CN109398154A - 电动汽车48v起停系统的电池管理系统及方法 - Google Patents

电动汽车48v起停系统的电池管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车48V起停系统的电池管理系统及方法。其中，所述电池管理系统包括：锂电池组，所述锂电池组有多个单独的锂电池相互连接组成；电压温度采集模块，用于采集每一块锂电池的电压数据和温度数据；电池总压采集模块，用于采集所述锂电池组的总电压数据；电流采集模块，所述电流采集模块的第一端与所述锂电池组电连接，用于采集锂电池组的电流数据和累计电量。本发明所提供的电池管理系统和电池管理方法实现对锂电池状态监控及保护，延长电池的使用寿命，避免电池出现过压、欠压、过流、高温和低温，提高电池的使用效率，防止电池损坏和起火、爆炸等安全事故。

Description

电动汽车48V起停系统的电池管理系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源电池领域，特别涉及一种电动汽车48V起停系统的电池管理系统及方法。
背景技术
随着国家对燃油车百公里耗油标准的提高，现有的节油技术越来越不能满足要求；纯电动汽车已经成为一种趋势，但是现有的电池技术尚不能完全替代燃油车，这样作为一种过渡技术48V系统被替代了；通过减少汽车启动和停止，以及行车过程中加速、减速耗油量来达到整体百公里耗油量的减少，理论上可以减少燃油16％；由于在行车过程中环境的复杂性，对电池提出了很高的要求；
对于一个电池系统来说，电池的安全和寿命很重要，保护电池免于过充过放，避免电池充放电过程中出现高温和低温显得尤为重要；48V系统要求电池可以短时间快速充放电，可以经受住大电流的冲击等等，所有这些都对电池，以及电池管理系统提出了更高的要求；
由于48V电池系统的特点，现有电池管理系统存在不适应，例如电动汽车充电或放电是要持续一段时间，在这段时间内充电或放电是一个持续动作，不会进行快速的切替，方便剩余容量进行估算，精度较高；同样的方法放在48V系统，由于充放电的快速切替，增加了剩余容量估算的误差。
发明内容
本发明提供了一种电动汽车48V起停系统的电池管理系统及方法，其目的是为了解决电动汽车48V电池剩余容量估算困难的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种电动汽车48V起停系统的电池管理系统，包括：
锂电池组，所述锂电池组有多个单独的锂电池相互连接组成；
电压温度采集模块，所述电压温度采集模块的第一端与所述锂电池组的每一块锂电池分别电连接，用于采集每一块锂电池的电压数据和温度数据；
电池总压采集模块，所述电池总压采集模块的第一端与所述锂电池组的PACK端电连接，用于采集所述锂电池组的总电压数据；
电流采集模块，所述电流采集模块的第一端与所述锂电池组电连接，用于采集锂电池组的电流数据和累计电量；
主控制模块，所述主控制模块分别与所述电压温度采集模块的第二端、电池总压采集模块的第二端和电流采集模块的第二端电连接，用于获取所述电压数据、所述温度数据、所述总电压数据、所述电流数据和所述累计电量，并计算出SOC值；
通信模块，所述通信模块的第一端与所述主控制模块电连接，所述通信模块的第二端与整车CAN总线电连接，用于使所述主控制模块与整车CAN总线的数据交互。
其中，所述电池管理系统还包括：
开关控制模块，所述开关控制模块与所述主控制模块电连接，用于根据每一块锂电池的电压数据和温度数据控制所述锂电池组的工作状态。
其中，所述电压温度采集模块包括一模拟前端，所述模拟前端上设置有一14位模数转换器，所述14位模数转换器用于将所述电压数据转换成电流AD值，传递给所述主控制模块。
其中，所述锂电池组上设置有一分流器，所述锂电池组通过所述分流器与所述电流采集模块电连接，所述电流采集模块包括一电量计量芯片。
其中，所述电池管理系统还包括：
电池保护电路，所述电池保护电路的第一端与所述锂电池组电连接，所述电池保护电路的第二端与所述开关控制模块电连接。
本发明的实施例还提供了一种电动汽车48V起停系统的电池管理方法，应用于上述实施例所述的电动汽车48V起停系统的电池管理系统，所述电池管理方法包括：
向电压温度采集模块发送第一控制信号，使所述电压温度采集模块根据所述第一控制信号采集锂电池组中每一块电池的电压数据和温度数据；
接收所述电压温度采集模块返回的电压数据和温度数据；
获取所述电流采集模块采集到的实时电流数据和累计电量；
根据获取到的电压数据，温度数据，实时电流数据和累计电量估算出SOC值；
将所述SOC值通过CAN收发模块发送至整车CAN总线。
其中，所述电池管理方法还包括：
将获取到的电压数据，温度数据，实时电流数据和累计电量通过CAN收发模块发送至整车CAN总线。
其中，所述电池管理方法还包括：
通过CAN收发模块获取整车CAN总线发出的整车信息。
其中，所述电池管理方法还包括：
判断获取到的温度数据，若所述温度数据超出第一预设范围，则控制所述开关控制模块切断所述电池保护电路。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明的上述实施例所述的电动汽车48V起停系统的电池管理系统及方法采用专用电量计量芯片配合软件修正可以提供较高的SOC估算精度；专用模拟前端保证对电池电压和温度实时监测；通过CAN通信模块把采集数据及主控模块计算结果发送到整车；基于以上功能实现对锂电池状态监控，使得电池处于适当的工作区间，延长电池的使用寿命，避免电池出现过压或欠压，提高电池的使用效率。
附图说明
图1为本发明的电池管理系统的结构示意图；
图2为本发明的电池管理方法的流程示意图；
图3为本发明的总压采集模块原理图；
图4为本发明的通信模块原理图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的问题，提供了一种电动汽车48V起停系统的电池管理系统及方法。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种电动汽车48V起停系统的电池管理系统，包括：锂电池组，所述锂电池组有多个单独的锂电池相互连接组成；电压温度采集模块，所述电压温度采集模块的第一端与所述锂电池组的每一块锂电池分别电连接，用于采集每一块锂电池的电压数据和温度数据；电池总压采集模块，所述电池总压采集模块的第一端与所述锂电池组的PACK端电连接，用于采集所述锂电池组的总电压数据；电流采集模块，所述电流采集模块的第一端与所述锂电池组电连接，用于采集锂电池组的电流数据和累计电量；主控制模块，所述主控制模块分别与所述电压温度采集模块的第二端、电池总压采集模块的第二端和电流采集模块的第二端电连接，用于获取所述电压数据、所述温度数据、所述总电压数据、所述电流数据和所述累计电量，并计算出SOC值；通信模块，所述通信模块的第一端与所述主控制模块电连接，所述通信模块的第二端与整车CAN总线电连接，用于使所述主控制模块与整车CAN总线的数据交互。
本发明的上述实施例所述的电池管理系统包括主控制模块，所述主控制模块与电压温度采集模块通信，控制电压温度采集模块采集锂电池组电池的电压和温度，并获取采集数据；再通过和电流采集模块通信获取锂电池组的电流数据和累计电量，所述主控制模块把获取的数据进行汇总分析，计算出SOC值；所述通讯模块为CAN收发模块，通过CAN收发模块把采集的数据或计算的数值发送到CAN总线上，同时也可以通过CAN中心获取整车信息；实现对锂电池状态监控，使得电池处于适当的工作区间，延长电池的使用寿命，避免电池出现过压或欠压，提高电池的使用效率。
其中，所述电池管理系统还包括：开关控制模块，所述开关控制模块与所述主控制模块电连接，用于根据每一块锂电池的电压数据和温度数据控制所述锂电池组的工作状态。
本发明的上述实施例所述的电池管理系统还包括开关控制模块，所述开关控制模块与所述锂电池组上设置的电池保护电路电连接，所述电池保护电路由三极管配合MOS管控制继电器导通的方式来保护电路，在温度超过预设范围时，所述主控制模块控制所述开关控制模块切断继电器导通，从而实现对锂电池的保护。
其中，所述电压温度采集模块包括一模拟前端，所述模拟前端上设置有一14位模数转换器，所述14位模数转换器用于将所述电压数据转换成电流AD值，传递给所述主控制模块。
本发明的上述实施例所述的电池管理系统的电压温度采集模块包括一模拟前端，单体电池的电压和温度是通过德州仪器(Texas Instruments)的模拟前端芯片采样得到的，该模拟前端自带14位模数转换器把电压转换成相应的AD值，由主控制模块获取，再转换成相应的电压；考虑到电池安全和采样精度的需要增加电阻电容进行滤波。
如图3所示，所述锂电池组上设置有一分流器，所述锂电池组通过所述分流器与所述电流采集模块电连接，所述电流采集模块包括一电量计量芯片。
本发明的上述实施例所述的电流采集模块对锂电池组电流的采样需要使用分流器，通过采集分流器上的电压，把这个采样电压转换成相应的电流；为了保证采集的精度采用电量计量芯片CS5460，通过该芯片可以采样到电流以及相应的硬件积分电量，软件通过对该积分电量再次运算就可以得到相应的安时数；由于适用硬件积分的方式相对直接进行软件积分提高了精度；同时，对每次电量的采集周期足够小，避免充放电切换时刻数据丢失。
其中，所述电池管理系统还包括：电池保护电路，所述电池保护电路的第一端与所述锂电池组电连接，所述电池保护电路的第二端与所述开关控制模块电连接。
如图4所示，本发明的上述实施例所述的电池管理系统的主控制模块采用飞思卡尔的S12G128芯片，该芯片是面向电动汽车级别的IC，安全性高；支持串口通信，SPI，I2C等通信方式，丰富的IO接口；自带多路ADC模块；支持锁相环技术，可以锁频道48M；温度范围则是-40°-125°，满足BMS的工作范围；通信模块采用TJA1051T芯片，该芯片支持1路CAN通信，方便适用；为了确保CAN通信品质，为通信模块增加了电源隔离模块，避免外界干扰；通过CAN总线，主控模块可以把采集到的电压、温度、电流等信息传递到整车，同时，也可以通过整车获取指令，指示电池管理系统打开或关闭继电器。
如图2所示，本发明的实施例还提供了一种电动汽车48V起停系统的电池管理方法，应用于上述实施例所述的电动汽车48V起停系统的电池管理系统，所述电池管理方法包括：
步骤1，向电压温度采集模块发送第一控制信号，使所述电压温度采集模块根据所述第一控制信号采集锂电池组中每一块电池的电压数据和温度数据；
步骤2，接收所述电压温度采集模块返回的电压数据和温度数据；
步骤3，获取所述电流采集模块采集到的实时电流数据和累计电量；
步骤4，根据获取到的电压数据，温度数据，实时电流数据和累计电量估算出SOC值；
步骤5，将所述SOC值通过CAN收发模块发送至整车CAN总线。
其中，所述电池管理方法还包括：
将获取到的电压数据，温度数据，实时电流数据和累计电量通过CAN收发模块发送至整车CAN总线。
其中，所述电池管理方法还包括：
通过CAN收发模块获取整车CAN总线发出的整车信息。
其中，所述电池管理方法还包括：
判断获取到的温度数据，若所述温度数据超出第一预设范围，则控制所述开关控制模块切断所述电池保护电路。
本发明的上述实施例所述的电池管理方法采用专用电量计量芯片配合软件修正可以提供较高的SOC估算精度；专用模拟前端保证对电池电压和温度实时监测；通过CAN通信模块把采集数据及主控模块计算结果发送到整车；基于以上功能实现对锂电池状态监控，使得电池处于适当的工作区间，延长电池的使用寿命，避免电池出现过压或欠压，提高电池的使用效率；可以有效的管理和保护锂电池组，通过提高系统SOC精度，进而对整车限功率的展开提供有效手段。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动汽车48V起停系统的电池管理系统，其特征在于，包括：
锂电池组，所述锂电池组有多个单独的锂电池相互连接组成；
电压温度采集模块，所述电压温度采集模块的第一端与所述锂电池组的每一块锂电池分别电连接，用于采集每一块锂电池的电压数据和温度数据；
电池总压采集模块，所述电池总压采集模块的第一端与所述锂电池组的PACK端电连接，用于采集所述锂电池组的总电压数据；
电流采集模块，所述电流采集模块的第一端与所述锂电池组电连接，用于采集锂电池组的电流数据和累计电量；
主控制模块，所述主控制模块分别与所述电压温度采集模块的第二端、电池总压采集模块的第二端和电流采集模块的第二端电连接，用于获取所述电压数据、所述温度数据、所述总电压数据、所述电流数据和所述累计电量，并计算出SOC值；
通信模块，所述通信模块的第一端与所述主控制模块电连接，所述通信模块的第二端与整车CAN总线电连接，用于使所述主控制模块与整车CAN总线的数据交互。
2.根据权利要求1所述的电动汽车48V起停系统的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
开关控制模块，所述开关控制模块与所述主控制模块电连接，用于根据每一块锂电池的电压数据和温度数据控制所述锂电池组的工作状态。
3.根据权利要求1所述的电动汽车48V起停系统的电池管理系统，其特征在于，所述电压温度采集模块包括一模拟前端，所述模拟前端上设置有一14位模数转换器，所述14位模数转换器用于将所述电压数据转换成电流AD值，传递给所述主控制模块。
4.根据权利要求1所述的电动汽车48V起停系统的电池管理系统，其特征在于，所述锂电池组上设置有一分流器，所述锂电池组通过所述分流器与所述电流采集模块电连接，所述电流采集模块包括一电量计量芯片。
5.根据权利要求2所述的电动汽车48V起停系统的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
电池保护电路，所述电池保护电路的第一端与所述锂电池组电连接，所述电池保护电路的第二端与所述开关控制模块电连接。
6.一种电动汽车48V起停系统的电池管理方法，应用于上述权利要求1至5任一项所述的电动汽车48V起停系统的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理方法包括：
向电压温度采集模块发送第一控制信号，使所述电压温度采集模块根据所述第一控制信号采集锂电池组中每一块电池的电压数据和温度数据；
接收所述电压温度采集模块返回的电压数据和温度数据；
获取所述电流采集模块采集到的实时电流数据和累计电量；
根据获取到的电压数据，温度数据，实时电流数据和累计电量估算出SOC值；
将所述SOC值通过CAN收发模块发送至整车CAN总线。
7.根据权利要求6所述的电动汽车48V起停系统的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
将获取到的电压数据，温度数据，实时电流数据和累计电量通过CAN收发模块发送至整车CAN总线。
8.根据权利要求6所述的电动汽车48V起停系统的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
通过CAN收发模块获取整车CAN总线发出的整车信息。
9.根据权利要求6所述的电动汽车48V起停系统的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法还包括：
判断获取到的温度数据，若所述温度数据超出第一预设范围，则控制所述开关控制模块切断所述电池保护电路。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190301

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