CN102117943A - 电动汽车的电池管理系统智能充电方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动汽车的电池管理系统智能充电方法及装置，微控制器与整车控制器、电池管理系统和车载充电器的通信接口相连，读取与充电信息相关的报文，调整充电参数，并由通信模块向电池管理系统和车载充电器通知此次充电信息，收到电池管理系统和车载充电器的信息回馈后，通过通信模块向车载充电器发送充电命令；车载充电器收到充电命令后，把输入的交流电转换成高压直流电后为动力电池充电；微控制器将充电信息实时通过人机交互单元显示给驾驶员，并调整充电策略。本发明可以按照整车控制器发送的充电信息与电池管理系统当前的剩余容量等信息，自动调整车载充电器的充电电流和充电电压，并通过人机交互接口给驾驶员以提示，避免盲充状态下对电池的过充损害。消除因电池过充而引起的安全隐患，避免生命、安全和经济损失。
Description
技术领域
本发明公开一种电动汽车的电池管理系统智能充电方法，同时还提供了实现该方法的装置，属于新能源汽车电力管理技术领域。
背景技术
目前，现有电动汽车的电池管理系统主要具备以下功能：控制动力电池主回路继电器的通断，用来启动或关闭电机功率输出；估算当前电池荷电状态，为驾驶员提供能量信息保证续驶里程与行车安全；管理动力电池的充电回路，为电动汽车补充能量。传统的电池管理系统在管理动力电池的充电回路时，往往只在车载充电器与高压电池箱之间做了一个连接回路，没有充分考虑到当前电池箱的剩余电量，以及充电时间、充电电流、充电电压等参数。如果高压电池长时间处于这种盲充状态，不但效率低下，浪费电能，还会减少电池自身的寿命。此外，驾驶员对充电的过程也不了解，不能随时掌握当前充电的状态信息。更严重的是：如果电池长时间处于过充状态，会引起电池爆炸，一旦这种情况出现，后果不堪设想。传统的电池管理系统对这种情况往往无能为力。
发明内容
本发明公开一种电动汽车的电池管理系统智能充电方法，解决了传统的电池管理系统充电效率低，充电效果差的问题。
本发明还提供了实现该方法的充电装置，它会实时在电池充电过程中对充电电流、电压监控，并通过人机交互单元给驾驶员以状态提示。
本发明电动汽车的电池管理系统智能充电方法技术解决方案如下：
利用微控制器的通用输入/输出模块，读取电动汽车的充电开关信号，判断是否进入智能充电模式。进入智能充电模式后，微控制器先经驱动电路使能电池管理系统和车载充电器，同时微控制器的通信模块经电平转换后与整车控制器、电池管理系统和车载充电器的通信接口相连，读取与充电信息相关的报文，依据此充电信息调整充电参数，并由通信模块向电池管理系统和车载充电器通知此次充电信息。微控制器收到电池管理系统和车载充电器的信息回馈后，打开车载充电器与动力电池箱之间的充电回路，并通过通信模块向车载充电器发送充电命令。车载充电器收到充电命令后，把输入的交流电转换成高压直流电后为动力电池充电。同时微控制器将充电信息实时通过人机交互单元显示给驾驶员。然后微控制器再次读取充电信息，调整充电策略。
实现本发明所述方法的电池管理系统智能充电装置，其特征在于：
智能充电装置主要由微控制器(MCU－Micro Control Unit)、控制器局部网(CAN－Controller Area Network)收发器、充电开关检测电路、电池管理系统(BMS－Battery Management System)驱动电路、车载充电器驱动电路、充电继电器驱动电路和LCD显示屏构成。其中，MCU的通用输入/输出 (GPIO－General Purpose Input Output) 接口1配合充电开关检测电路对充电开关信号进行采集，判断是否进入智能充电模式。进入智能充电模式后，MCU的GPIO2经电池管理系统驱动电路使能BMS，GPIO3经车载充电器驱动电路使能车载充电器。同时，MCU的CAN通信模块1，经CAN收发器1电平转换后与整车控制器(VCU－Vehicle Control Unit)的CAN总线接口相连，读取与充电状态等报文。CAN通信模块2和CAN收发器2与BMS的CAN总线接口相连，读取与高压电池箱信息相关的报文。CAN通信模块3和CAN收发器3与车载充电器的CAN总线接口相连，读取与充电器充电参数相关的报文，以此计算本次充电的电流、电压参数。MCU会把计算的充电参数传送给BMS和车载充电器，在收到BMS和车载充电器的信息回馈后，由GPIO4配合充电继电器驱动电路，打开车载充电器与动力电池箱之间的充电回路，并向车载充电器发送充电命令。车载充电器收到充电命令后，把输入的交流电转换成高压直流电后为动力电池充电。最后，MCU将充电信息通过LCD显示屏实时显示给驾驶员。
本发明电动汽车的电池管理系统容错控制装置具体结构如下：
MCU的CAN通信模块1的信号接收管脚CAN_RXD1和信号发送管脚CAN_TXD1与CAN收发器1的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器1的CANH端和CANL端与VCU的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
MCU的CAN通信模块2的信号接收管脚CAN_RXD2和信号发送管脚CAN_TXD2与CAN收发器2的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器2的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
MCU的CAN通信模块3的信号接收管脚CAN_RXD3和信号发送管脚CAN_TXD3与CAN收发器3的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器3的CANH端和CANL端与车载充电器的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
充电开关检测电路主要由充电开关和滤波电路构成，充电开关的按下与抬起会引起自身KEY端高低电平的变化，KEY端信号由Vin进入滤波电路，经电路去噪后由Vout输出到MCU的GPIO1接口,同时充电开关的GND引脚经滤波电路的DGND与MCU的DGND相连。MCU会对充电开关按下、抬起的状态进行检测。
电池管理系统驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO1接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO2小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给BMS_EN引脚。BMS在检测到BMS_EN引脚为低电平时，进入工作状态。
车载充电器驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO2接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO3小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给CCS_EN引脚。车载充电器在检测到CCS_EN引脚为低电平时，进入工作状态。
充电继电器驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO3接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO4小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给充电继电器CHG_EN引脚。充电继电器一端常接12V，当收到低电平的驱动信号CHG_EN后，继电器吸合，车载充电器为高压电池箱的充电。
LCD显示屏由MCU的串行外设接口(SPI－Serial Peripheral Interface)模块来驱动。MCU的芯片选择CS、串行时钟SCK、主出从入MOSI、主入从出MISO引脚连接分别与LCD显示屏CS、CLK、MISO、MOSI引脚连接；LCD的数据显示，由MCU通过查表的方式解码实现。
智能充电装置依据以下的控制方法，完成电动汽车的充电控制功能。
(1). 充电开始过程
1). MCU检测到充电开关信号为低电平。
2). LCD显示屏若处于休眠状态，则MCU通过SPI接口发命令，将LCD显示屏唤醒；
3). MCU对如下的条件进行判断：
(a). VCU报文显示：车速为0；
(b). VCU报文显示：钥匙位于OFF或未插入；
4). 若满足允许充电条件，由电池管理系统驱动电路使能BMS。
5). 若满足允许充电条件，由车载充电器驱动电路使能车载充电器。
6). MCU获取VCU关于充电状态、车速信息、钥匙门信息等报文。
7). MCU获取BMS关于剩余电量、电池容量等高压电池箱信息报文。
8). MCU获取车载充电器关于峰值功率、额定充电电流、额定充电电压等信息报文。
9). MCU依据VCU的充电状态，参考BMS的剩余电量和电池容量，由车载充电器的峰值功率、额定充电电流和额定充电电压，计算本次充电的电压、电流。
10).通过CAN总线，向BMS发送本次充电电流、电压等信息。
11).通过CAN总线，向车载充电器发送本次充电电流、电压等信息。
10).等待BMS反馈信息。
12).等待车载充电器反馈信息。
13).由充电继电器驱动电路闭合充电继电器，让车载充电器与高压电池箱之间组成闭合的充电回路。
14).通过CAN总线，向车载充电器发送充电命令。
15). LCD显示屏进入充电显示界面，完成本次充电操作。
定时返回步骤3，循环。
(2). 充电结束过程
1) 连续5000ms未接收到车载充电器发送的CAN报文后，MCU认为车载充电器与交流电插头断开，充电结束，切断充电继电器。
2) MCU检测到充电开关为高电平，则认为车载充电器与交流充电插头断开，充电结束，切断充电继电器。
3) MCU收到VCU发送的充电禁止CAN报文后，向车载充电器发送充电禁止信息，切断充电继电器。
4) MCU收到VCU发送的信息中，若钥匙为OFF或未插入（KL15电为0V），则向BMS和LCD显示屏发送休眠信息。BMS和LCD显示屏收到MCU发送的休眠信息后，进入休眠状态，500ms后MCU也进入休眠。
本发明积极效果在于：可以按照整车控制器发送的充电信息与电池管理系统当前的剩余容量等信息，自动调整车载充电器的充电电流和充电电压，并通过人机交互接口给驾驶员以提示，避免盲充状态下对电池的过充损害。消除因电池过充而引起的安全隐患，避免生命、安全和经济损失。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明电路原理图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示：智能充电装置主要由微控制器(MCU－Micro Control Unit)、控制器局部网(CAN－Controller Area Network)收发器、充电开关检测电路、电池管理系统(BMS－Battery Management System)驱动电路、车载充电器驱动电路、充电继电器驱动电路和LCD显示屏构成。其中，MCU的通用输入/输出 (GPIO－General Purpose Input Output) 接口1配合充电开关检测电路对充电开关信号进行采集，判断是否进入智能充电模式。进入智能充电模式后，MCU的GPIO2经电池管理系统驱动电路使能BMS，GPIO3经车载充电器驱动电路使能车载充电器。同时，MCU的CAN通信模块1，经CAN收发器1电平转换后与整车控制器(VCU－Vehicle Control Unit)的CAN总线接口相连，读取与充电状态等报文。CAN通信模块2和CAN收发器2与BMS的CAN总线接口相连，读取与高压电池箱信息相关的报文。CAN通信模块3和CAN收发器3与车载充电器的CAN总线接口相连，读取与充电器充电参数相关的报文，以此计算本次充电的电流、电压参数。MCU会把计算的充电参数传送给BMS和车载充电器，在收到BMS和车载充电器的信息回馈后，由GPIO4配合充电继电器驱动电路，打开车载充电器与动力电池箱之间的充电回路，并向车载充电器发送充电命令。车载充电器收到充电命令后，把输入的交流电转换成高压直流电后为动力电池充电。最后，MCU将充电信息通过LCD显示屏实时显示给驾驶员。
实施例2
如图2所示：MCU的CAN通信模块1的信号接收管脚CAN_RXD1和信号发送管脚CAN_TXD1与CAN收发器1的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器1的CANH端和CANL端与VCU的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
MCU的CAN通信模块2的信号接收管脚CAN_RXD2和信号发送管脚CAN_TXD2与CAN收发器2的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器2的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
MCU的CAN通信模块3的信号接收管脚CAN_RXD3和信号发送管脚CAN_TXD3与CAN收发器3的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器3的CANH端和CANL端与车载充电器的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
充电开关检测电路主要由充电开关和滤波电路构成，充电开关的按下与抬起会引起自身KEY端高低电平的变化，KEY端信号由Vin进入滤波电路，经电路去噪后由Vout输出到MCU的GPIO1接口,同时充电开关的GND引脚经滤波电路的DGND与MCU的DGND相连。MCU会对充电开关按下、抬起的状态进行检测。
电池管理系统驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO1接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO2小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给BMS_EN引脚。BMS在检测到BMS_EN引脚为低电平时，进入工作状态。
车载充电器驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO2接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO3小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给CCS_EN引脚。车载充电器在检测到CCS_EN引脚为低电平时，进入工作状态。
充电继电器驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO3接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO4小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给充电继电器CHG_EN引脚。充电继电器一端常接12V，当收到低电平的驱动信号CHG_EN后，继电器吸合，车载充电器为高压电池箱的充电。
LCD显示屏由MCU的串行外设接口(SPI－Serial Peripheral Interface)模块来驱动。MCU的芯片选择CS、串行时钟SCK、主出从入MOSI、主入从出MISO引脚连接分别与LCD显示屏CS、CLK、MISO、MOSI引脚连接；LCD的数据显示，由MCU通过查表的方式解码实现。
Claims (3)
1. 一种电动汽车的电池管理系统智能充电方法，其特征在于：
利用微控制器的通用输入/输出模块，读取电动汽车的充电开关信号，判断是否进入智能充电模式；进入智能充电模式后，微控制器先经驱动电路使能电池管理系统和车载充电器，同时微控制器的通信模块经电平转换后与整车控制器、电池管理系统和车载充电器的通信接口相连，读取与充电信息相关的报文，依据此充电信息调整充电参数，并由通信模块向电池管理系统和车载充电器通知此次充电信息；微控制器收到电池管理系统和车载充电器的信息回馈后，打开车载充电器与动力电池箱之间的充电回路，并通过通信模块向车载充电器发送充电命令；车载充电器收到充电命令后，把输入的交流电转换成高压直流电后为动力电池充电；同时微控制器将充电信息实时通过人机交互单元显示给驾驶员；微控制器再次读取充电信息，调整充电策略。
2. 实现权利要求1所述方法的电动汽车的电池管理系统智能充电装置，其特征在于：
智能充电装置主要由微控制器MCU、控制器局部网CAN收发器、充电开关检测电路、电池管理系统BMS驱动电路、车载充电器驱动电路、充电继电器驱动电路和LCD显示屏构成；其中，MCU的通用输入/输出GPIO 接口1配合充电开关检测电路对充电开关信号进行采集，判断是否进入智能充电模式；进入智能充电模式后，MCU的GPIO2经电池管理系统驱动电路使能BMS，GPIO3经车载充电器驱动电路使能车载充电器；同时，MCU的CAN通信模块1，经CAN收发器1电平转换后与整车控制器VCU的CAN总线接口相连，读取与充电状态；CAN通信模块2和CAN收发器2与BMS的CAN总线接口相连，读取与高压电池箱信息；CAN通信模块3和CAN收发器3与车载充电器的CAN总线接口相连，读取与充电器充电参数相关的报文，计算本次充电的电流、电压参数；MCU会把计算的充电参数传送给BMS和车载充电器，在收到BMS和车载充电器的信息回馈后，由GPIO4配合充电继电器驱动电路，打开车载充电器与动力电池箱之间的充电回路，并向车载充电器发送充电命令；车载充电器收到充电命令后，把输入的交流电转换成高压直流电后为动力电池充电；MCU将充电信息通过LCD显示屏实时显示。
3. 根据权利要求1所述方法的电动汽车的电池管理系统智能充电装置，其特征在于：
MCU的CAN通信模块1的信号接收管脚CAN_RXD1和信号发送管脚CAN_TXD1与CAN收发器1的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器1的CANH端和CANL端与VCU的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，实现TTL电平与差分电平的转换；
MCU的CAN通信模块2的信号接收管脚CAN_RXD2和信号发送管脚CAN_TXD2与CAN收发器2的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器2的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，实现TTL电平与差分电平的转换；
MCU的CAN通信模块3的信号接收管脚CAN_RXD3和信号发送管脚CAN_TXD3与CAN收发器3的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器3的CANH端和CANL端与车载充电器的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，实现TTL电平与差分电平的转换；
充电开关检测电路主要由充电开关和滤波电路构成，充电开关的按下与抬起会引起自身KEY端高低电平的变化，KEY端信号由Vin进入滤波电路，经电路去噪后由Vout输出到MCU的GPIO1接口,同时充电开关的GND引脚经滤波电路的DGND与MCU的DGND相连；MCU会对充电开关按下、抬起的状态进行检测；
电池管理系统驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO1接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO2小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给BMS_EN引脚；BMS在检测到BMS_EN引脚为低电平时，进入工作状态；
车载充电器驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO2接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO3小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给CCS_EN引脚；车载充电器在检测到CCS_EN引脚为低电平时，进入工作状态；
充电继电器驱动电路主要由MCU的GPIO模块与驱动芯片搭建而成，MCU的GPIO3接口连接驱动芯片的IN引脚，驱动芯片会把MCU的GPIO4小电流驱动信号放大为1A以上的大电流驱动信号，并在OUT端输出给充电继电器CHG_EN引脚；充电继电器一端常接12V，当收到低电平的驱动信号CHG_EN后，继电器吸合，车载充电器为高压电池箱的充电；
LCD显示屏由MCU的串行外设接口SPI模块来驱动；MCU的芯片选择CS、串行时钟SCK、主出从入MOSI、主入从出MISO引脚连接分别与LCD显示屏CS、CLK、MISO、MOSI引脚连接；LCD的数据显示，由MCU通过查表的方式解码实现。
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