CN101174715A - 一种集控制与保护功能的动力电池管理系统及方法 - Google Patents

一种集控制与保护功能的动力电池管理系统及方法 Download PDF

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CN101174715A
CN101174715A CNA2007100773809A CN200710077380A CN101174715A CN 101174715 A CN101174715 A CN 101174715A CN A2007100773809 A CNA2007100773809 A CN A2007100773809A CN 200710077380 A CN200710077380 A CN 200710077380A CN 101174715 A CN101174715 A CN 101174715A
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management module
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CNA2007100773809A
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徐扬生
徐国卿
韦永贤
阎镜予
邓雷
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深圳先进技术研究院
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种集控制与保护功能的动力电池管理系统及方法;其包括多功能检测板,多参数模糊处理模块用于对多功能检测板输出的检测信号依次进行模糊化处理、隶属度计算、模糊推理归类及解模糊处理过程,并判断汽车系统当前的运行状态;电池控制管理模块用于将来自多功能检测板的检测信号送入多参数模糊处理模块中,并根据多参数模糊处理模块的判断结果给出控制命令;控制器电路用于执行所述电池控制管理模块发出的控制命令。本发明系统除了能够针对严重而明确的汽车系统故障,通过速决处理模块启动系统自动保护模式外,还能对故障即将发生的临界情况,轻微故障发生情况等不确定情形进行模糊判定并实施相应控制。

Description

一种集控制与保护功能的动力电池管理系统及方法
技术领域
本发明涉及动力电池管理系统,尤其涉及的是 一 种集控制与保护功能 的动力电池管理系统及方法。
背景技术
随着我国在电动车或混合动力车各专项研制计划的实施,众多厂商及 研发实体也才殳入了大量的力量从事相关开发项目。在我国,目前电动车或
要研发课题应着重向实用及产业化方向延伸。
在电动车或混合动力汽车中,为了保证驱动电机具有足够的动力性能,
其动力电池组往往具有较高的电压。该电压通常可达300V以上。这样高的 电压,在发生故障或-使用不当的情况下,有可能产生严重的不良后果。为 避免使动力电池及其馈电线路、动力设备等装置造成永久性损坏,避免高 电压对驾、乘和维修人员造成伤害,同时,也为了能充分有效地发挥车载 动力电池,驱动电机等一系列相关设备的效能,必须设置相应的检测,控 制和保护电路。电动车及混合动力汽车具有复杂的工作环境,除需要精确 地判断严重而明确的汽车系统故障外,还应该综合考虑汽车系统的整体运 行状况,以期达到最优的检测、保护与控制效果。然而,对于整体运行状 况的判断,目前存在如下问题:第一、单一地由某一个参数决定整体汽车 系统的运行状况。第二、为了发现系统潜在的危险,需要对系统将要发生 的情况进行判断,然而目前判断条件不能十分明确的进行定义,例如无法 精确说明什么样的数值是故障将要发生而未发生的临界值,只能说日月 一个
数值属于无故障、轻^U丈障或是严重故障等情况的可能性大小。第三、判 断的结果需要输出给控制器和驾驶员进行下一步操作,若判断的结果可能 性过多,即整体运行情况的可能取值过多,将消耗控制器和驾驶员大量的 决策时间,不能有效地、快速地对问题进行实时处理。因此,整体系统运 行情况的取值应在一个合理的数量范围内,而不是由某一个参数决定,应 该综合考虑多个运行参数。
因此,现有技术存在缺陷,需要改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集控制与保护功能的动力电池管理系统及 方法。该系统和方法可以通过对高压电池组及其供、用电系统各种信号的 检测,给出对汽车系统当前运行状态的判断,并采取相应的措施对高压电 池组及其供、用电系统实施保护。
本发明的技术方案如下:
本发明的集控制与保护功能的动力电池管理系统,其包括多功能检测 板,其用于检测高压电池组及其供、用电系统的异常工作信号;其还包括: 电池控制管理模块、多参数模糊处理模块和控制器电路;所述多参数模糊 处理模块用于对所述多功能检测板输出的检测信号依次进行模糊化处理、 隶属度计算、模糊推理归类及解模糊处理过程,并判断汽车系统当前的运 行状态;所述电池控制管理模块用于将来自所述多功能检测板的检测信号 送入多参数模糊处理模块中,并根据多参数模糊处理模块的判断结果给出 控制命令;控制器电路,用于执行所述电池控制管理模块发出的控制命令, 对所述高压电池组及其供、用电系统实施保护。 '
其中,所述多功能检测板包括:绝缘测控模块,用于测试所述高压电 池组及其馈电线路之间绝缘电阻,并将绝缘信号送入所述电池控制管理模 块中;漏电检测模块,用于检测馈电回路、牵引电机和逆变器的漏电情况,
并将该漏电信号送入所述电池控制管理模块中;过流检测模块,用于检测 所述高压电池组馈电线路上两个过流传感器的电流值,并根据检测到的结
果输出不同的过流信号传至所述电池控制管理模块;电池回路端压检测模 块,用于检测所述高压电池端的电压数值,并将该电压数值传至所述电池 控制管理模块;负荷电压检测模块,用于检测所述高压电池组馈电线路负 荷状态下的电压数值,并将该电压数值传至所述电池控制管理模块;温度 分路检测模块,用于检测所述高压电池组内部多个电池小组的温度值,并 将该温度值传至所述电池控制管理模块;动力电池分路检测模块,用于检 测所述高压电池组内部多个电池小组的分路电压,并将多路分压信号送入 所述电池控制管理模块中,所述电池控制管理模块根据此多路分压值计算 所述高压电池组的总电压值和剩余电量。
其中,所述系统还包括:手动断路应急处理;险测模块,用于检测汽车 系统设置的手动应急按钮的闭合或导通情况,并将表征紧急断路的信号送 入所述电池控制管理模块中,所述电池控制管理模块确认该信号存在时, 向所述控制器电路发出启动保护模式的命令;多功能联锁检测模块,用于 检测上位控制机或其他控制器发出的联锁状态信号,并将该信号传给所述 电池控制管理模块,当所述电池控制管理模块判断整车控制装置出现联锁 请求时,所述电池控制管理模块发出报警信号或故障提示信息;被动安全 控制模块,用于检测设置在整车控制装置控制回路中的加速度传感器的信 号,并将该信号送入所述电池控制管理模块中,当所述电池控制管理模块 判定该信号超标时,所述电池控制管理模块向所述控制器电路发出启动保 护模式的命令。
其中,所述系统还包括:速决处理模块,用于接收多功能检测板输出 的检测信号,并分别对各个参数的检测信号进行对应危险阈值比较,当其 中有一个检测信号超过危险阈值时,该模块向所述控制器电路发出启动保 护模式的命令。
其中,所述多参数模糊处理模块包括:至少一个模糊化单元、至少一 个隶属度计算单元、 一模糊推理规则库和解模糊化单元;多功能检测板输
出的每一路检测信号均通过一模糊化单元对该检测信号进行模糊化处理,
获得一路模糊信号;每一路模糊信号均通过一隶属度计算单元进行分类处 理;所述模糊推理规则库根据上述隶属度计算的结果,导出当前汽车系统 运行状态属于各种情形的概率大小;解模糊化单元根据当前汽车系统运行 状态属于各种情形的概率大小,将汽车系统运行状态的多种可能性映射为 一种结果,并给出当前汽车系统唯一的运行状态模式。
其中,所述多功能检测板还包括:被动安全控制触发模块,用于检测 设置在汽车系统控制回路中的一加速度传感器的信号,并将该信号送入所 述速决处理模块中进行阈值比较。
其中,所述电池控制管理模块和多参数模糊处理模块用一MCU实现。 本发明集控制与保护功能的动力电池管理方法,其用于集控制与保护 功能的动力电池管理系统中,其特征在于,所述方法按照以下步骤进行: A、集控制与保护功能的动力电池管理系统初始化; B 、检测高压电池组的各个工作参数及整车控制装置的异常工作信号, 获得检测信号;
C、对所述检测信号依次进行模糊化处理、隶属度计算、模糊推理归类 及解模糊处理过程,得到当前汽车系统唯一运行状态模式的运行结果; D、由电池控制管理模块根据所述运行结果给出相应的控制命令。
其中,所述步骤D包括如下处理:当所述多参数模糊处理模块判断汽 车系统当前运行状态属于动作保护模式时,该电池控制管理模块向控制器 电路发出启动保护模式的命令,当所述多参数模糊处理模块判新汽车系统 当前运行状态属于偏差报警模式时,该电池控制管理模块发出报警信号或 故障提示信息。
其中,所述步骤A的初始化过程如下:
Al、初始化操作系统;
A2、所述电池控制管理模块判断系统工作是否正常;是则执行步骤A3; 否则向控制器电路发出启动保护模式的命令;
A3、扫描被动安全控制模块及多功能联锁模块的工作状态,并判断所 述被动安全控制模块及多功能联锁模块输出的信号是否超标;是,则所述 电池控制管理模块向控制器电路发出启动保护模式的命令;否则执行步骤 A4;
A4、启动系统通信功能,并判断是否接收到整车控制器所发出的管理 动力电池的指令命令;是则执行步骤A5;否则所述电池控制管理模块向控 制器电路发出启动保护模式的命令;
A5、启动所述控制器电路及多功能检测板、多参数模糊处理模块。
其中,所述步骤C中,模糊化处理采用单点;溪糊方法。
其中,所述步骤C中,所述隶属度计算过程中选取三角形函数及其相 关参数做为语言变量的隶属度函数。
其中,所述步骤D中,保护模式的执行具体包括以下步骤:
Dl、判断汽车系统当前是否处于所述高压电池組的正常工作阶段;是 则执行步骤D2;否则断开预充电控制继电器,再执行步骤D2;
D2、通过两个主馈电控制继电器分别断开电池母线正负极,并接通用 于控制电荷泻放电路开闭的电荷泻放开关 一 定时间,使所述高压电池组馈 电线路上的残存电压降低到安全限度以内后,复位该开关。
其中,所述步骤D中,保护模式的执行还包括以下步骤:
D3、识别当前汽车系统的故障信息,并进行编码;
D4、将故障编码发送至整车控制器;
D5、显示上述故障信息,用于提醒驾驶员注意。
其中,所述方法步骤B和步骤C之间,执^f亍以下速决判断步骤:多功 能检测板输出的检测信号送入速决处理模块,由该速决处理模块分别对各
个参数的检测信号进行阔值比较,当其中有一个检测信号超过危险阈值时, 该模块向所述控制器电路发出启动保护模式的命令。
其中,所述速决判断步骤中,当温度分路检测模块输入到速决处理模 块的检测信号超过危险阈值时,该速决处理模块向所述控制器电路发出温 度控制指令,用于控制电池组冷却降温系统工作。
本发明系统除了能够针对严重而明确的汽车系统故障,通过速决处理 模块启动系统自动保护模式外,.还能对故障即将发生的临界情况,轻微故 障发生情况等不确定情形进行模糊判定和控制。本发明具有自适应性、并 且综合多个参数考虑汽车系统当前的运行状况,预警/报警精确度高、安全 性好。
附图说明
图l是本发明的结构示意图;
图2是本发明多功能检测板的结构示意图; 图3是本发明绝缘测试方法;
图4是本发明多参数模糊处理模块的内部结构示意图; 图5是漏电流输入变量隶属度函数的设定图表; 图6是本发明方法的流程图;
图7是本发明保护模式产生的条件及保护动作流程图。
具体实施方式
以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。
如图i所示,本发明提供了一种集控制与保护功能的动力电池管理系 统,其可以应用于电动汽车上,其包括多功能检测板100,其用于检测高压 电池组及其供、用电系统的异常工作信号;其还包括:电池控制管理模块 200、多参数模糊处理模块320和控制器电路400;多参数模糊处理模块320
用于对多功能检测板100输出的检测信号依次进行模糊化处理、隶属度计 算、模糊推理归类及解模糊处理过程,并判断汽车系统(汽车系统包括本 发明的动力电池管理系统和高压电池组及其供、用电系统)当前的运行状
态;电池控制管理模块200用于将来自多功能检测板100的检测信号送入 多参数模糊处理模块320中,并根据多参数模糊处理模块320的判断结果 给出控制命令;控制器电路400用于执行电池控制管理模块200发出的控 制命令,对所述高压电池组及其供、用电系统实施保护。其中,电池控制 管理模块200和多参数模糊处理模块320可用一 MCU来实现,将MCU的 数据存储及处理空间划分一部分提供给多参数模糊处理使用,那么当MCU 接收到多功能4企测板100输入的多个检测信号时直接将其存入相应的数据 存储及处理空间内。
可见,本发明在动力电池管理系统引入了 一种智能决策方法的模糊推 理方法,它能够有效地处理多输入问题,同时不要求提供数值的精确判断 条件,只需要通过隶属度函数的设定,便可进行模糊推理,并且系统能够 通过解模糊化过程,将多种可能性综合为一种最大的可能性输出,得到一
个唯一的最终判断,实现了多输入到单一输出的映射。所以,本发明的动 力电池管理系统根据模糊推理方法,将多个运行参数所对应的多个汽车系 统运行情形归纳为四种情况:正常运行、轻微偏差、偏差报警及动作保护 四种工作模式,对于汽车系统处于正常运行、轻微偏差模式时,本发明的 动力电池管理系统不执行任何保护动作;当汽车系统处于偏差报警模式时, 本发明的动力电池管理系统启动报警或/和给出故障提示;当汽车系统处于 动作保护模式时,本发明的动力电池管理系统启动保护模式;参见图2,这
里所说的保护模式具体是指:
(1)若故障发生在正常工作阶段,则通过主馈电控制继电器1和2分别 断开电池母线正负极,实现电池与外部电路完全隔离,并接通电荷泻放开 关4 一定时间,使线路上的残存电压降低到安全限度以内后复位。若故障 发生在预充电阶-艮,则通过主馈电控制继电器Kl、 K2和预充电控制继电 器K3分别断开电池母线正负极,实现电池与外部电路完全隔离,并接通电 荷泻放开关K6 —定时间,使线路上的残存电压降低到安全限度以内后复 位。其中主馈电控制继电器K1控制电池母线负极的开闭,主馈电控制继电 器2控制电池母线正^l的开闭,预充电控制继电器K3控制预充电支路的开 闭,电荷泻放继电器开关K6控制电荷泻放电路的开闭,上述继电器均受控 制器电路400的控制。
(2) 将故障发生的类型进行识別和编码。
(3) 将故障编码发送至上级控制器(即为整车控制器),本发明系统的 电池控制管理才莫块200可以离线或在线置入新的编程数据,可以同车内整 车控制器或其它控制装置通信以交换处理信息,除接收上级控制器的指令 外,也可将本地控制信息,如故障代码等,向上传递,其通信可以采用RS232 串口或CAN总线。
(4) 故障显示,提请驾驶员注意。
参见图4,多参数模糊处理模块320包括:至少一个模糊化单元321、 至少一个隶属度计算单元322、一模糊推理规则库323和解模糊化单元324; 多功能检测板100输出的每一路检测信号均通过一模糊化单元321对该检 测信号进行模糊化处理,并获得一路模糊信号;每一路模糊信号均通过一 隶属度计算单元322进行分类处理;模糊推理规则库323根据上述隶属度 计算的结果,导出当前汽车系统运行状态属于各种情形的概率大小;解模 糊化单元324根据当前汽车系统运行状态属于各种情形的概率大小,将汽 车系统运行状态的多种可能性映射为 一种结果,并给出当前汽车系统唯一 的运行状态模式。从图4中可以看出,绝缘信号等多个参数输入多参数模 糊处理模块320后,最终确定当前汽车系统的运行状态,即上述正常运行、 轻微偏差、偏差报警及动作保护四种工作模式中的一种。其原理如下:
如图4所示,本发明可以获取车辆的监控测点为:漏电信号、过流信
号、绝缘信号、电池回^各端电压信号、负载电压信号、4组电池分路冲企测信
号、2组温度^r测信号,共计ll组信号。这些信号均为可以量化的连续量。 根据模糊推理原理,将每组信号视为一个输入变量,对每个输入变量均选 取无故障、临界故障、轻微故障、严重故障四个语言变量(Lingual Variable), 并对每个输入变量的每个语义变量分别设定隶属度函数(Membership Function)。推理系统釆用一个输出变量,即系统运行情况,该变量分为四 种语言变量,分别为:正常、偏差、告警、保护。推理过程采用标准的Mamdani 推理方法,多参数模糊处理模块的框图如图4所示,其具有以下几个方面。
1、 多参数的采集可从检测电路传送至MCU中获取,或通过CAN总线 传递。模糊化方法采用典型的单点模糊(Singleton Fuzzification)方法。
2、 .隶属度函数的设定。隶属度函数表达了对输入变量的分类,即语言 变量(一个语言变量即是一类)。给定一个输入量,经过隶属度函数计算便 可得出该输入量属于某种语言变量的概率,及隶属度。
对于隶属度函数的设定,以漏电检测信号为例进行说明:本发明系统 要求漏电流小于30mA,以保i正人体的安全和车的电系统稳定。因此,将漏 电信号的四个语言变量定义为(单位mA):
<table>table see original document page 15</column></row> <table>
根据实际情况和对故障严重性程度的判断,本发明人工的选取了三角
形函数及其相关参数^L为四个语言变量的隶属度函数,如图5所示。根据 上述方法,分别对每个检测信号均设置完成四个语言变量及其相应的隶属 度函数。
3、推理规则库设定。推理规则为输入变量与输出变量之间建立起了逻 辑联系,给定输入变量的一组情况组合,^f更可推导出一种输出情况。因此, 需要对模糊推理系统设定推理规则库,该规则库由若干条"if…then…"条 件判断语句构成。If引导的内容为输入变量的情况组合,then引导的内容为
由上述情况组合而导致的输出情况。例如:
If漏电信号=严重故障&过流信号=轻微故障&负载电压=轻微故障
then汽车系统运行情况-严重故障
4、 模糊推理方法。模糊推理是模糊决策系统的核心步骤,它能够根据 各个输入量的隶属度计算结果,基于上述模糊规则库,推导出当前汽车系 统运行状态属于各种情形的概率大小。本发明采用Mamdani推理规则进行 模糊推理。Mamdani推理过程为一种标准的模糊推理过程,属于现有技术, 在此不再对其进行详细叙述。
5、 解模糊化方法。基于模糊推理过程给出的汽车系统运行状态属于各 种情形的概率大小,本发明采用典型的重心法(Center of gravity)实现了解 模糊化过程,将多种可能性大小映射为一个最终结论,给出当前汽车系统 运行状态的唯一判断。按照上述方法,通过标准的Mamdani推理过程,本 发明可将11组检测到的信号综合地模糊映射为4种汽车系统运行情况,即 正常运行、轻微偏差、偏差报警及动作保护四种工作模式,'并通过电池控 制管理模块200分别对4种情况及相应的故障进行处理。
此外,为适应不同的车辆和不同的应用场合,各故障语言变量的隶属 度函数和触发门限可以在线设定。在线设定的方法为:上层控制器(如整 车控制器)通过CAN总线与本系统进行通信,通过写入操作下达或修改各 个判据和门限的参数,通过读取操作读入当前各个判据和门限的参数。本 系统软件内的判据、门限参数被修改后,将实时的按照新的参数运行。
如图1所示,多功能检测板100包括:绝缘测控模块110、漏电检测模 块12.0、过流检测模块130、电池回路端压检测模块140、负荷电压检测模 块150、温度分路检测模块160和动力电池分路检测模块170。
参见图2,绝缘测控模块110用于测试所述高压电池组111及其馈电线 路之间绝缘电阻,并将绝缘信号送入电池控制管理模块200中;绝缘测控 模块】10还可用来检测主回路及其关联设备的等效绝缘电阻,其原理如图3
所示:RJ+、 RJ-其值根据GB/T-18384.1-l-2001所述的方法测定,由于车内 环境因素特殊,高压电路绝缘电阻易于构成一个动态变化的物理参量,其 大小与高压电路回路中高压用电器具的多少及用电的状态有关。为此对高 压电绝缘状态的静态检测和在线动态监测是安全诊断的关键,它综合了电 池组及其馈电回路、高压电器件、电机驱动系统等用电器与汽车车身之间 的绝缘状况,如图3所示。利用附加已知电阻R4、 R5^使电压信号分压衰减 来动态测量电池组正、负输出端子相对于车身的等效绝缘电阻RJ+、 RJ-的大小;Ril、 Ri2为电池组的等效内阻,在高压回路进行当量绝缘计算时, 其值小到可以不计。其中VI和V2分别为K4和K5闭合前蓄电池正、负端 对地的电压,K4和K5闭合后的电压分别为Vr和V2、。 K4和K5的开闭 由本系统通过控制继电器进行自动操作。等效绝缘电阻RJ+及RJ-的值如下 所示':
RJ+=R4 ( 1+V2/V1) (vi-vr) /vr RJ-=R5(1+V1/V2)(V2-V2、)/V2、
考虑到绝缘电阻的限值与高压用电器的耐压有很大的关系,求得等效 绝缘电阻RJ+和RJ-后除以当前的电池组电压(Vl+V2),按100-500欧/ 伏的标准,判别和诊断绝缘电阻的故障级别。
当出现绝缘故障时,启动故障诊断程序,通过判断故障的变化趋势确 定故障是渐进变化,还是突然发生。若故障是突然产生的,且其数值远低 于运行标准,则迅速启动保护模式(以下将给予具体说明),并以CAN事 件帧通知上级控制器(即整车控制器),上级控制器应当反馈相应的处理结 果。
参见图2,漏电检测模块120用于检测馈电回路、牵引电机121和逆变 器122等装置的漏电情况,并将该漏电信号m送入电池控制管理模块200 中,其采用专用霍尔漏电传感器LD,当漏电流达到10-30mA持续时间在 20mS以上,即迅速启动上述保护模式(保护门限可调)。
参见图2,过流检测模块130用于检测所述高压电池组111馈电线路上
两个过流传感器GL1、 GL2的电流值,并根据检测到的结果输出不同的过 流信号e、 f传至电池控制管理模块200。
参见图2,电池回路端压检测模块140用于检测所述高压电池组111端 的电压数值,即B+点的电压VB+和B-点的电压VB-,并将表示VB+、 VB-值的电压信号a、 b传至电池控制管理模块200。
参见图2,负荷电压检测模块150用于检测高压电池组111馈电线路负 荷状态下的电压数值,即H+点的电压VH+和H-点的电压VH-,并表示VH+、 VH-值的电压信号c、 d传至所述电池控制管理模块200。
参见图2,温度分^各检测模块160用于检测高压电池组111内部多个电 池小组的温度值,并将该温度信号传至电池控制管理模块200,其可以通过 监测安置在高压电池组111上的温度传感器Tl和T2来实现,图2和图1 只体现了两个温度传感器Tl和T2,其实可以不止两个,温度传感器由高 压电池组111内部的电池分组决定。
参见图2 ,动力电池分路检测模块170用于检测高压电池组111内部多 个电池小组的分路电压,并将多路分压信号送入电池控制管理模块200中, 电池控制管理^^莫块200根据此多路分压值计算高压电池组111的总电压值 和剩余电量,用于根据总电压值判断高压电池组111当前的运行情况。如 何检测高压电池组111内部多个电池小组的分路电压属于公知常识,在此 不作详细说明。 '
如图1所示,本发明的系统中,除了存在一个对于多个参数进行智能 模糊判断的多参数模糊处理模块320外,还有一个速决处理模块310,其用 于接收多功能检测板100输出的检测信号(即上述绝缘测控模块110、漏电 检测模块120、过流才企测才莫块130、电池回路端压检测才莫块140、负荷电压 检测模块150、温度分路检测模块160和动力电池分路检测模块170输出的 多个运行参数的检测信号),并分别对各个参数的检测信号进行对应危险阈
值比较,当其中有一个检测信号超过危险阈值时,该模块向控制器电路400
发出启动保护模式的命令。本发明通过增加了一个速决处理模块310,并作 为多参数模糊处理模块320的辅助设备,从而提高了系统判断由单个运行 参数超标所引起的系统故障的速率及准确性。
如图l所示,本发明系统除上述部件外,还包括:手动断路应急处理 检测模块420,其用于检测汽车系统设置的手动应急按钮的闭合或导通情 况,此按钮一旦人工有效触发,手动断路应急处理检测模块420将表征紧 急断路的信号(比如设置手动应急按钮导通表征紧急断路)送入所述电池 控制管理模块中,所述电池控制管理模块确认该信号存在时,向所述控制 器电路发出启动保护才莫式的命令。由于此按钮的地位重要,因此,此钮一 般应设两处以上的控点,以防误操作。 '
如图l所示,本发明系统还包括:多功能联锁检测模块430,其用于检 测上位控制机或其他控制器发出的联锁状态信号,并将该信号传给电池控 制管理模块200,当电池控制管理模块200判断整车控制装置出现联锁请求 时,所述电池控制管理模块发出报警信号或故障提示信息。这里主要体现 本发明系统与汽车现有的多功能连锁装置相结合,为系统提供故障判断信 号,多功能联锁检测模块430属于现有汽车中共用的装置,在此不作详细 说明。
如图l所示,本发明系统还可包括:被动安全控制^f莫块450,其用于检 测设置在整车控制装置控制回路中的加速度传感器的信号,并将该信号送 入所述电池控制管理模块中,当电池控制管理模块200判定该信号超标时, 电池控制管理模块200向所述控制器电路发出启动保护模式的命令。同样 的,在多功能检测板100上可设置一被动安全控制触发模块180,其用于检 测设置在系统控制回路中的一加速度传感器的信号,并将该信号送入速决 处理模块310中进行阈值比较,具体可以从被动安全控制模块450的输出 中引出一个检测量作为被动安全控制触发模块180的检测信号。被动安全
控制模块450和被动安全控制触发模块180设置的目的是为了检测汽车系 统异常工作情况,即当车辆发生车辆碰撞挤压造成高压桩头松脱、高压主 回路短路等异常情况,则需要自动联锁,并迅速启动保护模式。异常情况 的检测可通过设置一至数个加速度传感器来实施,当车辆发生碰撞时,产 生超过常规的加速度信号,该信号由加速度传感器采集并发送至MCU。 MCU根据判定该信号是否超标,若超标则采取保护模式。
上述是对系统结构的描述,相应地,本发明还给出了一种集控制与保 护功能的动力电池管理方法,所述方法按照以下步骤进行:
A、 上述动力电池管理系统初始化;
B、 检测高压电池组的各个工作参数及整车控制装置的异常工作信号, 获得检测括号;
C、 对所述检测信号依次进行模糊化处理、隶属度计算、模糊推理归类 及解模糊处理过程,得到当前汽车系统唯一运行状态模式的运行结果;
D、 由电池控制管理模块根据所述运行结果给出相应的控制命令,即当 多参数模糊处理模块320判断汽车系统当前运行状态属于动作保护模式时, 电池控制管理模块200向控制器电路400发出启动保护模式的命令,该命 令包括控制主馈电控制继电器Kl动作的主馈电控制1指令、控制主馈电控 制继电器K2动作的主馈电控制2指令、控制预充电控制继电器K3动作的 预加电控制3指令、控制电荷泻放开关K6动作的电荷泻放开关4指令;否 则执行步骤A4,如何^l行可以参见图7所示的流程;当多参数沖莫糊处理模 块320判断汽车系统当前运行状态属于偏差报警模式时,电池控制管理模 块200发出报警信号或故障提示信息。
如图6,上述初始化过程可包括以下步骤: Al、初始化操作系统;
A2、电池控制管理模块200判断系统工作是否正常;是则执行步骤A3; 否则向控制器电路400发出启动保护模式的命令;A3、扫描被动安全控制模块440及多功能联锁模块430的工作状态, 并判断被动安全控制模块440及多功能联锁模块430输出的信号是否超标; 是,则电池控'制管理模块200向控制器电路400发出启动保护模式的命令;
A4、启动系统通信功能,并判断是否接收到整车控制器所发出的管理 动力电池的指*令;是则执行步骤A5;否则电池控制管理模块200向控 制器电路400发出启动保护模式的命令;这里的判断存在对上位指令的正 确性进行判断,例如,若采用CAN通信方式,则如果接收到CAN执行指 令不正确,也表示系统故障;
A5、启动控制器电路400及多功能检测板100、多参数模糊处理模块
320。
参见上述系统说明,步骤C中模糊化处理采用单点^^莫糊方法,隶属度 计算过程中选取三角形函数及其相关参数做为语言变量的隶属度函数。
如图6,所述方法步骤B和步骤C之间,还可增加-执行以下速决判断 步骤:多功能检测板100输出的检测信号送入速决处理模块310,由该速决 处理模块310分别对各个参数的检测信号进行阈值比较,当其中有一个检 测信号超过危险阈值时,该模块向所述控制器电路发出启动保护模式的命 令。在速决判断步骤中,当温度分路检测模块160输入到速决处理模块310 的检测信号超过危险阈值时,该速决处理模块310向所述控制器电路发出 温度控制指令(如图1中温度控制1和2可以用于控制电池组冷却降温系 统的风机),用于控制电池组冷却降温系统工作。
对电控装置而言,汽车的环境工作条件是相当恶劣的,这种环境具有 强烈的冲击和震动、具有高温潮热、具有腐蚀性气体、具有强烈的电磁辐 射干扰等等。因此,进行合理的一体化设计显然及其重要。将一体化的测 控和保护模块(图1所示的全部功能模块)置于一个密封的金属型腔壳体 内,电路端口通过密封航插与各传感及控制器件相联,对电源供给、传感 器及控制器布设等环节采用多重干扰屏蔽及抑制措施,例如,如图1所示
本发明系统釆用电源冲莫块及抗千扰电路600提供12或24伏直流工作电压。
本方案所采用的速决处理和多参数模糊处理复合控制方式,以及提出 的保护模式,具有良好的实时控制和多参数优化处理效果,汇聚了电动车 和混合动力汽车所需的大部分最重要的测控功能,随着它的推广和应用, 在一定程度上对电动车和混合动力汽车项目的发展将起到积极的促进作 用。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以 改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护 范围。

Claims (16)

1、一种集控制与保护功能的动力电池管理系统,其包括多功能检测板,其用于检测高压电池组及其供、用电系统的异常工作信号;其特征在于,还包括:电池控制管理模块、多参数模糊处理模块和控制器电路; 所述多参数模糊处理模块用于对所述多功能检测板输出的检测信号依次进行模糊化处理、隶属度计算、模糊推理归类及解模糊处理过程,并判断汽车系统当前的运行状态; 所述电池控制管理模块用于将来自所述多功能检测板的检测信号送入多参数模糊处理模块中,并根据多参数模糊处理模块的判断结果给出控制命令; 控制器电路,用于执行所述电池控制管理模块发出的控制命令,对所述高压电池组及其供、用电系统实施保护。
2、 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述多功能检测板包括:绝缘测控模块,用于测试所述高压电池组及其馈电线路之间绝缘电阻, 并将绝缘信号送入所述电池控制管理模块中;漏电检测模块,用于检测馈电回路、牵引电机和逆变器的漏电情况, 并将i亥漏电信号送入所述电池控制管理模块中;过流检测模块,用于检测所述高压电池组馈电线路上两个过流传感器 的电流值,并根据检测到的结果输出不同的过流信号传至所述电池控制管 理模块;电池回路端压检测模块,用于检测所述高压电池端的电压数值,并将 该电电压数值传至所述电池控制管理模块;负荷电压检测模块,用于检测所述高压电池组馈电线路负荷状态下的 电压数值,并将该电压数值传至所述电池控制管理模块;温度分路检测模块,用于检测所述高压电池组内部多个电池小组的温度值,并将该温度值传至所述电池控制管理模块;动力电池分路检测才莫块,用于检测所述高压电池组内部多个电池小组 的分路电压,并将多5^分压信号送入所述电池控制管理;漠块中,所述电池 控制管理模块根据此多路分压值计算所述高压电池组的总电压值和剩余电量。
3、 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括: 手动断路应急处理检测模块,用于检测系统设置的手动应急按钮的闭合或导通情况,并将表征紧急断路的信号送入所述电池控制管理模块中, 所述电池控制管理模块确认该信号存在时,向所述控制器电路发出启动保护模式的命令;多功能联锁检测模块,用于检测上位控制机或其他控制器发出的联锁 状态信号,并将该信号传给所述电池控制管理模块,当所述电池控制管理 模块判断整车控制装置出现联锁请求时,所述电池控制管理模块发出报警 信号或故障提示信息;被动安全控制模块,用于检测设置在整车控制装置控制回路中的加速 度传感器的信号,并将该信号送入所述电池控制管理模块中,当所述电池 控制管理模块判定该信号超标时,所述电池控制管理模块向所述控制器电 路发出启动保护;f莫式的命令。
4、 根据权利要求2所述的汽车系统,其特征在于,所述系统还包括: 速决处理模块,用于接收多功能检测板输出的检测信号,并分别对各个参数的检测信号进行对应危险阈值比较,当其中有一个检测信号超过危 险阈值时,该模块向所述控制器电路发出启动保护模式的命令。
5、 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述多参数模糊处理模块包括:至少一个模糊化单元、至少一个隶属度计算单元、 一模糊推理 规则库和解^t糊化单元;多功能检测板输出的每一路检测信号均通过一模糊化单元对该检测信号进行模糊化处理,获得一路模糊信号;每一路模糊信号均通过一隶属度计算单元进行分类处理;所述模糊推理规则库根据上述隶属度计算的结果,导出当前汽车系统 运行状态属于各种情形的概率大小;解模糊化单元根据当前汽车系统运行状态属于各种情形的概率大小, 将汽车系统运行状态的多种可能性映射为一种结果,并给出当前汽车系统 唯一 的运行状态才莫式。
6、 根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述多功能检测板还 包括:被动安全控制触发模块,用于检测设置在汽车系统控制回路中的一 加速度传感器的信号,并将该信号送入所述速决处理模块中进行阈值比较。
7、 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述电池控制管理模 块和多参数模糊处理模块用一 MCU实现。
8、 一种集控制与保护功能的动力电池管理方法,其用于集控制与保 护功能的动力电池管理系统中,其特征在于,所述方法按照以下步骤进行:A、 集控制与保护功能的动力电池管理系统初始化;B、 检测高压电池组的各个工作参数及整车控制装置的异常工作信号, 获得检测信号;C、 对所述检测信号依次进行模糊化处理、隶属度计算、模糊推理归类 及解模糊处理过程,得到当前汽车系统唯一运行状态模式的运行结果;D、 由电池控制管理模块根据所述运行结果给出相应的控制命令。
9、 根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤D包括如下 处理:当所述多参数模糊处理模块判断汽车系统当前运行状态属于动作保护 模式时,该电池控制管理模块向控制器电路发出启动保护模式的命令,当 所述多参数模糊处理模块判断汽车系统当前运行状态属于偏差报警模式 时,该电池控制管理模块发出报警信号或故障提示信息。
10、 根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤A的初始化 过程如下:Al、初始化操作系统;A2、所述电池控制管理模块判断系统工作是否正常;是则执行步骤A3; 否则向控制器电路发出启动保护模式的命令;A3、扫描被动安全控制模块及多功能联锁模块的工作状态,并判断所 述被动安全控制模块及多功能联锁模块输出的信号是否超标;是,则所述 电池控制管理模块向控制器电路发出启动保护模式的命令;否则执行步骤 A4;A4、启动系统通信功能,并判断是否接收到整车控制器所发出的管理 动力电池的指令命令;是则执行步骤A5;否则所述电池控制管理模块向控 制器电路发出启动保护模式的命令;A5、启动所述控制器电路及多功能检测板、多参数模糊处理模块。
11、 根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤C中,模糊 化处理采用单点模糊方法。
12、 根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤C中,所述 隶属度计算过程中选取三角形函数及其相关参数做为语言变量的隶属度函 数。
13、 根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述步骤D中,保护 模式的执行具体包括以下步骤:Dl、判断汽车系统当前是否处于所述高压电池组的正常工作阶段;是 则执行步骤D2;否则断开预充电控制继电器,再执行步骤D2;D2、通过两个主^t赍电控制继电器分别断开电池母线正负极,并接通用 于控制电荷泻放电路开闭的电荷泻放开关一定时间,使所述高压电池组馈, 电线路上的残存电压降低到安全限度以内后,复位该开关。
14、 根据权利要求13所述的方法,其特征在于,所述步骤D中,保 护模式的执行还包括以下步骤:D3、识别当前汽车系统的故障信息,并进行编码;D4、将故障编码发送至整车控制器;D5、显示上述故障信息,用于提醒驾驶员注意。
15、 根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法步骤B和步 骤C之间,执行以下速决判断步骤:多功能检测板输出的检测信号送入速决处理模块,由该速决处理模块 分别对各个参数的检测信号进行阈值比较,当其中有一个检测信号超过危 险阈值时,该模块向所述控制器电路发出启动保护模式的命令。
16、 根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述速决判断步骤 中,当温度分路检测模块输入到速决处理模块的检测信号超过危险阈值时, 该速决处理模块向所述控制器电路发出温度控制指令,用于控制电池组冷 却降温系统工作。
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