CN111525659A - 一种基于can通讯的电池管理系统及电池充放电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CAN通讯的电池管理系统及电池充放电方法，所述系统包括若干并联的电池箱，电池箱包括：主控模块、采集模块、CAN通讯模块、电池模块、正极继电器、负极继电器和二极管；所述采集模块采集电池模块的电压信号；所述CAN通讯模块用于电池箱间主控模块与主控模块的通讯和电池箱内主控模块与采集模块的通讯；所述主控模块根据采集的电压信号控制正极继电器和负极继电器的通断；所述正极继电器和负极继电器与电池模块串联，用于控制电池模块充放电回路的通断；所述二极管与正极继电器两端反并联。本发明解决了现有电池管理系统中总线利用率及数据传输率低的问题，避免了单主从结构无法识别错误、当一个节点损坏时造成通讯瘫痪的情况。

Description

一种基于CAN通讯的电池管理系统及电池充放电方法
技术领域
本发明涉及电源管理领域，具体涉及一种基于CAN通讯的电池管理系统及电池充放电方法。
背景技术
电池管理系统(Battery Management System，BMS)是动力电池的“大脑”，用于经营管理、维护、监控电池的各个模块，肩负着防止电池过充过放电、延长电池使用寿命、帮助电池正常运行的重任。作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带，电池管理系统的重要性不言而喻，电池管理系统是动力电池组的核心技术。
矿井地面运输用的电机车用于长距离巷道运输，主要完成煤炭、矸石、材料设备和人员的运输。随着矿用电机车电源的升级，传统的铅酸电池被升级为动力锂离子蓄电池，但是，现有的矿用电机车电池管理系统仍然存在如下的问题和缺陷：电池管理系统的通讯控制为单主从结构，只有一台主机，通讯由主机发起，只有主机下命令时，下属节点才可以发送数据，而且发送结束后，主机只有收到答复才可以向下一个节点发起询问，无法识别错误，因此，当某一下属节点出现损坏时，主机无法继续通讯，会造成通讯瘫痪，导致总线利用率及数据传输率低下。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于CAN通讯的电池管理系统及电池充放电方法，系统通信速率高，可靠性高，方便与整机控制系统兼容，而且简化了线束结构，使系统布局灵活。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于CAN通讯的电池管理系统，包括若干并联的电池箱，所述电池箱包括：主控模块、采集模块、CAN通讯模块、电池模块、正极继电器、负极继电器和二极管；
所述采集模块采集电池模块的电压信号；
所述CAN通讯模块用于电池箱间主控模块与主控模块的通讯和电池箱内主控模块与采集模块的通讯；
所述主控模块根据采集的电压信号控制正极继电器和负极继电器的通断；
所述正极继电器和负极继电器与电池模块串联，用于控制电池模块充放电回路的通断；
所述二极管与正极继电器两端反并联。
进一步地，所述CAN通讯模块包括微控制器、CAN通信控制器和CAN总线收发器；所述CAN通信控制器通过SPI接口与微控制器进行通讯。
进一步地，所述CAN通信控制器和CAN总线收发器之间还连接数字隔离器，用于隔离通讯线的干扰。
进一步地，还包括显示模块，所述显示模块与任一电池箱的主控模块连接，接收各个电池箱的实时信息，实时显示每箱电池的最高电压、最低电压、最高温度、总电压、荷电状态、报警信息。
进一步地，还包括报警模块，所述报警模块与任一电池箱的主控模块连接，接收各个电池箱的实时信息，当某一电池箱内单体电压低于预设值时，进行低压报警。
进一步地，所述报警模块通过蜂鸣器进行报警。
本发明还提出了一种电池放电方法，利用如上所述任意一种电池管理系统，其特征在于，包括：
正极继电器断开，用电设备运行，电池模块通过正极继电器两端的反并联二极管放电；
当某箱电池内的单体最高电压低于预设值一时，闭合该箱正极继电器；
当某箱电池内的单体最低电压达到预设值二时，进行低压报警；
当某箱电池内的单体最低电压达到预设值三时，断开该箱负极继电器；
当检测到各个电池箱内电池的放电电流全部为零时，闭合全部负极继电器，放电过程完成。
进一步地，所述当某箱电池内的单体最低电压达到预设值三时，断开该箱负极继电器后，判断该箱总电压与其他电池箱总电压的压差是否超过预设阈值，超过预设阈值时，断开所有电池箱的负极继电器。
进一步地，所述预设阈值为3V。
本发明还提出了一种电池充电方法，利用如上所述任意一种电池管理系统，其特征在于，包括：
充电机连接，当某箱电池内的单体最高电压达到预设值四时，断开该箱正极继电器；
当所有电池箱内的正极继电器全部断开时，充电过程完成。
本发明的有益效果是：
本发明通过提出一种基于CAN通讯的电池管理系统及电池充放电方法，解决了现有电池管理系统中总线利用率及数据传输率低的问题，避免了单主从结构无法识别错误，当一个节点损坏时会造成通讯瘫痪的情况。
本发明的电池管理系统CAN总线通讯功能通信速率比较高，而且可靠性高，传输比较准确，也方便与整机控制系统兼容，能够根据系统运行状态实时估算电池组荷电状态，而且各类数据采集精度高。
本发明采用了分离式模块设计，大大方便了BMS系统在车上的布局，简化了线束结构，布局方式也更加灵活。电池单体电压监控模块的电源由BMS主控板控制，这样BMS主控板就可以在需要时切断该模块的总电源，实现关机模式下的“零功耗”，既增强了系统的安全性能，又可以避免电池组在长时间不使用时出现过放电现象。
附图说明
图1是本发明基于CAN通讯的电池管理系统的结构示意图；
图2是本发明基于CAN通讯的电池管理系统的CAN通讯模块的结构示意图；
图3是本发明基于CAN通讯的电池管理系统的CAN通讯模块的局部结构示意图；
图4是本发明基于CAN通讯的电池管理系统的CAN通信控制器内部结构图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
本发明实施例公开了一种基于CAN通讯的电池管理系统，包括若干并联的电池箱1，所述电池箱包括：主控模块2、采集模块3、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通讯模块、电池模块4、正极继电器5、负极继电器6和二极管7；
所述采集模块3采集电池模块4的电压信号；
所述CAN通讯模块用于电池箱间主控模块与主控模块的通讯和电池箱内主控模块与采集模块的通讯；
所述主控模块1根据采集的电压信号控制正极继电器5和负极继电器6的通断；
所述正极继电器5和负极继电器6与电池模块4串联，用于控制电池模块4充放电回路的通断；
所述二极管7与正极继电器5两端反并联。
优选地，如图1所示，本发明实施例公开了一种四箱电池管理系统，包括并联的四个电池箱，其中一个电池箱的主控模块2还连接显示模块8和报警模块9；所述显示模块8通过该电池箱的主控模块2接收汇总的各个电池箱的实时信息，实时显示每箱电池的最高电压、最低电压、最高温度、总电压、荷电状态、报警信息；所述报警模块9通过该电池箱的主控模块2接收汇总的各个电池箱的报警信息，当某一电池箱内单体电压低于预设值时，进行低压报警。
优选地，所述报警模块通过蜂鸣器进行报警。
具体地，所述CAN通讯模块结构示意图如图2所示，包括微控制器(节点控制器)、CAN通信控制器和CAN总线收发器(XCVR)，本发明实施例中，微控制器选用STC89C52RC微控制器，CAN通信控制器选用MCP2515型CAN控制器，CAN总线收发器选用TJA1050型CAN驱动器；MCP2515型CAN控制器通过SPI接口与微控制器进行通讯，可以节省微控制器端口，MCP2515型CAN控制器的内部结构如图4所示。MCP2515型CAN控制器与TJA1050型CAN驱动器的连接结构示意图如图3所示，通过TJA1050型CAN驱动器输出信号CANH和CANL，达到最佳匹配状态。
优选地，为了进一步解决CAN通讯线的干扰问题，还可以在TJA1050型CAN收发器和MCP2515型CAN控制器之间加入数字隔离器ADUM1411，杜绝干扰影响系统的运行。
本发明实施例还公开了一种电池放电方法，利用上述电池管理系统，实现电机车或单轨吊的运行供电，包括：
电池箱内单体最高电压达到额定电压时，正极继电器断开，此时电池处于满电状态，用电设备运行时，电池模块通过正极继电器两端的反并联二极管放电；
当某箱电池内的单体最高电压低于预设值一时，闭合该箱正极继电器；
当某箱电池内的单体最低电压达到预设值二时，通过显示屏及蜂鸣器进行低压报警，提醒相关人员注意；
当某箱电池内的单体最低电压达到预设值三时，断开该箱负极继电器，该箱电池停止工作；
当检测到各个电池箱内电池的放电电流全部为零时，闭合全部负极继电器，放电过程完成。
优选地，本实施例中，预设值一为3.45V，预设值二为2.8V，预设值三为2.6V。
所述当某箱电池内的单体最低电压达到2.6V时，断开该箱负极继电器后，判断该箱总电压与其他电池箱总电压的压差是否超过3V，超过3V时，断开所有电池箱的负极继电器，禁止工作，若压差不超过3V，允许其他三箱电池供电。
本发明实施例还公开了一种电池充电方法，利用上述电池管理系统，对待充电电池箱进行充电，包括：
充电机连接正确后进行充电，当某箱电池内的单体最高电压达到预设值四时，断开正极继电器，直至四个电池箱内的正极继电器全部断开，完成充电过程。
具体地，本实施例中，预设值四为3.65V。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于CAN通讯的电池管理系统，其特征在于，包括若干并联的电池箱，所述电池箱包括：主控模块、采集模块、CAN通讯模块、电池模块、正极继电器、负极继电器和二极管；
所述采集模块采集电池模块的电压信号；
所述CAN通讯模块用于电池箱间主控模块与主控模块的通讯和电池箱内主控模块与采集模块的通讯；
所述主控模块根据采集的电压信号控制正极继电器和负极继电器的通断；
所述正极继电器和负极继电器与电池模块串联，用于控制电池模块充放电回路的通断；
所述二极管与正极继电器两端反并联。
2.根据权利要求1所述的基于CAN通讯的电池管理系统，其特征在于，所述CAN通讯模块包括微控制器、CAN通信控制器和CAN总线收发器；所述CAN通信控制器通过SPI接口与微控制器进行通讯。
3.根据权利要求2所述的基于CAN通讯的电池管理系统，其特征在于，所述CAN通信控制器和CAN总线收发器之间还连接数字隔离器，用于隔离通讯线的干扰。
4.根据权利要求1所述的基于CAN通讯的电池管理系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与任一电池箱的主控模块连接，接收各个电池箱的实时信息，实时显示每箱电池的最高电压、最低电压、最高温度、总电压、荷电状态、报警信息。
5.据权利要求1所述的基于CAN通讯的电池管理系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与任一电池箱的主控模块连接，接收各个电池箱的实时信息，当某一电池箱内单体电压低于预设值时，进行低压报警。
6.据权利要求5所述的基于CAN通讯的电池管理系统，其特征在于，所述报警模块通过蜂鸣器进行报警。
7.一种电池放电方法，利用权利要求1-6任意一项所述的基于CAN通讯的电池管理系统，其特征在于，包括：
正极继电器断开，用电设备运行，电池模块通过正极继电器两端的反并联二极管放电；
当某箱电池内的单体最高电压低于预设值一时，闭合该箱正极继电器；
当某箱电池内的单体最低电压达到预设值二时，进行低压报警；
当某箱电池内的单体最低电压达到预设值三时，断开该箱负极继电器；
当检测到各个电池箱内电池的放电电流全部为零时，闭合全部负极继电器，放电过程完成。
8.根据权利要求7所述的电池放电方法，其特征在于，所述当某箱电池内的单体最低电压达到预设值三时，断开该箱负极继电器后，判断该箱总电压与其他电池箱总电压的压差是否超过预设阈值，超过预设阈值时，断开所有电池箱的负极继电器。
9.根据权利要求8所述的电池放电方法，其特征在于，所述预设阈值为3V。
10.一种电池充电方法，利用权利要求1-6任意一项所述的基于CAN通讯的电池管理系统，其特征在于，包括：
充电机连接，当某箱电池内的单体最高电压达到预设值四时，断开该箱正极继电器；
当所有电池箱内的正极继电器全部断开时，充电过程完成。
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