CN109823230A - 一种电池管理系统及电动车 - Google Patents

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唐功
潘福中
邬学建
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Abstract

本发明实施例提出一种电池管理系统及电动车,涉及电动汽车技术领域。该电池管理系统包括控制器、第一采集模块和第二采集模块,控制器与第一采集模块和第二采集模块均以菊花链的方式电连接,第一采集模块与第二采集模块均与一电池组电连接,电池组包括多个单体电池;第一采集模块用于采集每个单体电池的电压信息和温度信息;第二采集模块用于采集电池组的总电流信息和总电压信息;控制器用于根据电压信息、温度信息、总电流信息和总电压信息对电池组进行监控管理。该系统具有成本低、满足功能安全ASIL C要求的优点。

Description

一种电池管理系统及电动车
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域,具体而言,涉及一种电池管理系统及电动车。
背景技术
目前电动车的电池管理系统,一般采取一个主控多个从控的方式,主控和从控之间采用车载局域网(Controller Area Network,CAN)进行通讯,无法满足功能安全ASIL C要求。且从控和总电流电压检测模块上均包括微控制单元(Micro Control Unit,MCU),从控和总电流电压检测模块均通过微控制单元对采集的数据进行处理,使得电池管理系统的硬件成本高,且每个微控制单元都需要进行软件的运行,开发成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池管理系统及电动车,该系统具有成本低、满足功能安全ASIL C要求的优点。
为了实现上述目的,本发明实施例采用的技术方案如下:
第一方面,本发明实施例提供了一种电池管理系统,包括控制器、第一采集模块和第二采集模块,控制器与第一采集模块和第二采集模块均以菊花链的方式电连接,第一采集模块与第二采集模块均与一电池组电连接,电池组包括多个单体电池;第一采集模块用于采集每个单体电池的电压信息和温度信息,并将电压信息和温度信息传输至控制器;第二采集模块用于采集电池组的总电流信息和总电压信息,并将总电流信息和总电压信息传输至控制器;控制器用于根据电压信息、温度信息、总电流信息和总电压信息对电池组进行监控管理。
第二方面,本发明实施例还提供了一种电动车,包括电池组和电池管理系统,电池管理系统包括控制器、第一采集模块和第二采集模块,控制器与第一采集模块和第二采集模块均以菊花链的方式电连接,第一采集模块与第二采集模块均与电池组电连接,电池组包括多个单体电池;第一采集模块用于采集每个单体电池的电压信息和温度信息,并将电压信息和温度信息传输至控制器;第二采集模块用于采集电池组的总电流信息和总电压信息,并将总电流信息和总电压信息传输至控制器;控制器用于根据电压信息、温度信息、总电流信息和总电压信息对电池组进行监控管理。
本发明实施例提供的一种电池管理系统及电动车,该系统通过第一采集模块采集每个单体电池的电压信息和温度信息,并将电压信息和温度信息传输至控制器;第二采集模块采集电池组的总电流信息和总电压信息,并将总电流信息和总电压信息传输至控制器;控制器根据电压信息、温度信息、总电流信息和总电压信息对电池组进行监控管理。可见,本申请的电池管理系统采用菊花链的方式进行通信不仅能减少线束,还能降低系统的失效率,使得系统满足功能安全ASIL C要求;同时,第一采集模块和第二采集模块只进行数据的采集,第一采集模块和第二采集模块上并未设置微控制单元对数据进行处理,通过控制器对第一采集模块和第二采集模块采集的数据进行分析处理,使得电池管理系统的微控制器数量减少了,进而降低电池管理系统的失效率,使得系统满足功能安全ASIL C要求,还降低了电池管理系统的硬件成本和软件开发成本。
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实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的电动车的结构框图;
图2示出了本发明实施例提供的电池管理系统的结构框图之一;
图3示出了本发明实施例提供的电池管理系统的拓扑图;
图4示出了本发明实施例提供的电池管理系统的结构框图之二。
图标:1-电动车;10-电池组;11-单体电池;20-电池管理系统;21-控制器;22-第一采集模块;221-单体采集单元;222-电压采集电路;223-温度采集电路;23-第二采集模块;231-电流采集单元;232-电压采集单元;24-电池开关;241-第一接触器;242-第二接触器;243-第三接触器;244-第一电阻;25-绝缘检测模块;30-负载。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示,为本发明实施例提供的电动车1的结构框图,该电动车1包括电池组10、电池管理系统20和负载30,电池组10与电池管理系统20和负载30均电连接,电池管理系统20用于在电动车1处于启动状态时控制电池组10向负载30提供电压,并对电池组10进行监控管理。其中,负载30可以为电动机。
进一步地,在本实施例中,电动车1还包括车身控制模块(BCM),在车钥匙插入至钥匙插座后,车身控制模块则会向电池管理系统20发送唤醒指令,电池管理系统20根据唤醒指令确定电动车1处于启动状态,控制电池组10向负载30提供电压。
如图2所示,电池管理系统20包括控制器21、第一采集模块22和第二采集模块23,控制器21与第一采集模块22和第二采集模块23均以菊花链的方式电连接,第一采集模块22与第二采集模块23均与电池组10电连接,电池组10包括多个单体电池11。
第一采集模块22用于采集每个单体电池11的电压信息和温度信息,并将电压信息和温度信息传输至控制器21。
如图3、图4所示,第一采集模块22包括多个单体采集单元221,多个单体采集单元221之间以菊花链的方式电连接,多个单体采集单元221与多个单体电池11一一对应电连接。
在本实施例中,多个单体采集单元221之间依次电连接,其中,最后一个电连接的单体采集单元221还与控制器21电连接。且单体采集单元221的数量与单体电池11的数量相同,一个单体采集单元221对应一个单体电池11电连接。
每个单体采集单元221均包括电压采集电路222和温度采集电路223,电压采集电路222与单体采集单元221对应的单体电池11电连接,温度采集电路223设置在单体采集单元221对应的单体电池11处,电压采集电路222和温度采集电路223均与控制器21电连接。
电压采集电路222用于采集与单体采集单元221对应的单体电池11的电压信息,并将电压信息传输至控制器21;温度采集电路223用于采集与单体采集单元221对应的单体电池11的温度信息,并温度信息传输至控制器21。
在本实施例中,电压采集电路222包括电池监测器MAX17823,温度采集电路223可以使用但不限于NTC。
进一步地,在本实施例中,电压采集电路222还包括均衡电路,均衡电路与单体采集单元221对应的单体电池11电连接,用于控制该单体电池11的电压偏差保持在预期范围内。
第二采集模块23用于采集电池组10的总电流信息和总电压信息,并将总电流信息和总电压信息传输至控制器21。
第二采集模块23包括电流采集单元231和电压采集单元232,电流采集单元231和电压采集单元232均与电池组10和控制器21均电连接。
电流采集单元231用于采集电池组10的总电流信息,并将总电流信息传输至控制器21;电压采集单元232用于采集电池组10的总电压信息,并将总电压信息传输至控制器21。
控制器21用于根据电压信息、温度信息、总电流信息和总电压信息对电池组10进行监控管理。
在本实施例中,控制器21根据电压信息、总电流信息和总电压信息进行SOC计算得到电池组10的剩余电量,还进行SOH计算得到电池组10的健康状态,还根据电压信息、总电流信息和总电压信息判断电池组10是否出现过压、欠压、过充或过放等故障问题,若其中一个单体电池11的电压信息大于第一预设值,控制器21判断该单体电池11出现过压故障问题;若其中一个单体电池11的电压信息小于第二预设值,控制器21判断该单体电池11出现欠压故障问题。
控制器21还根据温度信息对电池组10进行热管理,若其中一个单体电池11的温度信息大于第三预设值,控制器21会控制电动车1的冷却模块对单体电池11进行降温处理;若其中一个单体电池11的温度信息小于第四预设值,控制器21会控制电动车1的加热模块对单体电池11进行加热处理。
进一步地,在本实施例中,电池管理系统20还包括电池开关24,电池开关24与电池组10、第二采集模块23和控制器21均电连接。电池开关24用于控制电池组10是否向一负载30提供电压。
电池开关24包括第一接触器241,第一接触器241与控制器21、第二采集模块23均电连接。
在本实施例中,第一接触器241还与负载30电连接,电池组10包括负极,第一接触器241用于控制电池组10的负极与负载30之间处于导通状态或断开状态。
第二采集模块23还用于采集第一接触器241的电压信息,并将第一接触器241的电压信息传输至控制器21;控制器21用于根据第一接触器241的电压信息判断第一接触器241是否处于粘连状态。
在本实施例中,第一接触器241包括第一线圈和第一触点,第一线圈与控制器21电连接,第一触点与第二采集模块23的电压采集单元232电连接。当控制器21未向第一线圈发送开关指令时,电压采集单元232采集第一触点的电压信息,若此时的电压信息为0V,控制器21则判断第一触点未处于粘连状态;若此时的电压信息大于一设定值,控制器21则判断第一触点处于粘连状态。其中,粘连状态是指第一触点因为较大电流使得第一触点的热量增加,以便于第一触点的动静触头融焊到一起,第一触点将会一直处于闭合状态,第一触点不会受第一线圈的控制进行闭合状态与断开状态的切换。控制器21向第一线圈发送的开关指令可以理解为高电平信号,该高电平信号可以为5V电压。
进一步地,在本实施例中,电池开关24还包括第二接触器242,第二接触器242与电池组10、第二采集模块23、控制器21均电连接。
在本实施例中,第二接触器242还与负载30电连接,电池组10还包括正极,第二接触器242用于控制电池组10的正极与负载30之间处于导通状态或断开状态。
第二采集模块23还用于采集第二接触器242的电压信息,并将第二接触器242的电压信息传输至控制器21;控制器21还用于根据第二接触器242的电压信息判断第二接触器242是否处于粘连状态。
在本实施例中,第二接触器242包括第二线圈和第二触点,第二线圈与控制器21电连接,第二触点与第二采集模块23的电压采集单元232、电池组10的正极、负载30均电连接。当控制器21未向第二线圈发送开关指令时,电压采集单元232采集第二触点的电压信息,若第二触点的电压信息为0V,控制器21则判断第二触点未处于粘连状态;若第二触点的电压信息大于设定值,控制器21则判断第二触点处于粘连状态。
进一步地,在本实施例中,电池开关24还包括第三接触器243和第一电阻244,第三接触器243与电池组10、第二采集模块23、控制器21、第一电阻244及第二接触器242均电连接,第一电阻244与第二接触器242电连接。
在本实施例中,第一电阻244还与负载30电连接,第三接触器243用于在电动车1预充阶段控制电池组10的正极与负载30之间处于导通状态或断开状态,第一电阻244的作用为限流。由于负载30包括电容,在电动车1上电时(即预充阶段),若无第三接触器243和第一电阻244,直接由第二接触器242控制电池组10与负载30之间的导通状态,此时电池组10电压较高,而负载30的电容上电压接近为0V,相当于瞬间短路,产生上万安培的瞬间电流,第二接触器242则会被烧毁。
第二采集模块23还用于采集第三接触器243的电压信息,并将第三接触器243的电压信息传输至控制器21;控制器21还用于根据第三接触器243的电压信息判断第三接触器243是否处于粘连状态。
在本实施例中,第三接触器243包括第三线圈和第三触点,第三线圈与控制器21电连接,第三触点的一端与第二采集模块23的电压采集单元232、电池组10的正极、第二触点的一端均电连接,第三触点的另一端与第一电阻244的一端电连接,第一电阻244的另一端与第二触点的另一端、负载30均电连接。当控制器21未向第三线圈发送开关指令时,电压采集单元232采集第三触点的电压信息,若第三触点的电压信息为0V,控制器21则判断第三触点未处于粘连状态;若第三触点的电压信息大于设定值,控制器21则判断第三触点处于粘连状态。
在本实施例中,控制器21在判断第一触点、第二触点及第三触点均未处于粘连状态后,控制器21会向第一线圈和第三线圈均发送开关指令,进而使得第一触点和第三触点均处于闭合状态,第二触点处于断开状态,以便于控制电池组10向负载30进行预充电,在预充电完成后,控制器21则会向第一线圈和第二线圈均发送开关指令,进而使得第一触点和第二触点均处于闭合状态,第三触点处于断开状态,以便于控制电池组10向负载30提供电压。
进一步地,在本实施例中,电池管理系统20还包括绝缘检测模块25,绝缘检测模块25与控制器21和电池组10均电连接。
绝缘检测模块25包括第二电阻和第三电阻,第二电阻的一端与控制器21电连接,第二电阻的另一端通过第二采集单元和第一接触器241与电池组10的负极电连接;第三电阻的一端与控制器21电连接,第三电阻的另一端通过第二接触器242和第三接触器243与电池组10的正极电连接。
在本实施例中,绝缘检测模块25采用电桥法采集第二电阻两端的电压信息,并将第二电阻两端的电压信息传输至控制器21,控制器21根据第二电阻两端的电压信息确定电池组10的负极对地的绝缘情况。绝缘检测模块25采用同样采用电桥法采集第三电阻两端的电压信息,并将第三电阻两端的电压信息传输至控制器21,控制器21根据第三电阻两端的电压信息确定电池组10的正极对地的绝缘情况。
综上,在控制器接收到唤醒指令时,控制器接收到绝缘检测模块采集的第二电阻两端的电压信息和第三电阻两端的电压信息判断电池组是否漏电,若电池组漏电,控制器则会发出告警信号;若电池组不存在漏电情况,控制器根据第二采集模块发送的第一接触器的电压信息、第二接触器的电压信息及第三接触器的电压信息判断第一接触器、第二接触器和第三接触器是否处于粘连状态,若第一接触器、第二接触器和第三接触器均未处于粘连状态,控制器控制第一接触器和第三接触器处于闭合状态进行预充电,预充电完成后,控制器控制第一接触器和第二接触器处于闭合状态对负载提供电压;控制器还接收第一采集模块采集的每个单体电池的电压信息和温度信息,以及第二采集模块采集的电池组的总电流信息和总电压信息;控制器根据电压信息、温度信息、总电流信息和总电压信息对电池组进行监控管理。
可见,本申请的电池管理系统采用菊花链的方式进行通信不仅能减少线束,还能降低系统的失效率,使得系统满足功能安全ASIL C要求;同时,第一采集模块和第二采集模块只进行数据的采集,第一采集模块和第二采集模块上并未设置微控制单元对数据进行处理,通过控制器对第一采集模块和第二采集模块采集的数据进行分析处理,使得电池管理系统的微控制器数量减少了,进而降低电池管理系统的失效率,使得系统满足功能安全ASIL C要求,还降低了电池管理系统的硬件成本和软件开发成本。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种电池管理系统,其特征在于,包括控制器、第一采集模块和第二采集模块,所述控制器与所述第一采集模块和所述第二采集模块均以菊花链的方式电连接,所述第一采集模块与所述第二采集模块均与一电池组电连接,所述电池组包括多个单体电池;
所述第一采集模块用于采集每个单体电池的电压信息和温度信息,并将所述电压信息和所述温度信息传输至所述控制器;
所述第二采集模块用于采集所述电池组的总电流信息和总电压信息,并将所述总电流信息和所述总电压信息传输至所述控制器;
所述控制器用于根据所述电压信息、所述温度信息、所述总电流信息和所述总电压信息对所述电池组进行监控管理。
2.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,所述第一采集模块包括多个单体采集单元,所述多个单体采集单元之间以菊花链的方式电连接,所述多个单体采集单元与所述多个单体电池一一对应电连接。
3.如权利要求2所述的电池管理系统,其特征在于,所述每个单体采集单元均包括电压采集电路和温度采集电路,所述电压采集电路与所述单体采集单元对应的单体电池电连接,所述温度采集电路设置在所述单体采集单元对应的单体电池处,所述电压采集电路和所述温度采集电路均与所述控制器电连接;
所述电压采集电路用于采集与所述单体采集单元对应的单体电池的所述电压信息,并将所述电压信息传输至所述控制器;
所述温度采集电路用于采集与所述单体采集单元对应的单体电池的所述温度信息,并所述温度信息传输至所述控制器。
4.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,所述第二采集模块包括电流采集单元和电压采集单元,所述电流采集单元和所述电压采集单元均与所述电池组和所述控制器均电连接;
所述电流采集单元用于采集所述电池组的所述总电流信息,并将所述总电流信息传输至所述控制器;
所述电压采集单元用于采集所述电池组的所述总电压信息,并将所述总电压信息传输至所述控制器。
5.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池管理系统还包括电池开关,所述电池开关与所述电池组、所述第二采集模块和所述控制器均电连接;
所述电池开关用于控制所述电池组是否向一负载提供电压。
6.如权利要求5所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池开关包括第一接触器,所述第一接触器与所述控制器、所述第二采集模块均电连接;
所述第二采集模块还用于采集所述第一接触器的电压信息,并将所述第一接触器的电压信息传输至所述控制器;
所述控制器用于根据所述第一接触器的电压信息判断所述第一接触器是否处于粘连状态。
7.如权利要求5所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池开关还包括第二接触器,所述第二接触器与所述电池组、所述第二采集模块、所述控制器均电连接;
所述第二采集模块还用于采集所述第二接触器的电压信息,并将所述第二接触器的电压信息传输至所述控制器;
所述控制器还用于根据所述第二接触器的电压信息判断所述第二接触器是否处于粘连状态。
8.如权利要求7所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池开关还包括第三接触器和第一电阻,所述第三接触器与所述电池组、所述第二采集模块、所述控制器、所述第一电阻及所述第二接触器均电连接,所述第一电阻与所述第二接触器电连接;
所述第二采集模块还用于采集所述第三接触器的电压信息,并将所述第三接触器的电压信息传输至所述控制器;
所述控制器还用于根据所述第三接触器的电压信息判断所述第三接触器是否处于粘连状态。
9.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池管理系统还包括绝缘检测模块,所述绝缘检测模块与所述控制器和所述电池组均电连接。
10.一种电动车,其特征在于,包括电池组和如权利要求1-9任意一项所述的电池管理系统。
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