CN104659852B - 电动汽车电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池管理系统，包括一个电池管理模块、n个电池组电压监控及均衡管理模块；电池管理模块包括一微处理器、一菊花链接口芯片；菊花链接口芯片，一端同微处理器的串行外设接口连接，另一端同双绞线连接，用于进行来自微处理器的逻辑信号同来自双绞线的差分式正&负信号之间的转换；电池组电压监控及均衡管理模块包括电池监控芯片。本发明的电动汽车电池管理系统，采用菊花链拓扑结构，分为串联式菊花链和并联式菊花链两种形式，仅需配置少量的信号隔离变压器和菊花链接口芯片、电池监控芯片，就可以实现模块间信息的实时交互，元器件数量大幅减少，系统成本大幅降低。

Description

电动汽车电池管理系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术，特别涉及一种电动汽车电池管理系统。
背景技术
电动（纯电动或混合动力）汽车中，电驱动系统主要由驱动电机、逆变器和动力电池组成。与传统汽车不同，此类汽车的动力传动系统中，运用电机作为动力驱动部件之一，将电能转化为机械能以驱动车辆。动力电池作为该系统中的电能储能元器件，其电压通常在几百伏特以上。
在纯电动或混合动力系统（HE/HEV）汽车中，电池是最核心的部件，因此对电池的管理系统也提出了很高的要求，需要满足更长的使用寿命需求、满足高压及大电流需求、满足高能量的需求等。
常见的纯电动或混合动力（EV/HEV）汽车的电池管理系统（BMS）的拓扑结构如图1所示，其包括电流检测模块（CSM，Current Sense Module）、电池组电压监控及均衡管理模块（MBB，Measurement and Balance Board）、电池管理模块（BMU，Battery ManagementUnit）、电力分配模块（EDM，Electric Distribution Module）；
所述电流检测模块CSM，其主要功能为采集母线上大电流及动力电池的高压监测；
所述电池组电压监控及均衡管理模块MBB，用于电池组电压监控及均衡管理，并带有电池组温度监控功能；
所述电池管理模块BMU，通过CAN总线采集所述电池组电压监控及均衡管理模块MBB及所述电流检测模块CSM的信息，用以判断电池管理系统的工作状态；
所述电力分配模块EDM，内部集成有主继电器和预充继电器及母线电流霍尔（Hall）传感器等执行部件。
常见的纯电动或混合动力（EV/HEV）汽车的电池管理系统（BMS）存在下列问题：
1.由于BMU与MBB组件及MBB组件之间的通讯接口为CAN总线，因此每个MBB模块均需配置一颗带CAN控制器的MCU最小系统及CAN接口电路，导致系统成本较昂贵；
2.MBB模块为动力电池高压监控，MBB模块与MBB模块之间及BMU模块之间的通讯接口需要额外高压隔离模块，也额外增加了系统成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电动汽车电池管理系统，元器件数量少，系统成本低，抗干扰能力强。
为解决上述技术问题，本发明提供的电动汽车电池管理系统，包括一个电池管理模块、n个电池组电压监控及均衡管理模块，n为大于等于2的正整数；
所述电池管理模块，包括一微处理器、一菊花链接口芯片；
所述菊花链接口芯片，一端同微处理器的串行外设接口连接，另一端同双绞线连接，用于进行来自微处理器的逻辑信号同来自双绞线的差分式正&负信号之间的转换；
所述电池组电压监控及均衡管理模块，包括电池监控芯片；
所述电池监控芯片，包括高端接口、低端接口；
n个电池组电压监控及均衡管理模块串联式连接，即第1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口通过双绞线同所述菊花链接口芯片的另一端连接，第1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口通过双绞线同第2个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口连接，依次级联向上，第n-1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口通过双绞线同第n个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口连接；或者
n个电池组电压监控及均衡管理模块并联式连接，即n个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口分别通过双绞线同所述菊花链接口芯片的另一端连接。
较佳的，所述菊花链接口芯片的另一端同双绞线的连接，以及各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口、低端接口同双绞线的连接，均配置有信号隔离变压器。
较佳的，n个电池组电压监控及均衡管理模块串联式连接时，各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口的正端、负端之间,以及低端接口的正端、负端之间，均配置有终端电阻。
较佳的，n个电池组电压监控及均衡管理模块并联式连接时，各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口的正端、负端之间均配置有终端电阻,其中一个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口的正端、负端之间配置有终端电阻。
本发明的电动汽车电池管理系统，采用菊花链拓扑结构，其中菊花链拓扑结构分为串联式菊花链和并联式菊花链两种形式，仅需配置极少数量的信号隔离变压器和菊花链接口芯片、电池监控芯片，就可以实现模块间信息的实时交互，同时在模块之间提供坚固和隔离式的两线式传送，元器件数量大幅减少，系统成本大幅降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是常见的纯电动或混合动力汽车的电池管理系统示意图；
图2是本发明的电动汽车电池管理系统的串联式菊花链结构示意图；
图3是本发明的电动汽车电池管理系统的并联式菊花链结构示意图；
图4是菊花链通信接口的通讯速率与线缆长度关系图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
电动汽车电池管理系统一实施方式，如图2、图3所示，其包括一个电池管理模块（BMU，Battery Management Unit）、n个电池组电压监控及均衡管理模块（MBB，Measurementand Balance Board），n为大于等于2的正整数；
所述电池管理模块，包括一微处理器MCU、一菊花链接口芯片；
所述菊花链接口芯片，一端同微处理器MCU的串行外设接口SPI连接、另一端通过信号隔离变压器L同双绞线连接，用于进行来自微处理器MCU的逻辑信号同来自双绞线的差分式正&负（IP&IM）信号之间的转换；
所述电池组电压监控及均衡管理模块（MBB，Measurement and Balance Board），包括电池监控芯片（Battery Monitor IC）；所述电池监控芯片，包括高端接口、低端接口；
如图2所示，n个电池组电压监控及均衡管理模块串联式连接，即第1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口通过双绞线同所述菊花链接口芯片的另一端连接，第1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口通过双绞线同第2个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口连接，依次级联向上，第n-1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口通过双绞线同第n个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口连接；或者
如图3所示，n个电池组电压监控及均衡管理模块并联式连接，即n个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口分别通过双绞线同所述菊花链接口芯片的另一端连接。
较佳的，所述菊花链接口芯片的另一端同双绞线的连接，以及各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口、低端接口同双绞线的连接，均配置有信号隔离变压器L。使用变压器实现磁耦合，变压器绕组的耦合穿越介电势垒的重要差异信息，因此不会耦合共模噪声，能避免非常大的共模噪声侵入。
较佳的，n个电池组电压监控及均衡管理模块串联式连接时，各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口的正端HP、负端HM之间,以及低端接口的正端LP、负端LM之间，均配置有终端电阻R；终端电阻R通常为120欧姆。
较佳的，n个电池组电压监控及均衡管理模块并联式连接时，各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口的正端HP、负端HM之间均配置有终端电阻R,其中一个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口的正端LP、负端LM之间配置有终端电阻R。
较佳的，电动汽车电池管理系统，还包括电流检测模块（CSM，Current SenseModule）、电力分配模块（EDM，Electric Distribution Module）；
所述电池管理模块，同电流检测模块、电力分配模块通过CAN通讯接口通信。
本发明的电动汽车电池管理系统，采用菊花链拓扑结构，其中菊花链拓扑结构分为串联式菊花链和并联式菊花链两种形式，仅需配置极少数量的信号隔离变压器和菊花链接口芯片、电池监控芯片，就可以实现模块间信息的实时交互，同时在模块之间提供坚固和隔离式的两线式传送，元器件数量大幅减少，系统成本大幅降低，有助于新能源汽车的推广和使用。菊花链通讯接口是一种两线式的数据链路，为双线差分信号（均不接地），因此允许噪声出现在通讯接口线上，由于两条导线噪声（共模）均相同，传输信息的差模信号不受影响，抗干扰能力强，支持无误码传输，在极恶劣的环境下，也可以正常通讯。菊花链通讯接口，信号传输仅需双绞线即可，采用标准的隔离线圈即可双线实现高压隔离，并通过电池监控模块的不同拓扑配置，可以实现电池管理系统的可靠性和结构优化，可支持100m长的电缆，针对一些大型的新能源车动力电池的布置，具有很大的优势，其中通讯速率和电缆长度参见图4。
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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车电池管理系统，包括一个电池管理模块、n个电池组电压监控及均衡管理模块，n为大于等于2的正整数；其特征在于，
所述电池管理模块，包括一微处理器、一菊花链接口芯片；
所述菊花链接口芯片，一端同微处理器的串行外设接口连接，另一端同双绞线连接，用于进行来自微处理器的逻辑信号同来自双绞线的差分式正&负信号之间的转换；
所述电池组电压监控及均衡管理模块，包括电池监控芯片；
所述电池监控芯片，包括高端接口、低端接口；
n个电池组电压监控及均衡管理模块串联式连接，即第1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口通过双绞线同所述菊花链接口芯片的另一端连接，第1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口通过双绞线同第2个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口连接，依次级联向上，第n-1个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口通过双绞线同第n个电池电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口连接；或者
n个电池组电压监控及均衡管理模块并联式连接，即n个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口分别通过双绞线同所述菊花链接口芯片的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电池管理系统，其特征在于，
n个电池组电压监控及均衡管理模块串联式连接时，所述菊花链接口芯片的另一端同双绞线的连接，以及各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口、低端接口同双绞线的连接，均配置有信号隔离变压器。
3.根据权利要求2所述的电动汽车电池管理系统，其特征在于，
n个电池组电压监控及均衡管理模块串联式连接时，各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口的正端、负端之间,以及低端接口的正端、负端之间，均配置有终端电阻。
4.根据权利要求2所述的电动汽车电池管理系统，其特征在于，
n个电池组电压监控及均衡管理模块并联式连接时，各个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的高端接口的正端、负端之间均配置有终端电阻,其中一个电池组电压监控及均衡管理模块的电池监控芯片的低端接口的正端、负端之间配置有终端电阻。
5.根据权利要求3或4所述的电动汽车电池管理系统，其特征在于，
所述终端电阻，为120欧姆。
6.根据权利要求2、3或4所述的电动汽车电池管理系统，其特征在于，
电动汽车电池管理系统，还包括电流检测模块、电力分配模块；
所述电池管理模块，同电流检测模块、电力分配模块通过CAN通讯接口通信。
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