CN108258342A - 从控模块、电池管理系统及电池管理方法 - Google Patents

从控模块、电池管理系统及电池管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种从控模块、电池管理系统及电池管理方法；其中，该从控模块包括电源电路、单片机电路、通信电路、电压采集电路及温度采集电路；单片机电路分别与通信电路、电压采集电路和温度采集电路连接；电源电路用于供电；电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，将采集的电压数据传输至单片机电路；电压采集电路包括50个电压监测点；温度采集电路通过温度传感器采集所述动力电池的温度，将温度数据传输至单片机电路；单片机电路通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块。本发明通过设置电压监测点及温度监测点，对电池组中串联的每个单体电池的工作状态进行监控，提高了电池组的工作稳定性。

Description

从控模块、电池管理系统及电池管理方法
技术领域
本发明涉及电池管理领域，尤其是涉及一种从控模块、电池管理系统及电池管理方法。
背景技术
随着科技进步及环境保护需求的日益增长，电动汽车在社会生活中越来越普及。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆，因而对环境影响相对传统汽车较小。车载动力电池组由数百节单体电池通过串并联方式组合而成，总电压高达几百伏，充电电流达几百安。电池在充放电过程中的电压、温度都要保持在合理范围之内，由于单体电池间连接紧密，每个单体电池的工作状态都会对电动汽车的整个供电系统产生影响。然而，对动力电池性能的监测技术还不够完善，导致动力电池组的工作稳定性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种从控模块、电池管理系统及电池管理方法，以增强动力电池组的工作稳定性。
第一方面，本发明实施例提供了一种从控模块，该从控模块设置于电动汽车的电池管理系统，该从控模块包括电源电路、单片机电路、通信电路、电压采集电路、温度采集电路；单片机电路分别与通信电路、电压采集电路和温度采集电路连接；通信电路通过CAN总线与电池管理系统的主模块连接；
电源电路用于供电；电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，用于采集动力电池的电压，并将采集到的电压数据传输至单片机电路；电压采集电路包括50个电压监测点；温度采集电路通过温度传感器采集所述动力电池的温度，并将采集到的温度数据传输至单片机电路；温度采集电路包括32个温度监测点；单片机电路用于通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块。
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，从控模块还包括均衡电路；均衡电路分别与单片机电路和动力电池连接；均衡电路采用被动均衡的工作方式。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，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，均衡电路包括均衡放电部件和均衡选择开关；均衡选择开关与动力电池一一对应；单片机控制均衡选择开关的开启或关闭，以控制各个动力电池的被动均衡放电。
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，电压采集电路包括电压采集部件和电压采集开关；电压采集部件共设置50个电压监测点；电压监测点与电压采集开关一一对应；单片机控制电压采集开关，以控制各个电压监测点的工作状态。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，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，单片机电路包括程序调试单元和单片机控制单元；程序调试单元用于接收上位机的控制指令，以对单片机控制单元的程序进行编辑。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，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，从控模块还包括插接件电路；插接件电路分别与电压采集电路、温度采集电路及均衡电路连接；电压采集电路、温度采集电路及均衡电路通过插接件电路与动力电池连接。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，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，单片机电路还包括AD转换器；AD转换器分别与电压采集电路和温度采集电路连接；AD转换器用于将电压采集电路和温度采集电路的输出的模拟信号转换为数字信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电池管理系统，该电池管理系统应用于电动汽车；该电池管理系统包括一个主模块和多个上述从控模块；主模块通过CAN总线与多个从控模块连接。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，多个从控模块分别对电动汽车的动力电池组进行分组管理，对动力电池组的动力电池的电压和温度进行监测，将监测数据通过CAN总线反馈至主模块；主模块根据所述监测数据调整电池的工作状态。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电池管理方法，该方法应用于上述电池管理系统，该方法包括：采集动力电池的电压信号及温度信号；根据电压信号及温度信号判断所述动力电池的工作状态；调整所述动力电池的工作状态。
本发明实施例提供了一种从控模块、电池管理系统及电池管理方法，从控模块中的电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，将采集的动力电池的电压数据传输至单片机电路；该电压采集电路包括50个电压监测点；温度采集电路通过温度传感器采集所述动力电池的温度，并将温度数据传输至单片机电路，该单片机电路再通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块。该方式通过设置50个电压监测点及温度监测点，可以实现对电池组中串联的每个单体电池的工作状态进行监控，提高了电池组的工作稳定性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，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一种从控模块的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种从控模块的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电池管理方法的流程图。
图标：
100-从控模块；101-电源电路；102-单片机电路；103-通信电路；104-电压采集电路；105-温度采集电路；200-从控模块；201-电源电路；202-单片机电路；203-通信电路；204-电压采集电路；205-温度采集电路；206-均衡电路；207-插接件电路；30-主模块；31a-从控模块；31b-从控模块；31n-从控模块。
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。
目前电动汽车的动力电池组稳定性较差，基于此，本发明实施例提供的一种从控模块、电池管理系统及电池管理方法，可以应用于电动汽车的电池管理系统及其他电池管理设备。
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从控模块进行详细介绍。
参见图1所示的一种从控模块的结构示意图，该从控模块设置于电动汽车的电池管理系统；该从控模块100包括电源电路101、单片机电路102、通信电路103、电压采集电路104、温度采集电路105；单片机电路分别与通信电路、电压采集电路和温度采集电路连接；通信电路通过CAN(Controller Area Network，控制器区域网络)总线与电池管理系统的主模块连接.
上述电源电路用于供电；具体地，该电源电路包含变压器，将外部电源提供的电压转换为从控模块各部分所需的电压；一般使用性价比较高的隔离变压器。
上述电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，用于采集动力电池的电压，并将采集到的电压数据传输至单片机电路；电压采集电路包括50个电压监测点；通常情况下，每个电压监测点对应一个单体电池；温度采集电路通过温度传感器采集动力电池的温度，并将采集到的温度数据传输至单片机电路；温度采集电路包括32个温度监测点；通常情况下，温度监测点设置于动力电池的外壳上；单片机电路用于通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块。
上述该电压数据和温度数据中还可以携带有对应的单体电池的标识信息，主模块对接收到的电压数据和温度数据进行逐一监控，当数据发生异常时，例如，某一单体电池的电压低于设定的电压阈值，或温度高于设定的温度阈值，则生成报警信息，该报警信息携带有单体电池的标识，以提供维修人员及时维修或更换电池。
本发明实施例提供了一种从控模块，电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，将采集的动力电池的电压数据传输至单片机电路；该电压采集电路包括50个电压监测点；温度采集电路通过温度传感器采集所述动力电池的温度，并将温度数据传输至单片机电路，该单片机电路再通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块。该方式通过设置50个电压监测点及温度监测点，可以实现对电池组中串联的每个单体电池的工作状态进行监控，提高了电池组的工作稳定性。
本发明实施例还提供了另一种从控模块，该模块在图1所示的从控模块的基础上实现。参见图2所示的另一种从控模块的结构示意图，该从控模块200包括电源电路201、单片机电路202、通信电路203、电压采集电路204、温度采集电路205、均衡电路206及插接件电路207；单片机电路分别与通信电路、电压采集电路、温度采集电路和均衡电路连接；通信电路通过CAN总线与电池管理系统的主模块连接；插接件电路分别与电压采集电路、温度采集电路及均衡电路连接；电压采集电路、温度采集电路及均衡电路通过插接件电路与动力电池连接。
上述电源电路包含变压器，用于将外部电源提供的电压转换为从控模块各部分所需的电压。
上述电压采集电路通过插接件电路与电压传感器相连，采集动力电池的电压，并将采集到的电压数据传输至单片机电路；具体地，电压采集电路包括电压采集部件和电压采集开关；电压采集部件共设置50个电压监测点；电压监测点与电压采集开关一一对应；单片机控制电压采集开关，以控制各个电压监测点的工作状态；通常情况下，一个电压监测点对应一个动力电池，根据动力电池组的电池数量，开启相同数量的电压采集开关。
上述温度采集电路通过插接件电路与温度传感器相连，采集动力电池的温度，并将采集到的温度数据传输至单片机电路；单片机电路用于通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块；该温度采集电路共设置24个温度监测点；通常情况下，温度监测点设置于动力电池的外壳上。
上述均衡电路分别与所述单片机电路和所述动力电池连接；该均衡电路采用被动均衡的工作方式，包括均衡放电部件和均衡选择开关；均衡选择开关与动力电池一一对应；单片机控制均衡选择开关的开启或关闭，以控制各个动力电池的被动均衡放电。
具体地，对电池的均衡就是对不均衡电池的充放电管理。均衡的关键点是最大化的把整组电池充满电量，避免弱势电芯带来短板效应，影响续航里程。被动均衡只在充电阶段启用，一般分为两种方式，其中一种为当最高电压电池出现时，停止充电，首先通过电阻负载放电，直至达到与其它电芯水平，再继续充电；另外一种方式为通过把最先达到满电的电芯旁路或隔离的方式，继续对其他电芯充电直至整组充满。
上述单片机电路通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块，并接收主模块发送的命令，控制均衡选择开关的开启或关闭，从而控制动力电池的均衡放电；具体地，单片机电路包括程序调试单元和单片机控制单元；程序调试单元用于接收上位机的控制指令，以对单片机控制单元的程序进行编辑。
通常情况下，单片机电路还包括AD(Analog to Aigital，模拟信号转数字信号)转换器；该AD转换器分别与电压采集电路和温度采集电路连接；AD转换器用于将电压采集电路和温度采集电路的输出的模拟信号转换为数字信号。电压采集电路和温度采集电路输出时间连续、幅值也连续的模拟量，而单片机程序处理的数据应为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，在单片机电路中通常会集成AD转换器。
进一步地，上述从控模块还包括壳体；所述壳体为长方体；所述壳体的材质包括铝合金。实际中，需要在壳体上开孔，并安装插接件；该接插件与插接件电路连接。
参见图3所示的一种电池管理系统的结构示意图，该电池管理系统应用于电动汽车；该电池管理系统包括一个主模块30和多个上述从控模块(31a，31b，…，31n)；主模块通过CAN总线与多个从控模块连接。
具体地，多个从控模块分别对电动汽车的动力电池组进行分组管理，对动力电池组的动力电池的电压和温度进行监测，将监测数据通过CAN总线反馈至主模块；所述主模块根据所述监测数据调整电池的工作状态。
进一步地，上述主模块还分别通过CAN总线与整车控制系统、充电机、电机控制器及仪表等连接；上述主模块的功能主要包括系统自我检测、电池组信息、电池容量估算、安全保护及警报功能、电池状态判断功能、数据记录功能以及系统参数设置功能等。
在上述各个模块中，均采用32位高性能CPU，系统扩容升级方便，电池保护控制更为精准；采用高速CAN实现主模块与各从控模块之间通信，多路CAN中线间电气隔离，大幅提高运行稳定性。
进一步地，该电池管理系统还包括电源模块，电源模块为整个电池管理系统提供电源。
本发明实施例提供的电池管理系统，可以同时对电池组中串联的每个单体电池的工作状态进行监控，任一单体电池发生故障时及时提示用户维修，提高了电池组的工作稳定性。
参见图4所示的一种电池管理方法的流程图，该方法应用于上述电池管理系统，包括以下步骤：
步骤S400，采集动力电池的电压信号及温度信号；
具体地，通过从控模块的电压采集电路获取单个动力电池的电压数据，通过温度采集电路获取动力电池组设定的温度监测点的温度数据；利用从控模块的单片机通过通信电路将上述电压数据及温度数据传输至主模块。
步骤S402，根据电压信号及温度信号判断动力电池的工作状态；
具体地，根据预设的正常工作电压范围及温度范围及获取的电压数据和温度数据，通过主模块判断各个动力电池的工作状态。
步骤S404，调整动力电池的工作状态。
具体地，根据各个单体电池的电压情况，通过主模块向从控模块的单片机发送命令，通过从控模块的单片机电路控制控制均衡选择开关的开启或关闭，以控制各个动力电池的被动均衡放电。
当动力电池组的温度超出正常工作的温度范围时，将发出报警信号，提醒用户动力电池组处于非正常状态，并停止使用。
本发明实施例提供的电池管理方法，与上述实施例提供的电池管理系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明实施例所提供的从控模块、电池管理系统及电池管理方法的计算机程序产品，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。
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)

1.一种从控模块，其特征在于，所述从控模块设置于电动汽车的电池管理系统，所述从控模块包括电源电路、单片机电路、通信电路、电压采集电路、温度采集电路；所述单片机电路分别与所述通信电路、所述电压采集电路和所述温度采集电路连接；所述通信电路通过CAN总线与所述电池管理系统的主模块连接；
所述电源电路用于供电；所述电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，用于采集所述动力电池的电压，并将采集到的电压数据传输至所述单片机电路；所述电压采集电路包括50个电压监测点；所述温度采集电路通过温度传感器采集所述动力电池的温度，并将采集到的温度数据传输至所述单片机电路；所述温度采集电路包括32个温度监测点；所述单片机电路用于通过所述通信电路将所述电压数据和所述温度数据发送至所述主模块。
2.根据权利要求1所述的从控模块，其特征在于，所述从控模块还包括均衡电路；所述均衡电路分别与所述单片机电路和所述动力电池连接；所述均衡电路采用被动均衡的工作方式。
3.根据权利要求2所述的从控模块，其特征在于，所述均衡电路包括均衡放电部件和均衡选择开关；所述均衡选择开关与所述动力电池一一对应；所述单片机控制所述均衡选择开关的开启或关闭，以控制各个动力电池的被动均衡放电。
4.根据权利要求1所述的从控模块，其特征在于，所述电压采集电路包括电压采集部件和电压采集开关；所述电压采集部件共设置50个电压监测点；所述电压监测点与所述电压采集开关一一对应；所述单片机控制所述电压采集开关，以控制各个电压监测点的工作状态。
5.根据权利要求4所述的从控模块，其特征在于，所述单片机电路包括程序调试单元和单片机控制单元；所述程序调试单元用于接收上位机的控制指令，以对所述单片机控制单元的程序进行编辑。
6.根据权利要求3所述的从控模块，其特征在于，所述从控模块还包括插接件电路；所述插接件电路分别与所述电压采集电路、所述温度采集电路及所述均衡电路连接；所述电压采集电路、所述温度采集电路及所述均衡电路通过所述插接件电路与所述动力电池连接。
7.根据权利要求6所述的从控模块，其特征在于，所述单片机电路还包括AD转换器；所述AD转换器分别与所述电压采集电路和所述温度采集电路连接；所述AD转换器用于将所述电压采集电路和所述温度采集电路的输出的模拟信号转换为数字信号。
8.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统应用于电动汽车；所述电池管理系统包括一个主模块和多个权利要求1-7任一项所述的从控模块；所述主模块通过CAN总线与所述多个从控模块连接。
9.根据权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，所述多个从控模块分别对电动汽车的动力电池组进行分组管理，对动力电池组的动力电池的电压和温度进行监测，将监测数据通过CAN总线反馈至所述主模块；所述主模块根据所述监测数据调整电池的工作状态。
10.一种电池管理方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求8-9任一项所述的电池管理系统，所述方法包括：
采集动力电池的电压信号及温度信号；
根据电压信号及温度信号判断所述动力电池的工作状态；
调整所述动力电池的工作状态。
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