CN107933344A - 一种高效节能电动车、电池管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效节能电动车、电池管理系统及方法，所述电动车包括：电动车车体、设置于车体后部上的支架以及依次串联的太阳能电池板组件、光电转换器、太阳能蓄电池和电池管理系统；所述太阳能蓄电池通过导线与电机连接，所述的太阳能电池板组件包括第一太阳能电池板和太阳能电池板装置，第一太阳能电池板覆盖于支架的顶部，太阳能电池板装置与支架后端的上部活动连接，太阳能电池板装置内设有第二太阳能电池板，第一太阳能电池板和第二太阳能电池板为柔性薄膜电池。具有节能环保，控制精确和结构简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，尤其涉及一种高效节能电动车、电池管理系统 及方法。
背景技术
电动车未来将以锂电池为主要动力驱动来源，主因在于锂电池有高能量密度 优势，所以性能较为稳定。然而锂电池大量生产时品质不易掌握，电池芯出厂时 电量即存在些微差异，且随着操作环境、老化等因素，电池间不一致性将愈趋明 显，电池效率、寿命也都将变差，再加上过充或过放等情况，严重时可能导致起 火燃烧等安全问题。因此，透过电池管理系统(BMS)能准确量测电池组使用状 况，保护电池不至于过度充放电，平衡电池组中每一颗电池的电量，以及分析计 算电池组的电量并转换为驾驶可理解的续航力信息，确保动力电池可安全运作。
2012年全球电池管理系统(BMS)市场产值成长逾10％，2013年至2015年 成长幅度将大幅跃升至25-35％。现阶段不论是整车厂、电池厂、还是相关车电 零组件厂均投入电池管理系统(BMS)研发，以求掌握电动车产业的关键技术， 由于车厂是电池管理系统的使用者，车厂多偏好使用本身的软件处理，并以专门 的厂规控管，以维持操作弹性。电池管理系统(BMS)产业发展可能类似锂电池， 车厂为掌握关键技术，会与长期合作供货商密切合作产品开发，对新进厂商切入 难度高。因此，未来新进厂商欲切入车厂供应链，除与相关供应链强化合作关系 外，针对需求打造客制化方案，才有机会抢得先机。
电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)，电动汽车电池管理系统(BMS) 是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实 时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热 管理等。
二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、 使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特 性亦相差很大。电池管理系统(BMS)主要就是为了能够提高电池的利用率，防 止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。随着电池 管理系统的发展，也会增添其它的功能。。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效节能电动车、电池管理系统及方法，具有节 能环保，控制精确和结构简单的优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种高效节能电动车，所述电动车包括：电动车车体、设置于车体后部上的 支架以及依次串联的太阳能电池板组件、光电转换器、太阳能蓄电池和电池管理 系统；所述太阳能蓄电池通过导线与电机连接，所述的太阳能电池板组件包括第 一太阳能电池板和太阳能电池板装置，第一太阳能电池板覆盖于支架的顶部，太 阳能电池板装置与支架后端的上部活动连接，太阳能电池板装置内设有第二太阳 能电池板，第一太阳能电池板和第二太阳能电池板为柔性薄膜电池。
进一步的，所述支架的顶部呈曲面结构。
进一步的，所述的太阳能电池板装置包括横向设置于支架后端上部的横杆， 横杆上套设有旋转管，旋转管的两端均设有轴承，轴承内圈固定于横杆上，外 圈固定于旋转管上，旋转管的一端设有弹簧，弹簧的另一端与横杆连接，旋转 管上卷设有第二太阳能电池板，第二太阳能电池板的一端固定在旋转管上，另一 端与固定组件连接。
一种高效节能电动车的电池管理系统，所述系统包括：用于获取电池组数据 信息的信号检测模块和用于对采集到的数据信息进行处理的通信及信息处理模 块；所述信号检测模块包括：总电流传感器；所述总电流传感器通过负载串联于 由多个电池组成的电池组；总电压传感器；所述总电压传感器通过负载并联于由 多个电池组成的电池组；所电池组中的每个电池分别信号连接于一个检测单元； 所述检测单元信号连接于电子控制单元；所述电子控制单元接入LIN总线；所述 通信及信息处理模块包括：DSP处理器；所述DSP处理器接入LIN总线，同时也 接入CAN总线；所述DSP处理器还分别信号连接于USB接口和显示装置。
进一步的，所述检测单元包括：电源和电压采样电路、电流采样电路和温度 检测电路；所述电源分别信号连接于电压采样电路、电流采样电路和温度检测单 元；所述电压采样电路、电流采样电路和温度检测电路分别信号连接于电源。
进一步的，所述电源的基准电压为2.5V。
进一步的，所述电流采样电路为：霍尔传感器，霍尔传感器输出最高3V的 电压信号，可以直接接入到电池进行采样；所述温度检测电路为：温度检测芯片， 温度检测芯片在-40℃和125℃时输出电压分别为0.5V和1.75V,其具有10 mV/℃的温度电压比例特性和±0.5℃的误差。
一种高效节能电动车的电池管理系统的电池管理方法，所述方法包括以下步 骤：
步骤1：系统初始化，初始化各个模块和各个端口；
步骤2：定时器中断，判断是否满足50ms中断，如果满足则直接执行步骤3， 如果没有满足50ms中断，则等待执行；
步骤3：发送LIN总线命令，读取电池的状态；
步骤4：判断电池电压是否超限，如果超限，则执行电压超限程序，进而执 行步骤5，如果电压没有超限，则直接执行步骤5；
步骤5：判断电池电压是否超限，如果超限，则执行电流超限程序，进而执 行步骤6，如果电流没有超限，则直接执行步骤6；
步骤6：判断电池温度是否超限，如果超限，则执行温度超限程序，进而执 行步骤6，如果温度没有超限，则直接执行步骤6；
步骤7：估算电池荷电状态判断容量是否超限，如果是，则执行容量不足处 理程序，如果不是则想存储器中更新数据，然后显示装置显示电池状态。
进一步的，所述LIN总线的电池标识符场为由8个ID位组成；所述8个ID
中的第一位和第二位为奇偶校验位，第三位和第四位为电流表征位；第五位 和第六位为电压表征位；第七位和第八位温度表征位。
进一步的，所述DSP处理器对电池电量进行估算的方法包括以下步骤：
步骤1：建立电池的电气数学模型，得到电池的电气数学模型为：
EK＝V(k)-Ri(k)-uc(k)；
其中：k为k时刻，E(k)为电池端电压，V(k)是电池电动势，R1是电 池的欧姆内阻，R2是电池的极化内阻，Uc是电池的极化电压，电阻R2和电容 JC为模拟电池极化过程中的动态特性；
步骤2：根据电池的极化特性得到在温度应县个情况下，电池的电动势和电 荷状态的关系为：
EK＝F[SOC(k)]+ΔE(k)；
其中，F[SOC(k)]是电池与电动势的函数关系，SOC(k)表示电池在不同温 度下电动势相对于参考条件下的变化量；
步骤3：通过上述公式得到离散化后的状态空间方程，根据离散化后的状态 空间方程得出卡尔曼滤波估算算式：
SOC(k)＝SOC(k|k-1)+K(k)[V(k)-V(k′)]；
通过该卡尔曼滤波估算算式可以估算得出电池的容量。
本发明的有益效果如下：
采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：
基于分布式方法检测各个单体电池的参数，引入了LIN总线技术，进一步 降低了系统的成本。本系统实现了电池实时监测与保护、SOC估算、LIN总线通 信等功能。该系统结构简单、测量精度较高、能有效地保护电池组，用LIN总 线代替常用的CAN或RS232通信，为设计新型电动汽车电池管理系统提供了重 要依据。
附图说明
图1为本发明的一种高效节能电动车的结构示意图。
图2为本发明的一种高效节能电动车的电池管理系统的结构示意图。
其中：1-支架，2-太阳能电池板。
具体实施例
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相 排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述， 每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1：
如图1所示，一种高效节能电动车，所述电动车包括：电动车车体、设置于 车体后部上的支架以及依次串联的太阳能电池板组件、光电转换器、太阳能蓄电 池和电池管理系统；所述太阳能蓄电池通过导线与电机连接，所述的太阳能电池 板组件包括第一太阳能电池板和太阳能电池板装置，第一太阳能电池板覆盖于支 架的顶部，太阳能电池板装置与支架后端的上部活动连接，太阳能电池板装置内 设有第二太阳能电池板，第一太阳能电池板和第二太阳能电池板为柔性薄膜电 池。
进一步的，所述支架的顶部呈曲面结构。
进一步的，所述的太阳能电池板装置包括横向设置于支架后端上部的横杆， 横杆上套设有旋转管，旋转管的两端均设有轴承，轴承内圈固定于横杆上，外 圈固定于旋转管上，旋转管的一端设有弹簧，弹簧的另一端与横杆连接，旋转 管上卷设有第二太阳能电池板，第二太阳能电池板的一端固定在旋转管上，另一 端与固定组件连接。
实施例2：
如图2所示，一种高效节能电动车的电池管理系统，所述系统包括：用于获 取电池组数据信息的信号检测模块和用于对采集到的数据信息进行处理的通信 及信息处理模块；所述信号检测模块包括：总电流传感器；所述总电流传感器通 过负载串联于由多个电池组成的电池组；总电压传感器；所述总电压传感器通过 负载并联于由多个电池组成的电池组；所电池组中的每个电池分别信号连接于一 个检测单元；所述检测单元信号连接于电子控制单元；所述电子控制单元接入 LIN总线；所述通信及信息处理模块包括：DSP处理器；所述DSP处理器接入LIN 总线，同时也接入CAN总线；所述DSP处理器还分别信号连接于USB接口和显示 装置。
进一步的，所述检测单元包括：电源和电压采样电路、电流采样电路和温度 检测电路；所述电源分别信号连接于电压采样电路、电流采样电路和温度检测单 元；所述电压采样电路、电流采样电路和温度检测电路分别信号连接于电源。
进一步的，所述电源的基准电压为2.5V。
进一步的，所述电流采样电路为：霍尔传感器，霍尔传感器输出最高3V的 电压信号，可以直接接入到电池进行采样；所述温度检测电路为：温度检测芯片， 温度检测芯片在-40℃和125℃时输出电压分别为0.5V和1.75V,其具有10 mV/℃的温度电压比例特性和±0.5℃的误差。
实施例3：
一种高效节能电动车的电池管理系统的电池管理方法，所述方法包括以下步 骤：
步骤1：系统初始化，初始化各个模块和各个端口；
步骤2：定时器中断，判断是否满足50ms中断，如果满足则直接执行步骤3， 如果没有满足50ms中断，则等待执行；
步骤3：发送LIN总线命令，读取电池的状态；
步骤4：判断电池电压是否超限，如果超限，则执行电压超限程序，进而执 行步骤5，如果电压没有超限，则直接执行步骤5；
步骤5：判断电池电压是否超限，如果超限，则执行电流超限程序，进而执 行步骤6，如果电流没有超限，则直接执行步骤6；
步骤6：判断电池温度是否超限，如果超限，则执行温度超限程序，进而执 行步骤6，如果温度没有超限，则直接执行步骤6；
步骤7：估算电池荷电状态判断容量是否超限，如果是，则执行容量不足处 理程序，如果不是则想存储器中更新数据，然后显示装置显示电池状态。
进一步的，所述LIN总线的电池标识符场为由8个ID位组成；所述8个ID
中的第一位和第二位为奇偶校验位，第三位和第四位为电流表征位；第五位 和第六位为电压表征位；第七位和第八位温度表征位。
进一步的，所述DSP处理器对电池电量进行估算的方法包括以下步骤：
步骤1：建立电池的电气数学模型，得到电池的电气数学模型为：
EK＝V(k)-Ri(k)-uc(k)；
其中：k为k时刻，E(k)为电池端电压，V(k)是电池电动势，R1是电 池的欧姆内阻，R2是电池的极化内阻，Uc是电池的极化电压，电阻R2和电容 JC为模拟电池极化过程中的动态特性；
步骤2：根据电池的极化特性得到在温度应县个情况下，电池的电动势和电 荷状态的关系为：
EK＝F[SOC(k)]+ΔE(k)；
其中，F[SOC(k)]是电池与电动势的函数关系，SOC(k)表示电池在不同温 度下电动势相对于参考条件下的变化量；
步骤3：通过上述公式得到离散化后的状态空间方程，根据离散化后的状态 空间方程得出卡尔曼滤波估算算式：
SOC(k)＝SOC(k|k-1)+K(k)[V(k)-V(k′)]；
通过该卡尔曼滤波估算算式可以估算得出电池的容量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制， 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落 入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效节能电动车，其特征在于，所述电动车包括：电动车车体、设置于车体后部上的支架以及依次串联的太阳能电池板组件、光电转换器、太阳能蓄电池和电池管理系统；所述太阳能蓄电池通过导线与电机连接，所述的太阳能电池板组件包括第一太阳能电池板和太阳能电池板装置，第一太阳能电池板覆盖于支架的顶部，太阳能电池板装置与支架后端的上部活动连接，太阳能电池板装置内设有第二太阳能电池板，第一太阳能电池板和第二太阳能电池板为柔性薄膜电池。
2.如权利要求1所述的高效节能电动车，其特征在于，所述支架的顶部呈曲面结构。
3.如权利要求2所述的高效节能电动车，其特征在于，所述的太阳能电池板装置包括横向设置于支架后端上部的横杆，横杆上套设有旋转管，旋转管的两端均设有轴承，轴承内圈固定于横杆上，外圈固定于旋转管上，旋转管的一端设有弹簧，弹簧的另一端与横杆连接，旋转管上卷设有第二太阳能电池板，第二太阳能电池板的一端固定在旋转管上，另一端与固定组件连接。
4.一种高效节能电动车的电池管理系统，其特征在于，所述系统包括：用于获取电池组数据信息的信号检测模块和用于对采集到的数据信息进行处理的通信及信息处理模块；所述信号检测模块包括：总电流传感器；所述总电流传感器通过负载串联于由多个电池组成的电池组；总电压传感器；所述总电压传感器通过负载并联于由多个电池组成的电池组；所电池组中的每个电池分别信号连接于一个检测单元；所述检测单元信号连接于电子控制单元；所述电子控制单元接入LIN总线；所述通信及信息处理模块包括：DSP处理器；所述DSP处理器接入LIN总线，同时也接入CAN总线；所述DSP处理器还分别信号连接于USB接口和显示装置。
5.如权利要求4所述的高效节能电动车的电池管理系统，其特征在于，所述检测单元包括：电源和电压采样电路、电流采样电路和温度检测电路；所述电源分别信号连接于电压采样电路、电流采样电路和温度检测单元；所述电压采样电路、电流采样电路和温度检测电路分别信号连接于电源。
6.如权利要求2所述的高效节能电动车的电池管理系统，其特征在于，所述电源的基准电压为2.5V。
7.如权利要求3所述的高效节能电动车的电池管理系统，其特征在于，所述电流采样电路为：霍尔传感器，霍尔传感器输出最高3V的电压信号，可以直接接入到电池进行采样；所述温度检测电路为：温度检测芯片，温度检测芯片在-40℃和125℃时输出电压分别为0.5V和1.75V,其具有10mV/℃的温度电压比例特性和±0.5℃的误差。
8.一种基于权利要求4至7之一所述的高效节能电动车的电池管理系统的电池管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统初始化，初始化各个模块和各个端口；
步骤2：定时器中断，判断是否满足50ms中断，如果满足则直接执行步骤3，如果没有满足50ms中断，则等待执行；
步骤3：发送LIN总线命令，读取电池的状态；
步骤4：判断电池电压是否超限，如果超限，则执行电压超限程序，进而执行步骤5，如果电压没有超限，则直接执行步骤5；
步骤5：判断电池电压是否超限，如果超限，则执行电流超限程序，进而执行步骤6，如果电流没有超限，则直接执行步骤6；
步骤6：判断电池温度是否超限，如果超限，则执行温度超限程序，进而执行步骤6，如果温度没有超限，则直接执行步骤6；
步骤7：估算电池荷电状态判断容量是否超限，如果是，则执行容量不足处理程序，如果不是则想存储器中更新数据，然后显示装置显示电池状态。
9.如权利要求5所述的高效节能电动车的电池管理系统的电池管理方法，其特征在于，所述LIN总线的电池标识符场为由8个ID位组成；所述8个ID
中的第一位和第二位为奇偶校验位，第三位和第四位为电流表征位；第五位和第六位为电压表征位；第七位和第八位温度表征位。
10.如权利要求6所述的高效节能电动车的电池管理系统的电池管理方法，其特征在于，所述DSP处理器对电池电量进行估算的方法包括以下步骤：
步骤1：建立电池的电气数学模型，得到电池的电气数学模型为：
EK＝V(k)-Ri(k)-uc(k)；
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其中：k为k时刻，E(k)为电池端电压，V(k)是电池电动势，R1是电池的欧姆内阻，R2是电池的极化内阻，Uc是电池的极化电压，电阻R2和电容JC为模拟电池极化过程中的动态特性；
步骤2：根据电池的极化特性得到在温度应县个情况下，电池的电动势和电荷状态的关系为：
EK＝F[SOC(k)]+ΔE(k)；
<mrow>
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<mo>;</mo>
</mrow>
其中，F[SOC(k)]是电池与电动势的函数关系，SOC(k)表示电池在不同温度下电动势相对于参考条件下的变化量；
步骤3：通过上述公式得到离散化后的状态空间方程，根据离散化后的状态空间方程得出卡尔曼滤波估算算式：
SOC(k)＝SOC(k|k-1)+K(k)[V(k)-V(k′)]；
通过该卡尔曼滤波估算算式可以估算得出电池的容量。
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| CN201711146424.9A CN107933344A (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 一种高效节能电动车、电池管理系统及方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020051947A1 (zh) * | 2018-09-12 | 2020-03-19 | 汉能晖煜新能源科技有限公司 | 太阳能运输车 |
| CN113071328A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-07-06 | 浙江鑫亿嘉智能科技有限公司 | 太阳能电动智能自行车 |
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2017
- 2017-11-17 CN CN201711146424.9A patent/CN107933344A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020051947A1 (zh) * | 2018-09-12 | 2020-03-19 | 汉能晖煜新能源科技有限公司 | 太阳能运输车 |
| CN113071328A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-07-06 | 浙江鑫亿嘉智能科技有限公司 | 太阳能电动智能自行车 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180420 |