CN108248445A - 主从一体式电池管理装置及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种主从一体式电池管理装置及电动汽车，涉及电动汽车电池管理技术领域，包括：控制模块、温度采集模块、电压采集模块和主动均衡模块，电压采集模块，用于采集电池组中每个单体电池的电压信息，温度采集模块，用于采集电池组中每个单体电池的温度信息，控制模块分别与温度采集模块和电压采集模块连接，用于根据接收到的多个单体电池的温度信息和电压信息生成均衡控制信号；主动均衡模块与电池组连接，用于根据均衡控制信号调节电池组中的多个单体电池的电能，使多个单体电池能量均衡。本发明以提供一种具有电池信息采集和电池均衡控制功能的主从一体式架构，减小占用空间，减少线缆数量，提高电池管理装置的安全性和工作稳定性。

Description

主从一体式电池管理装置及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车电池管理领域，尤其是涉及一种主从一体式电池管理装置及电动汽车。
背景技术
动力电池作为电动汽车的核心，直接影响到电动汽车的安全与续航能力，由于动力电池的存储容量及放电特性已达瓶颈，因此实际使用中通常使用由锂离子动力电池以串联方式连接构成的动力电池组。由于电池串数较多，管理电池组的电池管理系统通常采用主从式架构体系：从控负责单体数据的采集；主控负责数据的分析和系统控制。由于主控和从控各自的功能设置于两个独立的PCB板上，占用空间较大，线缆较多，传输信号容易受到干扰，导致电池管理系统的安全性低和工作稳定性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种主从一体式电池管理装置及电动汽车，以缓解现有技术中的电池管理系统一般采用主从式架构体系，占用空间较大，线缆较多，导致电池管理系统的安全性低和工作稳定性较差等技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种主从一体式电池管理装置，包括：壳体，以及设置于所述壳体内的控制模块、温度采集模块、电压采集模块和主动均衡模块；
所述电压采集模块，用于采集电池组中每个单体电池的电压信息；
所述温度采集模块，用于采集电池组中每个单体电池的温度信息；
所述控制模块分别与所述温度采集模块和所述电压采集模块连接，用于根据接收到的多个单体电池的温度信息和电压信息生成均衡控制信号，并将所述均衡控制信号发送给所述主动均衡模块；
所述主动均衡模块与所述电池组连接，用于根据所述均衡控制信号调节电池组中的多个单体电池的电能，直至所述多个单体电池能量均衡。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述壳体内还包括：自供电模块；
所述自供电模块的电源输入接口与所述电池组的正输出端连接，所述自供电模块的电源输出接口与所述控制模块连接，用于利用所述电池组的电能为所述控制模块供电。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述壳体内还包括：电源模块；
所述电源模块包括：与外部电源连接的电源接口和隔离变压器；
所述隔离变压器，用于为所述控制模块隔离供电。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述壳体内还包括：通信模块；
所述通信模块，用于在所述控制模块的控制下，将所述电池组的每个单体电池的温度信息和电压信息发送给整车控制器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述主动均衡模块包括：均衡变压器以及与每个单体电池连接的均衡开关电路；
所述控制模块与各个所述均衡开关电路连接，用于控制各个所述均衡开关电路的接通或断开；
所述均衡变压器与各个所述均衡开关电路连接，用于当任一单体电池对应的均衡开关电路接通时，根据所述控制模块发送的所述均衡控制信号控制电压超过预设高压阈值的所述单体电池降压，控制电压低于预设低压阈值的单体电池升压。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述电压采集模块包括：电压采集电路以及与每个单体电池连接的电压采集开关电路；
所述控制模块与各个所述电压采集开关电路连接，用于控制各个所述均衡开关电路的接通或断开；
所述电压采集电路包括16个电压采集点，用于在各个所述均衡开关电路接通时，采集各个单体电池的电压信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括：主负接触器和电流采集模块；
所述电流采集模块与所述电池组连接，用于采集所述电池组的电流信息；
所述控制模块与所述电流采集模块连接，用于接收所述电池组的电流信息；
所述主负接触器与所述电池组连接，用于当任一单体电池的电压低于电压最低阈值或者高于电压最高阈值时，根据所述控制模块的切断控制指令控制自身切断，以断开所述电池组。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述壳体内还包括：至少一个接插件；
所述电压采集模块、所述温度采集模块和所述主动均衡模块通过至少一个接插件与所述电池组连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述壳体为立方体，所述壳体包括：前面板、后面板、顶板、底板、左面板和右面板；
所述前面板上设有对应多个接插件配置的多个通孔；
所述底板的底面与电池箱的外壳紧密连接。
第二方面，本发明实施例还提供一种电动汽车，包括：整车控制器以及如第一方面所述的主从一体式电池管理装置；
所述主从一体式电池管理装置与电池组连接，用于采集所述电池组中的多个单体电池的电池信息和温度信息；
所述整车控制器与所述主从一体式电池管理装置连接，用于接收所述主从一体式电池管理装置发送的多个单体电池的电池信息和温度信息，以及向所述主从一体式电池管理装置发送电池控制信息。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明的目的在于提供一种主从一体式电池管理装置及电动汽车，以提供一种具有电池信息采集和电池均衡控制功能的主从一体式架构，结构简单，减小占用空间，减少线缆数量，提高电池管理装置的安全性和工作稳定性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的主从一体式电池管理装置的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例提供的主从一体式电池管理装置的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例提供的主从一体机的接插件的端口图；
图4为本发明另一个实施例提供的主从一体式电池管理装置的结构示意图。
图标：
100-控制模块；200-电压采集模块；300-温度采集模块；400-主动均衡模块；500-通信模块；600-自供电模块；700-电源模块；800-主负接触器；900-电流采集模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
目前，现有技术中的电池管理系统一般采用主从式架构体系，占用空间较大，线缆较多，导致电池管理系统的安全性低和工作稳定性较差，基于此，本发明实施例提供的一种主从一体式电池管理装置及电动汽车，以提供一种具有电池信息采集和电池均衡控制功能的主从一体式架构，结构简单，减小占用空间，减少线缆数量，提高电池管理装置的安全性和工作稳定性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种主从一体式电池管理装置方法进行详细介绍。
如图1所示，本发明实施例中，提供了一种主从一体式电池管理装置，包括：壳体，以及设置于所述壳体内的控制模块100、温度采集模块300、电压采集模块200和主动均衡模块400。
具体的，主从一体式电池管理装置包括：采集电池信息和对电池均衡控制的主从一体机，所述主从一体机的壳体内设置有电控PCB((Printed Circuit Board))板和至少一个接插件，电控PCB板包括：控制模块100、温度采集模块300、电压采集模块200和主动均衡模块400，所述电压采集模块200、所述温度采集模块300和所述主动均衡模块400通过至少一个接插件与所述电池组连接。所述壳体可以为立方体结构，所述壳体包括：前面板、后面板、顶板、底板、左面板和右面板，所述前面板上设有对应多个接插件配置的多个通孔，所述底板的底面与电池箱的内壳紧密连接。
在实际应用中，对于安全系数较高的电动汽车(如防爆车)，电池箱采用防爆电池箱，用于电池在过充过放中防止电池的爆炸。所述防爆电池箱内包括：高压腔(即电池腔，内部设有电池组等)、低压腔(内部设有主从一体机的电控PCB板、防爆线缆和保险丝等)和接线腔(内部设有接线端子)。
其中，所述控制模块100包括但不限于：单片机、微处理器和微控制器等处理芯片，例如型号为UPD70F3374的单片机。
所述电压采集模块200，用于采集电池组中每个单体电池的电压信息。
具体的，所述电压采集模块200包括：电压采集电路以及与每个单体电池连接的电压采集开关电路。例如，对于包括16个单体电池的电池组，对应配置16个电压采集开关电路。
所述控制模块100与各个所述电压采集开关电路的控制端连接，用于控制各个所述均衡开关电路的接通或断开。
所述电压采集电路包括16个电压采集点，用于在各个所述均衡开关电路接通时，采集各个单体电池的电压信号。
在实际应用中，所述电压采集电路包括：电压采集隔离放大电路，所述电压隔离放大电路的信号输入端与电压采集开关电路的信号输出端连接，输出端与控制模块100的电压信号输入端连接。
所述温度采集模块300，用于采集电池组中每个单体电池的温度信息。
在实际应用中，所述温度采集模块300包括：用于采集15个单体电池的15个温度采集支路，每个温度采集支路的信号输出端与模拟开关芯片的信号输入端连接，所述模拟开关芯片的信号输出端与控制模块100的温度信号输入端连接。
所述控制模块100分别与所述温度采集模块300和所述电压采集模块200连接，用于根据接收到的多个单体电池的温度信息和电压信息生成均衡控制信号，并将所述均衡控制信号发送给所述主动均衡模块400。
所述主动均衡模块400与所述电池组连接，用于根据所述均衡控制信号调节电池组中的多个单体电池的电能，直至所述多个单体电池能量均衡。
具体的，所述主动均衡模块400包括：均衡变压器以及与每个单体电池连接的均衡开关电路。
所述控制模块100与各个所述均衡开关电路连接，用于控制各个所述均衡开关电路的接通或断开。
所述均衡变压器与各个所述均衡开关电路连接，用于当任一单体电池对应的均衡开关电路接通时，根据所述控制模块100发送的所述均衡控制信号控制电压超过预设高压阈值的所述单体电池降压，控制电压低于预设低压阈值的单体电池升压，以使所述多个单体电池能量均衡。
本发明实施例提供的一种主从一体式电池管理装置，以提供一种具有电池信息采集和电池均衡控制功能的主从一体式架构，结构简单，减小占用空间，减少线缆数量，提高电池管理装置的安全性和工作稳定性。
如图2所示，在前述实施例的基础上，在本发明的另一个实施例中，所述主从一体机壳体内的电控PCB板还包括：自供电模块600和电源模块700。
所述自供电模块600的电源输入接口与所述电池组的正输出端连接，所述自供电模块600的电源输出接口与所述控制模块100连接，用于利用所述电池组的电能为所述控制模块100供电。
所述电源模块700包括：与外部电源连接的电源接口和隔离变压器。
所述隔离变压器，用于为所述控制模块100隔离供电，提高供电安全。
在实际应用中，对于不同类型电动汽车，可以根据实际需要采用上述其中一种供电方式。对于可以提供低电压(24V)的普通电动汽车，电源模块700的电源接口(即24V接口)直接接24V电瓶，通过隔离变压器将24V电压转换为单片机的工作电压5V。而对于如防爆车这种电压要求较高或者不能提供24V电压的电动汽车，可以采用自供电方式(即接48V接口)，即将电池组的正输出端与自供电模块600的电源输入接口连接，自供电模块600将48V电压(或者大于48V的电压)转换为24V，再将24V电压通过隔离变压器转换为单片机的工作电压5V。
在前述实施例的基础上，所述壳体内的电控PCB板还包括：通信模块500。其中，所述通信模块500包括：隔离CAN通信电路。所述控制模块100通过隔离CAN通信电路与整车控制器连接，以实现所述控制模块100与所述整车控制器之间的信息交互。
所述通信模块500，用于在所述控制模块100的控制下，将所述电池组的每个单体电池的温度信息和电压信息发送给整车控制器。
在实际应用中，所述电控PCB板中的控制模块100、温度采集模块300、电压采集模块200、主动均衡模块400、通信模块500、自供电模块600、电源模块700以及程序调试模块采用本安器件，防爆本安程度较高。
具体的，本发明实施例提供的主从一体式电池管理装置中的主从一体机的的具体参数如下表1所示。主从一体机的接插件的端口图如图3所示，具体接口定义如下表2所示。
表1
表2
在实际应用中，根据程序设定，主从一体机可以作为主从一体机使用，也可以作为从控模块使用。具体的，当主从一体机上电后，单片机自检过程中读取EEPROM的存储芯片数据，当读取的数据为“0”时，作为主从一体机使用；当读取的数据不为“0”时，作为从控模块使用，如数据为“1”，作为1号从控模块使用，如数据为“2”，作为1号从控模块使用，等等。
当作为一体机使用时，供电24V接口直接接电瓶，ACC信号输入接口用于接车钥匙。
当作为从控模块使用时，采用自供电方式，且通过车钥匙同时唤醒，或者也可以通过主控模块供电24V。
编码线设置在防爆电池箱中的低压腔内部。
如图4所示，在前述实施例的基础上，所述装置还包括：主负接触器800和电流采集模块900。所述主负接触器800和所述电流采集模块900设置在防爆电池箱的高压腔(即电池腔)内。
所述电流采集模块900与所述电池组连接，用于采集所述电池组的电流信息。
在实际应用中，所述电流采集模块900为霍尔传感器，所述霍尔传感器通过四条线缆与主从一体机的的电流信号接口连接。所述霍尔传感器采用四线LEM 350A电流传感器。电流传感器通过四条线缆与主从一体机的电控PCB板相连接。
所述控制模块100与所述电流采集模块900连接，用于接收所述电池组的电流信息。
所述主负接触器800与所述电池组连接，用于当任一单体电池的电压低于电压最低阈值或者高于电压最高阈值时，根据所述控制模块100的切断控制指令控制自身切断，以断开电池组与充电机，或者电池组与行车电机的连接，用于电池保护。
具体的，主负接触器800可以安装在高压腔(即电池腔)内部，通过两条线缆与主从一体机的电控PCB板相连接。主负接触器800接VO1+和VO1-接口，风扇接VO2+和VO2-接口，根据实际情况风扇可以不连接。
在本发明的另一个实施例中，还提供了一种电动汽车，包括：整车控制器以及如前述实施例所述的主从一体式电池管理装置。
所述主从一体式电池管理装置与电池组连接，用于采集所述电池组中的多个单体电池的电池信息和温度信息。
所述整车控制器与所述主从一体式电池管理装置连接，用于接收所述主从一体式电池管理装置发送的多个单体电池的电池信息和温度信息，以及向所述主从一体式电池管理装置发送电池控制信息。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本发明实施例所提供的主从一体式电池管理装置以及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种主从一体式电池管理装置，其特征在于，包括：壳体，以及设置于所述壳体内的控制模块、温度采集模块、电压采集模块和主动均衡模块；
所述电压采集模块，用于采集电池组中每个单体电池的电压信息；
所述温度采集模块，用于采集电池组中每个单体电池的温度信息；
所述控制模块分别与所述温度采集模块和所述电压采集模块连接，用于根据接收到的多个单体电池的温度信息和电压信息生成均衡控制信号，并将所述均衡控制信号发送给所述主动均衡模块；
所述主动均衡模块与所述电池组连接，用于根据所述均衡控制信号调节电池组中的多个单体电池的电能，直至所述多个单体电池能量均衡。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体内还包括：自供电模块；
所述自供电模块的电源输入接口与所述电池组的正输出端连接，所述自供电模块的电源输出接口与所述控制模块连接，用于利用所述电池组的电能为所述控制模块供电。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述壳体内还包括：电源模块；
所述电源模块包括：与外部电源连接的电源接口和隔离变压器；
所述隔离变压器，用于为所述控制模块隔离供电。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述壳体内还包括：通信模块；
所述通信模块，用于在所述控制模块的控制下，将所述电池组的每个单体电池的温度信息和电压信息发送给整车控制器。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述主动均衡模块包括：均衡变压器以及与每个单体电池连接的均衡开关电路；
所述控制模块与各个所述均衡开关电路连接，用于控制各个所述均衡开关电路的接通或断开；
所述均衡变压器与各个所述均衡开关电路连接，用于当任一单体电池对应的均衡开关电路接通时，根据所述控制模块发送的所述均衡控制信号控制电压超过预设高压阈值的所述单体电池降压，控制电压低于预设低压阈值的单体电池升压。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电压采集模块包括：电压采集电路以及与每个单体电池连接的电压采集开关电路；
所述控制模块与各个所述电压采集开关电路连接，用于控制各个所述均衡开关电路的接通或断开；
所述电压采集电路包括16个电压采集点，用于在各个所述均衡开关电路接通时，采集各个单体电池的电压信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：主负接触器和电流采集模块；
所述电流采集模块与所述电池组连接，用于采集所述电池组的电流信息；
所述控制模块与所述电流采集模块连接，用于接收所述电池组的电流信息；
所述主负接触器与所述电池组连接，用于当任一单体电池的电压低于电压最低阈值或者高于电压最高阈值时，根据所述控制模块的切断控制指令控制自身切断，以断开所述电池组。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述壳体内还包括：至少一个接插件；
所述电压采集模块、所述温度采集模块和所述主动均衡模块通过至少一个接插件与所述电池组连接。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述壳体为立方体，所述壳体包括：前面板、后面板、顶板、底板、左面板和右面板；
所述前面板上设有对应多个接插件配置的多个通孔；
所述底板的底面与电池箱的内壳紧密连接。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括：整车控制器和如权利要求1至9任一所述的主从一体式电池管理装置；
所述主从一体式电池管理装置与电池组连接，用于采集所述电池组中的多个单体电池的电池信息和温度信息；
所述整车控制器与所述主从一体式电池管理装置连接，用于接收所述主从一体式电池管理装置发送的多个单体电池的电池信息和温度信息，以及向所述主从一体式电池管理装置发送电池控制信息。
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