CN103399198B - 一种具有soc计算功能的电流传感器辅助装置 - Google Patents

Abstract

一种具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置，其包括电流传感器、电源模块、AD采集电路、微处理器、CAN控制器、CAN收发器和接插口，电流传感器信号端与AD采集电路相连接，AD采集电路信号输出端与微处理器连接，微处理器与CAN收发器相连接。将此装置连接在BMS主板的CAN总线上，以CAN总线方式通讯，具有传速快、抗干扰强特点；将采集的电流进行安时积分法计算SOC值，以高速、高精度的方式实现SOC计算；以上所有部件均集成安装在，实现电流信号的零距离采集，预防及降低了整车电磁干扰对电流采集线的影响。

Description

一种具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置

技术领域

本发明属于BMS（电池管理系统）技术领域，特别涉及SOC（荷电状态,state ofcharge）计算及诊断应用技术。

背景技术

随着环境、社会及政府的需要和推进，新能源汽车将成为未来汽车工业发展的趋势和重点方向。而电池一直是新能源汽车发展的瓶颈，电池的各种参数（容量、内阻、充放电效率、SOC等）决定着整车的续驶历程、电池寿命、扭矩管理等重要功能。其中SOC作为新能源汽车整车控制中一个重要的参数，它的计算精度将直接影响整车扭矩管理的准确性、充放电模式切换的有效性等。SOC为荷电状态，目前最为准确的SOC计算方法为安时积分和开路电压的结合法，其中安时积分法为充放电电流对时间的积分值与电池容量的比值，故SOC的计算直接与电流的采集精度有关。而目前众多电池管理系统（BMS）在计算SOC时均由BMS主板IO通过导线直接连接电流传感器（霍尔型或分流器）采集电流，然后在BMS主板芯片中进行SOC计算，通常新能源汽车均存在高压及电机环境，电磁干扰比较大，同时电流传感器与BMS主板之间存在若干导线，通常会导致BMS主板采集的电流发生跳动或零飘，以致SOC计算值受到影响。

发明内容

本发明是提供一种操作简单、低成本、抗干扰强、具有SOC计算功能且精度高的电流传感器辅助装置。

本发明的技术方案如下：

一种具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置，其包括电流传感器（分流器式或霍尔式等）、防护壳体、电源模块、AD采集电路、微处理器、CAN控制器、CAN收发器、接插口等。电流传感器与电源模块相连接为电流传感器提供工作电源（注：若不需要供电则不连接），同时电流传感器信号端与AD采集电路相连接，AD采集电路再与微处理器连接，微处理器与CAN收发器相连接；其中AD采集电路、微处理器、CAN收发器的工作电源均由电源模块提供，以上所有部件均集成安装在防护壳中。以上部件中：

所述AD采集电路采集电流传感器输出的电压信号，并对电压信号进行AD转换传输给微处理器。

所述微处理器负责电流换算、SOC计算、CAN控制器的初始化和通过控制CAN控制器实现数据的发送和接收任务。

所述CAN控制器与CAN收发器共同完成CAN的通讯协议和报文发送、接收。

所述接插口有：低压电源输入接口，是为电源模块提供12V输入的外部接口；程序烧写接口，是为微处理器进行烧写程序时与外部烧写工具连接的接口；CAN总线接口，是本装置与BMS总线连接的外部接口。

所述电源模块用来实现5V电压的转换，为所有用电元器件提供工作电源。

本发明的原理在于只要外部提供12V电源，整个装置均可独立工作发出CAN通讯，在实车应用中可以将此装置连接在BMS主板的CAN总线上即可。其整个装置的防护壳体具有屏蔽作用，实现了电流信号的零距离采集，避免了电流传感器与BMS的长距离硬线连接，预防及降低了整车电磁干扰对电流采集线的影响。同时此装置与BMS主板间的连接通讯方式为CAN总线，具有传速快、抗干扰强特点。此装置将采集的电流进行安时积分法计算SOC值，减少了BMS主板的运算量、电器原件及电路的复杂度、降低其成本和开发周期。并以高速、高精度的方式实现了SOC计算。

附图说明

图1为一种具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1所示，具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置由电流传感器1、防护壳体2、AD采集电路3、微处理器4、CAN控制器5、CAN收发器6、CAN总线接口7、程序烧写接口8、电源模块9、低压电源输入接口10、5V电压预留接口11、电器部件锁止固定卡子12组成。

电流传感器1通过锁止固定卡子12固定在防护壳体2内，防护壳体2由上下表面镀塑的铝塑板或箔塑板冲压成型，整个防护壳可以构成一个密闭的金属屏蔽结构，有效防止电磁干扰。电流传感器1的信号端连接至AD采集电路3上，AD采集电路3的输出端与微处理器4相连接，微处理器4与CAN控制器5相连接，CAN控制器5与CAN收发器6连接，CAN总线接口7与CAN收发器6相连接，程序烧写接口8与微处理器4连接，3、4、5、6的工作电源均由电源模块9提供。

电流传感器1可以为不同类型传感器（如：分流器式、霍尔式等），图1中的电流传感器为分流器式，若选用霍尔式时，其霍尔式电流传感器的供电由5V电压预留接口11提供。

AD采集电路3用来采集电流传感器1输出的电压信号，并对电压信号进行AD转换传输给微处理器4。

微处理器4负责电流换算、SOC计算、CAN控制器5的初始化和通过控制CAN控制器实现数据的发送和接收等通讯任务。

CAN控制器5与CAN收发器6共同完成CAN的通讯协议和报文发送、接收。

电源模块9用来实现5V电压的转换，为所有供电元器件提供工作电源。

低压电源输入接口10是为电源模块9提供12V输入的外部接口。

程序烧写接口8是为微处理器进行烧写程序时与外部烧写工具连接的接口。

CAN总线接口7是此装置的CAN收发器6与BMS的CAN总线连接的外部接口。

此装置对SOC计算的整个实现过程如下：

1、正确连接整个辅助装置：将图1整个装置串接在汽车用动力电池中间（即图1装置的电流传感器标有“-”符号的一端连接单体负极）或负极输出端（即图1装置的电流传感器标有“-”符号的一端位置），CAN收发器6通过CAN总线接口7与BMS的CAN总线连接。

2、电流的换算与SOC计算：正确连接硬件后，并给此装置供电后，将会正常工作，图1装置中AD采集电路将会采集电流传感器的信号端电压信号并传输给微处理器，其微处理器根据传感器手册（假设：图1中电流传感器（特性为75mV/300A的分流器）），对当前采集的电压U（mV）进行电流换算，则图1装置采集的电流为I=300*U/75，并对I进行时间积分，则得到的SOC当前值为：

SOC=SOC(初)+(∫₀ ^tIdt/C*100%)

C为动力电池的容量（Ah）；

SOC(初)为初始化时动力电池开路电压对应的SOC值；（注：SOC(初)的计算为查表式，在图1装置中SOC(初)的来源可以有两种：一种为BMS主板采集总电压后进行查表，然后以CAN信号发送SOC(初)值给图1装置CAN收发器；另一种为BMS主板通过CAN信号发送电池总电压给图1装置CAN收发器，然后图1中微处理器自行查表得到SOC(初)值）。

3、电流及SOC的CAN信号发送：通过微处理器4的计算后将其SOC值、电流值赋值与CAN控制器，CAN控制器与CAN收发器将其赋值遵循CAN通讯协议，设定固定ID以一帧报文发送给CAN总线上，从而BMS通过CAN总线接收到电流及SOC值。

Claims (6)

1.一种具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置，其特征在于其包括电流传感器、防护壳体、电源模块、AD采集电路、微处理器、CAN控制器、CAN收发器和接插口；所述电流传感器信号端与AD采集电路相连接，AD采集电路信号输出端与微处理器连接，微处理器与CAN收发器相连接；

其中AD采集电路、微处理器、CAN收发器的工作电源均由电源模块提供，以上所有部件均集成安装在防护壳体中；

所述AD采集电路采集电流传感器输出的电压信号，并对电压信号进行AD转换传输给微处理器；

所述微处理器负责电流换算、SOC计算、CAN控制器的初始化和通过控制CAN控制器实现数据的发送和接收任务；

所述CAN控制器与CAN收发器共同完成CAN的通讯协议和报文发送、接收；

所述接插口有：低压电源输入接口，是为电源模块提供12V输入的外部接口；程序烧写接口，是为微处理器进行烧写程序时与外部烧写工具连接的接口；CAN总线接口，是本装置与BMS总线连接的外部接口；

所述电源模块用来实现5V电压的转换，为所有用电元器件提供工作电源;

所述装置的电流传感器串接在汽车用动力电池包中间或负极输出端位置，装置的CAN总线接口连接于BMS主板的CAN总线上。

2.根据权利要求1所述的具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置，其特征在于所述电流传感器为分流器式或霍尔式电流传感器。

3.根据权利要求1或2所述的具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置，其特征在于所述电流传感器通过锁止固定卡子固定在防护壳体内。

4.根据权利要求1或2所述的具有SOC计算功能的电流传感器辅助装置，其特征在于，所述防护壳体由上下表面镀塑的铝塑板或箔塑板冲压成型，整个防护壳体构成一个密闭的金属屏蔽结构。

5.利用权利要求1-4之任一项所述的装置进行SOC计算的方法，其过程如下：

（1）连接整个辅助装置：将所述装置的电流传感器串接在汽车用动力电池包中间或负极输出端位置，将CAN收发器通过CAN总线接口与BMS的CAN总线连接；

（2）电流的换算与SOC计算：给装置供电开始工作，AD采集电路采集电流传感器的信号端电压信号传输给微处理器，微处理器根据传感器手册对当前采集的电压U（mV）进行电流换算，并对采集的电流I进行时间积分，得到的SOC当前值; 所述SOC当前值的计算公式如下：SOC=SOC(初)+(∫₀ ^tIdt/C*100%)

其中，C为动力电池的容量（Ah）；SOC(初)为初始化时动力电池开路电压对应的SOC值；

（3）电流及SOC的CAN信号发送：通过微处理器的计算后将其SOC值、电流值赋值与CAN控制器，CAN控制器与CAN收发器将其赋值遵循CAN通讯协议，设定固定ID以一帧报文发送给CAN总线，从而BMS通过CAN总线接收到电流及SOC值。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述SOC(初)为查表获得，来源有两种：一种为BMS主板采集总电压后进行查表获得SOC(初)值，然后以CAN信号发送SOC(初)值给CAN收发器；另一种为BMS主板通过CAN信号发送电池总电压给CAN收发器，然后微处理器自行查表得到SOC(初)值。