)設計的靈活性和安全性。
【專利說明】一種分布式電池管理系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電動汽車電池管理系統(tǒng)【技術領域】，尤其涉及一種分布式電池管理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]動力電池的安全性與使用成本是影響純電動汽車推廣的主要因素。基于現(xiàn)階段電池技術發(fā)展現(xiàn)狀，電池使用性能和壽命不能滿足電動汽車運營的要求，為確保電池性能良好、安全可靠，禁止對電池濫用，以延長電池壽命，必須對電池進行合理有效的管理與控制。因此國內外均投入大量的人力物力度對電池管理系統(tǒng)開展了廣泛深入的研究。
[0003]現(xiàn)階段，由于電池單體的能量密度還不能滿足整車對續(xù)駛里程的要求，所以需要對電池單體做并聯(lián)、串聯(lián)，以盡可能滿足用戶需求。但不同純電動車，對續(xù)駛里程的設計要求不同，電池單體本身參數(shù)也不同，因此，對電池單體并數(shù)和串數(shù)的要求不同。而市場上存在的電池管理系統(tǒng)均屬于集中式。而集中式電池管理系統(tǒng)雖然系統(tǒng)電路板元件數(shù)少、造價相對低，但存在系統(tǒng)冗余度差，長距離模擬高壓線束造價相對高，安全性低，以及系統(tǒng)通用性、設計靈活性差等弱點。
[0004]另外，現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)對電流信息采集有分流計和霍爾型電流傳感器兩種類型，這兩種采集方案都存在零點漂移和小電流時采集誤差較大的問題。對電流采集的誤差將嚴重影響對整個電池包SOC估算的精度，因此改善電流采集精度是提高SOC精度的首選方案。
[0005]再有，現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)具有檢測高壓線路與電池包殼體或整車底盤間絕緣電阻的功能，但是檢測方法存在缺陷。一般只能檢測電池包外部絕緣電阻大小，而對于電池包內短路無作用。并且，當連接上檢測電路后，嚴重影響整車本身的絕緣效果，整車絕緣電阻由原來500M歐以上降為2M歐以下。
[0006]一般電池管理系統(tǒng)中單體電壓采集、單體溫度采集、母線電流采集、母線電壓采集、高壓絕緣檢測模塊等均需要高低壓隔離芯片，將電池組高壓系統(tǒng)與整車低壓系統(tǒng)隔離，該方案將需要大量的隔離芯片，人為增加系統(tǒng)復雜度。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種分布式電池管理系統(tǒng)。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，所述分布式電池管理系統(tǒng)，連接N個由一個以上單體電池依次串聯(lián)組成的電池模組，其特點是，所述分布式電池管理系統(tǒng)包括一個主板、N個從板和一個高壓板，其中，
[0009]所述主板通過外部CAN總線與外部控制電路電連接；所述主板通過內部CAN總線分別與所述N個從板以及所述高壓板電連接；
[0010]所述N個從板分別 對應地與N個電池模組電連接；[0011]所述外部CAN總線和內部CAN總線彼此獨立；N是大于I的任意自然數(shù)。
[0012]優(yōu)選的是，所述主板包括，
[0013]第一中央處理器；
[0014]分別與所述第一中央處理器電連接的數(shù)據(jù)存儲模塊、高壓繼電器控制與反饋模塊、加熱絲和風扇控制與反饋模塊、以及人機接口模塊；
[0015]主板電源變換模塊，所述第一中央處理器通過所述主板電源變換模塊與車載電源電連接；
[0016]第一 CAN通訊模塊，所述第一中央處理器通過所述第一 CAN通訊模塊與所述外部CAN總線電連接；以及，
[0017]第二 CAN通訊模塊，所述第一中央處理器通過所述第二 CAN通訊模塊與所述內部CAN總線電連接。
[0018]優(yōu)選的是，所述從板包括，
[0019]第二中央處理器；
[0020]分別與所述第二中央處理器電連接的單體電池電壓采集與均衡控制模塊以及單體電池溫度采集模塊；
[0021]從板電源隔離電路模塊和從板電源變換模塊；所述第二中央處理器通過所述從板電源隔離電路模塊與所述從板電源變換模塊電連接；以及，
[0022]從板高速隔離電路與第三CAN通訊模塊，所述第二中央處理器通過所述從板高速隔離電路與所述第三CAN通訊模塊電連接，所述第三CAN通訊模塊與所述內部CAN總線電連接。
[0023]優(yōu)選的是，所述第三CAN通訊模塊通過從板高速磁隔離芯片與所述內部CAN總線電連接。
[0024]優(yōu)選的是，所述高壓板包括，
[0025]第三中央處理器；
[0026]分別與所述第三中央處理器電連接的母線電流采集模塊、母線電壓采集模塊和高壓絕緣監(jiān)測模塊；
[0027]高壓板電源隔離電路模塊和高壓板電源變換模塊；所述第三中央處理器通過所述高壓板電源隔離電路模塊與所述高壓板電源變換模塊電連接；以及，
[0028]高壓板高速隔離電路與第四CAN通訊模塊，所述第三中央處理器通過所述高壓板高速隔離電路與所述第四CAN通訊模塊電連接；所述第四CAN通訊模塊與所述內部CAN總線電連接。
[0029]優(yōu)選的是，所述第四CAN通訊模塊通過高壓板高速磁隔離芯片與所述內部CAN總線電連接。
[0030]優(yōu)選的是，所述母線電流采集模塊為采用M量程霍爾電流傳感器，其中M為大于I的自然數(shù)。
[0031]優(yōu)選的是，所述母線電流采集模塊為采用雙量程霍爾電流傳感器。
[0032]本實用新型的有益效果在于，
[0033](I)采用分布式電池管理系統(tǒng)，即一個模組最多由12串單體電池串聯(lián)，并由獨立的一個從板采集和管理。該方案采用模塊化設計，電壓采集線束最短，可以提高電壓采集精度以及整個系統(tǒng)設計的靈活性和安全性。
[0034](2)采用雙量程電流傳感器，可以保證在小電流時，電流采集誤差在允許范圍內，另外增加24bit的高精度AD采樣端口，最大限度的增加電流采集上的誤差，并通過每次上電時對電流傳感器進行校正的方法，以解決電流傳感器零點漂移問題。
[0035](3)采用高輸入阻抗的高壓絕緣監(jiān)測電路，不僅可以檢測電池組內短路、外短路，在下電模式下，不會影響整車絕緣電阻的大小。
[0036](4)在內部CAN總線通訊處，采用高速隔離芯片實現(xiàn)高低壓隔離，該方案可以最大限度減少隔離芯片數(shù)量，減少系統(tǒng)復雜度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1示出了本實用新型所述的分布式電池管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
[0038]圖2示出了圖1中所示的主板的結構示意圖。
[0039]圖3示出了圖1中所示的從板的結構示意圖。
[0040]圖4示出了圖1中所示的高壓板的結構示意圖。
[0041]圖5示出了分布式電池管理系統(tǒng)中的高低壓隔離的示意圖。
【具體實施方式】
[0042]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0043]圖1示出了本實用新型所述的分布式電池管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖，如圖1所示，所述分布式電池管理系統(tǒng)包括一個主板、N個從板和一個高壓板，其中，所述主板通過外部CAN總線100與外部控制電路電連接；所述主板通過內部CAN總線分別與所述N個從板以及所述高壓板電連接。所述N個從板分別一一對應地與N個電池模組電連接，每個電池模組由一個以上單體電池依次串聯(lián)組成。所述外部CAN總線和內部CAN總線彼此獨立；N是大于I的任意自然數(shù)。上述分布式電池管理系統(tǒng)中，一個最多由12個單體電池串聯(lián)組成的電池模組，由獨立的一個從板負責信號的采集和管理。該方案采用模塊化設計，電壓采集線束最短，提高電壓采集精度以及整個系統(tǒng)設計的靈活性和安全性。
[0044]上述分布式電池管理系統(tǒng)的工作原理詳述如下:該電池管理系統(tǒng)具有上電、充電、放電、休眠四種工作模式,且充電優(yōu)先。主板、從板、高壓板三個模塊之間通過內部CAN總線200互相交換信息。從板實時監(jiān)測與其相對應的單體電池的電壓、溫度，高壓板實時監(jiān)測電池模組的總電壓、母線電流、絕緣電阻等信息，從板和高壓板采集的信號均通過內部CAN總線200上報至主板。主板通過外部CAN總線100與整車控制器、電機控制器、車載充電器、儀表等整車設備交換數(shù)據(jù)信息，并可以通過接口電路獲取整車控制命令，實現(xiàn)對高壓繼電器、風扇、加熱絲的實時控制等。主板依據(jù)從板、高壓板上報信息，再綜合整車控制命令等，實現(xiàn)對電池充電或放電的管理，并根據(jù)一定的算法實時估算電池的剩余電量，作為用戶使用指南。該電池管理系統(tǒng)，采用分布式結構，適用于不同串數(shù)的電池模組，可以由用戶根據(jù)需要靈活配置從板個數(shù)，實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)設計的模塊化。[0045]具體地，圖2示出了圖1中所示的主板的結構示意圖，如圖2所示,所述主板包括第一中央處理器、數(shù)據(jù)存儲模塊、高壓繼電器控制與反饋模塊、加熱絲和風扇控制與反饋模塊、用于接受鑰匙、充電喚醒等信號的人機接口模塊、用于給整個電池管理系統(tǒng)供電的主板電源變換模塊、第一 CAN通訊模塊和第二 CAN通訊模塊。其中，所述第一中央處理器分別與數(shù)據(jù)存儲模塊(例如，EEPR0M)、高壓繼電器控制與反饋模塊、加熱絲和風扇控制與反饋模塊、以及人機接口模塊電連接；所述第一中央處理器通過所述主板電源變換模塊與車載電源電連接；所述第一中央處理器通過所述第一 CAN通訊模塊與所述外部CAN總線100電連接，進而與外部控制電路電連接，在本實用新型的一個實施例中，所述主板通過第一 CAN通訊模塊和外部CAN總線100與整車控制器、車載儀表、電機控制器、車載充電器之間實時交換信息，并可通過硬線接口獲取鑰匙、充電喚醒等各種控制信息，綜合以上各種信息實現(xiàn)對電池組的充放電管理，實現(xiàn)整車充放電安全與優(yōu)化；所述第一中央處理器通過所述第二CAN通訊模塊與所述內部CAN總線200電連接。
[0046]圖3示出了圖1中所示的從板的結構示意圖，如圖3所示，所述從板包括第二中央處理器、單體電池電壓采集與均衡控制模塊、單體電池溫度采集模塊、從板電源隔離電路模塊、用于給整個從板供電的從板電源變換模塊、從板高速隔離電路和第三CAN通訊模塊。其中，所述第二中央處理器分別與單體電池電壓采集與均衡控制模塊以及單體電池溫度采集模塊電連接；所述第二中央處理器通過所述從板電源隔離電路模塊與所述從板電源變換模塊電連接；所述第二中央處理器通過所述從板高速隔離電路與所述第三CAN通訊模塊電連接，所述第三CAN通訊模塊與所述內部CAN總線200電連接。并且，單體電池電壓采集與均衡控制模塊采用LTC6802電池專用芯片，因為該電池專用芯片最多可采集12串單體電池的電壓，因此一個電池模組內的單體電池不超過12串。該芯片內部具有均衡控制開關，可以用于對每個單體電池均衡控制。單體電池溫度采集模塊使用NTC熱敏電阻型溫度傳感器，溫度傳感器采集到的溫度信號經(jīng)過濾波后，直接送到第二中央處理器的AD采樣口，一個電池模組最多可采集3路溫度，可由用戶靈活設置。
[0047]圖4示出了圖1中所示的高壓板的結構示意圖，如圖4所示,所述高壓板包括第三中央處理器、母線電流采集模塊、母線電壓采集模塊、高壓絕緣監(jiān)測模塊、高壓板電源隔離電路模塊、用于給整個高壓板供電的高壓板電源變換模塊和第四CAN通訊模塊。其中，所述第三中央處理器分別與母線電流采集模塊、母線電壓采集模塊和高壓絕緣監(jiān)測模塊電連接；所述第三中央處理器通過所述高壓板電源隔離電路模塊與所述高壓板電源變換模塊電連接；所述第三中央處理器通過所述高壓板高速隔離電路與所述第四CAN通訊模塊電連接；所述第四CAN通訊模塊與所述內部CAN總線200電連接。并且，高壓絕緣監(jiān)測模塊采用高輸入阻抗的檢測電路，并且在下電情況下不影響整車絕緣電阻值大小。該絕緣監(jiān)測電路可測量整車的絕緣電阻值，并且當整車絕緣電阻小于500歐/伏時，斷開電池組高壓繼電器，保證駕駛員與乘客安全。
[0048]特別地，所述母線電流采集模塊為采用雙量程霍爾電流傳感器，將采集到的反映電流大小的電壓信號，送入專門24bit精度的AD采樣芯片，可以得到較高的電流采集精度。該電流傳感器為雙量程，即O?30A和O?300A兩個量程，可以保證在小電流時的電流采集精度。再有，母線電壓采集模塊使用簡單分壓電路，將總壓分壓后直接送入第三中央處理器的AD采樣口，為提高總壓的采集精度，分壓電阻必須選用精密電阻。[0049]另外，圖5示出了分布式電池管理系統(tǒng)中的高低壓隔離的示意圖，如圖5所示，所述第三CAN通訊模塊通過從板高速磁隔離芯片(優(yōu)選的隔離方式)與所述內部CAN總線200電連接，即通過從板高速磁隔離芯片實現(xiàn)與主板和高壓板的通訊。并且，所述第四CAN通訊模塊通過高壓板高速磁隔離芯片與所述內部CAN總線200電連接；即通過高壓板高速磁隔離芯片實現(xiàn)與主板和從板的通訊。這里，主板地采用整車底盤地，從板的其它模塊電路接地端采用該模組第一個串聯(lián)單體電池的負極，高壓板的其他模塊電路接地端采用整個電池包的負極。主板、從板、高壓板通過內部CAN總線200交互信息處利用高速磁隔離芯片，將高低壓地隔離，該方案在實現(xiàn)高低壓隔離功能的基礎上，可以最大限度的減少隔離芯片使用的數(shù)量，降低電路的復雜度，減少系統(tǒng)出錯幾率。
[0050]以上依據(jù)圖式所示的實施例詳細說明了本實用新型的構造、特征及作用效果，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型不以圖面所示限定實施范圍，凡是依照本實用新型的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應在本實用新型的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種分布式電池管理系統(tǒng)，連接N個由一個以上單體電池依次串聯(lián)組成的電池模組，其特征在于:所述分布式電池管理系統(tǒng)包括一個主板、N個從板和一個高壓板，其中， 所述主板通過外部CAN總線與外部控制電路電連接；所述主板通過內部CAN總線分別與所述N個從板以及所述高壓板電連接； 所述N個從板分別對應地與N個電池模組電連接； 所述外部CAN總線和內部CAN總線彼此獨立；N是大于I的任意自然數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的分布式電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述主板包括， 第一中央處理器； 分別與所述第一中央處理器電連接的數(shù)據(jù)存儲模塊、高壓繼電器控制與反饋模塊、加熱絲和風扇控制與反饋模塊、以及人機接口模塊； 主板電源變換模塊，所述第一中央處理器通過所述主板電源變換模塊與車載電源電連接； 第一 CAN通訊模塊，所述第一中央處理器通過所述第一 CAN通訊模塊與所述外部CAN總線電連接；以及， 第二 CAN通訊模塊，所述第一中央處理器通過所述第二 CAN通訊模塊與所述內部CAN總線電連接。
3.根據(jù)權利要求1所述 的分布式電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述從板包括， 第二中央處理器； 分別與所述第二中央處理器電連接的單體電池電壓采集與均衡控制模塊以及單體電池溫度采集模塊； 從板電源隔離電路模塊和從板電源變換模塊；所述第二中央處理器通過所述從板電源隔離電路模塊與所述從板電源變換模塊電連接；以及， 從板高速隔離電路與第三CAN通訊模塊，所述第二中央處理器通過所述從板高速隔離電路與所述第三CAN通訊模塊電連接，所述第三CAN通訊模塊與所述內部CAN總線電連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的分布式電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述第三CAN通訊模塊通過從板高速磁隔離芯片與所述內部CAN總線電連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的分布式電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述高壓板包括， 第三中央處理器； 分別與所述第三中央處理器電連接的母線電流采集模塊、母線電壓采集模塊和高壓絕緣監(jiān)測模塊； 高壓板電源隔離電路模塊和高壓板電源變換模塊；所述第三中央處理器通過所述高壓板電源隔離電路模塊與所述高壓板電源變換模塊電連接；以及， 高壓板高速隔離電路與第四CAN通訊模塊，所述第三中央處理器通過所述高壓板高速隔離電路與所述第四CAN通訊模塊電連接；所述第四CAN通訊模塊與所述內部CAN總線電連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的分布式電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述第四CAN通訊模塊通過高壓板高速磁隔離芯片與所述內部CAN總線電連接。
7.根據(jù)權利要求5所述的分布式電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述母線電流采集模塊為采用M量程霍爾電流傳感器，其中M為大于I的自然數(shù)。
8.根據(jù)權利要求7所述的分布式電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述母線電流采集模塊為采用雙量程霍爾電流傳 感器。
【文檔編號】H02J7/00GK203445668SQ201320587529
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權日:2013年9月23日
【發(fā)明者】龐艷紅, 沙偉 申請人:安徽江淮汽車股份有限公司