CN101707265A

CN101707265A - 适合混合动力汽车的新型电池管理系统

Info

Publication number: CN101707265A
Application number: CN200910193879A
Authority: CN
Inventors: 冯大明; 刘飞; 阮旭松; 张维戈; 王占国; 劳力
Original assignee: Huizhou Epower Electronics Co Ltd; Beijing Jiaotong University
Current assignee: Huizhou Epower Electronics Co Ltd; Beijing Jiaotong University
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2010-05-12

Abstract

一种适合混合动力汽车的新型电池管理系统，包括中央管理模块、诊断设备、监控计算机以及检测电池的温度传感器。本电池管理系统可以以较高精度测量电池模块电压、电池组总电压、电池工作电流、电池温度，同时还可以完成对电池组绝缘性能的实时检测，对采集的电池工作数据根据预先设定的故障阈值进行数据分析和故障判断，并依据电池保护要求和整车控制要求进行综合分析，给出电池系统的预警与报警信息，通过与整车数据交换的CAN总线将电池工作数据、预警与报警信息及电池管理系统自身工作状态实时反应给车载设备，诊断设备可随车携带，极大地方便了对电池的工作状态的诊断。

Description

适合混合动力汽车的新型电池管理系统

技术领域

本发明涉及电动汽车电池管理系统技术领域，具体地说是一种适合混合动力汽车的新型电池管理系统。

背景技术

目前，由于混合动力汽车在性能上具备了传统汽车的优势，克服了电动汽车续驶历程低的问题，并以较小的成本增加获得燃料经济性和排放性能的收益，因此混合动力汽车已经被市场接受，成为世界范围内新型汽车开发的热点。动力电池作为混合动力汽车的能源之一，为了确保电池组的良好性能并延长电池的使用寿命，对其运行状态进行有效地管理和控制尤为重要。

混合动力汽车目前的电池管理系统存在以下问题：

(1)由于混合动力汽车运行工况复杂，因此电池工作状态(包括电池电压、电流、温度、系统绝缘性能等)的检测精度还不够理想，而且电池管理系统的电磁兼容性也达不到相关标准的要求。

(2)获得准确可靠的电池SOC是电池管理系统的首要任务，是整车控制策略的主要依据。由于混合动力汽车电池需要频繁充放电以及自身非线性，SOC实时在线估算难度较大，并且存在较大的估算误差，进而影响整车性能。另外在对电池实车运行的数据分析和保护控制策略上，现有混合动力电池管理系统并没有完善的处理机制。

(3)电池管理系统是整车上一个重要组成部分，如果没有有效的手段与整车控制中心进行数据交换，则整车控制中心无法合理利用电池信息，不能明确电池管理系统的工作状态，无法实现对电池组的最大利用和有效保护。

(4)现有的电池管理系统配备的监控计算机存在待机时间短以及不便于携带等问题，不能完全满足现场调试和故障诊断的需要，同时现有电池管理系统对应用程序在线升级支持不够，没有和整车统一的诊断调试和升级接口。

发明内容

本发明的目的是解决以上问题，提出一种管理完善、特别适合于混合动力汽车的新型电池管理系统。

为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

一种适合混合动力汽车的新型电池管理系统，该系统包括中央管理模块、诊断设备、监控计算机以及检测电池的温度传感器，其中，

中央管理模块主要完成电池运行参数测量、高压控制、热管理控制功能，并提供与车载设备进行数据交换的CAN总线和电池管理系统诊断接口；

监控计算机通过诊断接口与中央管理模块连接，可对电池状态进行实时监控和诊断，同时也可以对电池管理系统自身的工作状态进行诊断和标定；

诊断设备通过诊断接口与中央管理模块连接，可对电池状态进行实时监控和诊断，完成对管理系统的软件升级和记录电池实车运行数据，并通过液晶显示屏监控电池参数，通过USB接口将中央管理模块检测的电池参数实时上传给监控计算机.

所述的诊断接口为CAN或RS232接口，兼容汽车标定协议CCP，通过诊断接口还可以对整个管理系统进行升级。

诊断设备配备大容量FLASH数据存储器以及U盘和SD卡接口，诊断设备控制器通过诊断接口将汽车实车运行的动力电池工作状态参数记录到FLASH数据存储区以及U盘和SD卡中。

所述的中央管理模块包括中央处理器，在中央处理器外围通过隔离电路设置有温度检测模块、模块/单体电压检测模块、总电压检测模块、电流检测模块、绝缘检测模块以及CAN和RS232接口，温度传感器连接于温度检测模块中，中央处理器电源接口与车载电源连通，由车载电源供电，在中央处理器外围还设置有存储数据的存储器。

所述的诊断设备包括一CPU，在CPU外围设置有键盘、液晶显示屏、存储器、CAN接口以及可读取U盘和SD卡数据的接口，CPU由诊断设备内的电池供电。

与现有技术相比，本发明的主要特点为：

1、电池管理系统可以以较高精度测量电池模块电压、电池组总电压、电池工作电流、电池温度，同时还可以完成对电池组绝缘性能的实时检测。

2、在电池管理系统工作过程中，对采集的电池工作数据根据预先设定的故障阈值进行数据分析和故障判断，并依据电池保护要求和整车控制要求进行综合分析，给出电池系统的预警与报警信息，通过与整车数据交换的CAN总线将电池工作数据、预警与报警信息及电池管理系统自身工作状态实时反应给车载设备。

3、考虑到监控计算机存在待机时间短以及不便于携带的弊端，专门开发了系统诊断设备，诊断设备可以通过诊断接口可以随车跟踪和记录电池组和电池管理系统的工作状态的相关数据，分析人员可以利用监控计算机对诊断设备记录的运行数据进行下载和分析，便于系统诊断。

4、为了方便对电池的工作状态进行诊断，电池管理系统设计了符合车辆诊断标准的诊断接口，通过该接口可以利用诊断设备或监控计算机对电池组和电池管理系统的工作状态和运行数据监控和现场诊断，并可对管理系统软件进行升级。

附图说明

图1电池管理系统的系统结构图；

图2电池管理系统中央管理模块硬件电路结构图；

图3电池管理系统诊断设备硬件结构图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例及附图对本发明结构原理作进一步详细描述：

如附图1所示.本实施例方案揭示的一种适合混合动力汽车的新型电池管理系统，该系统包括中央管理模块、诊断设备、监控计算机以及检测电池的温度传感器，主要完成对电池组实车运行的状态监测，包括电池单体或模块电压、电池组总电压、温度、电流、绝缘检测，同时还需要在线

实时估算电池剩余电量(SOC)以及电池寿命(SOH)。根据电池本身的特性和实车运行的特殊条件实时在线分析电池性能，通过通信接口将电池状态信息提供给车载设备。电池管理系统还根据整车控制策略来完成动力电池高压系统的输出控制，并完成动力电池的热管理。

其中，中央管理模块主要完成电池运行参数测量、高压控制、热管理控制功能，并提供与车载设备进行数据交换的CAN总线和电池管理系统诊断接口。诊断设备通过诊断接口与中央管理模块连接，可对电池状态进行实时监控和诊断，完成对管理系统的软件升级和记录电池实车运行数据，并通过液晶显示屏监控电池参数，通过USB接口将中央管理模块检测的电池参数实时上传给监控计算机。诊断设备配备大容量FLASH数据存储器以及U盘和SD卡接口，诊断设备控制器通过诊断接口将汽车实车运行的动力电池工作状态参数记录到FLASH数据存储区以及U盘和SD卡中，可以在脱离监控计算机的条件下根据需要对电池运行的状态参数进行实时记录，并可以通过监控计算机读取记录数据进行系统分析处理。利用电池管理系统提供的符合车辆诊断标准诊断接口，可以通过监控计算机或诊断设备对电池状态进行实时监控和诊断，同时也可以对电池管理系统自身的工作状态进行诊断。监控计算机通过诊断接口与中央管理模块连接，可对电池状态进行实时监控和诊断，同时也可以对电池管理系统自身的工作状态进行诊断。

再如附图2所示为电池管理系统中央管理模块硬件电路结构图。所述的中央管理模块包括中央处理器，在中央处理器外围通过隔离电路设置有温度检测模块、模块/单体电压检测模块、总电压检测模块、电流检测模块、绝缘检测模块以及CAN和RS232接口，温度传感器连接于温度检测模块中，中央处理器电源接口与车载电源连通，由车载电源供电，在中央处理器外围还设置有存储数据的存储器。其中，CAN和RS232为通信接口，CAN包括CAN1接口和CAN2接口，其中CAN2和RS232为诊断接口，诊断接口还兼容汽车标定协议CCP，通过诊断接口可以对整个管理系统软件进行升级。

通信接口中的CAN1模块用于与车载设备之间通信，将电池的剩余容量、剩余能量、实际容量、SOC、SOH、当前最大允许充放电电流、电压和功率、电池当前的电压、工作电流、绝缘性能以及管理系统分析出的电池系统故障代码传递给车载设备，CAN2模块主要提供给整车匹配时对电池管理系统进行参数标定和程序升级，标定接口支持汽车诊断调试的标准CCP标定协议。RS232模块用于与诊断设备或监控计算机连接，实现现场调试和故障诊断等功能，对电池管理进行应用程序进行在线升级。

绝缘检测模块主要检测动力电池与车底盘之间的绝缘电阻，电池管理系统上电后，实时进行绝缘检测，并按照国家电动汽车GS/T18384.1-18384.3-2001相关标准对绝缘进行判断分级。

电流检测模块通过分流器进行电流采样，完成电流的测量和AH累计，具有较高的测量精度，并作为SOC估算的基础。

模块/单体电压检测模块采用差模测量的方式对动力电池组的单体或模块电压采用巡检的方式进行实时测量，本测量方案可以克服其他多节电池巡检测量中存在的测量误差累积的问题.本测量方案采用多路开关切换巡检的方式，后级电阻分压，通过高精度AD转换对电压信号进行采样.另外，模块/单体电压检测模块具备区分ADC损坏、电压极性、电压溢出、断线等情况的能力.电压测量在多种运行环境下测试都获得了较高的测量精度.

总电压检测模块主要是为了满足车载设备对实时运行的电池总电压的要求而设计的。由于混合电动汽车运行的工况比较复杂，而巡检的模块电压满足不了对电池总电压测量高实时性的要求。因此系统通过提供独立的总电压测量模块以达到车载设备对电池总电压测量高实时性的要求。

温度检测模块通过设置于电池箱内部的温度传感器对各温度采样点进行温度检测，可测量电池箱内部温度场分布或单体电池温度。通过温度传感器对各温度采样点进行温度测量，并实施必要的热管理。另外，温度检测模块具备编号查询、丢失自检、温度超高、温度过低、温差过大等检测功能。热管理电路可依据温度检测结果和整车控制策略的需要对电池组实施冷却和加热的控制。存储器采用FM24C64(8K字节)，用于记录系统参数和电池组运行故障。

再如附图3所示为电池管理系统诊断设备结构图。该诊断设备包括一CPU以及设置于CPU外围的键盘、液晶显示屏、存储器、可读取U盘和SD卡数据的接口、RS232接口、CAN接口、USB接口，CPU通过电源转换电路由诊断设备内的电池供电。

诊断设备通过中央管理模块提供的诊断接口，将电池管理系统采集到的动力电池运行状态数据通过USB接口上传监控计算机进行实时监控和记录，并可在脱离监控计算机的情况下通过液晶显示屏对数据进行实时监控，并将数据记录保存在存储器或U盘以及SD卡中，通过USB接口将记录在FLASH或U盘以及SD卡中的数据上传给监控计算机进行分析。诊断设备也可通过中央管理模块提供的诊断接口完成对管理系统的软件升级，通过键盘选择诊断设备的功能。诊断设备采用锂电池，可连续工作200小时以上，并且通过USB接口或充电接口对锂电池进行充电。

以上为本发明较佳的实现方案，除此之外还有其他实现方案，需要说明的是在没有脱离本发明发明构思的前提下任何显然意见的替换均在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种适合混合动力汽车的新型电池管理系统，其特征在于，该系统包括中央管理模块、诊断设备、监控计算机以及检测电池的温度传感器，其中，

监控计算机通过诊断接口与中央管理模块连接，可对电池状态进行实时监控和诊断，同时也可以对电池管理系统自身的工作状态进行诊断；

诊断设备通过诊断接口与中央管理模块连接，可对电池状态进行实时监控和诊断，完成对管理系统的软件升级和记录电池实车运行数据，并通过液晶显示屏监控电池参数，通过USB接口将中央管理模块检测的电池参数实时上传给监控计算机。

2.根据权利要求1所述的适合混合动力汽车的新型电池管理系统，其特征在于：所述的诊断接口为CAN或RS232接口，兼容汽车标定协议CCP。

3.根据权利要求2所述的适合混合动力汽车的新型电池管理系统，其特征在于：诊断设备配备大容量FLASH数据存储器以及U盘和SD卡接口，诊断设备控制器通过诊断接口将汽车实车运行的动力电池工作状态参数记录到FLASH数据存储区以及U盘和SD卡中。

4.根据权利要求1～3中任一一项所述的适合混合动力汽车的新型电池管理系统，其特征在于：所述的中央管理模块包括中央处理器，在中央处理器外围通过隔离电路设置有温度检测模块、模块/单体电压检测模块、总电压检测模块、电流检测模块、绝缘检测模块以及CAN和RS232接口，温度传感器连接于温度检测模块中，中央处理器电源接口与车载电源连通，由车载电源供电，在中央处理器外围还设置有存储数据的存储器。

5.根据权利要求1～3中任一一项所述的适合混合动力汽车的新型电池管理系统，其特征在于：所述的诊断设备包括一CPU，在CPU外围设置有键盘、液晶显示屏、存储器以及可读取U盘和SD卡数据的接口，CPU由诊断设备内的电池供电。