CN104009519B - 微型电动车电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电动车电池管理技术领域，提供一种微型电动车电池管理系统，包括充电机、动力电池组、电机驱动器，所述充电机与动力电池组之间设有第一接触器、所述动力电池组与电机驱动器之间设有第二接触器，所述系统还包括采集单元、控制单元及通信单元，所述控制单元根据获取到的电压、电流、内阻以及温度估算出动力电池组的剩余容量及健康状态，当存在充放电故障时控制关断对应的接触器，本发明除了主CAN通信外，还包括辅助Zigbee通信，通过监控动力电池组的电流、电压、内阻、温度、剩余容量及健康状态，有利于延长动力电池组的使用寿命；通过合理应用辅助Zigbee通信，有利于提高整车通信的可靠性及多样性。

Description

微型电动车电池管理系统

技术领域

本发明属于电动车电池管理技术领域，尤其涉及一种微型电动车电池管理系统。

背景技术

现有微型电动车电池管理系统无法获备动力电池组的剩余容量(SOC)和健康状态(SOH)信息，一般情况下，只是简单地对动力电池组进行充放电控制，这样会影响到动力电池组的使用寿命；现有微型电动车在CAN线束出现故障时，无法提供其它通信方式保证数据互联，这样会为驾驶员带来生命安全；现有微型电动车因空间狭小而无法部署CAN通信线束时，需修改整车设计来满足通信要求，这样为整车布局带来不便；现有微型电动车由于成本问题无法通过汽车仪表显示整车的全部数据及状态，这样为驾驶员的驾驶带来诸多不便。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种微型电动车电池管理系统，旨在解决现有电池管理系统无法提供动力电池组SOC、SOH、影响动力电池组使用寿命的技术问题；解决现有电动车通信失效、狭小空间内合理布局的技术问题。

本发明是这样实现的，所述微型电动车电池管理系统，包括充电机、动力电池组、电机驱动器，所述充电机与动力电池组之间设有第一接触器、所述动力电池组与电机驱动器之间设有第二接触器，所述动力电池组正负母线上设有电流霍尔传感器，所述动力电池组内部还设有温度探头，所述系统还包括：

采集单元，用于采集动力电池组的电流、电压、内阻和温度数据；

控制单元，用于获取所述动力电池组的电压、电流、内阻和温度数据，并分析出动力电池组的剩余容量及健康状态，当存在充放电故障时控制关断对应的接触器；

通信单元，用于提供通信接口，包括CAN总线接口和Zigbee接口，所述控制单元通过所述CAN总线接口连接到所述充电机和电机驱动器，当整车CAN线束出现故障时，所述控制单元通过所述Zigbee接口连接到所述充电机和电机驱动器；

所述采集单元连接到电流霍尔传感器、动力电池组以及温度探头，所述控制单元输入端连接到所述采集单元输出端，所述控制单元的控制端通过继电器连接到所述第一接触器和第二接触器。

本发明的有益效果是：本发明通过设置采集单元和控制单元，以及设置第一接触器和第二接触器，在工作时，控制单元获取动力电池组的电压、电流、内阻和温度数据，可精确估算出动力电池组的剩余容量以及健康状态，当存在充放电故障时控制关断对应的接触器，达到关闭动力电池组的充电回路和放电回路的目的，通过合理监控动力电池组电压、电流、内阻、温度、剩余容量及健康状态，有利于延长动力电池组的使用寿命，通过合理应用辅助Zigbee通信，有利于提高整车通信的可靠性及多样性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的微型电动车电池管理系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的微型电动车电池管理系统的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

如图1所示，本发明提供的微型电动车电池管理系统包括充电机1、动力电池组2、电机驱动器3，所述充电机1与动力电池组2之间设有第一接触器4、所述动力电池组2与电机驱动器3之间设有第二接触器5，所述动力电池组正负母线上设有电流霍尔传感器(图中未示出)，所述动力电池组内部还设有温度探头(图中未示出)，所述系统还包括：

采集单元6，用于采集动力电池组的电流、电压、内阻和温度数据；

控制单元7，用于获取所述动力电池组的电压、电流、内阻和温度数据，并分析出动力电池组的剩余容量及健康状态，当存在充放电故障时控制关断对应的接触器；

通信单元8，用于提供通信接口，包括CAN总线接口和Zigbee接口，所述控制单元通过所述CAN总线接口连接到所述充电机和电机驱动器，当整车CAN线束出现故障时，所述控制单元通过所述Zigbee接口连接到所述充电机和电机驱动器。

本实施例中，除了主CAN通信外，还包括辅助Zigbee通信，整车CAN线束出现故障时，Zigbee提供第二条通信通道。采集单元6连接到电流霍尔传感器、动力电池组以及温度探头，电流霍尔传感器串接于动力电池组2的正负母线，控制单元7输入端连接到采集单元6输出端，控制单元7的控制端通过继电器(图中未示出)连接到第一接触器4和第二接触器5；通信单元8与充电机1、电机驱动器3及移动终端11连接。

本实施例中，采集单元7连接到动力电池组2的正负母线以采集动力电池组2总电压，连接到单体电池的正负极以采集单体电池电压及内阻，连接到温度传感器以采集电池温度，连接到电流霍尔传感器以采集动力电池组2工作电流。

具体实现为，所述采集单元6由AD采样芯片、运算放大器以及电阻电容组成的电压采样电路、电流采样电路、内阻采样电路和温度采样电路构成，采集单元6将采集到的数据发送至控制单元7。同时所述控制单元7根据采集的电压、电流、内阻及温度数据，以及估算的SOC、SOH，对动力电池组进行充放电管理，延长动力电池组的寿命。

具体的，以6节12V150AH铅酸蓄电池组成的动力电池组2为例，控制单元7按以下步骤估算动力电池组2的SOC、SOH；

第一步，控制单元7用两个电流霍尔传感器分别采集大电流和小电流，保证电流采样精度；

第二步，采样周期为10ms，采用积分方式计算电池的单位时间容量变化值，当充电电流小于4.0A(具体数值因电池会有不同)时，变化值为0；

第三步，根据采集的电池温度，依电池组温度特性曲线对单位时间容量变化值进行温度系数修正；

第四步，根据采集的电池电压，依电池组伏安特性曲线对单位时间容量变化值进行电压系数修正；

第五步，单位时间容量变化值与上一时刻的电池剩余容量相加，得到此刻的电池剩余容量，电池剩余容量不大于电池额定容量；

第六步，充电时，当单体电池高于15.6V(具体数值因电池会有不同)时，剩余容量修正为150AH；放电时，当电池组电压低于72V(具体数值因电池会有不同)时，剩余容量修正为52.5AH，当电池组电压低于69V(具体数值因电池会有不同)时，剩余容量修正为0AH；根据修正容量值获取电池的容量变化值；

第七步，根据电池的内阻及电池满充及满放的容量变化值对电池组的容量变化值进行修正，额定容量与容量变化值相减获取实际容量值；

第八步，剩余容量与额定容量比值即为动力电池组的SOC，实际容量与额定容量比值即为动力电池组的SOH。

具体的，当控制单元7检测到某项值(如SOC、SOH、电压、电流或温度值)不在预设阈值范围内，则表明动力电池组2的充放电存在故障，如当发现动力电池组2出现单体电池过充故障或电池组过充故障时，则通过驱动继电器断开充电机1与动力电池组2间的的可以接触器，当发现动力电池组2发生单体电池过放故障或电池组过放故障时，通过驱动继电器则断开动力电池组2与电机驱动器3之间的第二接触器。本实施例中，所述控制单元通过单片机、ARM或DSP实现。

作为一种具体优选实施方式，所述系统还包括为系统供电的隔离电源模块9，所述隔离电源模块9的输入端与启动电池组或DC/DC模块10之间串接防反接二极管，通过设置二极管，启动电池组或DC/DC模块10反接时无法通过二极管给电池管理系统供电，可有效防止启动电池组或DC/DC模块10反接对电池管理系统造成损坏。

优选的，所述控制单元7通过CAN总线接口及Zigbee连接到汽车仪表13，当整车CAN线束出现故障时，所述控制单元通过所述Zigbee接口连接到所述汽车仪表，并将动力电池组2的相关数据(电压、电流、温度、SOC及SOH等)及状态(欠压、过压、过温、充电、放电等)通过汽车仪表13进行显示。进一步优选的，所述所述通信单元8通过RS232接口或蓝牙接口连接到移动终端11，并将整车的运行数据及状态在移动终端11上显示出，为驾驶员提供更多的整车运行信息，当电动车出现故障时，辅助维修人员进行故障定位，蓝牙与移动终端进行数据互联，弥补汽车仪表的显示信息不足。进一步优选的，所述通信单元8通过网络接口连接到监控平台12，将整车的运行数据及状态实时远程上传给监控平台12。所述网络接口为GPRS或3G或4G接口，监控平台12可以通过北斗或GPS定位电动车的位置，并诊断电动车的健康状况。

综上，本发明实施例中，电池管理系统通过控制单元的数据分析后精确估算动力电池组的SOC、SOH，对动力电池组进行充放电管理，延长动力电池组的寿命。在其优选实施方式中，隔离电源模块的输入端还设有二极管，启动电池组或DC/DC模块通过二极管后给系统供电，即使启动电池组或DC/DC模块反接，也不会对电池管理系统造成损坏。另外，Zigbee通信为整车CAN线路失效时提供第二条链路，当CAN线束走线不便时提供辅助通信方式，极大的优化了微型电动车空间紧凑下的通信。系统通过RS232接口及蓝牙接口与移动终端通信，车辆运行时显示整车的运行数据及状态，在维修时为故障分析及定位提供数据支撑。系统通过网络接口与监控平台通信，实现电动车运行数据及状态的远程实时上报，监控平台可通过专家系统评估电动车的健康状况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微型电动车电池管理系统，包括充电机、动力电池组、电机驱动器，其特征在于，所述充电机与动力电池组之间设有第一接触器、所述动力电池组与电机驱动器之间设有第二接触器，所述动力电池组正负母线上设有电流霍尔传感器，所述动力电池组内部还设有温度探头，所述系统还包括：

采集单元，用于采集动力电池组的电流、电压、内阻和温度数据；

控制单元，用于获取所述动力电池组的电压、电流、内阻和温度数据，并分析出动力电池组的剩余容量及健康状态，当存在充放电故障时控制关断对应的接触器；

通信单元，用于提供通信接口，包括CAN总线接口和Zigbee接口，所述控制单元通过所述CAN总线接口连接到所述充电机和电机驱动器，当整车CAN线束出现故障时，所述控制单元通过所述Zigbee接口连接到所述充电机和电机驱动器；

所述采集单元连接到电流霍尔传感器、动力电池组以及温度探头，所述控制单元输入端连接到所述采集单元输出端，所述控制单元的控制端通过继电器连接到所述第一接触器和第二接触器;

其中控制单元分析出动力电池组的剩余容量及健康状态的步骤如下：

第一步，控制单元用两个电流霍尔传感器分别采集大电流和小电流，保证电流采样精度；

第二步，采样周期为10ms，采用积分方式计算电池的单位时间容量变化值，当充电电流小于4.0A时，变化值为0；

第三步，根据采集的电池温度，依电池组温度特性曲线对单位时间容量变化值进行温度系数修正；

第四步，根据采集的电池电压，依电池组伏安特性曲线对单位时间容量变化值进行电压系数修正；

第五步，单位时间容量变化值与上一时刻的电池剩余容量相加，得到此刻的电池剩余容量，电池剩余容量不大于电池额定容量；

第六步，充电时，当单体电池高于15.6V时，剩余容量修正为150AH；放电时，当电池组电压低于72V时，剩余容量修正为52.5AH，当电池组电压低于69V时，剩余容量修正为0AH；根据修正容量值获取电池的容量变化值；

第七步，根据电池的内阻及电池满充及满放的容量变化值对电池组的容量变化值进行修正，额定容量与容量变化值相减获取实际容量值；

第八步，剩余容量与额定容量比值即为动力电池组的SOC，实际容量与额定容量比值即为动力电池组的SOH。

2.如权利要求1所述微型电动车电池管理系统，其特征在于，所述系统的第一接触器及第二接触器，包括机械式接触器、电子功率开关及机械电子复合式接触器。

3.如权利要求1所述微型电动车电池管理系统，其特征在于，所述系统还包括隔离电源模块，所述电源模块的输入端连接有二极管。

4.如权利要求1所述微型电动车电池管理系统，其特征在于，所述系统通过CAN总线接口和Zigbee接口连接到汽车仪表，并将整车的相关工作信息在汽车仪表中显示出，当整车CAN线束出现故障时，所述控制单元通过所述Zigbee接口连接到所述汽车仪表。

5.如权利要求1所述微型电动车电池管理系统，其特征在于，所述通信单元还包括RS232接口或蓝牙接口，所述控制单元通过RS232接口或蓝牙接口连接到移动终端，并将整车的运行数据及状态在移动终端屏幕上显示出。

6.如权利要求1所述微型电动车电池管理系统，其特征在于，所述控制单元通过网络接口连接到监控平台，将整车的运行数据及状态实时远程上传给监控平台。

7.如权利要求1所述微型电动车电池管理系统，其特征在于，所述电流霍尔传感器采用双精度电流传感器，用于测量小电流和大电流。

8.如权利要求1所述微型电动车电池管理系统，其特征在于，所述控制单元分析获取的电压、电流、内阻及温度数据，获取动力电池组的SOC及SOH，控制第一接触器及第二接触器的通断。