CN107139728A - 一种车载复合电源智能安全控制系统 - Google Patents

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陈勇
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Abstract

本发明提供一种车载复合电源智能安全控制系统，该系统包括复合电源模组，与复合电源模组连接的电池状态监测系统和单体电池补电系统；与电池状态监测系统连接的数字隔离与信号传输模块，与数字隔离与信号传输模块和单体电池补电系统连接的主控制器，与主控制器连接的触摸屏控制系统与碰撞监测保护系统；所述主控制器与复合电源模组之间连接有碰撞断电驱动电路和触摸屏控制电路。本发明解决了复合电源在工作过程中存在充放电均衡和安全的问题。本发明具有能够监测车辆碰撞强度从而采取主动防护措施，同时可提高复合电源的能量利用效率的优点。

Description

一种车载复合电源智能安全控制系统
技术领域
本发明涉及电动车辆电源控制领域，具体涉及一种车载复合电源智能安全控制系统。
背景技术
面对能源和环境的严峻挑战，新能源汽车的发展引起广泛的关注。纯电动汽车污染噪声小、结构、控制和维护简单，逐渐成为新能源汽车中重点发展的车型。超级电容器和蓄电池的优势可互补，最大程度地弥补蓄电池功率的不足和采用超级电容器回收再生制动能量，在电动车辆领域获得广泛应用。然而，要满足电动车的电压、能量密度需求，复合电源需成组使用，因此存在充放电均衡问题；同时，由于碰撞、过充、过放等过程中的力学、热学特性所导致的短路起火等一直是复合电源安全方面的关键问题。如何在安全的前提下保持电池组均衡并挖掘复合电源工作效率是实际应用中的难题之一。
发明内容
为解决复合电源在工作过程中存在充放电均衡和安全的问题，本发明提供一种车载复合电源智能安全控制系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种车载复合电源智能安全控制系统，所述系统包括复合电源模组，与复合电源模组连接的电池状态监测系统和单体电池补电系统；与电池状态监测系统连接的数字隔离与信号传输模块，与数字隔离与信号传输模块和单体电池补电系统连接的主控制器，与主控制器连接的触摸屏控制系统与碰撞监测保护系统；所述主控制器与复合电源模组之间连接有碰撞断电驱动电路和触摸屏控制电路。
优选地，上述电池状态监测系统包括与数字隔离与信号传输模块连接的电流动态检测单元，电压检测单元以及温度检测单元。
优选地，上述电流动态检测单元对电流进行实时监测，通过CAN总线传输给主控制器单元，完成对复合电源充电和放电状态的有效监测。
优选地，上述电池状态监测系统通过电池状态监测芯片对复合电源模组中的电压和温度进行监测。
优选地，上述触摸屏控制系统由车载电压变换经过变换后进行供电，通过调节显示模式进行电池组的整体电量显示、单体电量显示、复合电源能量分配模式设置，并通过相应驱动电路控制均衡拓扑结构，实现复合电源的不均衡充放电。
优选地，上述单体电池补电系统通过对单体电池和超级电容器之间的电压进行匹配，控制相应开关的通断实现单体电池补电。
优选地，上述碰撞监测防护系统用于车辆发生碰撞时，加速度传感器及温度传感器将监测信号经信号处理电路传递给主控制单元，控制器单元依据碰撞识别方法判定车辆发生碰撞的强度，进而选择是否触发分断单元。
优选地，上述主控制器选用TMS320F2812型号的控制器进行数据采集、处理和触摸屏幕的控制。
优选地，上述电流动态检测单元具体以智能传感器MM912J637为核心，基于电流阻值为100uΩ的分流电阻，对电流进行实时监测。
优选地，上述电池状态监测芯片的型号为LTC6802。
本发明的优点与效果是：
1、本发明是针对目前智能车辆提出的车载控制智能化需求，开发基于车载触摸屏幕的复合电源智能显示、补电及防护系统，该系统动态检测电池状态，最大限度的提高电池SOC估算的精度，实现电源系统的主、被动均衡，并且能够监测车辆碰撞强度从而采取主动防护措施，为复合电源高效应用提供基础。
2、本发明充分利用复合电源现有结构和制动回收的能量，在不需要电池组能量的前提下实现单体电池补电，提高电池组均衡性和复合电源能量利用效率。
3、本发明具备触摸屏智能显示和管理功能，最大限度实现复合电源主被动均衡，可以提高复合电源的能量利用效率。
4、本发明中的碰撞监测与防护系统，使车辆在发生碰撞时隔离电池单体，能够最大限度的降低电池组危害性，使用数字隔离单元，比光电隔离更具优势。
5、本发明使用智能传感器MC9S12XS128、LTC6802作为电流监测核心部件，实现对复合电源系统的状态检测，提高电池监测精度。
附图说明
图1示出本发明提供的车载复合电源智能安全控制系统的原理图；
图2示出本发明提供的车载复合电源智能安全控制系统中复合电源状态监测系统原理图；
图3示出本发明提供的车载复合电源智能安全控制系统中电流动态监测单元原理图。
图4示出本发明提供的车载复合电源智能安全控制系统中电压、温度动态监测原理图。
图5示出本发明提供的车载复合电源智能安全控制系统中触摸屏幕控制系统原理图。
图6示出本发明提供的车载复合电源智能安全控制系统中超级电容器—单体均衡拓扑结构图。
图7示出本发明提供的车载复合电源智能安全控制系统中碰撞监测与防护系统原理图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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更加详细的描述。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
参见图1所示，本发明提供的一种车载复合电源智能安全控制系统包括高精度复合电源动态监测系统、触摸屏幕控制系统、超级电容器—单体电池补电系统和碰撞监测与防护系统。动态监测系统实时监测复合电源状态并通过触摸屏幕显示工作状态，采用触控方式完成超级电容器—单体电池的补电，被动提高串联电池组均衡性，当单体电池满足均衡要求时自动转入主动均衡模式；碰撞监测与防护系统可实现碰撞保护，提高复合电源的安全性。
本发明实现车载复合电源智能安全控制的方法如下：步骤1，高精度复合电源动态监测系统实时监测电池的电流、电压和温度，获取复合电源的动态工作特性，并以此为依据估计复合电源SOC，为触摸屏显示、主被动均衡提供必要数据。步骤2，触摸屏幕控制系统能够选择触摸屏幕显示模式、复合电源工作模式等。通过轻触屏幕单体电池，控制系统根据触摸力、触摸时间来完成超级电容器—单体电池的补电。步骤3，超级电容器—单体电池补电系统通过控制DC/DC输入输出特性来匹配超级电容器—单体电池之间的电压，实现超级电容器对单体电池补电。补充电量由触摸屏幕的触摸力、触摸时间等参数确定。当单体电池满足一致性要求时则自动跳入主动均衡模式。步骤4，碰撞监测与防护系统实时采集加速度、温度信号，通过算法由碰撞强度估算电池损害程度，进而决策是否开启断电保护功能。断电保护功能由控制器、驱动电路和电磁阀电路组成，能够实现单体和成组之间电量的任意切断。
图2为复合电源状态监测系统原理图，该系统具体由处理器，与处理器的输入端连接的DC/DC电压转换单元和数字隔离与信号传输单元；DC/DC电压转换单元连接的车载复合电源，与数字隔离与信号传输单元连接的动态电流检测单元和电压温度检测单元连接；与处理器的输出端连接的触摸屏显示单元。该系统可实现电流动态监测、电压及温度动态监测功能，其中控制系统由车载复合电源供电，还可实现在线、离线的电流、电压监测功能，系统主控制器选用TMS320F2812进行数据采集、处理和触摸屏幕的控制，实现控制器的集成，有效避免资源的浪费。
如图3所示，电流动态检测单元由主控单元，与主控单元连接的CAN收发器，与的CAN收发器连接的复合电源，与复合电源连接的充电设备，负载以及再生制动系统；该系统以智能传感器MM912J637为核心，基于电流阻值为100uΩ的分流电阻，对电流进行实时监测，通过CAN总线传输给主控制器单元，完成对复合电源充电和放电状态的有效监测。
参见图4所示，电压、温度动态监测系统使用电池专用状态监测芯片LTC6802对复合电源的电压和温度进行监测，此芯片具有数字隔离功能实现控制器与复合电源的有效隔离。复合电源中单体能量源的电压信号通过RC低通滤波电路连接至LTC6802的C管脚，其中稳压二极管Z的作用为防止芯片输入电压高出其最大输入电压。主处理器根据LTC6802所采集到的电压信号确定需要均衡的电池，并通过控制LTC6802的S管脚连接均衡控制电路实现对电池均衡的控制。
参见图5所示，触摸屏幕系统显示系统可实现模式选择，触摸控制，触摸检测等功能，由车载电压变换经过DC/DC变换后进行供电，可通过调节显示模式进行电池组的整体电量显示、单体电量显示、复合电源能量分配模式设置，并通过相应驱动电路控制均衡拓扑结构，实现复合电源的不均衡充放电，提高复合电源能量利用效率及均衡性。当选择单体电量显示模式时，主控单元通过触摸屏幕监测电路监测触摸屏幕触摸力度、时间等参数，经触摸屏幕控制电路向系统主控制器发出指令，通过超级电容器—单体均衡拓扑结构实现单体电池补电。
参见图6所示，触摸屏控制单元，复合电源检测系统与主控单元连接，超级电容器组和电池组一端分别与复合电源检测系统连接，主控单元通过DC/DC连接控制超级电容器组和电池组，主控单元检测触摸屏控制信号、超级电容器和电池组的状态，通过控制DC/DC来匹配单体电池和超级电容器之间的电压；同时，通过控制相应开关的通断(若单体电池1需要补电，则打开S1和Q2，其他开关处于断开位置)实现单体电池补电。当单体电压达到均衡要求时主控制器激发复合电源主动能量管理方法，仍以复合电源模式进行工作。此系统由于采用超级电容器组对单体电池补电，效率高、能量损失小。
参见图7所示，碰撞监测与防护系统在车辆发生碰撞时，加速度传感器及温度传感器将监测信号经信号处理电路传递给主控制单元，控制器单元依据碰撞识别方法判定车辆发生碰撞的强度，进而选择是否触发分断单元。分断单元采用分组分断控制策略。如果碰撞阀值超过设定值，则处理器通过驱动电路控制驱动继电器断电，数字隔离单元将处理器与监测单元进行隔离，同时储存该时刻的所有数据，以备事故处理使用。当碰撞解除时同时继电器闭合，此时动力系统仍然为闭合回路，在碰撞过后仍可实现制动和转向等操作。通过此种设计，能够实现任意电池组件的开断和连接，极大的提高复合电源的安全性能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种车载复合电源智能安全控制系统，所述系统包括复合电源模组，其特征在于：所述系统还包括与复合电源模组连接的电池状态监测系统和单体电池补电系统；与电池状态监测系统连接的数字隔离与信号传输模块，与数字隔离与信号传输模块和单体电池补电系统连接的主控制器，与主控制器连接的触摸屏控制系统与碰撞监测保护系统；所述主控制器与复合电源模组之间连接有碰撞断电驱动电路和触摸屏控制电路。
2.根据权利要求1所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：
所述电池状态监测系统包括与数字隔离与信号传输模块连接的电流动态检测单元，电压检测单元以及温度检测单元。
3.根据权利要求2所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：
所述电流动态检测单元对电流进行实时监测，通过CAN总线传输给主控制器单元，完成对复合电源充电和放电状态的有效监测。
4.根据权利要求3所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：
所述电池状态监测系统通过电池状态监测芯片对复合电源模组中的电压和温度进行监测。
5.根据权利要求4所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：所述触摸屏控制系统由车载电压变换经过变换后进行供电，通过调节显示模式进行电池组的整体电量显示、单体电量显示、复合电源能量分配模式设置，并通过相应驱动电路控制均衡拓扑结构，实现复合电源的不均衡充放电。
6.根据权利要求5所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：
所述单体电池补电系统通过对单体电池和超级电容器之间的电压进行匹配，控制相应开关的通断实现单体电池补电。
7.根据权利要求6所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：
所述碰撞监测防护系统用于车辆发生碰撞时，加速度传感器及温度传感器将监测信号经信号处理电路传递给主控制单元，控制器单元依据碰撞识别方法判定车辆发生碰撞的强度，进而选择是否触发分断单元。
8.根据权利要求7所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：
所述主控制器选用TMS320F2812型号的控制器进行数据采集、处理和触摸屏幕的控制。
9.根据权利要求8所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：所述电流动态检测单元具体以智能传感器MM912J637为核心，基于电流阻值为100uΩ的分流电阻，对电流进行实时监测。
10.根据权利要求9所述的车载复合电源智能安全控制系统，其特征在于：所述电池状态监测芯片的型号为LTC6802。
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