CN111703335B - 一种低速锂电动车的单总线通讯系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种低速锂电动车的单总线通讯系统，包括电池管理系统、电机控制器和仪表显示系统，电机控制器与电机连接，电池管理系统、电机控制器和仪表显示系统均通过单总线通讯；控制方法步骤：电机控制器向电池管理系统发送查询命令，电池管理系统接收到命令，将相关数据信号传送至电机控制器；电机控制器对接收到的数据信号进行分析处理，同时将数据信号传送至仪表显示系统，仪表显示系统对接收到的数据信号进行分析和处理并显示。该系统和方法实现了对电池电量准确计算、信号传输及车辆状态通过仪表显示系统进行准确显示。

Description

一种低速锂电动车的单总线通讯系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种低速锂电动车的单总线通讯系统及控制方法，属于低速锂电池电动车技术领域。
背景技术
低速电动车已被人们广泛使用，成为人们出行不可或缺的交通工具。锂电池因具有重量轻、长寿命、更环保等特性，越来越多的被应用到低速电动车上。
现有的低速电动车整车的电器系统多是适用于铅酸电池的硬线连接系统，各种电器功能通过线到线的电信号传输实现。
但对于安装锂电池的低速电动车，现有的电器系统并不适用，尤其是对锂电池电量的计算与显示，准确性差，而错误的电池电量计算与显示有可能造成用户错误估算续航里程而出现无法返航的情况，给用户带来极大的不便。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种低速锂电动车的单总线通讯系统及控制方法，该系统和控制方法能够实现对锂电池电量的准确计算，实现电池管理系统和电机控制器之间的信号传输，并将电池电量和车辆状态通过仪表显示系统进行准确显示，提高用户满意度。
为了实现上述目的，本发明提供一种低速锂电动车的单总线通讯系统，包括电池管理系统BMS、电机控制器和仪表显示系统，电机控制器与电机连接，电池管理系统BMS和电机控制器、电机控制器和仪表显示系统之间均通过单总线进行通讯；
所述的电池管理系统BMS包括中央处理器、数据采集模块、数据监测模块、开关控制模块、锂电池组、电池电量计、示警模块和通信模块A，锂电池组经数据监测模块与数据采集模块连接，数据采集模块与中央处理连接，中央处理器模块通过开关控制模块与锂电池组连接，锂电池组同时还通过电池电量计与中央处理器连接，示警模块、通信模块A均与中央处理器连接；
所述的数据监测模块用于锂电池组电压、电流和电量的检测，并把检测到的电压、电流和电量数据信号实时发送至数据采集模块；
所述的数据采集模块实时采集电压、电流和电量数据，并把采集到的电压、电流和电量数据信号实时发送至中央处理器；
所述的开关控制模块用于执行中央处理器发出的开启或关闭锂电池组的命令；
所述的电池电量计用于实时监测锂电池电流流入或流出数据，对锂电池总体电量进行计算，并将计算数据信号实时传送至中央处理器；
所述的示警模块用于执行中央处理器发出的警示命令；
所述的通信模块A用于建立电池管理系统BMS与单总线之间的通信；
所述的中央处理器用于接收数据采集模块传送的电压、电流和电量数据信号、电池电量计传送的电流流入或流出以及锂电池总体电量数据信号、通信模块A传送的来自单总线的数据信号，并对接收到数据信号进行分析和处理，同时向开关控制模块发出开启或关闭锂电池组的指令；在数据存在异常时，向示警模块发出开启警示设备的指令；将处理的数据信号通过通信模块A传送至单总线；
所述的电机控制器包括微控制器、驱动器、功率变换模块、电机监测模块和通信模块B，电机通过功率变换模块与驱动器连接，同时还通过电机监测模块与微控制器连接，驱动器与微控制器连接；功率变换模块同时还与锂电池组连接；通信模块B与微控制器连接；
锂电池组的电量作为输入，经功率变换模块转换大小、方向和频率后的电流为电机供电；
所述的电机监测模块用于实时监测电机电流、方向、频率、转速和温度，并将监测到的电机电流、方向、频率、转速和温度数据信号传送至微控制器；
所述的驱动器用于执行微控制器发出的电机控制信号指令，并将电机控制信号转换为驱动功率变换模块的驱动信号；
所述的通信模块B用于建立电机控制器与单总线之间的通信；
所述的微控制器用于接收电池管理系统BMS通过通信模块B传送的电压、电流和电量数据信号以及电机监测模块传送的电机电流、方向、频率、转速和温度数据信号，并对接收到的数据信号进行分析和处理，同时向驱动器发出电机控制信号指令；还将处理的数据信号通过通信模块B传送至单总线；
所述的仪表显示系统包括微处理器、仪表显示模块和通信模块C，仪表显示模块和通信模块C均与微处理器连接；
所述的仪表显示模块用于对电机控制器发送的车辆状态信息进行显示；
所述的通信模块C用于建立仪表显示系统与单总线之间的通信；
所述的微处理器用于接收电机控制器发送的车辆状态数据信号，并对接收到的车辆状态数据信号进行处理和分析，同时向仪表显示模块发送显示指令。
进一步地，所述的车辆状态信息包括车速、电压、电流、电量和故障信息。
进一步地，所述的电池电量计为库伦电量计，用于对锂电池电量进行计算，同时对计算结果进行环境温度补偿、老化补偿、自放电补偿，以保证电池电量的准确性。
一种低速锂电动车的单总线通讯系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，电机控制器作为主通讯模块，根据系统设定的时间间隔，通过通信模块B经单总线向电池管理系统BMS发送查询命令，电池管理系统BMS通过通信模块A接收到经单总线传送的查询命令，中央处理器将接收到的数据采集模块和电池电量计传送的数据信号通过通信模块A经单总线传送至通信模块B；通信模块B将接收到的数据信号传递至电机控制器；
步骤二，电机控制器对接收到的数据信号，通过微控制器进行分析和处理，将需要显示的数据信号，包括异常信息通过单总线传送至通信模块C；同时，当发现电池管理系统BMS出现异常信号时，通过通信模块B经单总线向电池管理系统BMS发出指令，中央处理器根据接收到的指令，向开关控制模块发出指令，执行关闭锂电池组的动作；
步骤三，通信模块C将接收到的数据信号传送至微处理器，微处理器对接收到的数据信号进行分析和处理，向仪表显示模块发出指示命令，仪表显示模块接收指令后对相关数据信号进行显示，使车辆驾驶者直观看到相关信息。
进一步地，所述的仪表显示模块对车速、电压、电流、电量和异常状况进行显示。
本发明通过设置电池管理系统BMS、电机控制器和仪表显示系统，电池管理系统BMS的中央处理器用于接收数据采集模块传送的电压、电流和电量数据信号、电池电量计发送的电流流入或流出以及锂电池总体电量数据信号、通信模块A传送的来自单总线的数据信号，并对接收到数据信号进行分析和处理，同时向开关控制模块发出开启或关闭锂电池组的指令；在数据存在异常时，向示警模块发出开启警示设备的指令；将处理的数据信号通过通信模块A传送至单总线；电机控制器的微控制器用于接收电池管理系统BMS通过通信模块B传送的电压、电流和电量数据信号以及电机监测模块传送的电机电流、方向、频率、转速和温度数据信号，并对接收到的数据信号进行分析和处理，同时向驱动器发出电机控制信号指令；还将处理的数据信号通过通信模块B发送至单总线；仪表显示系统的微处理器用于接收电机控制器发送的车辆状态数据信号，对接收到的车辆状态数据信号进行处理和分析，同时向仪表显示模块发送显示指令，并将处理的数据信号通过通信模块C传送至单总线，实现了对锂电池电量的准确计算及电池管理系统和电机控制器之间的信号传输，并实现了将电池电量和车辆状态通过仪表显示系统进行准确显示，提高了用户满意度。
附图说明
图1是本发明的工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种低速锂电动车的单总线通讯系统，包括电池管理系统BMS、电机控制器和仪表显示系统，电机控制器与电机连接，电池管理系统BMS和电机控制器、电机控制器和仪表显示系统之间均通过单总线进行通讯；
所述的电池管理系统BMS包括中央处理器、数据采集模块、数据监测模块、开关控制模块、锂电池组、电池电量计、示警模块和通信模块A，锂电池组经数据监测模块与数据采集模块连接，数据采集模块与中央处理连接，中央处理器模块通过开关控制模块与锂电池组连接，锂电池组同时还通过电池电量计与中央处理器连接，示警模块、通信模块A均与中央处理器连接；
所述的数据监测模块用于锂电池组电压、电流和电量的检测，并把检测到的电压、电流和电量数据信号实时发送至数据采集模块；
所述的数据采集模块实时采集电压、电流和电量数据，并把采集到的电压、电流和电量数据信号实时发送至中央处理器；
所述的开关控制模块用于执行中央处理器发出的开启或关闭锂电池组的命令；
所述的电池电量计用于实时监测锂电池电流流入或流出数据，对锂电池总体电量进行计算，并将计算数据信号实时传送至中央处理器；
所述的示警模块用于执行中央处理器发出的警示命令；
所述的通信模块A用于建立电池管理系统BMS与单总线之间的通信；
所述的中央处理器用于接收数据采集模块发送的电压、电流和电量数据信号、电池电量计发送的电流流入或流出以及锂电池总体电量数据信号、通信模块A传送的来自单总线的数据信号，并对接收到数据信号进行分析和处理，同时向开关控制模块发出开启或关闭锂电池组的指令；在数据存在异常时，向示警模块发出开启警示设备的指令；将处理的数据信号通过通信模块A发送至单总线；
所述的电机控制器包括微控制器、驱动器、功率变换模块、电机监测模块和通信模块B，电机通过功率变换模块与驱动器连接，同时还通过电机监测模块与微控制器连接，驱动器与微控制器连接；功率变换模块同时还与锂电池组连接；通信模块B与微控制器连接；
锂电池组的电量作为输入，经功率变换模块转换大小、方向和频率后的电流为电机供电；
所述的电机监测模块用于实时监测电机电流、方向、频率、转速和温度，并将监测到的电机电流、方向、频率、转速和温度数据信号传送至微控制器；
所述的驱动器用于执行微控制器发出的电机控制信号指令，并将电机控制信号转换为驱动功率变换模块的驱动信号；
所述的通信模块B用于建立电机控制器与单总线之间的通信；
所述的微控制器用于接收电池管理系统BMS通过通信模块B传送的电压、电流和电量数据信号以及电机监测模块传送的电机电流、方向、频率、转速和温度数据信号，并对接收到的数据信号进行分析和处理，同时向驱动器发出电机控制信号指令；还将处理的数据信号通过通信模块B发送至单总线；
所述的仪表显示系统包括微处理器、仪表显示模块和通信模块C，仪表显示模块和通信模块C均与微处理器连接；
所述的仪表显示模块用于对电机控制器发送的车辆状态信息进行显示；
所述的通信模块C用于建立仪表显示系统与单总线之间的通信；
所述的微处理器用于接收电机控制器发送的车辆状态数据信号，并对接收到的车辆状态数据信号进行处理和分析，同时向仪表显示模块发送显示指令。
进一步地，所述的车辆状态信息包括车速、电压、电流、电量和故障信息。
进一步地，所述的电池电量计为库伦电量计，用于对锂电池电量进行计算，同时对计算结果进行环境温度补偿、老化补偿、自放电补偿，以保证电池电量的准确性。
在本发明中，所述的单总线的硬件结构只有一条信号线，每一个连接于总线上的器件，为漏极开路或三态输出，通讯数据格式和通讯协议可采用LIN总线协议、1-wire总线协议、SIF通信协议、HDQ总线协议或根据需求制定的通信协议；锂电池BMS、电机控制器、仪表是共地的。
对于低速电动车，对整车成本变化比较敏感，使用单总线进行通讯，对硬件要求低，不增加硬件成本，简单有效。
一种低速锂电动车的单总线通讯系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，电机控制器作为主通讯模块，根据系统设定的时间间隔，通过通信模块B经单总线向电池管理系统BMS发送查询命令，电池管理系统BMS通过通信模块A接收到经单总线传送的查询命令，中央处理器将接收到的数据采集模块和电池电量计发送的数据信号通过通信模块A经单总线传送至通信模块B；通信模块B将接收到的数据信号传递至电机控制器；
步骤二，电机控制器对接收到的数据信号，通过微控制器进行分析和处理，将需要显示的数据信号，包括异常信息通过单总线传送至通信模块C；同时，当发现电池管理系统BMS出现异常信号时，通过通信模块B经单总线向电池管理系统BMS发出指令，中央处理器根据接收到的指令，向开关控制模块发出指令，执行关闭锂电池组的动作；
步骤三，通信模块C将接收到的数据信号传送至微处理器，微处理器对接收到的数据信号进行分析和处理，向仪表显示模块发出指示命令，仪表显示模块接收指令后对相关数据信号进行显示，使车辆驾驶者直观看到相关信息。
具体地，仪表显示模块对车速、电压、电流、电量和异常状况进行显示。
本实施例中，在点火锁处于ON的状态下，电机控制器每隔3秒向电池管理系统BMS发送一次查询命令，在50ms内接收电池管理系统BMS发送的信号并做出相应的处理；同时电机控制器将需要显示的数据信号每间隔1秒发送至仪表显示系统进行显示；在点火锁处于OFF的状态下电机控制器处于关机状态，没有信号在单总线上发送。

Claims (4)

1.一种低速锂电动车的单总线通讯系统的控制方法，该控制方法所基于的单总线通讯系统包括电池管理系统BMS、电机控制器和仪表显示系统，电机控制器与电机连接，电池管理系统BMS和电机控制器、电机控制器和仪表显示系统之间均通过单总线进行通讯；
所述的电池管理系统BMS包括中央处理器、数据采集模块、数据监测模块、开关控制模块、锂电池组、电池电量计、示警模块和通信模块A，锂电池组经数据监测模块与数据采集模块连接，数据采集模块与中央处理连接，中央处理器模块通过开关控制模块与锂电池组连接，锂电池组同时还通过电池电量计与中央处理器连接，示警模块、通信模块A均与中央处理器连接；
所述的数据监测模块用于锂电池组电压、电流和电量的检测，并把检测到的电压、电流和电量数据信号实时发送至数据采集模块；
所述的数据采集模块实时采集电压、电流和电量数据，并把采集到的电压、电流和电量数据信号实时发送至中央处理器；
所述的开关控制模块用于执行中央处理器发出的开启或关闭锂电池组的命令；
所述的电池电量计用于实时监测锂电池电流流入或流出数据，对锂电池总体电量进行计算，并将计算数据信号实时传送至中央处理器；
所述的示警模块用于执行中央处理器发出的警示命令；
所述的通信模块A用于建立电池管理系统BMS与单总线之间的通信；
所述的中央处理器用于接收数据采集模块发送的电压、电流和电量数据信号、电池电量计发送的电流流入或流出以及锂电池总体电量数据信号、通信模块A传送的来自单总线的数据信号，并对接收到数据信号进行分析和处理，同时向开关控制模块发出开启或关闭锂电池组的指令；在数据存在异常时，向示警模块发出开启警示设备的指令；将处理的数据信号通过通信模块A发送至单总线；
所述的电机控制器包括微控制器、驱动器、功率变换模块、电机监测模块和通信模块B，电机通过功率变换模块与驱动器连接，同时还通过电机监测模块与微控制器连接，驱动器与微控制器连接；功率变换模块同时还与锂电池组连接；通信模块B与微控制器连接；
锂电池组的电量作为输入，经功率变换模块转换大小、方向和频率后的电流为电机供电；
所述的电机监测模块用于实时监测电机电流、方向、频率、转速和温度，并将监测到的电机电流、方向、频率、转速和温度数据信号传送至微控制器；
所述的驱动器用于执行微控制器发出的电机控制信号指令，并将电机控制信号转换为驱动功率变换模块的驱动信号；
所述的通信模块B用于建立电机控制器与单总线之间的通信；
所述的微控制器用于接收电池管理系统BMS通过通信模块B传送的电压、电流和电量数据信号以及电机监测模块传送的电机电流、方向、频率、转速和温度数据信号，并对接收到的数据信号进行分析和处理，同时向驱动器发出电机控制信号指令；还将处理的数据信号通过通信模块B传送至单总线；
所述的仪表显示系统包括微处理器、仪表显示模块和通信模块C，仪表显示模块和通信模块C均与微处理器连接；
所述的仪表显示模块用于对电机控制器发送的车辆状态信息进行显示；
所述的通信模块C用于建立仪表显示系统与单总线之间的通信；
所述的微处理器用于接收电机控制器发送的车辆状态数据信号，并对接收到的车辆状态数据信号进行处理和分析，同时向仪表显示模块发送显示指令；
其特征在于，该控制方法包括如下步骤：
步骤一，电机控制器作为主通讯模块，根据系统设定的时间间隔，通过通信模块B经单总线向电池管理系统BMS发送查询命令，电池管理系统BMS通过通信模块A接收到经单总线传送的查询命令，中央处理器将接收到的数据采集模块和电池电量计发送的数据信号通过通信模块A经单总线传送至通信模块B；通信模块B将接收到的数据信号传递至电机控制器；
步骤二，电机控制器对接收到的数据信号，通过微控制器进行分析和处理，将需要显示的数据信号，包括异常信息通过单总线传送至通信模块C；同时，当发现电池管理系统BMS出现异常信号时，通过通信模块B经单总线向电池管理系统BMS发出指令，中央处理器根据接收到的指令，向开关控制模块发出指令，执行关闭锂电池组的动作；
步骤三，通信模块C将接收到的数据信号传送至微处理器，微处理器对接收到的数据信号进行分析和处理，向仪表显示模块发出指示命令，仪表显示模块接收指令后对相关数据信号进行显示，使车辆驾驶者直观看到相关信息。
2.根据权利要求1所述的一种低速锂电动车的单总线通讯系统的控制方法，其特征在于，所述的车辆状态包括车速、电压、电流、电量和故障信息。
3.根据权利要求1或2所述的一种低速锂电动车的单总线通讯系统的控制方法，其特征在于，所述的电池电量计为库伦电量计，用于对锂电池电量进行计算，同时对计算结果进行环境温度补偿、老化补偿、自放电补偿，以保证电池电量的准确性。
4.根据权利要求1所述的一种低速锂电动车的单总线通讯系统的控制方法，其特征在于，所述的仪表显示模块对车速、电压、电流、电量和异常状况进行显示。
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