一種電動汽車電池管理裝置的制造方法
【專利摘要】一種電動汽車電池管理裝置，其技術(shù)要點在于：包括控制器和分別與其連接的電源、干路電流信號檢測單元和干路電壓信號檢測單元，控制器通過CAN通信線路經(jīng)內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)連接電池包內(nèi)的DSP，所述電池包內(nèi)設(shè)有若干個電池單體，各電池單體通過電壓檢測模塊和溫度檢測模塊連接DSP，DSP再經(jīng)均衡模塊與各電池單體相連。本實用新型采用控制器在電池包內(nèi)部對電池單體的電壓進(jìn)行采集和均衡，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分散采集，有利于對多個電池包串聯(lián)組成的動力系統(tǒng)進(jìn)行單獨的采集與均衡操作，方便了電池管理系統(tǒng)裝置的整體監(jiān)控。
【專利說明】
一種電動汽車電池管理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本實用新型涉及一種電池管理系統(tǒng)，具體涉及一種電動汽車電動汽車電池管理裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]電動汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的方向，是解決能源危及和環(huán)境污染的重要途徑，動力電池作為電動汽車的動力裝置，其使用的安全性、穩(wěn)定性是影響電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵所在。然而現(xiàn)有的純電動汽車的電池管理系對電池的監(jiān)測及控制能力差，無法實時地將電池信息反饋給整車控制器和駕駛員，這就影響了電動汽車運行的安全性和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本實用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種電動汽車電池管理裝置，其采用控制器在電池包內(nèi)部對電池單體的電壓進(jìn)行采集和均衡，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分散采集，有利于對多個電池包串聯(lián)組成的動力系統(tǒng)進(jìn)行單獨的采集與均衡操作，方便了電池管理系統(tǒng)裝置的整體監(jiān)控。
[0004]本實用新型的電動汽車電池管理裝置，為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案在于:包括控制器和分別與其連接的電源、干路電流信號檢測單元和干路電壓信號檢測單元，控制器通過CAN通信線路經(jīng)內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)連接電池包內(nèi)的DSP，所述電池包內(nèi)設(shè)有若干個電池單體，各電池單體通過電壓檢測模塊和溫度檢測模塊連接DSP，DSP再經(jīng)均衡模塊與各電池單體相連。
[0005]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器連接有晶振電路，為裝置提供基本的時鐘信號，使各電路部分保持同步。
[0006]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器連接有繼電保護(hù)輸出電路，當(dāng)電池出現(xiàn)過流、過壓或過溫等危險現(xiàn)象時對其進(jìn)行保護(hù)。
[0007]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述干路電流信號檢測單元和干路電壓信號檢測單元通過信號調(diào)理電路連接控制器的A/D轉(zhuǎn)換口，可提高電流、電壓采樣信號的準(zhǔn)確性。
[0008]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器為TMS320F2812型控制芯片，可有效地提高電池管理裝置的效率。
[0009]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述干路電流信號檢測單元為JKL-7型霍爾電流傳感器，其檢測精確。
[0010]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述干路電壓信號檢測單元為JLD4U2P2型直流電壓傳感器，其檢測精確。
[0011]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信號調(diào)理電路由二階濾波電路及保持電路構(gòu)成，可提高信號調(diào)理的準(zhǔn)確性。
[0012]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電源為TPS767D301型電源芯片，其具有較高的電壓精度。
[0013]本實用新型的有益效果是:本實用新型通過控制器在電池包內(nèi)部對8個電池單體的電壓、溫度進(jìn)行采集與均衡處理，通過CAN通信電路及內(nèi)部CAN通信網(wǎng)絡(luò)將電池包內(nèi)部的電池單體電壓、溫度信息傳遞給控制器，控制器收集電池包內(nèi)部信息并且結(jié)合電池外部的干路電壓、電流信息對電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、對電池的極限參數(shù)進(jìn)行保護(hù)，同時對電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行估算，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分散采集，有利于對多個電池包串聯(lián)組成的動力系統(tǒng)進(jìn)行單獨的采集與均衡操作，方便了電池管理系統(tǒng)裝置的整體監(jiān)控，提高了電池管理裝置整體的數(shù)據(jù)采集效率。
【附圖說明】
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[0014]圖1為本實用新型的電路原理連接圖；
[0015]圖2為電源電路不意圖；
[0016]圖3為晶振電路不意圖；
[0017]圖4為信號調(diào)理電路示意圖；
[0018]圖5為AD保護(hù)電路示意圖；
[0019]圖6為多點測溫電路示意圖；
[0020]圖7為單體電壓檢測及均衡控制原理圖；
[0021 ]圖8為單體電壓監(jiān)測電路圖；
[0022]圖9為均衡模塊電路圖；
[0023]圖10為CAN通信電路圖；
[0024]圖11為繼電保護(hù)輸出電路圖。
【具體實施方式】
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[0025]參照圖1，該電動汽車電池管理裝置，包括控制器I和分別與其連接的電源12、干路電流信號檢測單元3和干路電壓信號檢測單元4，所述干路電流信號檢測單元3和干路電壓信號檢測單元4通過信號調(diào)理電路2連接控制器I的A/D轉(zhuǎn)換口，控制器I通過CAN通信線路6經(jīng)內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)連接電池包內(nèi)的DSP8，所述電池包內(nèi)設(shè)有若干個電池單體11，各電池單體11通過電壓檢測模塊9和溫度檢測模塊13連接DSP8，DSP8再經(jīng)均衡模塊10與各電池單體11相連。所述控制器I連接有晶振電路7和繼電保護(hù)輸出電路5。所述干路電壓信號檢測單元4為JLD4U2P2型直流電壓傳感器。所述控制器I采用TI公司的信號處理器TMS320F2812為主控芯片。
[0026]工作時，DSP8通過電壓檢測模塊9對電池包內(nèi)的電池單體11的電壓進(jìn)行采集，通過均衡模塊10對電池包內(nèi)的電池單體11進(jìn)行均衡控制，從而在電池包I內(nèi)部實現(xiàn)了電池單體11的電壓采集和均衡控制，有效地提高了電池管理裝置的數(shù)據(jù)采集與處理效率。電池的主要狀態(tài)信息通過TMS320F2812芯片實現(xiàn)了分散采集的結(jié)構(gòu)，并且將所有信息送到控制器I進(jìn)行統(tǒng)一處理，有利于提高管理系統(tǒng)的效率，減少了控制器I的數(shù)據(jù)采集量?？刂破鱅對采集到的電池狀態(tài)信息進(jìn)行整理，對電池狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，并且通過繼電保護(hù)輸出電路5為電池提供過壓、過流和過溫等保護(hù)。
[0027]TMS320X2812工作時要求的電壓分為兩部分:3.3V的Flash電壓和1.8V的內(nèi)核電壓。TMS320X2812對電源很敏感，所以在此選用電壓精度較高的TPS767D301芯片作為電源12，如圖2和圖3所示，該芯片輸入電壓為+5V，芯片起振，正常工作后能3.3V和1.8V兩種電壓供控制器I使用。
[0028]所述干路電壓信號檢測單元4和干路電流信號檢測單元3的采集采用了精量電子公司的JLD4U2P2直流電壓傳感器和JKL-7霍爾電流傳感器，為了保證電流、電壓采樣信號的準(zhǔn)確性，霍爾傳感器轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號應(yīng)該經(jīng)信號調(diào)理電路2處理后再送入控制器I內(nèi)。如圖4所示，信號調(diào)理電路2由二階濾波電路及保持電路構(gòu)成，所述二階濾波電路中運放選用TL082，電阻R21、R22的阻值為24kQ ,R23阻值為1kQ，電容C21 為0.01uF，C2:^5300pF，U22為采樣保持器，這里選用的是LE198。在模擬信號進(jìn)入控制器I前要經(jīng)過如圖5所示的A/D保護(hù)電路，R24與C3q構(gòu)成濾波電路，過濾干擾信號，其中R取270 Ω，C取0.0IuF，Dn和D18構(gòu)成限壓保護(hù)電路，將A/D轉(zhuǎn)換口的電壓限制在安全電壓范圍內(nèi)。
[0029]所述溫度檢測模塊13為DS18B20型溫度傳感芯片，相比于傳統(tǒng)的采用熱敏電阻來測量溫度，本實用新型采用的是數(shù)字式溫度掛件，具有較好的抗干擾能力和測量精度，選用的是Dallas公司的DS18B20溫度傳感芯片，溫度測量范圍-55?+125°C，測量精度可達(dá)±5°C，該芯片在出廠時，都有一個唯一編號，因此控制器I可以識別在同一根總線上的多個DS18B20，這種單總線測量方案能夠有效的簡化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。在實際測量中采用如圖6所示的多點測溫電路，可以更加準(zhǔn)確的了解電池溫度變化。
[0030]所述電壓檢測模塊9為LTC6802型電池監(jiān)控芯片，電動汽車動力電池組的電池單體11的電壓監(jiān)測是對電池狀態(tài)監(jiān)測、保護(hù)和均衡控制的基礎(chǔ)，是BMS硬件電路設(shè)計的重點，本實用新型選用Linear公司的一款完整的電池監(jiān)控芯片LTC6802來實現(xiàn)電池單體電壓的監(jiān)測。該芯片可以在最大電壓60V的情況下，測量12個串聯(lián)電池的電壓，芯片內(nèi)置有一個精準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)、一個12位的A/D轉(zhuǎn)換器、一個高電壓輸入多工器以及一個串行接口，通信速率高達(dá)IMHz，可以在13ms內(nèi)完成所有電池電壓的檢測。同時，LTC6802具有較低的功耗和較高的電磁兼容能力。如圖7所示，LTC6802直接與串聯(lián)電池組相連，通過SPI完成DSP8與LTC6802的通信，讀取采集到的電壓值，然后DSP8通過各個電池單體11的電壓值決定均衡電路的開關(guān)狀態(tài)，DSP8采用CAN總線與控制器I通信，將電池單體11的電壓、均衡狀態(tài)上傳到作為上位控制系統(tǒng)的控制器I。
[0031]如圖8所示，LTC6802可以測的最少電池單元是4個，總電壓最小是10V，最大是60V，并且，可以通過設(shè)置連接方式，使其工作在菊花鏈?zhǔn)侥Ｊ?。本實用新型研究的磷酸鐵鋰電池包是由8個電池單體11構(gòu)成，在監(jiān)測時，電池單體11直接與芯片連接，要對芯片設(shè)置過壓保護(hù)，在每個采集端口并聯(lián)一個穩(wěn)壓管，可以保護(hù)電壓采集引腳。為了保證電池單體11電壓的采集的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，各個電池單體11均通過RC低通濾波電路連接至LTC6802，其中電阻R取100 Ω，C取0.luF。圖中芯片V+和V-均設(shè)有RC濾波電路，是為了保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。
[0032]如圖9所示，所述均衡模塊10采用能耗式放電均衡，在LTC6802芯片各個電池單體11電池的均衡控制引腳并聯(lián)一個放電電阻及功率管MOSFET，通過功率管MOSFET的通斷，對過高電量的電池進(jìn)行均衡控制。綜合散熱等因素，選用電阻100 Ω，加入LED用于指示均衡是否進(jìn)行中，Ri3為均衡放電電阻，Q1Smosfet功率管,D1為均衡指示燈，當(dāng)有電池單體11電池均衡時，指示燈發(fā)光；ZD1為穩(wěn)壓二極管，防止電壓尖峰擊穿MOSFET功率管。當(dāng)DSP8接收到LTC6802監(jiān)測到的電池包各個電池單體11的電壓數(shù)據(jù)時，如果某個電池單體11的電池電壓發(fā)生過壓現(xiàn)象，DSP8就會通過向LTC6802芯片的配置寄存器寫入數(shù)據(jù)，拉低S1腳電平，從而控制功率管開通，進(jìn)行放電均衡操作。
[0033]如圖10所示，本實用新型CAN通訊主要用于電池管理系統(tǒng)中電池信息的傳輸，電池管理系統(tǒng)和整車控制器之間的信息傳輸。在TMS320F2812中使用的CAN模塊與現(xiàn)行的CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)兼容，該模塊能夠使用既定協(xié)議進(jìn)行串行通信。在總線控制器和物理總線之間，還需要添加CAN收發(fā)器，這里使用的收發(fā)器芯片是常用的PCA82C250。在控制器I與總線收發(fā)器之間采用6N137高速光耦隔離，可以提高抗干擾能力。
[0034]本實用新型的繼電保護(hù)輸出電路5如圖11所示，當(dāng)電池出現(xiàn)過流、過壓或過溫等危險現(xiàn)象時，對其進(jìn)行保護(hù)，通過保護(hù)控制電路切斷主回路，當(dāng)電池溫度高需要散熱時也應(yīng)控制相應(yīng)繼電器閉合，啟動風(fēng)扇使電池降溫。采用光耦開關(guān)的繼電保護(hù)裝置使繼電保護(hù)裝置的硬件設(shè)計更趨于合理，從而起到有效的保護(hù)作用。
【主權(quán)項】
1.一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:包括控制器(I)和分別與其連接的電源(12)、干路電流信號檢測單元(3)和干路電壓信號檢測單元(4)，控制器(I)通過CAN通信線路(6)經(jīng)內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)連接電池包內(nèi)的DSP(8)，所述電池包內(nèi)設(shè)有若干個電池單體(II)，各電池單體(11)通過電壓檢測模塊(9)和溫度檢測模塊(13)連接DSP(8)，DSP(8)再經(jīng)均衡模塊(10)與各電池單體(11)相連。2.如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:所述控制器(I)連接有晶振電路(7)。3.如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:所述控制器(I)連接有繼電保護(hù)輸出電路(5)。4.如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:所述干路電流信號檢測單元(3)和干路電壓信號檢測單元(4)通過信號調(diào)理電路(2)連接控制器(I)的A/D轉(zhuǎn)換□ O5.如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:所述控制器(I)為TMS320F2812型控制芯片。6.如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:所述干路電流信號檢測單元(3)為JKL-7型霍爾電流傳感器。7.如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:所述干路電壓信號檢測單元(4)為JLD4U2P2型直流電壓傳感器。8.如權(quán)利要求4所述的一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:所述信號調(diào)理電路(2)由二階濾波電路及保持電路構(gòu)成。9.如權(quán)利要求1所述的一種電動汽車電池管理裝置，其特征在于:所述電源(12)為TPS767D301型電源芯片。
【文檔編號】H02J7/00GK205622283SQ201620442138
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】周美蘭, 李戎, 趙強
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)