CN104348206A - 一种分布式电池管理装置及双余度供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布式电池管理装置及双余度供电系统。其中，装置包括中央电子控制器、至少两个现场监控单元、包括至少两个动力电池组的动力电池单元。现场监控单元用于获取电池组中单体电池的状态参数并据此进行平衡，同时将该状态参数通过CAN总线发送至中央电子控制器。中央电子控制器，用于获取动力电池单元的状态参数，并根据该状态参数对动力电池单元进行状态预测，还用于将单体电池的状态参数、动力电池单元的状态参数以及预测结果通过GPRS通信发送给远程监控中心，并根据单体电池的状态参数生成控制命令发送至现场监控单元。本发明实现了对电力电池单元的远程监控，提高了安全性，延长了电力电池的使用寿命。

Description

一种分布式电池管理装置及双余度供电系统

技术领域

本发明涉及新能源电动汽车领域，尤其是涉及一种分布式电池管理装置及双余度供电系统。

背景技术

随着全球性的石油问题和环境问题的日益加剧，传统汽车行业受到了严重的挑战。电动汽车能源利用率高、环境污染小、动力配置灵活等优点，使其成为研究得热点。电池作为电动汽车的储能单元，相当于传统汽车的汽油。目前，电动汽车使用的动力电池主要有铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池等三种电池。其中锂离子电池有着能量密度高、平均输出电压高、输出功率大、自放电小、无记忆效应，循环性能优越、可快速充放电等诸多优点。因此，就目前的化学二次电源来看，它具有无可替代的作用，成为动力电池的主流。尽管锂离子电池的发展给世界电动汽车的发展起到了巨大的推动作用。然而，对锂离子电池的过充、过放及过载使用，不但缩短电池寿命、降低性能，而且很容易引起燃烧和爆炸，易导致严重的事故。因此，需要对动力电池进行监控和管理，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式电池管理装置及双余度供电系统，以提高动力电池使用的安全性，并延长动力电池的使用寿命。

基于上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种分布式电池管理装置，该装置包括：

中央电子控制器、至少两个现场监控单元、包括至少两个动力电池组的动力电池单元和连接在所述现场监控单元与所述中央电子控制器之间的CAN总线；所述现场监控单元的数量与所述动力电池组的数量相同；

每一所述的现场监控单元，与一对应的所述动力电池组相连，用于对所述动力电池组进行监控；

每一所述的现场监控单元包括一个现场电子控制器和一个对应的控制单元；

所述现场电子控制器，用于对所述动力电池组中的每个单体电池进行数据采样，获取每个所述单体电池的状态参数；

所述现场电子控制器，还用于根据所述单体电池的状态参数生成相应的第一控制命令并将第一控制命令和从中央电子控制器处接收的第二控制命令发送给所述对应的控制单元；

所述现场电子控制器，还用于将所述单体电池的状态参数通过CAN总线发送至所述中央电子控制器；

所述控制单元，用于根据接收的所述第一控制命令和所述第二控制命令对所述动力电池组执行相应的操作；

所述中央电子控制器，用于对所述动力电池单元进行数据采样，获取所述动力电池单元的状态参数，并根据所述动力电池单元的状态参数对所述动力电池单元进行状态预测，生成预测结果；

所述中央电子控制器，还用于将所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的状态参数以及所述预测结果通过GPRS通信发送给远程监控中心；

所述中央电子控制器，还用于根据所述单体电池的状态参数生成所述第二控制命令发送至现场电子控制器。

优选的，所述控制单元具体为均衡电路；

所述现场电子控制器，具体用于对所述动力电池组中的每个单体电池进行数据采样，获取每个单体电池的电压；

所述现场电子控制器，还用于在判断到所述单体电池的电压过低时，生成充电命令发送至所述均衡电路，在判断到所述单体电池的电压过高时，生成放电命令发送至所述均衡电路；

所述均衡电路，用于在接收到充电命令时，对相应的所述单体电池进行充电，在接收到放电命令时，对相应的所述单体电池进行放电。

优选的，所述控制单元为温度平衡单元；

现场电子控制器包括温度传感器，用于对所述动力电池组中的每个单体电池进行数据采样，获取每个单体电池的温度；

所述现场电子控制器，还用于在判断到所述单体电池的温度过低时，生成加热命令发送至温度平衡单元，在判断到所述单体电池的温度过高时，生成散热命令发送至温度平衡单元；

所述温度平衡单元，用于在接收到加热命令时，对相应的所述单体电池进行加热，在接收到散热命令时，对相应的所述单体电池进行散热。

优选的，所述中央电子控制器，具体用于对所述动力电池单元进行数据采样，获取所述动力电池单元的电流，并根据所述动力电池单元的电流对所述动力电池单元的剩余电量进行预测，生成预测结果；

所述中央电子控制器，还具体用于将所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的电流以及对剩余电量的预测结果通过GPRS通信发送给远程监控中心。

优选的，所述中央电子控制器，还用于将所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的状态参数以及所述预测结果通过CAN总线发送给动环监控系统，并接收所述动环监控系统通过CAN总线返回的指示信息。

优选的，所述中央电子控制器，还用于将所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的状态参数以及所述预测结果通过SPI总线发送给数据显示记录单元，以便数据显示记录单元显示并按照

时间顺序记录所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的状态参数以及所述预测结果。

优选的，所述中央电子控制器，还用于在检测到动力电池单元被使用时，开启现场监控单元，在检测到动力电池单元未被使用时，关闭现场监控单元，并使自身处于休眠状态。

优选的，所述现场监控单元的数量与所述动力电池组的数量均为4，其中每一动力电池组包括12个单体电池。

本发明还提供了一种双余度供电系统，该系统包括如权利要求1-8中任一项所述的分布式电池管理装置和蓄电池电源；

所述中央电子控制器与所述蓄电池电源相连，用于检测所述蓄电池电源的电压，并在所述蓄电池的电压低于阈值时，使用所述动力电池单元对所述中央电子控制器和所述现场监控单元进行供电。

优选的，所述系统还包括DC/DC变换器、继电器；

所述电力电池单元通过所述DC/DC变换器以及所述继电器连接到所述中央电子控制器；

所述中央电子控制器，具体用于在所述蓄电池的电压低于阈值时，接通所述继电器，以使用所述动力电池单元进行供电。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明中通过现场监控单元以及中央电子控制器对单体电池进行监控并对其进行能量均衡，同时中央电子控制器通过GPRS通信将相关数据发送给远程控制中心，有效的预防了事故的发生，提高了安全性并延长了电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明系统结构图；

图2是本发明中央电子控制器工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例1提供了一种分布式电池管理装置1，该装置包括

中央电子控制器（CECU－Central Electric Control Unit）11、至少两个现场监控单元（FCU－Field Control Unit）12、包括至少两个动力电池组131的动力电池单元13和连接在现场监控单元12与中央电子控制器11之间的CAN总线。

本发明中，现场监控单元12与动力电池组131一一对应，两者的数量相同。

现场监控单元12，与对应的动力电池组131相连，用于对动力电池组131进行监控.

每一现场监控单元12具体包括一个现场电子控制器（FECU－Field Electric Control Unit）121和一个与现场电子控制器对应的控制单元122。

现场电子控制器121，用于对动力电池组131中的每个单体电池进行数据采样，获取每个单体电池的状态参数。针对安全性以及使用寿命的问题，本发明中该状态参数具体可以为单体电池的电压和/或单体电池的温度。

现场电子控制器121，还用于根据单体电池的状态参数生成相应的第一控制命令并将第一控制命令发送给对应的控制单元122。比如检测到单体电池的电压过低时，生成对其进行充电的命令。

控制单元122，用于根据接收的第一控制命令对动力电池组执行相应的操作。

中央电子控制器11，用于对动力电池单元进行数据采样，获取动力电池单元的状态参数，并根据动力电池单元的状态参数对所述动力电池单元进行状态预测，生成预测结果。

比如为了预测电动汽车还能行驶多远，可以通过中央电子控制器11，对动力电池单元进行数据采样，获取动力电池单元的电流，然后对电流数据进行SOC运算，计算得到动力电池单元的剩余电量，以供用户据此决定接下来的行程。

为方便远程监控动力电池单元，所有的现场电子控制器121，还用于将检测到的单体电池的状态参数通过CAN总线发送至中央电子控制器11。以便中央电子控制器11将该单体电池的状态参数、自己测得的动力电池单元的状态参数连同预测结果通过GPRS通信发送给远程监控中心14。以便远程监控中心14进行监控，并发送相应指令。本发明中，中央电子控制器11可以将上述数据实时通过GPRS通信发送给远程监控中心14

本发明优选实施例中，中央电子控制器11，还用于根据单体电池的状态参数生成第二控制命令通过CAN总线发送至对应的现场电子控制器121。

具体的，中央电子控制器11可以对接收的所有单体电池的电压值进行排序，然后确定电压最低或最高的单体电池，发送充电或放电命令至对应的现场电子控制器121，以便现场电子控制器121通过控制单元122执行相应命令。

本发明中，为方便用户在汽车中了解动力电池单元的状态，可利用中央电子控制器11，将单体电池的状态参数、动力电池单元的状态参数以及预测结果通过CAN总线发送给动环监控系统15。动环监控系统15可通过CAN总线返回相应的指示信息。

另外，为显示并记录相关数据以做历史查询，中央电子控制器11，还用于将单体电池的状态参数、动力电池单元的状态参数以及预测结果通过SPI总线发送给数据显示记录单元16，以便数据显示记录单元16显示并按照时间顺序记录上述数据。

为减少能耗，本发明中，中央电子控制器11，还用于在检测到动力电池单元13被使用时，开启现场监控单元12，在检测到动力电池单元13未被使用时，关闭现场监控单元12，并使自身处于休眠状态。中央电子控制器11的休眠电流约0.6mA，这种模式的设置大大降低了系统功耗。

需要说明的是，本发明中针对需要测量的单体电池的不同状态参数，可设置不用的控制单元。

当状态参数为单体电池的电压时，控制单元具体为均衡电路，现场电子控制器，用于在判断到单体电池的电压过低时，生成充电命令发送至均衡电路，在判断到单体电池的电压过高时，生成放电命令发送至均衡电路；

均衡电路，用于在接收到充电命令时，对相应的单体电池进行充电，在接收到放电命令时，对相应的单体电池进行放电。

当状态参数为单体电池的温度时，控制单元为温度平衡单元。

现场电子控制器包括温度传感器，用于对动力电池组中的每个单体电池进行数据采样，获取部分单体电池的温度，具体数量根据实际情况决定，主要因素是成本问题。

现场电子控制器，还用于在判断到单体电池的温度过低时，生成加热命令发送至温度平衡单元，在判断到单体电池的温度过高时，生成散热命令发送至温度平衡单元。

温度平衡单元，用于在接收到加热命令时，对相应的单体电池进行加热，在接收到散热命令时，对相应的单体电池进行散热。

为保证电动汽车的供电，本发明中对电动汽车可采用双余度供电的方式。具体为采用电力电池单元和蓄电池电源进行供电。

参见图1，为一种双余度供电系统，系统包括上面提到的分布式电池管理装置1和蓄电池电源2。

通常情况下，中央电子控制器11以及现场监控单元12优先采用蓄电池电源供电的方式。但当蓄电池电压较低时，需切换至动力电池组供电。因为电力电池单元通常为200V，所以需要通过200V /12V的DC/DC变换器对中央电子控制器11以及现场监控单元12进行供电。，这就是高可靠性的双余度供电方式。

中央电子控制器11与蓄电池电源2相连，用于检测蓄电池电源2的电压，并在蓄电池电源2的电压低于阈值时，使用动力电池单元13对电动汽车进行供电。

具体的，该蓄电池电源2通过一个继电器21和DC/DC变换器连接到中央电子控制器11。中央电子控制器11，在蓄电池电源的电压低于阈值时，接通继电器21，以使用动力电池单元13对电动汽车进行供电。

以下为本发明应用的一个具体场景。

双余度供电系统具有4个现场监控单元、1个中央电子控制器、4个动力电池组、1个动环监控系统和1个数据显示记录单元。其中，中央电子控制器与4个现场监控单元通过CAN总线相连，中央电子控制器通过1个电流传感器与4个动力电池组相连，每一现场监控单元与一对应的动力电池组相连。中央电子控制器通过CAN总线与动环监控系统相连，并通过SPI总线与数据显示记录单元相连。4个动力电池组通过一个继电器和200V/12V的DC/DC变换器连接到中央电子控制器。每一动力电池组包括12个单体电池。每个单体电压为4.2V，即总电压为200V。

该系统还包括一个12V的蓄电池电源。中央电子控制器连接有一个休眠开关S1。

如图2所示，中央电子控制器开启后，先初始化，之后判断开关S1是否闭合。若是，中央电子控制器进行休眠状态。若否，则开启现场监控单元，之后测量动力电池单元的电流，并进行SOC运算。中央电子控制器通过CAN总线与现场监控单元进行通信。并将所有数据先后发送至数据显示记录单元、动环监控系统。之后通过GPRS与远程监控中心进行通信。

以上对本发明所提供的一种分布式电池管理装置及双余度供电系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种分布式电池管理装置，其特征在于，该装置包括：

中央电子控制器、至少两个现场监控单元、包括至少两个动力电池组的动力电池单元和连接在所述现场监控单元与所述中央电子控制器之间的CAN总线；所述现场监控单元的数量与所述动力电池组的数量相同；

每一所述的现场监控单元，与一对应的所述动力电池组相连，用于对所述动力电池组进行监控；

每一所述的现场监控单元包括一个现场电子控制器和一个对应的控制单元；

所述现场电子控制器，用于对所述动力电池组中的每个单体电池进行数据采样，获取每个所述单体电池的状态参数；

所述现场电子控制器，还用于根据所述单体电池的状态参数生成相应的第一控制命令并将第一控制命令和从中央电子控制器处接收的第二控制命令发送给所述对应的控制单元；

所述现场电子控制器，还用于将所述单体电池的状态参数通过CAN总线发送至所述中央电子控制器；

所述控制单元，用于根据接收的所述第一控制命令和所述第二控制命令对所述动力电池组执行相应的操作；

所述中央电子控制器，用于对所述动力电池单元进行数据采样，获取所述动力电池单元的状态参数，并根据所述动力电池单元的状态参数对所述动力电池单元进行状态预测，生成预测结果；

所述中央电子控制器，还用于将所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的状态参数以及所述预测结果通过GPRS通信发送给远程监控中心；

所述中央电子控制器，还用于根据所述单体电池的状态参数生成所述第二控制命令发送至现场电子控制器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元具体为均衡电路；

所述现场电子控制器，具体用于对所述动力电池组中的每个单体电池进行数据采样，获取每个单体电池的电压；

所述现场电子控制器，还用于在判断到所述单体电池的电压过低时，生成充电命令发送至所述均衡电路，在判断到所述单体电池的电压过高时，生成放电命令发送至所述均衡电路；

所述均衡电路，用于在接收到充电命令时，对相应的所述单体电池进行充电，在接收到放电命令时，对相应的所述单体电池进行放电。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元为温度平衡单元；

现场电子控制器包括温度传感器，用于对所述动力电池组中的每个单体电池进行数据采样，获取每个单体电池的温度；

所述现场电子控制器，还用于在判断到所述单体电池的温度过低时，生成加热命令发送至温度平衡单元，在判断到所述单体电池的温度过高时，生成散热命令发送至温度平衡单元；

所述温度平衡单元，用于在接收到加热命令时，对相应的所述单体电池进行加热，在接收到散热命令时，对相应的所述单体电池进行散热。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央电子控制器，具体用于对所述动力电池单元进行数据采样，获取所述动力电池单元的电流，并根据所述动力电池单元的电流对所述动力电池单元的剩余电量进行预测，生成预测结果；

所述中央电子控制器，还具体用于将所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的电流以及对剩余电量的预测结果通过GPRS通信发送给远程监控中心。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央电子控制器，还用于将所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的状态参数以及所述预测结果通过CAN总线发送给动环监控系统，并接收所述动环监控系统通过CAN总线返回的指示信息。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央电子控制器，还用于将所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的状态参数以及所述预测结果通过SPI总线发送给数据显示记录单元，以便数据显示记录单元显示并按照时间顺序记录所述单体电池的状态参数、所述动力电池单元的状态参数以及所述预测结果。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央电子控制器，还用于在检测到动力电池单元被使用时，开启现场监控单元，在检测到动力电池单元未被使用时，关闭现场监控单元，并使自身处于休眠状态。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述现场监控单元的数量与所述动力电池组的数量均为4，其中每一动力电池组包括12个单体电池。

9.一种双余度供电系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1-8中任一项所述的分布式电池管理装置和蓄电池电源；

所述中央电子控制器与所述蓄电池电源相连，用于检测所述蓄电池电源的电压，并在所述蓄电池的电压低于阈值时，使用所述动力电池单元对所述中央电子控制器和所述现场监控单元进行供电。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括DC/DC变换器、继电器；

所述电力电池单元通过所述DC/DC变换器以及所述继电器连接到所述中央电子控制器；

所述中央电子控制器，具体用于在所述蓄电池的电压低于阈值时，接通所述继电器，以使用所述动力电池单元进行供电。