CN201777209U - 具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统 - Google Patents

Abstract

具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统，属于电动汽车车用配件领域。包括仪表盘(1)、组合开关电路模块(2)、前灯组电路模块(3)、后灯组电路模块(4)、信号采集模块(5)、动力电池组模块(6)和CAN总线，仪表盘(1)、组合开关电路模块(2)、前灯组电路模块(3)、后灯组电路模块(4)、信号采集模块(5)、动力电池组模块(6)通过CAN总线与仪表盘(1)进行半双工通讯，各模块之间按照CAN总线通讯协议进行半双工通信。采用模块化控制电动汽车车身各主要配件装置和采用的CAN总线通信方式，减少了车内布线，增强了信号传输的稳定性；将动力电池组管理系统的中央控制单元集成于电动汽车仪表内，增强了其工作的可靠性。

Description

具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统

技术领域

具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统，属于电动汽车车用配件领域。

背景技术

国家节能减排政策的实施，促进了电动汽车行业的迅猛发展。相比于以石油燃料为动力源的内燃机车，电动汽车以其零排放，噪音少等特点在汽车市场的竞争中占据一席之地，这也带动了其配套的各类产品零件行业的技术革新，如电动机行业，汽车仪表行业和动力电源行业等。

单就汽车仪表行业来说，现在的电动汽车仪表盘的设计还大都借鉴内燃机车仪表盘的传统设计理念，而最近几年发展的基于CAN总线通讯技术的数字化仪表，也大都只是单一的车辆状态参数的显示功能。然而，电动汽车行驶的关键是动力电池组的保护，而现在电动汽车的动力电池组大都采用二次电池，从资源可循环利用的角度讲，增大二次电池的循环寿命，无疑是提高电动汽车市场竞争力的关键，而且保护动力电池组的同时，也为电机运行于良好工况提供了有利的保证。

经检索和调查，目前对于动力电池组的保护模块大都是仪表外的独立部分而且其控制策略相对固定化，且工作稳定性也较差。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种基于CAN总线通信技术的具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统，其特征在于：包括仪表盘、组合开关电路模块、前灯组电路模块、后灯组电路模块、信号采集模块、动力电池组模块和CAN总线，仪表盘、组合开关电路模块、前灯组电路模块、后灯组电路模块、信号采集模块、动力电池组模块通过CAN总线与仪表盘进行半双工通讯，各模块之间按照CAN总线通讯协议进行半双工通信。

所述的仪表盘内集成有动力电池组管理系统的中央处理单元，仪表盘内还配有远程控制接口。仪表盘的外部构成有电流指示表，车速表，电机转速表，电池电量表，液晶显示屏，左右转向指示灯，整车电源指示灯，电机电源指示灯，电池电量过低报警灯，倒车指示灯，汽车控制器开启指示灯，手刹指示灯，电池充电灯，充电完成指示灯。

电流指示表，车速表，电机转速表，电池电量表均为步进电机驱动的数字化指针仪表，且每个表头下均设置有背光灯，电流表的显示单位为安培，车速表的显示单位为公里每小时，电机转速表的显示单位为转每分，电池电量表的显示单位为当前电量占总荷电量的百分数。

所述液晶显示屏主要显示内容为可以量化的车况参量，正常工况下液晶显示的内容为：里程数(小计、总计)、电池的续航里程、电机转速、电机的温度和电池的温度。特殊工况下显示某地方的故障，显示字样在屏幕中央不停的闪烁以此警示驾驶员让其做出相应的处理。

所述的组合开关电路模块包括电阻R1，R2，R3，R4，R5、接口J1，J2、快速开关管D1，D2，D3，D4、隔直滤波电容C1，C2，C3，C4，C5、电解电容EC1，EC2、电压校准U1、光耦隔离U2和CAN收发器U3，接口J1的1脚接直流电源VDC，2脚和4脚接电源地，3脚接电阻R1并串接快速开关管D1接电压校准U1的1脚；电压校准U1的3脚接电源地，3脚和4脚之间串接隔直滤波电容C1，2脚和5脚之间串接电阻R2，5脚和电源地之间串接电解电容EC2且5脚接输出电源VCC，快速开关管D2的输出侧接电压校准U1的1脚，快速开关管D2的输入侧接地；电解电容EC1的正极接电压校准的1脚，负极接电源地；组合开关信号i串接电阻R3经光耦隔离U2的输入一侧接电源地；电源VCC一侧串接电阻R4经光耦隔离U2的输出一侧接信号地，电源VCC的另一侧接微处理单元的输入输出接口1；CAN收发器U3的1脚分别为CAN发送端和接收端，1脚和2脚之间串接隔直滤波电容C5，4脚和2脚之间串接隔直滤波电容C4，3脚和2脚之间串接隔直滤波电容C3，2脚接信号地，3脚接电源VCC，7脚和6脚之间依次并接有隔直滤波电容C2，快速开关管D3，D4，CAN收发器U3的8脚串接电阻R5入信号地；接口J2的1脚接CAN收发器的7脚，接口J2的2脚接CAN收发器的6脚；快速开关管D3，D4的输出侧接电源地。组合开关电路模块的功能是把组合开关发出的信号采集到功能模块上，组合开关电路模块经过处理发送到总线上，由接收模块接收。

所述的前灯组电路模块包括电阻R6，R7，R8，R9，R10、隔直滤波电容C6、光耦隔离U4和功率开关管Q1，电源VCC串接电阻R10并经由光耦U4的输入侧接微处理器的输入输出接口2；功率开关管Q1的门极串接电阻R9并经光耦隔离U4的输出侧入电源地，功率开关管Q1的门极接电源VCC，功率开关管Q1的漏极接电源VCC(1)，源极接灯组中各灯，功率开关管的反馈输入的一侧串接电阻R8，电阻R7入电源地，另一侧串接电阻R8，电阻R6和隔直滤波电容C6入微处理单元的反馈FeedBackA/D接口。前灯组电路模块功能是接受总线上传来的命令控制灯组中各灯的亮灭，并且实时检测灯的故障情况，采用半双工通讯模式。

所述的后灯组电路模块构成框架与前灯组电路模块一致。

信号采集模块的主要功能是测定当前的车速，记录当前的里程小计，同时采集手刹信号，电机温度信号，电机工作电流信号，电机的转速信号，电机控制器开启信号，倒车信号和紧急四闪信号，并实时的将信号按照CAN总线通信协议上传给仪表盘各相应模块。

动力电池组模块的功能主要是采集电池的端电压，输入输出电流，电池温度；电池电量过低报告，仪表盘充电提醒和电池的充放电管理，并把这些信息以CAN总线通信的方式传输给仪表盘的液晶模块和信号灯模块，以显示对应内容和控制相应的信号灯亮灭。

工作原理：仪表的总体工作过程是为避免总线上时序混乱，采取主从的结构方式，总线上的各个采集模块采用被动上传的方式，仪表盘发送查询命令后采集模块才能上传数据。对总线上的组合开关电路模块，前灯组电路模块，后灯组电路模块，信号采集模块和动力电池组模块分别以不同的固定时间段进行查询，来实现数据的上传。动力电池组管理系统的中央控制单元集成在仪表盘内，其内集成有当前动力电池组工况下的最优控制策略，中央控制单元根据固定时间段查询获得的数据，对动力电池组模块进行最优控制。

与现有技术相比，本实用新型的具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统所具有的有益效果是：

首先，采用模块化控制电动汽车车身各主要配件装置和采用的CAN总线通信方式，避免了因车身配件某一部位发生故障而导致的整个汽车系统瘫痪现象的发生，同时减少了车内布线，增强了信号传输的稳定性，并且可以即时发现车身某一模块的故障情况，便于汽车日常和在线维护；

其次，将动力电池组管理系统的中央控制单元集成于电动汽车仪表内，增强了其工作的可靠性，而且中央控制单元内集成的充放电管理策略，可以最优化控制动力电池组模块的工作方式，且仪表配备的远程控制接口，可以通过上位机软件，根据动力电池组的实际状况，实时改变充放电管理策略，提高了动力电池中动力电池的工作寿命，稳定了动力电池组于最优工作状态中，也间接的保证了电机运行于最优工况下。

附图说明

图1电动汽车仪表盘盘面示意图；

图2具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统示意图；

图3电动汽车组合开关电路模块电路原理图；

图4前灯组电路模块电路原理图。

图3中：R1，R2，R3，R4，R5电阻、J1，J2接口、D1，D2，D3，D4快速开关管、C1，C2，C3，C4，C5隔直滤波电容、EC1，EC2电解电容、U1电压校准、U2光耦隔离、U3CAN收发器；

图4中：R6，R7，R8，R9，R10电阻、C6隔直滤波电容、U4光耦隔离、Q1功率开关管。

图1-4为本实用新型最佳实施例。

具体实施方式

下面结合附图1-4，对本实用新型具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统做进一步详细阐述。

如图1所示为电动汽车仪表盘盘面，时速表指示的内容为当前的车速，单位为公里每小时(km/h)，电流表指示的内容是动力电池组的输入输出电流，单位为安培(A)，转速表指示的是电动机的即时转速，单位为转每分(r/min)，电量表指示的是动力电池组当前电量占总荷电量的百分数(％)。汽车在正常行驶中时速表指针在0-120km/h范围内变化，电流表指针在0-400A范围内变化，转速表指针在0-8000r/min范围内变动，电量表指针在0-100％范围内变化。

信号指示灯1为整车电源指示灯，信号指示灯2为电机电源指示灯，信号指示灯3为电池电量过低报警灯，信号指示灯4为倒车指示灯，信号指示灯5为汽车控制器开启指示灯，信号指示灯6为手刹指示灯，信号指示灯7为电池充电灯，信号指示灯8为充电完成指示灯。

如图2所示为具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统示意图，由仪表盘1，组合开关电路模块2，前灯组电路模块3，后灯组电路模块4，信号采集模块5和动力电池组模块6组成，仪表盘1，组合开关电路模块2，前灯组电路模块3，后灯组电路模块4，信号采集模块5和动力电池组模块6分别连接在CAN总线的H端和L端上，接口7接组合开关，接口8接前灯组，接口9接后灯组，接口10接车速传感器，接口11接动力源组件，接口12为远程控制接口。

电流指示表，车速表，电机转速表，电池电量表均为步进电机驱动的数字化指针仪表，且每个表头下均设置有背光灯，液晶显示屏主要显示内容为可以量化的车况参量，正常工况下液晶显示的内容为：里程数(小计、总计)、电池的续航里程、电机转速、电机的温度和电池的温度。特殊工况下显示某地方的故障，显示字样在屏幕中央不停的闪烁以此警示驾驶员让其做出相应的处理；仪表盘内集成有动力源管理系统的中央处理单元，仪表盘内还配有远程控制接口

组合开关电路模块的功能是把组合开关发出的信号采集到功能模块上，组合开关电路模块经过处理发送到总线上，由接收模块接收。

组合开关电路模块采集的信号有：大灯信号，远光灯信号，小灯信号，近光灯信号，方向灯信号，这些灯的亮灭情况可以通过线束送到仪表盘上来驱动各种信号灯；组合开关电路模块在总线上属于发送模块，只向总线上发送数据。其实现主电路包括电阻R1，R2，R3，R4，R5；接口J1，J2；快速开关管D1，D2，D3，D4；隔直滤波电容C1，C2，C3，C4，C5；电解电容EC1，EC2；电压校准U1；光耦隔离U2；CAN收发器U3；接口J1的1脚接直流电源VDC，2脚和4脚接电源地，3脚接电阻R1并串接快速开关管D1接电压校准U1的1脚；电压校准U1的3脚接电源地，3脚和4脚之间串接隔直滤波电容C1，2脚和5脚之间串接电阻R2，5脚和电源地之间串接电解电容EC2且5脚接输出电源VCC，快速开关管D2的输出侧接电压校准U1的1脚，快速开关管D2的输入侧接地；电解电容EC1的正极接电压校准的1脚，负极接电源地；组合开关信号i串接电阻R3经光耦隔离U2的输入一侧接电源地；电源VCC一侧串接电阻R4经光耦隔离U2的输出一侧接信号地，电源VCC的另一侧接微处理单元的输入输出接口1；CAN收发器U3的1脚分别为CAN发送端和接收端，1脚和2脚之间串接隔直滤波电容C5，4脚和2脚之间串接隔直滤波电容C4，3脚和2脚之间串接隔直滤波电容C3，2脚接信号地，3脚接电源VCC，7脚和6脚之间依次并接有隔直滤波电容C2，快速开关管D3，D4，CAN收发器U3的8脚串接电阻R5入信号地；接口J2的1脚接CAN收发器的7脚，接口J2的2脚接CAN收发器的6脚；快速开关管D3，D4的输出侧接电源地。

前灯组电路模块3的模块功能是接受总线上传来的命令控制灯组中各灯的亮灭，并且实时检测灯的故障情况，采用半双工通讯模式。其实现主电路包括电阻R6，R7，R8，R9，R10，隔直滤波电容C6，光耦隔离U4，功率开关管Q1；电源VCC串接电阻R10并经由光耦隔离U4的输入侧接微处理器的输入输出接口2；功率开关管Q1的门极串接电阻R9并经光耦隔离U4的输出侧入电源地，功率开关管Q1的门极接电源VCC，功率开关管Q1的漏极接电源VCC(1)，源极接灯组中各灯，功率开关管的反馈输入的一侧串接R8，R7入电源地，另一侧串接R8，R6和隔直滤波电容C6入微处理单元的反馈FeedBackA/D接口；后灯组电路模块4的实现主电路构成框架与前灯组电路模块3一致。

前灯组电路模块3的采集信号有左小灯信号，左近光信号，左远光信号，左雾灯信号，左转向信号，右小灯信号，右近光信号，右远光信号，右雾灯信号，右转向信号。后灯组电路模块的采集信号在前灯组采集信号的基础上增加了左刹车灯信号和右刹车灯信号。

前后灯组电路模块的故障检测主要是电流检测，利用霍尔直流传感器检测车灯电流，若电流超出允许值，则发出固定格式的数据到仪表盘，仪表液晶显示灯组故障。

信号采集模块5的主要功能是测定当前的车速，记录当前的里程小计，同时采集手刹信号，电机温度信号，电机工作电流信号，电机的转速信号，电机控制器开启信号，倒车信号和紧急四闪信号，并实时的将信号按照CAN总线通信协议上传给仪表盘各相应模块。

动力电池组模块6的功能主要是采集电池的端电压，输入输出电流，电池温度；电池电量过低报告，仪表盘充电提醒和电池的充放电管理，并把这些信息以CAN总线通信的方式传输给仪表盘的液晶模块和信号灯模块，以显示对应内容和控制相应的信号灯亮灭。

电压的测量通过并联分压电阻，用单片机的A/D口采集电压；电流的采集方法是用霍尔电流传感器电流信号转换为电压，进单片机A/D口；电机和电池的温度检测采用高精度数字温度传感器；电池电量的计算采用修正的安时计量法，续航里程的计算公式为

其中S(t)为续航里程，Q(t)为电池剩余电荷量，ia(t)为当前电池组输出平均电流，V(t)为当前平均车速；电机的转速通过M/T法，按照公式获得，f₀为高频时钟脉冲频率，一定检测周期内旋转编码器的脉冲个数为M₁，同一周期内的高频时钟脉冲个数为M₂，Z为电机转一圈产生的脉冲个数。

工作过程：动力电池组模块通过并联分压电阻获得动力电池组电压信号，通过霍尔电流传感器获得动力电池组电流信号，通过修正的安时计量法获得电量信号，采用公式

获得续航里程信号；信号采集模块通过公式

获得电机转速信号；前灯组电路模块和后灯组电路模块通过霍尔电流传感器获得过流信号，通过组合开关电路模块获得开关信号；组合开关电路模块通过组合开关获得开关信号；所有模块信号按照仪表盘固定时间段发送的查询命令，以CAN总线通信方式进行数据有序上传；传输过程中，故障信号具有最高优先级；动力电池组管理系统的中央处理单元根据动力电池组模块上传的蓄电池组参数和信号采集模块上传的电机参数信号，按照初始最优控制策略进行动力源模块的实时控制。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统，其特征在于：包括仪表盘(1)、组合开关电路模块(2)、前灯组电路模块(3)、后灯组电路模块(4)、信号采集模块(5)、动力电池组模块(6)和CAN总线，仪表盘(1)、组合开关电路模块(2)、前灯组电路模块(3)、后灯组电路模块(4)、信号采集模块(5)、动力电池组模块(6)通过CAN总线与仪表盘(1)进行半双工通讯，各模块之间按照CAN总线通讯协议进行半双工通信。

2.根据权利要求1所述的具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统，其特征在于：所述的仪表盘(1)内集成有动力电池组管理系统的中央处理单元，仪表盘(1)内还配有远程控制接口。

3.根据权利要求1所述的具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统，其特征在于：所述的组合开关电路模块(2)包括电阻R1，R2，R3，R4，R5、接口J1，J2、快速开关管D1，D2，D3，D4、隔直滤波电容C1，C2，C3，C4，C5、电解电容EC1，EC2、电压校准U1、光耦隔离U2和CAN收发器U3，接口J1的1脚接直流电源VDC，2脚和4脚接电源地，3脚接电阻R1并串接快速开关管D1接电压校准U1的1脚；电压校准U1的3脚接电源地，3脚和4脚之间串接隔直滤波电容C1，2脚和5脚之间串接电阻R2，5脚和电源地之间串接电解电容EC2且5脚接输出电源VCC，快速开关管D2的输出侧接电压校准U1的1脚，快速开关管D2的输入侧接地；电解电容EC1的正极接电压校准U1的1脚，负极接电源地；组合开关信号i串接电阻R3经光耦隔离U2的输入一侧接电源地；电源VCC一侧串接电阻R4经光耦隔离U2的输出一侧接信号地，电源VCC的另一侧接微处理单元的输入输出接口1；CAN收发器U3的1脚分别为CAN发送端和接收端，1脚和2脚之间串接隔直滤波电容C5，4脚和2脚之间串接隔直滤波电容C4，3脚和2脚之间串接隔直滤波电容C3，2脚接信号地，3脚接电源VCC，7脚和6脚之间依次并接有隔直滤波电容C2，快速开关管D3，D4，CAN收发器U3的8脚串接电阻R5入信号地；接口J2的1脚接CAN收发器的7脚，接口J2的2脚接CAN收发器的6脚；快速开关管D3，D4的输出侧接电源地。

4.根据权利要求1所述的具有电池组在线管理功能的电动汽车仪表综合管理系统，其特征在于：所述的前灯组电路模块(3)包括电阻R6，R7，R8，R9，R10、隔直滤波电容C6、光耦隔离U4和功率开关管Q1，电源VCC串接电阻R10并经由光耦隔离U4的输入侧接微处理器的输入输出接口2；功率开关管Q1的门极串接电阻R9并经光耦隔离U4的输出侧入电源地，功率开关管Q1的门极接电源VCC，功率开关管Q1的漏极接电源VCC(1)，源极接灯组中各灯，功率开关管Q1的反馈输入的一侧串接电阻R8，电阻R7入电源地，另一侧串接电阻R8，电阻R6和隔直滤波电容C6入微处理单元的反馈FeedBackA/D接口。

Images