CN112477691A - 电动车电池管理系统及利用其管理动力电池的方法 - Google Patents

电动车电池管理系统及利用其管理动力电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动车电池管理系统及利用其管理电池的方法，其可实现蓄电池过度放电和动力电池温度的实时监测，可确保蓄电池正常供电，降低无法提供高压动能风险，其包括低压供电模块、高压供电模块、直流变压器DC‑DC，电池管理控制器BMS与电源分配系统PDU整合，动力电池的外表面设置有电加热装置、冷却装置，温度传感器与电池管理控制器BMS电连接，电池管理控制器BMS根据温度传感器的温度信息控制电加热装置、冷却装置对动力电池的温度进行调节，电池管理控制器BMS通过车机TBOX与云平台通信连接，一种应用上述系统管理电池的方法，包括蓄电池控制管理方法、动力电池控制管理方法。

Description

电动车电池管理系统及利用其管理动力电池的方法
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，具体为一种电动车电池管理系统及利用其管理电池的方法。
背景技术
随着大数据、互联网、5G等技术在汽车领域的不断普及和推广，新能源自动驾驶技术也随之应用各个领域。就目前新能源车的应用前景来看，世界各国政府相继出台了新能源车代替燃油车的规划时间和实施方案。现在主流推广的新能源汽车就是电动汽车，而摆在这项绿色工程面前的比较大的课题就是电池技术和电池管理技术。在任何环境下合理的电池能量应用和有效的功能保障是电动汽车发展的重要基础。
电池能量应用和功能保障主要依靠电池管理系统的合理管理实现，但现有的新能源汽车电池管理系统存在诸多技术缺陷，新能源汽车电池管理系统主要包括高压供电模块、低压供电模块，其中低压供电模块为整车常规用电，主要包括铅酸电池、保险丝盒，用于给电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、空调控制器等控制设备和整车使用设备供电，在整车下电后持续给整车控制器和车机提供常电。
高压供电模块包括动力电池，高压供电模块和低压供电模块之间依靠直流变压器DC-DC将高压电源转换成24V低压，给蓄电池供电的回路供电，同时给蓄电池充电。在车辆没有高压上电前整车低压电依靠铅酸电池供电，高压上电后直流变压器DC-DC给整车供电同时给铅酸电池补充电量。
但是现有技术中新能源汽车电池管理系统存在以下的技术缺陷：
1.在整车常电供电时，低压蓄电池依然需要给整车控制器VCU和车机TBOX提供电源，长期停放车时，常电下电池管理控制器BMS的静态功耗易使蓄电池过放，影响蓄电池的使用寿命。
2.电池管理控制器BMS在整车下电过程中处于下电状态，无法对蓄电池内部温度进行监控和报警。
3.在环境温度低时，高压的动力电池活性明显下降，例如冬天时车辆停放于低温区域后，存在动力电池无法提供足够高压动能的风险。
发明内容
针对现有技术中存在的电池管理系统缺少蓄电池过放监测功能和温度实时监测功能，导致蓄电池无法正常供电的问题，以及动力电池受低温影响活性易下降，存在无法提供高压动能风险的问题，本发明提供了一种电动车电池管理系统及利用其管理电池的方法，其可实现蓄电池过度放电和动力电池温度的实时监测，可确保蓄电池正常供电，降低无法提供高压动能风险。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电动车电池管理系统，其包括低压供电模块、高压供电模块、直流变压器DC-DC，所述低压供电模块与所述高压供电模块之间依靠所述直流变压器DC-DC实现电压转换，
所述低压供电模块包括蓄电池、保险丝盒，所述蓄电池分别与电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX电连接，用于直接给所述电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX供电，所述蓄电池通过保险丝盒内的保险丝分别与电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统、自动驾驶系统电连接，用于给所述电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统、自动驾驶系统供电；
所述高压供电模块包括动力电池、电池管理控制器BMS，所述动力电池用于给电池管理控制器BMS、电池加热系统、直流变压器DC-DC、MCU驱动电机供电，所述电池加热系统包括电加热装置，所述电源分配系统PDU、电池管理控制器BMS用于对所述动力电池内部温度进行控制，其特征在于，所述高压供电模块还包括电源分配系统PDU，所述电池管理控制器BMS与所述电源分配系统PDU整合，与所述动力电池相邻的位置安装有若干个温度传感器，所述动力电池的外表面设置有所述电加热装置、冷却装置，所述温度传感器与所述电池管理控制器BMS电连接，所述电池管理控制器BMS根据温度传感器的温度信息控制所述电加热装置、冷却装置对所述动力电池的温度进行调节，所述电池管理控制器BMS通过所述车机TBOX与云平台通信连接。
其进一步特征在于，
所述电源分配系统PDU、电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX、电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统、自动驾驶系统、电池加热系统、直流变压器DC-DC、MCU驱动电机之间通过CAN网络通信连接；
所述直流变压器DC-DC的低压侧电压为24V；
所述蓄电池的负极安装有电流传感器，所述电流传感器用于检测所述蓄电池的负极回流电流I；
所述蓄电池为铅酸蓄电池；
所述动力电池为锂动力电池。
一种应用上述系统管理电池的方法，包括蓄电池控制管理方法、动力电池控制管理方法，其特征在于，所述蓄电池控制管理方法包括：
S1、整车常电供电时，所述整车控制器VCU处于低功耗状态，每分钟启动一次所述整车控制器VCU，通过所述整车控制器VCU采集该整车控制器VCU的输入电源电压U1；常电供电(下低压状态)指车辆基本功能不使用，需要一直通电的车辆基础设备通过蓄电池获取电量；
S2、检测所述电源电压U1，若所述电源电压U1低于第一阈值电压U2，则所述整车控制器VCU通过所述CAN网络控制所述电池管理控制器BMS、直流变压器DC-DC启动；
S3、所述电池管理控制器BMS控制所述电源分配系统PDU给所述直流变压器DC-DC提供高压电；
S4、所述直流变压器DC-DC将所述动力电池的电压转换为电压U3，所述动力电池通过所述直流变压器DC-DC给所述蓄电池充电；
S5、所述整车不上高压电时，检测所述蓄电池的负极回流电流I，若所述负极回流电流I大于电流阈值I1，所述电池管理控制器BMS控制所述电源分配系统PDU给所述直流变压器DC-DC供电，所述直流变压器DC-DC将所述动力电池的电源转换为所述电压U3后，给所述蓄电池充电，同时给整车供电；
所述动力电池控制管理方法包括：
A1、所述整车常电供电时，所述电池管理控制器BMS处于常电状态下的待机状态，每分钟启动一次所述电池管理控制器BMS；
A2、通过所述温度传感器实时采集所述动力电池的温度信息，所述电池管理控制器BMS启动时获取所述温度信息；
判断所述温度信息，所述电池管理控制器BMS根据所述温度信息控制所述电加热装置、冷却装置的启动或停止，直至所述温度传感器检测到所述动力电池的温度值达到合理温度范围内；
当所述动力电池的温度超过所述合理温度范围，采用所述冷却装置对所述动力电池冷却时，若所述冷却装置持续开启时间T2，没有将所述温度信息降到30℃以下，或所述温度传感器检测到所述动力电池内部的温度持续上升，则所述云平台发出报警；同时所述云平台发送报警消息给驾驶人员，警示及时处理所述动力电池的热失控状态；
A3、所述整车上高压电时，根据所述整车的运行状态，所述电池管理控制器BMS实时控制所述电加热装置或所述冷却装置对所述动力电池的温度进行调节。
其进一步特征在于，
所述合理温度范围为：5℃～60℃；
所述电池管理控制器BMS根据所述温度信息控制所述电加热装置、冷却装置的启动或停止的步骤包括：A21、若所述温度信息小于5℃，则所述电池管理控制器BMS控制所述电源分配系统PDU启动，所述电源分配系统PDU控制所述电加热装置启动，给所述动力电池加热，直至所述动力电池的温度值达到25℃；
A22、当所述动力电池的温度值达到25℃时，所述电源分配系统PDU控制所述电加热装置停止；
A23、所述电池管理控制器BMS将所述加热装置的温度信息发送给所述车机TBOX，所述车机TBOX将所述温度信息发送给所述云平台；
A24、当检测到任何一个所述温度传感器的温度值大于60℃时，所述电池管理控制器BMS控制所述冷却装置启动，所述冷却装置给所述动力电池降温，直至所述动力电池的温度值低于30℃；
A25，当所述动力电池的温度值低于温度a4时，所述电源分配系统PDU控制所述冷却装置停止；
A26，所述电池管理控制器BMS将所述冷却装置的温度信息发送给所述车机TBOX，所述车机TBOX将所述温度信息发送给所述云平台；
在步骤S4中，所述动力电池通过所述直流变压器DC-DC给所述蓄电池持续充电10分钟；
所述时间T2为30分钟；
所述电池管理控制器BMS与所述冷却装置之间、所述电池管理控制器BMS与所述冷却装置之间分别安装有继电器，所述电池管理控制器BMS通过所述继电器控制所述加热装置或所述冷却装置的启停。
采用本发明上述结构可以达到如下有益效果：
1、电动车电池管理系统包括温度传感器，可用于实时检测动力电池的温度信息，电池管理控制器BMS根据温度传感器的温度信息控制电加热装置、冷却装置对动力电池的温度进行调节，从而防止了在环境温度低时动力电池活性下降，降低了无法提供高压动能的风险。
2、蓄电池控制管理方法中，整车常电供电时，整车控制器VCU处于低功耗状态，每分钟启动一次整车控制器VCU，通过整车控制器VCU采集该整车控制器VCU的输入电源电压U1，并判断电源电压U1是否在预先设定的合理电压阈值范围内，当整车上电，电源电压U1低于第一阈值电压U2时，电池管理控制器BMS控制电源分配系统PDU给直流变压器DC-DC提供高压电，动力电池通过直流变压器DC-DC给蓄电池充电；整车不上高压电时，检测所述蓄电池的负极回流电流I，若负极回流电流I小于电流阈值I1，电池管理控制器BMS控制电源分配系统PDU给直流变压器DC-DC供电，直流变压器DC-DC将动力电池的电源转换为电压U3，动力电池通过直流变压器DC-DC给蓄电池充电，避免了蓄电池过度放电，提高了蓄电池使用寿命。
3、动力电池控制管理方法中，整车常电供电时，电池管理控制器BMS处于常电状态下的待机状态，每分钟启动一次电池管理控制器BMS，整车上电时，通过温度传感器实时采集动力电池的温度信息，电池管理控制器BMS启动时获取温度信息，判断温度信息，电池管理控制器BMS根据温度信息控制电加热装置、冷却装置的启动或停止，直至温度传感器检测到动力电池的温度值达到合理温度范围内，从而实现了动力电池的温度调节，防止了在环境温度低时动力电池活性下降，在保证电池活性的同时，降低了无法提供高压动能的风险，提高了动力电池的使用寿命，同时增加了动力电池的使用环境，使动力电池满足不同环境使用需求，降低了车辆的地域性限制。
4、动力电池控制管理方法中，当动力电池的温度超过合理温度范围，采用冷却装置对动力电池冷却时，若冷却装置持续开启时间T2，没有将温度信息降到30℃以下，或温度传感器检测到动力电池内部的温度仍在持续上升，则云平台发出报警，同时云平台发送报警消息给驾驶人员，提示驾驶人员及时处理动力电池的热失控状态，减少了热失控的风险。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图(其中直线表示CAN通讯线，双箭头线表示24V电源电流传输线，单箭头虚线表示高压电源电流传输线)；
图2为本发明蓄电池电压控制流程图；
图3为本发明动力电池温度控制流程图。
具体实施方式
见图1，一种电动车电池管理系统，其包括低压供电模块、高压供电模块、直流变压器DC-DC，低压供电模块与高压供电模块之间依靠直流变压器DC-DC实现电压转换；
低压供电模块包括蓄电池1、保险丝盒2，蓄电池1分别与电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX电连接，用于直接给电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX供电，蓄电池1通过保险丝盒2内的保险丝分别与电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统3、自动驾驶系统4电连接，用于给电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统3、自动驾驶系统4供电；
高压供电模块包括动力电池5、电池管理控制器BMS，动力电池5用于给电池管理控制器BMS、电池加热系统、直流变压器DC-DC、MCU驱动电机供电，电池加热系统包括电加热装置6，电源分配系统PDU、电池管理控制器BMS用于对动力电池5内部温度进行控制，高压供电模块还包括电源分配系统PDU，电池管理控制器BMS与电源分配系统PDU整合，与动力电池5相邻的位置安装有若干个温度传感器7，动力电池5的外表面设置有电加热装置6、冷却装置8，温度传感器7与电池管理控制器BMS电连接，电池管理控制器BMS根据温度传感器7的温度信息控制电加热装置6、冷却装置8对动力电池5的温度进行调节，电池管理控制器BMS通过车机TBOX与云平台10通信连接。
电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX、电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统3、自动驾驶系统4、云平台10之间通过CAN网络通信连接；
直流变压器DC-DC将动力电池5的电源转换成24V低电压，蓄电池的负极安装有电流传感器，电流传感器用于检测蓄电池的负极回流电流I。
一种应用上述系统管理电池的方法，包括蓄电池控制管理方法、动力电池控制管理方法，见图2，蓄电池控制管理方法包括以下步骤：
S1、整车常电供电时，整车控制器VCU处于低功耗状态，每分钟唤醒一次整车控制器VCU，通过整车控制器VCU采集该整车控制器VCU的输入电源电压U1；
S2、整车上电时，检测电源电压U1，若电源电压U1低于第一阈值电压U2，U2＝22.4V，则整车控制器VCU通过CAN网络控制电池管理控制器BMS、直流变压器DC-DC启动；
S3、电池管理控制器BMS控制电源分配系统PDU给直流变压器DC-DC提供高压电；
S4、直流变压器DC-DC将动力电池的电压转换为电压U3，U3＝24V，动力电池通过直流变压器DC-DC给蓄电池持续充电10分钟后，整车重新进入待机状态；
S5、整车上低压电，没有上高压电的条件下，检测蓄电池1的负极回流电流I，若负极回流电流I大于电流阈值I1，电池管理控制器BMS控制电源分配系统PDU给直流变压器DC-DC供电，直流变压器DC-DC将动力电池的电源转换为电压U3，动力电池5通过直流变压器DC-DC给蓄电池1充电；
见图3，动力电池控制管理方法包括以下步骤：
A1、整车常电供电时，电池管理控制器BMS处于常电状态下的待机状态，每分钟启动一次电池管理控制器BMS；
A2、整车上电时，通过温度传感器实时采集动力电池的温度信息，电池管理控制器BMS启动时获取温度信息；
判断温度信息，电池管理控制器BMS根据温度信息控制电加热装置、冷却装置的启动或停止，直至温度传感器检测到动力电池的温度值达到合理温度范围内，合理温度范围为：5℃～60℃；
具体包括以下步骤：
A21、若温度信息小于5℃，则电池管理控制器BMS控制电源分配系统PDU启动，电源分配系统PDU控制电加热装置6启动，给动力电池5加热，直至动力电池5的温度值达到25℃；
A22、当动力电池5的温度值达到25℃时，电源分配系统PDU控制电加热装置6停止；
A23、电池管理控制器BMS将加热装置的温度信息发送车机TBOX，车机TBOX将温度信息发送给云平台10；
A24、当检测到任何一个温度传感器的温度值大于60℃时，电池管理控制器BMS控制冷却装置8启动，冷却装置8给动力电池降温，直至动力电池5的温度值低于30℃；
A25，当动力电池的温度值低于30℃时，电源分配系统PDU控制冷却装置8停止；
A26，电池管理控制器BMS将冷却装置8的温度信息发送给车机TBOX，车机TBOX将温度信息发送给云平台10；
电池管理控制器BMS与冷却装置之间、电池管理控制器BMS与冷却装置之间分别安装有继电器，电池管理控制器BMS通过继电器控制加热装置或冷却装置的启停。
当动力电池的温度超过合理温度范围，采用冷却装置对动力电池冷却时，若冷却装置持续开启时间T2，T2为10分钟，没有将温度信息降到30℃以下，或温度传感器检测到动力电池内部的温度持续上升，则云平台发出报警；同时云平台发送报警消息给驾驶人员，警示及时处理动力电池的热失控状态；
A3、整车上高压电时，根据整车的运行状态(这里运行状态主要指动力电池的温度状态信息)，电池管理控制器BMS实时控制电加热装置或冷却装置对动力电池的温度进行调节。
将上述系统及方法应用于纯电的半挂车中，半挂车具有自动驾驶功能，行驶地域广，多数为长途运输，车队数量多的特点，采用本发明上述方法及系统后：(1)优化了电源匹配和电池管理，根据对蓄电池电压的监控，通过电池管理控制器BMS控制电源分配系统PDU，电源分配系统PDU控制动力电池自动给铅酸蓄电池进行充电，直流变压器DC-DC将动力电池的电源转换为电压U3，动力电池5通过直流变压器DC-DC给蓄电池1充电，增加铅酸蓄电池的使用寿命，避免了铅酸蓄电池过放的风险。
(2)可以在车辆停放下电状态下监控动力电池的温度信息，在下电状态下车身自动启动电池冷却装置对动力电池进行热管理，同时通过车机TBOX将温度信息传输给云平台，驾驶人员通过云平台掌握动力电池的工作状态，减少了动力电池热失控的风险。
(3)在任何时候可以对动力电池进行温度控制，低温环境下通过电池管理控制器BMS控制电加热装置，使动力电池的温度保持在合理温度范围内，保证了电池活性，避免了在低温状态下车辆动力电池能力下降或者车辆无法上高压电，延长了动力电池寿命，增加了动力电池的使用环境，同时降低了车辆的地域性限制。
以上的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动车电池管理系统，其包括低压供电模块、高压供电模块、直流变压器DC-DC，所述低压供电模块与所述高压供电模块之间依靠所述直流变压器DC-DC实现电压转换，
所述低压供电模块包括蓄电池、保险丝盒，所述蓄电池分别与电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX电连接，用于直接给所述电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX供电，所述蓄电池通过保险丝盒内的保险丝分别与电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统、自动驾驶系统电连接，用于给所述电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统、自动驾驶系统供电；
所述高压供电模块包括动力电池、电池管理控制器BMS，所述动力电池用于给电池管理控制器BMS、电池加热系统、直流变压器DC-DC、MCU驱动电机供电，所述电池加热系统包括电加热装置，所述电源分配系统PDU、电池管理控制器BMS用于对所述动力电池内部温度进行控制，其特征在于，所述高压供电模块还包括电源分配系统PDU，所述电池管理控制器BMS与所述电源分配系统PDU整合，与所述动力电池相邻的位置安装有若干个温度传感器，所述动力电池的外表面设置有所述电加热装置、冷却装置，所述温度传感器与所述电池管理控制器BMS电连接，所述电池管理控制器BMS根据温度传感器的温度信息控制所述电加热装置、冷却装置对所述动力电池的温度进行调节，所述电池管理控制器BMS通过所述车机TBOX与云平台通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动车电池管理系统，其特征在于，所述电源分配系统PDU、电池管理控制器BMS、整车控制器VCU、车机TBOX、电子制动系统EBS、车身控制系统BCM、空调管理系统、自动驾驶系统、电池加热系统、直流变压器DC-DC、MCU驱动电机之间通过CAN网络通信连接。
3.根据权利要求1所述的一种电动车电池管理系统，其特征在于，所述直流变压器DC-DC的低压侧电压为24V。
4.根据权利要求1所述的一种电动车电池管理系统，其特征在于，所述蓄电池的负极安装有电流传感器，所述电流传感器用于检测所述蓄电池的负极回流电流I。
5.一种应用上述权利要求1电池管理系统管理电池的方法，包括蓄电池控制管理方法、动力电池控制管理方法，其特征在于，所述蓄电池控制管理方法包括：
整车常电供电时，所述整车控制器VCU处于低功耗状态，每分钟启动一次所述整车控制器VCU，通过所述整车控制器VCU采集该整车控制器VCU的输入电源电压U1；
检测所述电源电压U1，若所述电源电压U1低于第一阈值电压U2，则所述整车控制器VCU通过所述CAN网络控制所述电池管理控制器BMS、直流变压器DC-DC启动；
所述电池管理控制器BMS控制所述电源分配系统PDU给所述直流变压器DC-DC提供高压电；
所述直流变压器DC-DC将所述动力电池的电压转换为电压U3，所述动力电池通过所述直流变压器DC-DC给所述蓄电池充电；
所述整车不上高压电时，检测所述蓄电池的负极回流电流I，若所述负极回流电流I大于电流阈值I1，所述电池管理控制器BMS控制所述电源分配系统PDU给所述直流变压器DC-DC供电，所述直流变压器DC-DC将所述动力电池的电源转换为所述电压U3后，给所述蓄电池充电，同时给整车供电。
6.根据权利要求5所述的电池管理方法，其特征在于，所述动力电池通过所述直流变压器DC-DC给所述蓄电池持续充电10分钟。
7.一种应用上述权利要求1～4任一项电池管理系统管理电池的方法，包括蓄电池控制管理方法、动力电池控制管理方法，其特征在于，所述动力电池控制管理方法包括：
所述整车上电前，所述电池管理控制器BMS处于常电状态下的待机状态，每分钟启动一次所述电池管理控制器BMS；
所述整车上电时，通过所述温度传感器实时采集所述动力电池的温度信息，所述电池管理控制器BMS启动时获取所述温度信息；
判断所述温度信息，所述电池管理控制器BMS根据所述温度信息控制所述电加热装置、冷却装置的启动或停止，直至所述温度传感器检测到所述动力电池的温度值达到合理温度范围内；
当所述动力电池的温度超过所述合理温度范围，采用所述冷却装置对所述动力电池冷却时，若所述冷却装置持续开启时间T2，没有将所述温度信息降到30℃以下，或所述温度传感器检测到所述动力电池内部的温度持续上升，则所述云平台发出报警；同时所述云平台发送报警消息给驾驶人员，警示及时处理所述动力电池的热失控状态；
所述整车上高压电时，根据所述整车的运行状态，所述电池管理控制器BMS实时控制所述电加热装置或所述冷却装置对所述动力电池的温度进行调节。
8.根据权利要求7所述的电池管理方法，其特征在于，所述合理温度范围为：5℃～60℃。
9.根据权利要求8所述的电池管理方法，其特征在于，所述电池管理控制器BMS根据所述温度信息控制所述电加热装置、冷却装置的启动或停止的步骤包括：A21、若所述温度信息小于5℃，则所述电池管理控制器BMS控制所述电源分配系统PDU启动，所述电源分配系统PDU控制所述电加热装置启动，给所述动力电池加热，直至所述动力电池的温度值达到25℃；
A22、当所述动力电池的温度值达到25℃时，所述电源分配系统PDU控制所述电加热装置停止；
A23、所述电池管理控制器BMS将所述加热装置的温度信息发送所述车机TBOX，所述车机TBOX将所述温度信息发送给所述云平台；
A24、当检测到任何一个所述温度传感器的温度值大于60℃时，所述电池管理控制器BMS控制所述冷却装置启动，所述冷却装置给所述动力电池降温，直至所述动力电池的温度值低于30℃；
A25，当所述动力电池的温度值低于温度a4时，所述电源分配系统PDU控制所述冷却装置停止；
A26，所述电池管理控制器BMS将所述冷却装置的温度信息发送给所述车机TBOX，所述车机TBOX将所述温度信息发送给所述云平台。
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