CN103019234A - 新能源汽车电池管理采集子系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车电池管理采集子系统，包含均衡算法识别和均衡处理算法，由MCU模块、LTC6802模块、单体电压采集/放电电路、整组和半组采集电路、温度采集模块、CAN通信模块、子采集系统顺序的地址设置模块、电源处理模块和数字光耦隔离模块组成；采用LTC6802核心技术实现电池组电压的12路单体电压多路采集，整组和半组电压采集，采用温度采集电路实现16个温度采集。电池管理系统有4路CAN节点，每个CAN节点接入4个电池管理采集子系统，可实现最多192节单体电池电压的采集，16个整组电压采集，16个半组电压采集，256个温度采集，完全满足目前新能源汽车的使用需求。

Description

新能源汽车电池管理采集子系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车用电池管理采集子系统装置及其控制方法。

背景技术

电池管理采集子系统作为电池管理系统的重要组成部分，承担着新能源汽车用动力电池在线监测的重要任务。其对动力电池组各单体电压、半租/成组电压、电池箱体不同场点温度的实时精确检测是电池管理系统在线SOC估算、SOH估算、热管理、充放电控制、均衡控制、故障诊断策略实施的基础，其大量数据的快速处理能力及与中央控制器的实时交互能力对整个电池管理系统有效运行也起到关键作用。

但电池管理采集子系统从属于电池管理系统是最近几年随着电池技术发展和新能源汽车利用而出现的，发展历史短，系统复杂，现有技术有许多不足之处：

1）电池管理采集子系统在电池电压采集方面，涉及到采集通道多，组合使用时多达几百多个的问题。目前技术多采用分立元件搭建的办法，利用光电耦合器来切换采集通道，然后通过多路A/D转换器来转换，这样，采集频率低，采集周期长，并且在切换过程中会有干扰，采集精度也低，影响到整个系统性能的提高。

2）多个电池管理采集子系统组合纳入电池管理系统运行时，涉及电池数目众多，最多能到几百节，数据交换量大，需要一种快速准确的数据交换方式以满足系统运行复杂性、实时性、可靠性的要求。而RS232或RS485在此方面存在局限。

3）目前电池管理系统中，往往把几个电池分为一组，几百多节电池分成若干组，一般只采集单体电压，需要半组和成组电压时候往往通过累加方式来实现，而不是直接采集半组和成组电压。这样，单体电压测量误差会被累加，导致半组和成组电压测量误差增大，当需要半组和整组电压做参考或控制策略时候，就不能实现。

4）分布式电池管理系统中，一般需要多达十几个采集子系统实现对几百多节电池电压的采集。实现这十几个子采集系统方便、快捷、可靠的互换是关系到生产一致性和降低维护难度，提高生产效率的重要环节，需要一种快速设置子采集系统顺序的办法提高BMS的可维护性。

5）电池管理采集子系统数量多，内含模块多，功耗大，目前系统很少考虑低功耗设计。由于电池管理系统往往使用被管理的电池作为能量系统，如果没有低功耗设计功能将减少电池使用寿命并浪费资源。

6）针对电池在长期使用过程中产生的不一致性问题，其技术解决方法欠缺。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种新能源汽车用电池管理采集子系统装置及其控制方法，在总结上述现有技术不足的基础上，通过对电池管理采集子系统的设计结构、电路和控制方法做出的相应改进可以解决下述技术问题：

1）电池管理采集子系统采用LTC6802核心技术实现电池组电压的12路单体电压多路采集，整组和半组电压采集，采用温度采集电路实现16个温度采集。一个采集子系统带有一片TLC6802，采集精度达到0.005V，并通过SPI数据总线传输给MCU模块。这样，如果一个电池管理系统的中央控制器有4路CAN节点，每个CAN节点接入4个电池管理采集子系统，那么该系统可以实现最多192节单体电池电压的采集，16个整组电压采集，16个半组电压采集，256个温度采集，完全满足目前新能源汽车的使用需求。而且LTC6802测量快速准确，即使在电池组电压超过1000V的情况下，最大测量误差在-40摄氏度至85摄氏度温度范围内保证小于0.25%。电池组中每节电池的电压测量都可以在13ms之内完成，对每节电池均进行了欠压和过压条件监视，并提供了一个相关联的MOSFET开关，用于对过充电电池进行放电，每个LTC6802通过一个1MHz串行接口进行通信，并包括温度传感器输入、GPIO线和一个精准的电压基准。相对目前技术多采用分立元件搭建，利用光电耦合器来切换采集通道，然后通过多路A/D转换器来转换的方法，LTC6802采集频率高，采集周期短，切换过程无干扰，采集精度高。

2）整组/半组采集电路拓展运用了LTC6802芯片原本预留用作温度采集的A/D转换器，利用LTC6802芯片这两个A/D转换端口采集温度实际是采集电压信号的原理，实验测算出电压比例因子，对芯片得到的Vtemp1和Vtemp2的数值逆向运算从而计算出实际整组电压和半组电压。新增加的对电池组整组/半组电压的采集功能，采集精度达到0.05V，减少由于单体电压累加带来的误差，为整个电池管理系统控制策略提供更准确的数据支持。还可增加由6802模块将各单体电压累加与模块电压、半压的对比，并将其作为故障诊断的判断条件。

3）通过拨码开关的设计，使子采集系统能动态修改CAN的通信ID，这样，就能动态修改子采集系统顺序。

4）采用CAN总线通信方式实现电池管理采集子系统和中央控制器间的大容量数据交换，保证数据传输的实时性和可靠性。通过相关硬件设计，每50ms采集子系统发送一次参数采集结果，并响应上级中央控制器接收中断，进行数据分析处理和标定。

5）通过中央控制器和电池管理采集子系统电源处理电路分别设计，但由中央控制器MCU的引脚控制采集子系统电源通断的方法，实现系统低功耗功能，工作模式800mA，进入低功耗模式后中央系统控制器2mA，采集子系统控制器0.1mA的极低功耗，为有限电池能量的最大利用提供了基础，具有很好的节能功能；在整组/半组采集电路中当不需要整组或半组电压测量时，断开相应测量网络，不消耗功率，也进一步实现采集子系统低功耗设计想法。

6）电池管理采集子系统需要采集的整组/半组电压/单体电压，这些都是高压，系统设计高低电压分离的原则，分开设计高压和低压电路，通过隔离的SPI数据总线实现数据交换，此隔离的SPI模拟量采集功能实现了电池组高电压与控制器低电压的隔离采集。

7）电池管理采集子系统控制算法中集成了LTC6802模块控制，CAN模块数据接收/发送和处理控制，数据标定控制，均衡算法控制。尤其基于容量的放电均衡思路，满足电池组一致性需求同时，还能提高整组电池最大可用容量，提高能量平台，增加汽车续驶里程。

为了解决上述技术问题，本发明一种新能源汽车用电池管理采集子系统装置，包括MCU模块、LTC6802模块、单体电压采集/放电电路、整组和半组采集电路、温度采集模块、CAN通信模块、子采集系统顺序的地址设置模块、电源处理模块和数字光耦隔离模块；

所述LTC6802模块通过单体电压采集/放电电路、整组/半组采集电路和温度采集模块实现电池组电压的12路单体电压多路采集，整组和半组电压采集和16个温度采集；所述LTC6802模块的采集精度为0.005V，并通过SPI数据总线传输给MCU模块；所述LTC6802模块通过SPI总线依次连接至所述数字光耦隔离模块和所述MCU模块，所述MCU模块将采集到的所有电压信号进行数据分析处理；其中，所述数字光耦隔离模块采用ADUM1401，所述数字光耦隔离模块是SPI总线的隔离器，用以电气隔离，此隔离的SPI模拟量采集功能实现了电池组高电压与控制器低电压的隔离采集；所述温度采集电路通过单总线的方式与温度传感器单元连接，所述温度采集电路通过总线方式与所述MCU模块连接；所述MCU模块通过CAN接口总线与上级电池管理系统中的中央控制器连接以实现数据交互；所述单体电压采集/放电电路通过硬线与电池组高压部分相连，以实现电池组单体电压采集前处理；所述电池组与所述整组/半组采集电路相连，通过所述整组/半组采集电路的电阻网络和电压控制功能，将电池组高电压分成低电压，以实现所述电池组半组/整组电压采集前处理；所述单体电压采集/放电电路和所述整组/半组采集电路的另一端均连接至所述LTC6802模块，以实现所有单体电压、整组电压、半组电压信号的采集；所述MCU模块经过所述LTC6802模块的均衡控制策略，并通过采集/放电电路对单体电池实现放电均衡功能；

所述电源管理模块提供整个电池管理采集子系统所需要的电源管理以及所述LTC6802模块所需要的电源管理；所述电源管理模块包括12V电源处理电路和12V转5V的电源处理电路，其中，所述12V电源处理电路是：+24V电源接进POWER+、POWER-两端后经过电源转换芯片TC_506进行电压转换，所述TC_506的2、4引脚输出+12V电；如果采集子系统得到+12V供电，经过12V转5V的电源处理电路中的MC78M05ABDT稳压芯片，将+12V电源转换成+5V电源，所述电源管理模块分别为所述MCU模块、CAN通信模块和温度采集电路供电；所述12V转5V的电源处理电路中还设有防反向击穿二极管D29、保险丝F1和由电容C19和电容C20构成的滤波电路；

所述单体采集/放电电路由RC滤波器和电池均衡放电电路构成，所述RC滤波器由电阻R5和电容C2组成，所述电池均衡放电电路由电阻R4、三极管Q2、稳压二极管D3和电阻R6组成；单体电池正极连接的电池线CELL2通过RC滤波器滤波，再通过稳压二极管D4处理后输出电压采集信号C2FILTER给所述LTC6802模块的A/D转换引脚C2；当电池需要均衡时，所述LTC6802模块的放电控制端S2，对应（哪个模块中的）电路DC2有效，三极管Q2导通，电池通过电阻R4放电；

所述整组和半组电压处理电路包括第一、第二组分压电阻网络，其中第一分压电阻网络包括R38~R43六个电阻，第二分压电阻网络包括R44~R49六个电阻，所述第一分压电阻网络连接有三极管Q13、三极管Q14；所述第二分压电阻网络连接有三极管Q15、三极管Q16；第一、第二组分压网络并联至一三极管Q17，所述三极管Q17控制整组和半组电池测量的低电位端；当需要测试时候：IO控制口GPIO1有效，三极管Q13和三极管Q14导通，整组电压加载在电阻R42和电阻R43上，整组电压分压后输入所述LTC6802模块的A/D输入转换端Vtemp1，从而完成整组电压测量；GPIO2有效，三极管Q15和三极管Q16导通，半组电压加载在电阻R48和电阻R49上，半组电压分压后输入所述LTC6802模块的A/D输入转换端Vtemp2，从而完成半组电压测量，当不测量时，IO控制口GPIO1无效，三极管Q13和三极管Q14截止；GPIO2无效，Q15、Q16截止；当所述LTC6802模块不工作时候，IO控制口WDIB输出为高，此时三极管Q17截止；

所述温度采集电路由两路相同的温度采集分电路构成，两路温度采集分电路对外端口LIN1和LIN2可各挂8个温度传感器，所述温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，所述DS18B20通过单总线与所述MCU模块相连接；所述DS18B20数字温度传感器的信号经过流过压保护器PRTR5V0U2X滤波后，由单总线LIN1RX输出8个温度值给所述MCU模块的一I/O控制口，由单总线LIN2RX输出另外8个温度值给所述MCU模块的另一I/O控制口。

本发明一种新能源汽车用电池管理采集子系统控制方法，包括以下步骤：

1）上电启动新能源汽车用电池管理采集子系统，包括启动电源管理模块，给LTC6802模块上电，MCU模块R8C21237芯片初始化，外围设备的初始化及其状态设定；

2）初始化16位定时器一，启动20ms定时；初始化16位定时器二，启动50ms定时；

3）在第一个20ms计时过程中MCU模块通过SPI总线向LTC6802模块发送A/D转换启动命令，使其开始采集并将12路单体电压、整组电压、半组电压模拟信号转换为数字信号；

4）16位定时器一每20ms计时到，MCU模块相应寄存器标志位置位，程序自动进入20ms定时到中断响应；否则跳转到步骤10）；

5）进入20ms定时到中断响应后，首先清MCU模块相应寄存器标志位，以便程序跳出中断后重新初始化16位定时器一，开始新一轮20ms计时；

6）MCU模块通过SPI总线获取LTC6802模块转换的各类电压值，之后再次启动LTC6802模块采集和A/D转换各类电压数据的功能；

7）MCU模块通过I/O单总线顺序读取16个DS18B20数字温度传感器数值；

8）通过读取采集两次标志是否置位，判断各类电压和温度数据是否都采集了两次；是，顺序执行下步；否则跳转到步骤10）；

9）清采集两次标志位，以便新一轮采集次数标定；计算每两次采集的各类数据对应的平均值，程序跳出20ms定时到中断响应；

10）16位定时器二每50ms计时到，MCU相应寄存器标志位置位，程序自动进入50ms定时到中断响应；否则跳转到步骤13）；

11）进入50ms定时到中断响应后，首先清MCU相应寄存器标志位，以便程序跳出中断后重新初始化16位定时器二，开始新一轮50ms计时；

12）MCU通过CAN通讯模块将步骤9）计算的12路单体电压，整组电压、半组电压和16路温度各自的平均值发送到上级电池管理系统中的中央控制器；程序跳出50ms定时到中断响应；

13）判断CAN通讯模块是否响应上级命令，即当CAN通讯模块接收到上级电池管理系统中的中央控制器标定命令，若是，顺序执行下步，否则，跳转到步骤15）；

14）采集子系统做标定处理；

15）判断所需采集数据是否满足均衡处理算法判定的要求，若是，顺序执行下步；否则，跳转到步骤17）；

16）执行均衡算法识别；

17）判断是否需要均衡处理；

18）执行均衡处理算法，采集子系统控制相应单体电池通路实施均衡放电；

19）如果整个电池管理系统需要进入低功耗模式，上级电池管理系统中的中央控制器给采集子系统断电，采集子系统结束运行，否则跳回步骤4），程序循环运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

电压/温度多路采集的相关硬件设计使每个采集子系统测量电压数目和种类增多，测量温度点数目增多，测量快速且精度高。简化的电路，有效缩小采集板空间，节约成本同时便于实车安装。

CAN总线的应用高效可靠。

半组/成组电压采集，低功耗设计，均衡功能的增加提供电池管理采集子系统整体功能性，尤其基于容量的放电均衡思路，满足电池组一致性需求同时，还能提高整组电池最大可用容量，提高能量平台，增加汽车续驶里程。

附图说明

图1是汽车电池管理系统框架图；

图2是本发明电池管理采集子系统硬件框图；

图3-1是本发明中中央控制器控制采集子系统12V供电通断的电源处理电路；

图3-2是本发明中采集子系统12V转5V的电源处理电路；

图4是本发明中采集子系统采集/放电处理电路；

图5是本发明中采集子系统整组和半组电压处理电路图；

图6是本发明中采集子系统温度采集模块原理图；

图7-1是本发明采集子系统中的LTC6802模块和MCU模块连接原理图；

图7-2是图7-1中所示LTC6802芯片结构图；

图8是本发明中CAN模块电路原理图；

图9是本发明中CAN接收中断响应；

图10是本发明中拨码器子系统地址设置原理图；

图11是本发明电池管理采集子系统控制流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

电池管理系统作为监管电池运行全过程的控制装置，是新能源汽车实用化、商品化的关键技术。主要功能是对动力电池组的各种参数（单体电池与成组电池电压、温度、电流等）进行在线测量，测量基础上对荷电状态（State Of Charge，SOC）和健康状态（State OfHealth，SOH）实时在线估算，同时实施必要的控制措施，包含电池充放电方法、高压绝缘安全保护、电量估计修正、电池故障诊断、热管理、单体电池均衡、通信等几个方面，以保证电池组的安全、高效、长寿命使用，缩减成本。

如图1和图2所示，本发明一种新能源汽车用电池管理系统，包括分别与上级电池管理系统中的中央控制器100连接的多个电池管理采集子系统200-215、多个电池组单元300-315、多个温度传感器单元400-415、风扇500、电阻丝600、高压继电器700、显示屏800、电机控制器900、充电机1000、分流器1100和车身搭铁1200。电池管理采集子系统采用LTC68022005核心技术实现电池组电压的12路单体电压多路采集，整组和半组电压采集，采用温度采集电路2004实现16个温度采集。一个采集子系统带有一片TLC6802，采集精度达到0.005V，并通过SPI数据总线传输给MCU模块2001。如果一个电池管理系统的所述中央控制器100具有4路CAN节点，每个CAN节点同时接入4个如权利要求1所述的电池管理采集子系统，从而实现最多192节单体电池电压的采集、16个整组电压采集、16个半组电压采集和256个温度采集，完全满足目前新能源汽车的使用需求。而且LTC6802测量快速准确，即使在电池组电压超过1000V的情况下，最大测量误差在-40摄氏度至85摄氏度温度范围内保证小于0.25%。电池组中每节电池的电压测量都可以在13ms之内完成，对每节电池均进行了欠压和过压条件监视，并提供了一个相关联的MOSFET开关，用于对过充电电池进行放电，每个LTC6802通过一个1MHz串行接口进行通信，并包括温度传感器输入、GPIO线和一个精准的电压基准。相对目前技术多采用分立元件搭建，利用光电耦合器来切换采集通道，然后通过多路A/D转换器来转换的方法，LTC6802采集频率高，采集周期短，切换过程无干扰，采集精度高。由于往往是4个电池管理采集子系统200同时接到中央控制器一个CAN节点上，所以需要应用地址设定模块2008，所述电池管理采集子系统200-215中的MCU模块2001与上级电池管理系统中的中央控制器100之间连接有地址设定模块2008，通过地址设定模块2008的拨码开关实现所述中央控制器100CAN不同模块的不同ID，使电池管理采集子系统能动态修改CAN的通信ID，从而实现电池管理采集子模块的快速顺序连接。

本发明电池管理采集子系统200是电池管理系统组成成分之一，负责采集电池组各类电压信息、温度信息，周期上报给中央控制器100，同时具备诊断检测和放电均衡功能。如图2所示，本发明一种新能源汽车用电池管理采集子系统，包括MCU模块2001、LTC6802模块2005、单体电压采集/放电电路2002、整组和半组采集电路2003、温度采集模块2004、CAN通信模块2007、子采集系统顺序的地址设置模块2008、电源处理模块2009和数字光耦隔离模块2006。所述LTC6802模块2005通过单体电压采集/放电电路2002、整组/半组采集电路2003和温度采集模块2004实现电池组电压的12路单体电压多路采集，整组和半组电压采集和16个温度采集；所述LTC6802模块2005的采集精度为0.005V，并通过SPI数据总线传输给MCU模块2001；所述LTC6802模块2005通过SPI总线依次连接至所述数字光耦隔离模块2006和所述MCU模块2001，所述MCU模块2001将采集到的所有电压信号进行数据分析处理；其中，所述数字光耦隔离模块采用ADUM1401，所述数字光耦隔离模块2006是SPI总线的隔离器，用以电气隔离，此隔离的SPI模拟量采集功能实现了电池组高电压与控制器低电压的隔离采集；所述温度采集电路2004通过单总线的方式与温度传感器单元400连接，所述温度采集电路2004通过总线方式与所述MCU模块2001连接；所述MCU模块2001是一款8位单片机，主要负责电压、温度数据采集和处理，并通过CAN接口总线2007与上级电池管理系统中的中央控制器100连接以实现数据交互；所述单体电压采集/放电电路2002通过硬线与电池组300高压部分相连，以实现电池组单体电压采集前处理；所述电池组300与所述整组/半组采集电路2003相连，通过所述整组/半组采集电路2003的电阻网络和电压控制功能，将电池组300高电压分成低电压，以实现所述电池组半组/整组电压采集前处理；所述单体电压采集/放电电路2002和所述整组/半组采集电路2003的另一端均连接至所述LTC6802模块2005，以实现所有单体电压、整组电压、半组电压信号的采集；所述MCU模块2001经过均衡控制策略经过所述LTC6802模块2005，并通过采集/放电电路2002对单体电池实现放电均衡功能。

本发明中所述整组/半组采集电路2003拓展运用了LTC6802芯片原本预留用作温度采集的A/D转换器，利用LTC6802芯片这两个A/D转换端口采集温度实际是采集电压信号的原理，实验测算出电压比例因子，对芯片得到的Vtemp1和Vtemp2的数值逆向运算从而计算出实际整组电压和半组电压。新增加的对电池组整组/半组电压的采集功能，采集精度达到0.05V，减少由于单体电压累加带来的误差，为整个电池管理系统控制策略提供更准确的数据支持。还可增加由6802模块2005将各单体电压累加与模块电压、半压的对比，并将其作为故障诊断的判断条件，增加6802对于电池虚接触的故障诊断方法。

采用CAN总线通信方式实现电池管理采集子系统200和中央控制器100间的大容量数据交换，保证数据传输的实时性和可靠性。通过相关硬件设计，每50ms采集子系统发送一次参数采集结果，并相应上级中央控制器100接收中断，进行数据分析处理和标定。

通过中央控制器100和电池管理采集子系统200电源处理电路分别设计，但由中央控制器100MCU的引脚控制采集子系统电源通断的方法，实现系统低功耗功能，工作模式800mA，进入低功耗模式后中央系统控制器2mA，采集子系统控制器0.1mA的极低功耗，为有限电池能量的最大利用提供了基础，具有很好的节能功能；在整组/半组采集电路2003中当不需要整组或半组电压测量时，断开相应测量网络，不消耗功率，也进一步实现采集子系统低功耗设计想法。

电池管理采集子系统需要采集的整组/半组电压/单体电压，这些都是高压，系统设计高低电压分离的原则，分开设计高压和低压电路，通过隔离的SPI数据总线实现数据交换，此隔离的SPI模拟量采集功能实现了电池组高电压与控制器低电压的隔离采集。

电池管理采集子系统控制算法中集成了LTC6802模块控制2005，CAN模块2007数据接收/发送和处理控制，数据标定控制，均衡算法控制。尤其基于容量的放电均衡思路，满足电池组一致性需求同时，还能提高整组电池最大可用容量，提高能量平台，增加汽车续驶里程。

下面详细说明本发明电池管理采集子系统中各模块的构成及工作原理：

1）电源处理2009

电池管理采集子系统20012V电源由中央控制器100提供。为了满足整个电池管理系统低功耗设计功能，在系统进入低功耗时除了中央控制器MCU100和相关唤醒源工作以外，其它外围电路都进入掉电状态，这样更节约能源。于是只要关闭中央控制器100输出给采集子系统的相应12V电源控制电路，采集子系统就断电进入低功耗。所述电源管理模块2009提供整个电池管理采集子系统200所需要的电源管理以及所述LTC6802模块2005所需要的电源管理；如图3-1和图3-2所示，所述电源管理模块包括12V电源处理电路和12V转5V的电源处理电路，其中，所述12V电源处理电路是：+24V电源接进POWER+、POWER-两端后经过电源转换芯片TC_506进行电压转换，所述TC_506的2、4引脚输出+12V电，中央控制器100MCU的I/O引脚输出连接到R8P_EN作为采集子系统+12V电源控制端。当R8P_EN=1时，VT1与VT2相继导通，R8C+12V端输出=VT2的3脚电压，即+12V供电给采集子系统。反之R8P_EN=0时，VT1与VT2都关断，R8C_+12V=0V，+12V电源被切断，采集子系统断电进入低功耗。如果采集子系统得到+12V供电，经过12V转5V的电源处理电路中的MC78M05ABDT稳压芯片，将+12V电源转换成+5V电源，所述电源管理模块2009分别为所述MCU模块2001、CAN通信模块2007和温度采集电路2004供电；所述12V转5V的电源处理电路中还设有防反向击穿二极管D29、防止大电流通过的保险丝F1和由电容C19和电容C20构成的滤波电路。

2）采集子系统MCU模块R8C21237芯片

所述MCU模块2001采用具有CAN接口的8位微控制器，以R8C21237芯片作为标准芯片，所述R8C21237芯片的外设包括8位多功能定时器、16位定时器、时钟同步串行接口、电压检测电路、上电复位电路、高/低速片上振荡器和检测定时器等；同时加入了UART、IIC总线接口、芯片选择时钟同步串行接口、10位A/D转换器和振荡停止检测功能；并配备有硬件LIN模块和CAN模块；所述MCU模块2001的最高工作频率为20MHz，提供48引脚封装拥有丰富的I/O资源同时嵌入了数据闪存（1KB×2块）。

采集子系统主要利用该R8C21237的通用定时器，CAN通信控制器和SPI扩展通讯模块，I/O模拟单总线，I/O采集的ID地址设置等。其中，通用定时器主要用来定时，为LTC68022005的采集提供定时周期；CAN模块2007的主要功能是通过CAN收发器和BMS采集系统中央控制器通信，实现子采集系统200和中央控制器100的数据交换，R8C21237的SPI模块提供R8C21237与LTC6802数据通信，由于R8C21237与LTC6802是隔离的，LTC6802是高压模块，和R8C21237芯片隔离能提高系统安全性与可靠，它们之间通过数字光耦2006来实现数据交换，I/O模拟单总线用于和温度传感器400相连接，通过单总线获取温度传感器的温度；I/O采集的ID通过拨码开关获取拨码开关的值并用来设置不同顺序子采集系统的CAN数据通信的ID，电源处理模块2009为R8C21237芯片提供5V电源。

3）电压/温度多路采集模块

图2所示，每组共12节电池300串联，电池线0接第1节电池端负极，电池线1-11依次接在该节电池正极与下一节电池负极的连接点上，电池线12连接第12节电池正极端，此连接方式用以实现电池单体电压的采集和电池能量的均衡。

12节电池300通过13条物理电池线依次连接进采集/放电电路处理2002的CELL0至CELL12端子，电池线i对应端子CELLi，形成上图电压输入通道。每节电池的单体采集电路在原理上是一样的，现以其中一个单体电池i为例说明。每节单体电池i正级连接的电池线i和负极连接的电池线i-1通过硬线直接连接方式构成电压输入通道CELLi和CELL(i-1)，高压信号进入采集放电电路处理2002，如图4和图7-2所示，通过电路处理后，处理后电压采集通道CiFILTER和处理后电压采集通道C(i-1)FLITER分别输入到LTC68022005的A/D输入转换端Ci与C(i-1)。当i=1时，C0为引脚V-。这样第1至第12节单体电池负正两端所有13根电池线经采集放电电路处理后，依次对应连接到LTC6802的V-,C1,C2,……C12,相邻两两电位作减法运算，形成12路采集电压的A/D输入，对应计算出12节单体电池电压。

如图2、图7-1和图7-2所示，SPI总线通过数字光耦2006实现R8C21237芯片和LTC6802的数据交互，当LTC6802接收到R8C21237芯片发出的数据采集命令后，LTC6802启动A/D转换器将采集放电电路2002处理的12节单体电压模拟值转换成数字信号，并将结果经由数字光耦2006隔离后发送给R8C21237芯片，实现多路单体电压采集。

如图2、图4和图7-2所示，当R8C21237芯片通过均衡算法计算出哪些电池需要做均衡处理时，R8C21237芯片通过数字光耦2006隔离后发送处理命令给LTC6802，LTC6802使对应电池均衡通路控制端有效，通过采集放电电路处理2002给需要均衡的电池放电。例如电池i需要均衡，LTC6802的Si引脚有效，它连接到采集放电电路处理2002的DCi端口，作为均衡通路控制端，通过电阻放电实现均衡。

如图2和图5所示，整组电压采集是从第12节电池的正极端输入信号，半组电压采集是从第6节电池正极端输入信号，它们原理一样。电池组300通过电池线12和电池线6输入电压信号到整组/半组采集电路2003，分别为整组CELL12_CLAMP信号和半组CELL6信号，如图5，他们各自通过整组电压采集电阻网络和半组电压采集电阻网络处理后，输出整组信号VTEMP2和半组信号VTEMP1，这两个信号再输入到LTC6802备用的本用于温度采集的A/D转换输入口Vtemp1和Vtemp2。利用LTC6802芯片这两个端口采集温度实际是采集电压信号的原理，实验测算出电压比例因子，对芯片得到的Vtemp1和Vtemp2的数值逆向运算从而计算出实际整组电压和半组电压。SPI总线通过数字光耦实现R8C21237芯片和LTC6802数据交换，当LTC6802接收到R8C21237芯片发出的整组/半组采集命令后，LTC6802通过芯片本身预留给温度采集的A/D转换器转换并计算出整组/半组电压，并将结果通过数字光耦2006隔离发送给R8C21237芯片，实现整组/半组电压采集。

如图2和图6所示，所述温度采集电路2004由两路相同的温度采集分电路构成，两路温度采集分电路对外端口LIN1和LIN2可各挂8个温度传感器400，所述温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，于是一个采集子系统总共实现16个温度传感器DS18B20挂接，最多同时采集16个温度点。所述DS18B20通过单总线与所述MCU模块相连接；所述DS18B20数字温度传感器的信号经过流过压保护器PRTR5V0U2X滤波后，由单总线LIN1RX和输出8个温度值给所述MCU模块的一I/O控制口，由单总线LIN2RX输出另外8个温度值给所述MCU模块的另一I/O控制口。

具体电路设计如下：

a）采集子系统的采集放电电路2002：

所述的采集子系统采集放电电路处理2002如图4所示，每节电池的单体采集电路在原理上是一样的，现以其中一个单体电池2为例说明。电池2正极连接的电池线CELL2通过R5和C2组成的RC滤波器滤波，再通过稳压二极管D4处理后输出电压采集信号C2FILTER给LTC6802的A/D转换引脚C2。D4是MM3Z6V2T1G，能吸收瞬态脉冲干扰，防止在插拔电池测量线时，有反复接触的干扰和充放电大电压脉冲干扰，保护LTC6802电压采集口，避免瞬态脉冲破坏LTC6802芯片。电阻R4、三极管Q2、稳压二极管D3和电阻R6组成电池均衡放电电路，Q2是NTR4101PT1G，当电池需要均衡时，TLC6802放电控制端S2，对应连接到图4的控制信号DC2有效，三极管Q2导通，电池通过R4放电，从而达到电池组的电压状态比较一致，提高整组电池的寿命。

b)采集子系统的整组/半组采集电路2003

所述整组/半组采集电路2003是实现电池组整组和半组电压采集，LTC6802有两路12位的A/D转换接口Vtemp1和Vtemp2，芯片原本用作温度采集。本发明利用采集温度实际是采集电压信号的原理，通过实验，计算出适合的比例放大因子，将此温度采集接口设计成测量12节电池整组电压和6节电池半组电压的电压采集接口，以便给整个电池管理系统快速充电算法、各组电池箱不一致性分析、SOC估算、诊断算法提供更多可用信息，原理图如图5所示，所述整组和半组电压处理电路包括第一、第二组分压电阻网络，其中第一分压电阻网络包括R38~R43六个电阻，第二分压电阻网络包括R44~R49六个电阻，所述第一分压电阻网络连接有三极管Q13、三极管Q14组成整租电压测试，当需要测试时候，IO控制口GPIO1有效，三极管Q13和三极管Q14导通，整组电压加载在电阻R42和电阻R43上，通过它们分压后输入LTC6802模块的A/D输入转换端Vtemp1，从而完成整组电压测量，当不测量时，GPIO1无效，三极管Q13、三极管Q14截止，这样整组测量系统就不消耗功率，节约能源，实现系统低功耗。所述第二分压电阻网络连接有三极管Q15、三极管Q16形成整组电压测试，当需要测试时候，IO控制口GPIO2有效，三极管Q15和三极管Q16导通，半组电压加载在电阻R48和电阻R49上，通过它们分压后输入LTC6802模块的A/D输入转换端Vtemp2，从而完成半组电压测量，当不测量时，GPIO2无效，三极管Q15、三极管Q16截止，这样半组测量系统就不消耗功率，节约能源，实现系统低功耗。第一第二组分压网络并联至一三极管Q17，三极管Q17是控制整组和半组电池测量的低电位端，当LTC6802不工作时候，其进入低功耗模式，这时候IO控制口WDIB输出为高，此时三极管Q17截止，整组和半组电池测量网络电压就断开，不消耗功率，这样就减少LTC6802系统进入低功耗所消耗的功率。

c）采集子系统温度采集模块：

温度采集电路2004由两路相同的电路构成，每路可同时挂上8个温度传感器400，于是每个采集子系统可采集最多16个电池箱环境点的温度。采用DS18B20来实现，DS18B20是全数字温度转换并带有数字输出功能，先进的单总线数据通信，最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度，12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒，可选择寄生工作方式，检测温度范围为-55°C~+125°C，内置EEPROM，限温报警功能，64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。DS18B20通过单总线和R8C21237芯片相连接，原理图6如下：

电阻R63和R64上拉作用，用于提供总线所需要电流，R82、R83限流作用，防止总线上电流过大，损坏R8C口线，N12采用PRTR5V0U2X，是总线滤波器，用于提高总线抗干扰性能。

d）采集子系统LTC6802模块：

LTC6802和R8C21237芯片通过SPI接口总线相连接，由于电池采集系统是高电压，而R8C21237芯片用的是5V电压，这两部分不能混用，电压电平不一样，容易损坏硬件。本设计用数字光耦隔离这两部分，原理图如图7-1和图7-2：R8C21237芯片的SPI总线接口的MMSCK、MCSBI、MMOSI，即SPI的时钟线、片选线、输出线和数字光耦ADUM1401的输入AI1、AI2、AI3相连接，输入线MMISO和数字光耦ADUM1401的输出线AO4相连接，通过数字光耦隔离后，SPI的输出LCSBI\LSDO\LSDI\LSCK和LTC6802的SPI接口CSBI\SDO\SDI\SCK1相连接，这样，就实现了R8C21237芯片和LTC6802的通信，并将R8C21237芯片的5V系统和LTC6802的高压系统隔离开来，增加系统的可靠性。R59-R62是上拉电阻，R55-R58是限流电阻，N2和N3是PRTR5V0U2X，是一种总线滤波器，用来滤掉总线上的干扰，提高系统稳定性。电容都为去偶电容。

4）CAN模块：

CAN总线收发器采用ON公司的AMIS42655，AMIS42655是一款高性能CAN收发器，满足ISO-11898协议，最高波特率为1M，兼容汽车12V和24V设计，高性能EMC，R8C21237芯片控制器和AMIS42655相连接，实现CAN总线数据的发送和接收。R69和R70是终端反射电阻，ACT45B是共模抑制器，其主要抑制CAN总线上的共模干扰，提高CAN总线的数据稳定性，NUP2105L是ESD和EMI保护器，其能保护CAN总线模块不受大的静电和瞬时脉冲的损坏，用于提高CAN总线的可靠性。原理图如图8。该功能模块除了转发电池管理采集子系统数据给中央控制器100，还能响应上级中央控制器接收中断，接收上级命令分析处理数据及标定数据。过程如图9所示。

每个中央控制器的CAN节点可以带4个子采集系统，一共可以带16个电池管理采集子系统，为了方便在线修改和调整子系统所在的CAN节点位置，本系统设计了16位8241码的拨码开关调整MCU局域CAN网络地址，当希望子采集系统物理连接到哪个中央控制器的CAN接点，就调整拨码开关，设置该子系统的CAN地址，这样就自动修改CAN总线的ID，以便中央控制器和该子系统通信。ADD0-ADD3输入到R8C21237芯片的I/O口线，通过这4个口线来识别该子采集模块的地址，原理图如图10。

如图11所示，本发明一种新能源汽车用电池管理采集子系统控制方法，包括以下步骤：

1）上电启动新能源汽车用电池管理采集子系统，包括启动电源管理模块，给LTC6802模块上电，MCU模块R8C21237芯片初始化，外围设备的初始化及其状态设定；

2）初始化16位定时器一，启动20ms定时；初始化16位定时器二，启动50ms定时；

3）在第一个20ms计时过程中MCU模块通过SPI总线向LTC6802模块发送A/D转换启动命令，使其开始采集并将12路单体电压、整组电压、半组电压模拟信号转换为数字信号；

4）16位定时器一每20ms计时到，MCU模块相应寄存器标志位置位，程序自动进入20ms定时到中断响应。否则跳转到步骤10）；

5）进入20ms定时到中断响应后，首先清MCU模块相应寄存器标志位，以便程序跳出中断后重新初始化16位定时器一，开始新一轮20ms计时；

6）MCU模块通过SPI总线获取LTC6802模块转换的各类电压值，之后再次启动LTC6802模块采集和A/D转换各类电压数据的功能；

7）MCU模块通过I/O单总线顺序读取16个DS18B20数字温度传感器数值；

8）通过读取采集两次标志是否置位，判断各类电压和温度数据是否都采集了两次。是，顺序执行下步。否则跳转到步骤10）；

9）清采集两次标志位，以便新一轮采集次数标定。计算每两次采集的各类数据对应的平均值，程序跳出20ms定时到中断响应；

10）16位定时器二每50ms计时到，MCU相应寄存器标志位置位，程序自动进入50ms定时到中断响应。否则跳转到步骤13）；

11）进入50ms定时到中断响应后，首先清MCU相应寄存器标志位，以便程序跳出中断后重新初始化16位定时器二，开始新一轮50ms计时；

12）MCU通过CAN通讯模块将步骤9）计算的12路单体电压，整组电压、半组电压和16路温度各自的平均值发送到上级电池管理系统中的中央控制器；程序跳出50ms定时到中断响应；

13）判断CAN通讯模块是否响应上级命令，即当CAN通讯模块接收到上级电池管理系统中的中央控制器标定命令，若是，顺序执行下步，否则，跳转到步骤15）；

14）采集子系统做标定处理；

15）判断所需采集数据是否满足均衡处理算法判定的要求，若是，顺序执行下步；否则，跳转到步骤17）；

16）执行均衡算法识别；

17）判断是否需要均衡处理；

18）执行均衡处理算法，采集子系统控制相应单体电池通路实施均衡放电；

19）如果整个电池管理系统需要进入低功耗模式，上级电池管理系统中的中央控制器给采集子系统断电，采集子系统结束运行，否则跳回步骤4），程序循环运行。

本发明控制方法中设涉及到的有关均衡控制的概念有：

（1）充满电是指：电池容量达到额定容量Q，单位安时，符号Ah。一个模块是指：一个采集子系统对应的12节串联单体电池构成下面提到的一个模块。

（2）MCU模块执行均衡算法识别的前提是采集的电压数据有效。均衡算法识别的时刻是当电动汽车没有运行的时段，即电池充分静置2小时后。

（3）均衡算法识别步骤如下：

1-A)当系统检测到电池充分静置2h后，每个采集子系统读取此刻12节单体电压值，即此刻各单体的开路电压值；利用SOC-OCV曲线和单体电池额定容量，反查表计算出当前各单体实际容量Qsingle_mi，单位安时，符号Ah；m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；

1-B)计算各单体从当前时刻到充满电还需要充入的容量，即可充容量Qcharge_single_mi，单位安时，符号Ah；m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；

Qcharge_single_mi=Q-Qsingle_mi

1-C)计算一个模块内各单体可充容量的最大值、最小值，以及两者的平均值；

Qcharge_single_mmin=min{Qcharge_single_m1,Qcharge_single_m2,…Qcharge_single_m12}

Qcharge_single_mmax=max{Qcharge_single_m1,Qcharge_single_m2,…Qcharge_single_m12}

Qcharge_single_mave=1/2(Qcharge_single_mmin+Qcharge_single_mmax)

1-D)计算单体可充容量的最大值、最小值分别与平均值差距占平均值的比例；如果比例绝对值都>5%，则该模块内相应单体进入均衡放电阶段；

|ηcharge_single_mmin|=|(Qcharge_single_mmin-Qcharge_single_mave)/Qcharge_single_mave|

|ηcharge_single_mmax|=|(Qcharge_single_mmax-Qcharge_single_mave)/Qcharge_single_mave|

如果|ηcharge_single_mmin|>5%且|ηcharge_single_mmax|>5%，则该模块内相应单体电池进入均衡放电；

1-E)模块内需要均衡的个体单体的判定；

在步骤1-D)的基础上，只要当前时刻单体电池可充容量Qcharge_single_mi小于模块内电池平均可充容量Qcharge_single_mave的所有单体电池，表示它们当前时刻容量平台和电压平台都相对较高，都需进入均衡放电阶段；每节电池需要均衡放电的容量Qdischarge_single_mi不等，单位安时，符号Ah；m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；即：

如果Qcharge_single_mi＜Qcharge_single_mave，则单体电池mi进入均衡放电，m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；放电容量为:

Qdischarge_single_mi=Qcharge_single_mave-Qcharge_single_mi；

如果Qcharge_single_mi＞Qcharge_single_mave，则单体电池mi不进入均衡放电，m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；放电容量为Qdischarge_single_mi＝0；

1-F)模块可充容量的计算

当前时刻即电池组静置2h时刻，在步骤1-E)的基础上，可推算出如果该模块内相应单体电池均衡放电完毕后，该模块的可充容量Qcharge_module_m，单位安时，符号Ah；

m表示该模块标号；

Qcharge_module_m=Qcharhe_single_mave

1-G)整车各模块整体是否需要均衡的判定；

与判定模块内需要均衡个体单体的方法类似；整车电池组由许多模块构成；采集子系统通过与上级电池管理系统中的中央控制器的CAN通信，可实时获取其他采集子系统对应的模块电池组整体的信息，为下面算法提供数据依据；

计算整车上各模块可充容量的最大值、最小值，以及两者的平均值；m表示各模块标号；

Qcharge_module_min=min{Qcharge_module_1,Qcharge_module_2,…Qcharge_module_m}

Qcharge_module_max=max{Qcharge_module_1,Qcharge_module_2,…Qcharge_module_m}

Qcharge_module_ave=1/2(Qcharge_module_min+Qcharge_module_max)

计算整车上各模块可充容量的最大值、最小值分别与平均值差距占平均值的比例；如果比例绝对值都>5%，则相应模块进入均衡放电阶段；

|ηcharge_module_min|=|(Qcharge_module_min-Qcharge_module_ave)/Qcharge_module_ave|

|ηcharge_module_max|=|(Qcharge_module_max-Qcharge_module_ave)/Qcharge_module_ave|

如果|ηcharge_module_min|>5%且|ηcharge_module_max|>5%，则整车上对应的模块整体进入均衡放电；

1-H)计算整车各模块整体需要均衡放电的容量；

在步骤1-G)的基础上，只要计算出的模块可充容量Qcharge_module_m小于整车模块平均可充容量Qcharge_module_ave的，表示该模块整体容量平台和电压平台都相对较高，该模块整体所有串联电池都需进入均衡放电阶段；整车各模块放电的容量Qdischarge_module_m不等，单位安时，符号Ah；m表示模块标号；即：

如果Qcharge_module_m<Qcharge_module_ave，则模块m整体所有电池需同时进入均衡放电，模块整体放电容量为:

Qdischarge_module_m=Qcharge_module_ave-Qcharge_module_m；

如果Qcharge_module_m>Qcharge_module_ave，则模块m整体所有电池不需同时进入均衡放电，模块整体放电容量为Qdischarge_module_m=0。

（4）执行均衡处理算法包括以下步骤：

2-A)在所述均衡处理算法中，既判定了模块内各单体电池是否需要独立均衡的条件，也判定了模块整体是否需要让该模块内所有串联电池同时均衡的条件；作为单体电池，在均衡条件满足的情况下，只要将两种判定方法计算出的放电均衡容量叠加，便得到每节电池需要放电均衡的容量Qdischarge_i，单位安时，符号Ah；m表示模块标号，i表示m模块内单体电池标号，即：

Qdischarge_i=Qdischarge_module_m+Qdischarge_single_mi

2-B)判定单体电池需要进入均衡后，采集子系统打开该电池对应的均衡放电通路，放电电流0.1安；于是每个采集子系统可计算出其对应模块内每节单体电池均衡放电时间Ti；单位小时，符号h；

Ti=Qdischarge_i/0.1；

2-C)各节单体电池通路按0.1安均衡电流实施均衡放电，直到计算的均衡放电时间Ti达到，均衡结束；或者在均衡的过程中，整车再次满足2h静置的均衡算法识别时机，则停止均衡，重新执行均衡识别算法，按新的均衡容量重新开始新一轮放电均衡；

2-D)这种均衡算法的识别和处理执行方法，一方面将模块内各单体电池实际容量的峰峰值容量差距从10%缩减到5%，一方面将整车上各模块整体实际容量的峰峰值容量差距从10%缩减到5%，提高了整车各单体电池的一致性；另一方面对实际容量平台和电压平台相对较高的模块整体和模块内的个别单体均衡放电，降低他们的容量和电压平台，实际是提高了整车电池组下次使用时的最大可用容量，那么整车在下一次充电时，整车电池组可充入更多容量，提高电动车续驶能力。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种新能源汽车电池管理采集子系统，其特征在于：包括MCU模块（2001）、LTC6802模块（2005）、单体电压采集/放电电路（2002）、整组和半组采集电路（2003）、温度采集模块（2004）、CAN通信模块（2007）、子采集系统顺序的地址设置模块（2008）、电源处理模块（2009）和数字光耦隔离模块（2006）；

所述LTC6802模块（2005）通过单体电压采集/放电电路（2002）、整组/半组采集电路（2003）和温度采集模块（2004）实现电池组电压的12路单体电压多路采集，整组和半组电压采集和16个温度采集；所述LTC6802模块（2005）的采集精度为0.005V，并通过SPI数据总线传输给MCU模块（2001）；所述LTC6802模块（2005）通过SPI总线依次连接至所述数字光耦隔离模块（2006）和所述MCU模块（2001），所述MCU模块（2001）将采集到的所有电压信号进行数据分析处理；其中，所述数字光耦隔离模块采用ADUM1401，所述数字光耦隔离模块（2006）是SPI总线的隔离器，用以电气隔离，此隔离的SPI模拟量采集功能实现了电池组高电压与控制器低电压的隔离采集；所述温度采集电路（2004）通过单总线的方式与温度传感器单元（400）连接，所述温度采集电路（2004）通过总线方式与所述MCU模块（2001）连接；所述MCU模块（2001）通过CAN接口总线（2007）与上级电池管理系统中的中央控制器（100）连接以实现数据交互；所述单体电压采集/放电电路（2002）通过硬线与电池组（300）高压部分相连，以实现电池组单体电压采集前处理；所述电池组（300）与所述整组/半组采集电路（2003）相连，通过所述整组/半组采集电路（2003）的电阻网络和电压控制功能，将电池组（300）高电压分成低电压，以实现所述电池组半组/整组电压采集前处理；所述单体电压采集/放电电路（2002）和所述整组/半组采集电路（2003）的另一端均连接至所述LTC6802模块（2005），以实现所有单体电压、整组电压、半组电压信号的采集；所述MCU模块（2001）经过所述LTC6802模块（2005）的均衡控制策略，并通过采集/放电电路（2002）对单体电池实现放电均衡功能；

所述电源管理模块（2009）提供整个电池管理采集子系统（200）所需要的电源管理以及所述LTC6802模块（2005）所需要的电源管理；所述电源管理模块包括12V电源处理电路和12V转5V的电源处理电路，其中，所述12V电源处理电路是：+24V电源接进POWER+、POWER-两端后经过电源转换芯片TC_506进行电压转换，所述TC_506的2、4引脚输出+12V电；如果采集子系统得到+12V供电，经过12V转5V的电源处理电路中的MC78M05ABDT稳压芯片，将+12V电源转换成+5V电源，所述电源管理模块（2009）分别为所述MCU模块（2001）、CAN通信模块（2007）和温度采集电路（2004）供电；所述12V转5V的电源处理电路中还设有防反向击穿二极管D29、保险丝F1和由电容C19和电容C20构成的滤波电路；

所述单体采集/放电电路（2002）由RC滤波器和电池均衡放电电路构成，所述RC滤波器由电阻R5和电容C2组成，所述电池均衡放电电路由电阻R4、三极管Q2、稳压二极管D3和电阻R6组成；单体电池正极连接的电池线CELL2通过RC滤波器滤波，再通过稳压二极管D4处理后输出电压采集信号C2FILTER给所述LTC6802模块（2005）的A/D转换引脚C2；当电池需要均衡时，所述LTC6802模块的放电控制端S2，对应（哪个模块中的）电路DC2有效，三极管Q2导通，电池通过电阻R4放电；

所述整组和半组电压处理电路包括第一、第二组分压电阻网络，其中第一分压电阻网络包括R38~R43六个电阻，第二分压电阻网络包括R44~R49六个电阻，所述第一分压电阻网络连接有三极管Q13、三极管Q14；所述第二分压电阻网络连接有三极管Q15、三极管Q16；第一第二组分压网络并联至一三极管Q17，所述三极管Q17控制整组和半组电池测量的低电位端；当需要测试时候：IO控制口GPIO1有效，三极管Q13和三极管Q14导通，整组电压加载在电阻R42和电阻R43上，整组电压分压后输入所述LTC6802模块的A/D输入转换端Vtemp1，从而完成整组电压测量；GPIO2有效，三极管Q15和三极管Q16导通，半组电压加载在电阻R48和电阻R49上，半组电压分压后输入所述LTC6802模块的A/D输入转换端Vtemp2，从而完成半组电压测量，当不测量时，IO控制口GPIO1无效，三极管Q13和三极管Q14截止；GPIO2无效，Q15、Q16截止；当所述LTC6802模块不工作时候，IO控制口WDIB输出为高，此时三极管Q17截止；

所述温度采集电路（2004）由两路相同的温度采集分电路构成，两路温度采集分电路对外端口LIN1和LIN2可各挂8个温度传感器（400），所述温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，所述DS18B20通过单总线与所述MCU模块相连接；所述DS18B20数字温度传感器的信号经过流过压保护器PRTR5V0U2X滤波后，由单总线LIN1RX输出8个温度值给所述MCU模块的一I/O控制口，由单总线LIN2RX输出另外8个温度值给所述MCU模块的另一I/O控制口。

2.根据权利要求1所述新能源汽车电池管理采集子系统，其特征在于：所述MCU模块（2001）采用具有CAN接口的8位微控制器，以R8C21237芯片作为标准芯片，所述R8C21237芯片的外设包括8位多功能定时器、16位定时器、时钟同步串行接口、电压检测电路、上电复位电路、高/低速片上振荡器和检测定时器；并设有UART、IIC总线接口、芯片选择时钟同步串行接口、10位A/D转换器和振荡停止检测功能；并配备有硬件LIN模块和CAN模块；所述MCU模块（2001）的最高工作频率为20MHz，具有48个I/O引脚，并嵌入有2块数据闪存。

3.一种新能源汽车电池管理系统，其特征在于：包括分别与上级电池管理系统中的中央控制器（100）连接的多个电池管理采集子系统（200-215）、多个电池组单元（300-315）、多个温度传感器单元（400-415）、风扇（500）、电阻丝（600）、高压继电器（700）、显示屏（800）、电机控制器（900）、充电机（1000）、分流器（1100）和车身搭铁（1200）；所述中央控制器（100）具有4路CAN节点，每个CAN节点同时接入4个如权利要求1所述的电池管理采集子系统，从而实现最多192节单体电池电压的采集、16个整组电压采集、16个半组电压采集和256个温度采集；

所述电池管理采集子系统（200-215）中的MCU模块（2001）与上级电池管理系统中的中央控制器（100）之间连接有地址设定模块（2008），通过地址设定模块（2008）的拨码开关实现所述中央控制器（100）CAN不同模块的不同ID，使电池管理采集子系统能动态修改CAN的通信ID，从而实现电池管理采集子模块的快速顺序连接。

4.一种新能源汽车电池管理采集子系统控制方法，其特征在于，利用如权利要求1或2所述新能源汽车用电池管理采集子系统的控制方法包括以下步骤：

1）上电启动新能源汽车用电池管理采集子系统，包括启动电源管理模块，给LTC6802模块上电，MCU模块R8C21237芯片初始化，外围设备的初始化及其状态设定；

2）初始化16位定时器一，启动20ms定时；初始化16位定时器二，启动50ms定时；

3）在第一个20ms计时过程中MCU模块通过SPI总线向LTC6802模块发送A/D转换启动命令，使其开始采集并将12路单体电压、整组电压、半组电压模拟信号转换为数字信号；

4）16位定时器一每20ms计时到，MCU模块相应寄存器标志位置位，程序自动进入20ms定时到中断响应；否则跳转到步骤10）；

5）进入20ms定时到中断响应后，首先清MCU模块相应寄存器标志位，以便程序跳出中断后重新初始化16位定时器一，开始新一轮20ms计时；

6）MCU模块通过SPI总线获取LTC6802模块转换的各类电压值，之后再次启动LTC6802模块采集和A/D转换各类电压数据的功能；

7）MCU模块通过I/O单总线顺序读取16个DS18B20数字温度传感器数值；

8）通过读取采集两次标志是否置位，判断各类电压和温度数据是否都采集了两次；是，顺序执行下步；否则跳转到步骤10）；

9）清采集两次标志位，以便新一轮采集次数标定；计算每两次采集的各类数据对应的平均值，程序跳出20ms定时到中断响应；

10）16位定时器二每50ms计时到，MCU相应寄存器标志位置位，程序自动进入50ms定时到中断响应；否则跳转到步骤13）；

11）进入50ms定时到中断响应后，首先清MCU相应寄存器标志位，以便程序跳出中断后重新初始化16位定时器二，开始新一轮50ms计时；

12）MCU通过CAN通讯模块将步骤9）计算的12路单体电压，整组电压、半组电压和16路温度各自的平均值发送到上级电池管理系统中的中央控制器；程序跳出50ms定时到中断响应；

13）判断CAN通讯模块是否响应上级命令，即当CAN通讯模块接收到上级电池管理系统中的中央控制器标定命令，若是，顺序执行下步，否则，跳转到步骤15）；

14）采集子系统做标定处理；

15）判断所需采集数据是否满足均衡处理算法判定的要求，若是，顺序执行下步；否则，跳转到步骤17）；

16）执行均衡算法识别；

17）判断是否需要均衡处理；

18）执行均衡处理算法，采集子系统控制相应单体电池通路实施均衡放电；

19）如果整个电池管理系统需要进入低功耗模式，上级电池管理系统中的中央控制器给采集子系统断电，采集子系统结束运行，否则跳回步骤4），程序循环运行。

5.根据权利要求4所述新能源汽车电池管理采集子系统控制方法，其中，所述均衡算法识别步骤如下：

1-A)当系统检测到电池充分静置2h后，每个采集子系统读取此刻12节单体电压值，即此刻各单体的开路电压值；利用SOC-OCV曲线和单体电池额定容量，反查表计算出当前各单体实际容量Qsingle_mi，单位安时，符号Ah；m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；

1-B)计算各单体从当前时刻到充满电还需要充入的容量，即可充容量Qcharge_single_mi，单位安时，符号Ah；m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；

Qcharge_single_mi=Q-Qsingle_mi

1-C)计算一个模块内各单体可充容量的最大值、最小值，以及两者的平均值；

Qcharge_single_mmin=min{Qcharge_single_m1,Qcharge_single_m2,…Qcharge_single_m12}

Qcharge_single_mmax=max{Qcharge_single_m1,Qcharge_single_m2,…Qcharge_single_m12}

Qcharge_single_mave=1/2(Qcharge_single_mmin+Qcharge_single_mmax)

1-D)计算单体可充容量的最大值、最小值分别与平均值差距占平均值的比例；如果比例绝对值都>5%，则该模块内相应单体进入均衡放电阶段；

|ηcharge_single_mmin|=|(Qcharge_single_mmin-Qcharge_single_mave)/Qcharge_single_mave|

|ηcharge_single_mmax|=|(Qcharge_single_mmax-Qcharge_single_mave)/Qcharge_single_mave|

如果|ηcharge_single_mmin|>5%且|ηcharge_single_mmax|>5%，则该模块内相应单体电池进入均衡放电；

1-E)模块内需要均衡的个体单体的判定；

在步骤1-D)的基础上，只要当前时刻单体电池可充容量Qcharge_single_mi小于模块内电池平均可充容量Qcharge_single_mave的所有单体电池，表示它们当前时刻容量平台和电压平台都相对较高，都需进入均衡放电阶段；每节电池需要均衡放电的容量Qdischarge_single_mi不等，单位安时，符号Ah；m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；即：

如果Qcharge_single_mi＜Qcharge_single_mave，则单体电池mi进入均衡放电，m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；放电容量为:

Qdischarge_single_mi=Qcharge_single_mave-Qcharge_single_mi；

如果Qcharge_single_mi＞Qcharge_single_mave，则单体电池mi不进入均衡放电，m表示该模块标号，i表示m模块内各单体标号；放电容量为Qdischarge_single_mi＝0；

1-F)模块可充容量的计算

当前时刻即电池组静置2h时刻，在步骤1-E)的基础上，可推算出如果该模块内相应单体电池均衡放电完毕后，该模块的可充容量Qcharge_module_m，单位安时，符号Ah；m表示该模块标号；

Qcharge_module_m=Qcharhe_single_mave

1-G)整车各模块整体是否需要均衡的判定；

与判定模块内需要均衡个体单体的方法类似；整车电池组由许多模块构成；采集子系统通过与上级电池管理系统中的中央控制器的CAN通信，可实时获取其他采集子系统对应的模块电池组整体的信息，为下面算法提供数据依据；

计算整车上各模块可充容量的最大值、最小值，以及两者的平均值；m表示各模块标号；

Qcharge_module_min=min{Qcharge_module_1,Qcharge_module_2,…Qcharge_module_m}

Qcharge_module_max=max{Qcharge_module_1,Qcharge_module_2,…Qcharge_module_m}

Qcharge_module_ave=1/2(Qcharge_module_min+Qcharge_module_max)

计算整车上各模块可充容量的最大值、最小值分别与平均值差距占平均值的比例；如果比例绝对值都>5%，则相应模块进入均衡放电阶段；

|ηcharge_module_min|=|(Qcharge_module_min-Qcharge_module_ave)/Qcharge_module_ave|

|ηcharge_module_max|=|(Qcharge_module_max-Qcharge_module_ave)/Qcharge_module_ave|

如果|ηcharge_module_min|>5%且|ηcharge_module_max|>5%，则整车上对应的模块整体进入均衡放电；

1-H)计算整车各模块整体需要均衡放电的容量；

在步骤1-G)的基础上，只要计算出的模块可充容量Qcharge_module_m小于整车模块平均可充容量Qcharge_module_ave的，表示该模块整体容量平台和电压平台都相对较高，该模块整体所有串联电池都需进入均衡放电阶段；整车各模块放电的容量Qdischarge_module_m不等，单位安时，符号Ah；m表示模块标号；即：

如果Qcharge_module_m<Qcharge_module_ave，则模块m整体所有电池需同时进入均衡放电，模块整体放电容量为:

Qdischarge_module_m=Qcharge_module_ave-Qcharge_module_m；

如果Qcharge_module_m>Qcharge_module_ave，则模块m整体所有电池不需同时进入均衡放电，模块整体放电容量为Qdischarge_module_m=0。

6.根据权利要求5所述新能源汽车电池管理采集子系统控制方法，其中，所述均衡处理算法包括以下步骤：

2-A)在所述均衡处理算法中，既判定了模块内各单体电池是否需要独立均衡的条件，也判定了模块整体是否需要让该模块内所有串联电池同时均衡的条件；作为单体电池，在均衡条件满足的情况下，只要将两种判定方法计算出的放电均衡容量叠加，便得到每节电池需要放电均衡的容量Qdischarge_i，单位安时，符号Ah；m表示模块标号，i表示m模块内单体电池标号，即：

Qdischarge_i=Qdischarge_module_m+Qdischarge_single_mi

2-B)判定单体电池需要进入均衡后，采集子系统打开该电池对应的均衡放电通路，放电电流0.1安；于是每个采集子系统可计算出其对应模块内每节单体电池均衡放电时间Ti；单位小时，符号h；

Ti=Qdischarge_i/0.1；

2-C)各节单体电池通路按0.1安均衡电流实施均衡放电，直到计算的均衡放电时间Ti达到，均衡结束；或者在均衡的过程中，整车再次满足2h静置的均衡算法识别时机，则停止均衡，重新执行均衡识别算法，按新的均衡容量重新开始新一轮放电均衡；

2-D)这种均衡算法的识别和处理执行方法，一方面将模块内各单体电池实际容量的峰峰值容量差距从10%缩减到5%，一方面将整车上各模块整体实际容量的峰峰值容量差距从10%缩减到5%，提高了整车各单体电池的一致性；另一方面对实际容量平台和电压平台相对较高的模块整体和模块内的个别单体均衡放电，降低他们的容量和电压平台，实际是提高了整车电池组下次使用时的最大可用容量，那么整车在下一次充电时，整车电池组可充入更多容量，提高电动车续驶能力。

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