CN1283497C - 一种用于电动汽车的动力电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种用于电动汽车的动力电池管理系统，属于汽车供电系统领域，整个系统为三层金字塔式结构，即数据采集子板、数据采集母板和CPU中央处理单元，通过相互独立的CPU分层、分块控制，采用二级CAN现场总线技术实现相互间的信息通讯以及与整车总控系统的信息通讯，其优点是：功能齐全，满足各种类型动力电池的管理需要；灵活性高，无需对硬件进行修改，即可满足不同车型在各种复杂情况下不同布置方式的需要；连线少，模块化结构，标准化接口，安装、维修方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电动汽车的动力电池管理系统。
背景技术
在电动汽车的研究开发与产业化过程中，动力电池及其管理系统作为主要动力源或辅助动力源部件是其中最为重要的一环。电池管理系统的优劣直接决定了动力电池组的使用寿命，一个合适的电池管理系统能够在充分发挥电池优越性能的同时，给予电池最佳的保护。
在已有的技术中，电池管理系统的设计或是过于复杂和烦琐；或是过于简陋。电池管理系统设计过于复杂，从表面上看，具备了较多的功能，但所需元器件多而杂，从而使电池管理系统成本飚升，且体积庞大，只能运行于试验室中，根本不能满足产业化的要求。而电池管理系统设计过于简陋，则功能过于简单，不能满足监护电池的需要，亦不能在充分发挥电池优越性能的同时，给予电池最佳的保护，长期使用这样的电池管理系统，将导致电池组寿命降低(远低于单体平均寿命)。
在已有的技术中，电池管理系统没有采用二级CAN现场总线技术实现内部模块间的信息通讯以及与整车总控系统的信息通讯，连线多而复杂，抗干扰能力差。电池管理系统没有采用模块化结构和标准化接口，安装复杂，灵活性差，当车型不同或整车布置方式改变时，电池管理系统必须对硬件部分进行足够的修改，或者干脆必须全部重新进行设计，才可满足在各种复杂情况下不同的需要。电池管理系统在设计时，没有充分考虑各种类型动力电池在监护需求方面的共性和个性，其硬件只能满足所针对类型电池的管理需要，不能满足多种类型动力电池的管理需要。
发明内容
本发明是为了解决已有技术中，电池管理系统的多功能需求和低成本、小体积的产业化要求的矛盾，连线多而复杂，抗干扰能力差，安装复杂，灵活性差的问题，而提供的一种用于电动汽车的动力电池管理系统，它采用模块化结构，连线简单，柔性好，可满足不同车型在各种复杂情况下不同布置方式的需要。
本发明是依靠以下的技术方案来实现的：一种用于电动汽车的动力电池管理系统，它包括数据采集单元、CPU中央处理单元和二级CAN现场总线，数据采集单元用于采集电池组的状态参数并输出；CPU中央处理单元，用于对数据采集单元输出的数据进行实时运算和状态判别并作出相应的处理，同时完成与多能源系统的通讯管理；二级CAN现场总线，包括内部CAN现场总线和外部CAN现场总线，所述内部CAN现场总线用于数据采集单元与CPU中央处理单元之间传输数据，所述外部CAN现场总线用于CPU中央处理单元与多能源系统之间的数据传输，所述数据采集单元由n个数据采集子板和m个数据采集母板组成，m小于等于n，数据采集子板用于采集电池的状态参数并将数据输送至相应的数据采集母板，数据采集母板用于将数据采集子板传输来的数据进行初步处理、分析、判断并输出至CPU中央处理单元。
在本发明中所述的中央处理单元还包括辅助控制板，辅助控制板设有远程通讯接口，用于电池状态显示、与数据采集母板和远程监控系统的数据传输。
本发明的有益效果：整个系统为三层金字塔式结构，即数据采集子板、数据采集母板和CPU中央处理单元，采用模块化结构，标准化接口，安装、维修方便。数据采集母板、CPU中央处理单元采用相互独立的CPU分层、分块控制，柔性好，无需对硬件进行修改，即可满足不同车型在各种复杂情况下不同布置方式的需要。采用二级CAN现场总线技术实现相互间的信息通讯以及与整车总控系统的信息通讯，连线少，抗干扰能力强。充分考虑各种类型动力电池在监护需求方面的共性和个性，满足多种类型动力电池的管理需要。可实现每只单体电池的全程监控，在充分发挥电池优越性能的同时，给予电池最佳的保护。
附图说明
以下将结合实施例和附图对本发明进行详细的描述。
图1为本发明实施例的结构框图。
图2为本发明实施例的主控板A软件流程图。
图3为本发明实施例的辅助控制板B的软件流程图。
图4为本发明实施例的数据采集母板软件流程图。
具体实施方式
实施例，参照附图，本发明一种用于电动汽车的动力电池管理系统，运用于混合动力电动汽车上，对由250只单体电池组成的，每10个电池单体组成一个电池模块，标称电压为300V，容量为60Ah的动力镍氢电池组进行管理，具体功能和指标如下：具有电池荷电量估算功能，误差小于10％；具有电池单体运行状态实时监控功能；电压检测精度：0.2％；电流检测精度：0.5％；温度检测精度：±2℃；电池故障诊断和安全保护功能；具有系统自检和诊断功能；具有充放电均衡功能；具有CAN现场总线接口，与整车总控系统实现信息通讯。本发明主要包括数据采集子板、数据采集母板、CPU中央处理单元和CAN现场总线。
数据采集单元采用了一种全新的结构，即数据采集母板加数据采集子板的形式，其中：
数据采集子板的数量n＝电池组中电池模块的数量；
数据采集母板的数量m＝电池组中电池包的数量。
每三——十六个相互串联的被机械结构固定在一起的相邻单体电池为一个电池模块，所谓电池包可以理解为电池组在整车布置中由于整车设计的不同而被分别放置的大小不一的块。
安装时，一个电池包配一个数据采集母板，然后再根据包内电池模块的数量，配上相同数量的数据采集子板。其中数据采集母板集中了一些共性的器件，如：CAN接口电路、电源部分电路、单片机控制部分电路等，而在数据采集子板上则安放了一些具体的、针对性的、不可共用的器件，如：电压采集电路、选择逻辑电路等。经过这样的结构安排，可共用的器件被集中起来，统一安置，共同使用，大大减少了所需元器件的数量，同样亦减小了体积。而由于采用了分块子板的结构，安装、调试、维修的灵活性也得到了保证。
本实施例中，电池组由250只单体电池组成，分成5个电池包。
数据采集单元在线测量蓄电池组的单体电压Vn、电池模块温度Tm等实时运行数据，并进行初步的数据处理、分析和判断：判断电池模块温度是否大于最大安全阀值，或小于最小安全阀值，如为上述状况则通过内部CAN现场总线，将数据上传给CPU中央处理单元。再判断电池模块温度是否大于最大报警阀值，或小于最小报警阀值，如属于上述情况则进行高低温报警。当电池模块温度大于开启风扇值时，可启动相关风扇散热。同样判断电池单体电压与阀值之间关系，进行相应的处理。另外可以计算电池模块温度的平均值Tp或者电池单体电压的平均值Vp，进行不均衡报警或者启动相应的均衡电路。
CPU中央处理单元由主控板A和辅助控制板B，加上一些外围电路组成。其中，主控板A可根据实时监测的共性参数及数据采集单元通过内部CAN总线上传的数据，按照预定的数学模型和管理模式进行相应的实时运算和状态判别并作出相应的处理策略，通过外部CAN总线技术，完成与多能源系统之间的通讯管理，送出荷电量计算结果以及电池组状态信息。主控板A采集电池模块的充放电电流I及电池组电压U值，判断I、U是否大于最大安全阀值，或小于最小安全阀值，如为上述状况则启动极限保护开关。然后再判断I、U是否大于最大报警阀值或者小于最小报警阀值，如为上述情况则报警；当I、U为正常值，则主控板A读取各数据采集母板上传的数据，判断电池模块温度Tm及电池单体电压Vn是否为极限值或报警值，进行相应处理。最后判断电池组的均衡状态，报警或启动均衡电路。主控板A计算电池荷电量，将上述数据上传到外部CAN现场总线，并回传相关数据到内部CAN现场总线。因此主控板A具有自检和诊断功能、充放电软件均衡功能、电池故障诊断和安全保护功能等。
辅助控制板B主要功能为状态显示和数据传输，它设有远程通讯接口。该单元在系统或整车调试时，连接于内部CAN现场总线，通过内部CAN总线技术，实时地将运行在内部CAN总线上的各节点信息，利用彩色液晶显示屏显示出来，实时监控调试过程中的细节，便于分析现象和问题。
辅助控制板B的数据传输功能，包括数据采集母板上传至内部CAN总线上的数据收集，和RS232接口通讯，能够实现对上位机的数据传输，可将管理系统在运行过程中检测到的和计算出的数据及时地传送至上位机，不仅方便现场调试，亦方便下一步的数据分析。
CPU中央处理单元中的外围电路部分，由数据采集回路和动力控制回路组成，数据采集回路具有实时监测共性参数的功能，如充放电电流、电池组电压等；动力控制回路包含相应的开关执行机构，可接收CPU中央处理单元的指令，根据电池组的当前运行状态控制其充放电回路的接通和关断；工作时，该单元能够根据预设的电流门限值、电压门限值以及温度门限值，对电池进行安全边界保护。
Claims (2)
1、一种用于电动汽车的动力电池管理系统，它包括数据采集单元、CPU中央处理单元和二级CAN现场总线，数据采集单元用于采集电池组的状态参数并输出；CPU中央处理单元，用于对数据采集单元输出的数据进行实时运算和状态判别并作出相应的处理，同时完成与多能源系统的通讯管理；二级CAN现场总线，包括内部CAN现场总线和外部CAN现场总线，所述内部CAN现场总线用于数据采集单元与CPU中央处理单元之间传输数据，所述外部CAN现场总线用于CPU中央处理单元与多能源系统之间的数据传输，其特征在于所述数据采集单元由n个数据采集子板和m个数据采集母板组成，m小于等于n，数据采集子板用于采集电池的状态参数并将数据输送至相应的数据采集母板，数据采集母板用于将数据采集子板传输来的数据进行初步处理、分析、判断并输出至CPU中央处理单元。
2、按权利要求1所述的用于电动汽车的动力电池管理系统，其特征在于：所述的中央处理单元还包括辅助控制板(B)，辅助控制板(B)设有远程通讯接口，用于电池状态显示、与数据采集母板和远程监控系统的数据传输。
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