CN107492684A - 动力电池的电池管理系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池的电池管理系统及车辆，该系统包括：采集板，用于采集动力电池中单体电池的温度和电压；高压监测板，用于检测动力电池总电压，动力电池总电流和绝缘电阻，以及通过采集控制开关两端的电压实现控制开关的状态监测；主控制板，所述主控制板分别与所述采集板和所述高压监测板相连，以根据所述采集板的采集数据和所述高压监测板的监测结果对所述动力电池进行管理。本发明的电池管理系统具有安全、可靠的优点，另外，具有动力电池的相关数据监测精度高的优点。

Description

动力电池的电池管理系统及车辆
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种动力电池的电池管理系统及车辆。
背景技术
电动汽车的电池管理系统是电动汽车动力系统控制和监测的重要部件之一。目前集散式电池管理系统的硬件架构设计通常的设计架构如图5所示，包括主控制板(BCU)、采集板(BMU)、SHUNT电流传感器、正极继电器、负极继电器等。采集板将采集到的单体电压、温度等信通过CAN总线发送给主控制板，SHUNT电流传感器两端与主控制板连接，主控制板根据SHUNT电流传感器两端的电压和SHUNT电流传感器的电阻完成动力电池的总电流的测量。另外，主控制板还需要完成动力电池总电压的测量，包括继电器前端电压测量、继电器后端电源测量以确认继电器是否存在粘连故障。
相关技术中的电池管理系统存在以下缺点：主控制板既要完成正极继电器、负极继电器、预充电继电器等电池包内继电器的驱动，电池包的热管理、电池SOC、SOE等参数的评估、故障监测等重要工作，又要完成高压信号的采集处理、继电器工作状态判断等高压处理任务。在主控制板的硬件电路上需要将高压信号引入到电路板中，在硬件调试或整车调试过程中存在高压安全隐患。另外，由于电池管理系统与动力电池内的高低压电气设备连接的线束包含高压线束和低压线束，在线束设计与布线实施过程中很难做到高压低分别布线，或多或少存在高低压交叉布线的情况。整车调试及修护人员存在误操作高压触电的风险。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种动力电池的电池管理系统。该系统具有安全、可靠的优点，另外，具有动力电池的相关数据监测精度高的优点。
本发明的另一个目的在于提供一种车辆。
为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种动力电池的电池管理系统，包括：采集板，用于采集动力电池中单体电池的温度和电压；高压监测板，用于检测动力电池总电压，动力电池总电流和绝缘电阻，以及通过采集控制开关两端的电压实现控制开关的状态监测；主控制板，所述主控制板分别与所述采集板和所述高压监测板相连，以根据所述采集板的采集数据和所述高压监测板的监测结果对所述动力电池进行管理。
根据本发明实施例的动力电池的电池管理系统，动力电池总电压和总电流的高压监测、高压开关(如正极继电器和负极继电器)的开关状态等高压监测由单独的高压监测板完成，而电池管理系统负责主控制板对单体电池的电压和温度等低压监测等工作，实现了高压监测和低压监测的分开监测，进而，能够对高压线束和低压线束分别布线，降低较差布线可能导致的触电风险，提升电池管理系统的安全性和可靠性。
另外，根据本发明上述实施例的动力电池的电池管理系统还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述高压监测板监测采样电阻两端的电压，以根据所述采样电阻两端的电压得到所述动力电池总电流，其中，所述采样电阻集成在所述高压监测板上。
在一些示例中，所述采集板和所述高压监测板均具有各自唯一的ID，以便通过相应的ID访问所述采集板或所述高压监测板。
在一些示例中，所述高压监测板还包括绝缘电阻检测模块，以用于对电池管理系统的绝缘电阻进行监测。
在一些示例中，所述高压控制开关包括用于控制所述动力电池的正极通断的正极继电器以及用于控制所述动力电池的负极通断的负极继电器，所述采样电阻设置在所述动力电池的负极和所述负极继电器之间。
在一些示例中，所述采样电阻为SHUNT电流传感器。
在一些示例中，所述主控制板包括冗余热备份电源，以通过所述冗余热备份电源为所述采集板和所述高压监测板供电。
在一些示例中，所述主控制板包括双冗余CAN总线模块，以通过所述双冗余CAN总线模块与所述采集板和所述高压监测板通信。
在一些示例中，所述动力电池包括多个电池模组，每个电池模组包括多个单体电池，所述采集板为多个，多个所述采集板一一对应地与多个所述电池模组相连，以采集对应的电池模组中多个单体电池的温度和电压。
本发明的第二方面的实施例公开了一种车辆，包括：根据上述任意一个实施例所述的动力电池的电池管理系统。该车辆具有安全、可靠的优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述的和/或附加的方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的动力电池的电池管理系统的结构框图；
图2是根据本发明一个实施例的动力电池的电池管理系统的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的动力电池的电池管理系统中采用冗余热备份电源的主控制板的示意图；
图4是根据本发明一个实施例的动力电池的电池管理系统中采用双冗余CAN总线通信的主控制板的示意图；以及
图5是相关技术中的动力电池的电池管理系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的动力电池的电池管理系统及车辆。
在描述根据本发明实施例的动力电池的电池管理系统及车辆之前，首先对动力电池进行描述，动力电池是由多个(例如：数百个)单体电池组成的，这些单体电池通过串并联的方式组成多个相同的电池模组，再由多个电池模组串联形成整个电池包，动力电池通过高压控制开关(简称控制开关)与高压母线相连。
图1是根据本发明一个实施例的动力电池的电池管理系统的结构框图。如图1所示，根据本发明一个实施例的动力电池的电池管理系统100，包括：采集板110、高压监测板120和主控制板130。
其中，采集板110用于采集动力电池中单体电池的温度和电压。高压监测板120用于检测动力电池总电压，动力电池总电流和绝缘电阻，以及通过采集控制开关两端的电压实现控制开关的状态监测。主控制板130分别与采集板110和高压监测板120相连，以根据采集板110的采集数据和高压监测板120的监测结果对动力电池进行管理。
作为一个具体的示例，如图2所示，高压控制开关包括正极继电器和负极继电器。正极继电器的一端与动力电池的正极相连且另一端作为动力电池(电池包)的正极输出端Pack+，正极继电器用于控制动力电池的正极的通断。负极继电器的一端连接高压监测板120(SHUNT电阻)的一端且另一端作为动力电池(电池包)的负极输出端Pack-，负极继电器用于控制动力电池的负极的通断。
进一步地，高压监测板120监测采样电阻140两端的电压，以根据采样电阻140两端的电压得到动力电池总电流，其中，采样电阻140集成在高压监测板120上，采样电阻140例如为阻值已知的SHUNT电流传感器(即：SHUNT电阻)。这样，高压监测板120(如图2所示的HVMU)根据监测到的SHUNT电阻两端的电压，以及SHUNT电阻已知的阻值，可以计算出动力电池包的总电流，进而实现对动力电池包的总电流的监测。当然，主控制板130(如图2所示的BCU)与高压监测板120通信，主控制板130可以从高压监测板120获得动力电池包的总电流，同样可以对动力电池包的总电流进行监测。
主控制板130和高压监测板120之间可以通过电源线和CAN总线相连，当然，CAN总线可以替换为专用通讯线，还可以同时采用CAN总线和专用通讯线共同通信。进一步地，专用通讯线为但不限于串行通讯接口，该通讯接口为二线或三线组成(三线制可以包含时钟线)。这样，主控制板130可以通过电源线为高压监测板120供电，主控制板130通过CAN总线和专用通讯线中的至少一个与高压监测板120通信。
高压监测板120采集正极继电器前端(即：动力电池正极)和负极继电器前端(即：动力电池负极)的电压，从而能够得到动力电池的总电压。进而实现对动力电池包的总电压的监测。当然，主控制板130(如图2所示的BCU)与高压监测板120通信，主控制板130可以从高压监测板120获得动力电池包的总电压，同样可以对动力电池包的总电压进行监测。
高压监测板120还采集正极继电器后端(即：正极输出端Pack+)和负极继电器前端(即：动力电池负极)的电压，从而能够检测出正极继电器是否发生粘连。高压监测板120还采集正极继电器前端(即：动力电池正极)和负极继电器后端(即：负极输出端Pack-)的电压，从而能够检测出负极继电器是否发生粘连。进而实现对正极继电器和负极继电器等开关状态的监测。当然，主控制板130(如图2所示的BCU)与高压监测板120通信，主控制板130可以从高压监测板120获得正极继电器和负极继电器等开关状态，同样可以对正极继电器和负极继电器等开关状态进行监测。
此外，高压监测板120包括绝缘电阻检测模块，这样，绝缘电阻检测模块对电池管理系统100的绝缘电阻进行监测。主控制板130可以与高压监测板120进行通信，而得到高压监测板120监测到的绝缘电阻。从而实现对绝缘电阻的监测，确保电池管理系统100的安全性和可靠性。
如图2所示，采样电阻140(SHUNT电阻)集成在高压监测板120内，这样，高压监测板120与采样电阻140之间的采集线路可以很短，从而能够提高电流测量精度，具有较高的抗干扰性。
再次结合图2，动力电池包括多个电池模组，如图2所示的电池模组1#、电池模组2#、电池模组n#等，每个电池模组包括多个单体电池，采集板110为多个，如采集板1#、采集板2#、采集板n#等，多个采集板110一一对应地与多个电池模组相连，以采集对应的电池模组中多个单体电池的温度和电压(即：单体电池的单体电压和单体温度)。如采集板1#采集电池模组1#中的多个单体电池的温度和电压、采集板2#采集电池模组2#中的多个单体电池的温度和电压、采集板n#采集电池模组n#中的多个单体电池的温度和电压。
在本发明的一个实施例中，采集板110和高压监测板120均具有各自唯一的ID，以便通过相应的ID访问采集板110或高压监测板120。即：每个采集板110和高压监测板120均可通过自动分配CAN总线ID，可以方便开发人员安装调试及售后维护人员进行检修等操作。
主控制板130根据采集板110的采集数据和高压监测板120的监测结果对动力电池进行管理，如：正极继电器、负极继电器、预充继电器等的驱动，电池包的热管理、动力电池的荷电状态SOC、SOE等参数的评估、故障监测、电池均衡等工作。
根据本发明实施例的动力电池的电池管理系统，动力电池总电压和总电流的高压监测、高压开关(如正极继电器和负极继电器)的开关状态等高压监测由单独的高压监测板完成，而电池管理系统负责主控制板对单体电池的电压和温度等低压监测等工作，实现了高压监测和低压监测的分开监测，进而，能够对高压线束和低压线束分别布线，降低较差布线可能导致的触电风险，提升电池管理系统的安全性和可靠性。
如图3所示，本发明实施例的动力电池的电池管理系统的主控制板130包括冗余热备份电源，以通过冗余热备份电源为采集板110和高压监测板120供电，具体地，主控制板通过MOS开关及继电器开关控制负载电源的输出，并可通过ADC检测输出电流。当输出电流异常时可通过CAN总线与整车其它的控制器进行通讯上报异常状态。即：采用供电系统热备份冗余电源管理，提高了对采集板和高压监测板供电的可靠性。
如图4所示，本发明实施例的动力电池的电池管理系统的主控制板130包括双冗余CAN总线模块，以通过双冗余CAN总线模块与采集板110和高压监测板120通信。即：采用双CAN总线架构，提高了与采集板110和高压监测板120通讯的可靠性。
本发明实施例的动力电池的电池管理系统，具有安全、可靠的优点，另外，具有动力电池的相关数据监测精度高的优点。
需要说明的是，本发明实施例的动力电池的电池管理系统的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。
进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，包括：根据上述任意一个实施例所述的动力电池的电池管理系统。其中，该车辆为电动汽车或者混合动力汽车。该车辆可以的动力电池总电压和总电流的高压监测、高压开关(如正极继电器和负极继电器)的开关状态等高压监测由单独的高压监测板完成，而电池管理系统负责主控制板对单体电池的电压和温度等低压监测等工作，实现了高压监测和低压监测的分开监测，进而，能够对高压线束和低压线束分别布线，降低较差布线可能导致的触电风险，提升电池管理系统的安全性和可靠性，提升车辆安全。
另外，根据本发明上述实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种动力电池的电池管理系统，其特征在于，包括：
采集板，用于采集动力电池中单体电池的温度和电压；
高压监测板，用于检测动力电池总电压，动力电池总电流和绝缘电阻，以及通过采集控制开关两端的电压实现控制开关的状态监测；
主控制板，所述主控制板分别与所述采集板和所述高压监测板相连，以根据所述采集板的采集数据和所述高压监测板的监测结果对所述动力电池进行管理。
2.根据权利要求1所述的动力电池的电池管理系统，其特征在于，所述高压监测板监测采样电阻两端的电压，以根据所述采样电阻两端的电压得到所述动力电池总电流，其中，所述采样电阻集成在所述高压监测板上。
3.根据权利要求1所述的动力电池的电池管理系统，其特征在于，所述采集板和所述高压监测板均具有各自唯一的ID，以便通过相应的ID访问所述采集板或所述高压监测板。
4.根据权利要求1所述的动力电池的电池管理系统，其特征在于，所述高压监测板还包括绝缘电阻检测模块，以用于对电池管理系统的绝缘电阻进行监测。
5.根据权利要求1所述的动力电池的电池管理系统，其特征在于，所述高压控制开关包括用于控制所述动力电池的正极通断的正极继电器以及用于控制所述动力电池的负极通断的负极继电器，所述采样电阻设置在所述动力电池的负极和所述负极继电器之间。
6.根据权利要求2所述的动力电池的电池管理系统，其特征在于，所述采样电阻为SHUNT电流传感器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的动力电池的电池管理系统，其特征在于，所述主控制板包括冗余热备份电源，以通过所述冗余热备份电源为所述采集板和所述高压监测板供电。
8.根据权利要求1-6任一项所述的动力电池的电池管理系统，其特征在于，所述主控制板包括双冗余CAN总线模块，以通过所述双冗余CAN总线模块与所述采集板和所述高压监测板通信。
9.根据权利要求1所述的动力电池的电池管理系统，其特征在于，所述动力电池包括多个电池模组，每个电池模组包括多个单体电池，所述采集板为多个，多个所述采集板一一对应地与多个所述电池模组相连，以采集对应的电池模组中多个单体电池的温度和电压。
10.一种车辆，其特征在于，包括：根据权利要求1-9任一项所述的动力电池的电池管理系统。
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