CN201917643U - 一种电动汽车的电池管理系统容错控制器 - Google Patents

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王东晨
拱印生
朱庆林
董冰
丁勇
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Abstract

本实用新型公开一种电动汽车的电池管理系统容错控制器，微控制器的CAN通信模块，经CAN收发器电平转换后与电池管理系统的CAN总线接口相连，读取电池管理系统的故障码，解析出当前电池管理系统的故障信息，写入FLASH数据存储单元备份，并将信息显示在LCD显示屏上，供驾驶员查看；微控制器依据此故障信息，选择相应的容错控制策略，由CAN通信模块向电池管理系统发送容错控制命令；电池管理系统依据此命令，执行容错处理动作。可减少电动汽车由于小问题未及时处理而酿成的事故，由于拥有显示故障信息的LCD显示屏，它可以有效地通过灯光、声音等提醒方式及时通知驾驶员了解车况，避免意外发生，从而大幅度提高了行车安全、保证了人民的性命和财产安全。

Description

一种电动汽车的电池管理系统容错控制器
技术领域
本实用新型公开一种电动汽车的电池管理系统容错控制器，用于电动汽车电池故障处理，属于新能源汽车领域。
背景技术
目前，现有电动汽车的电池管理系统主要具备以下功能：管理电动汽车的动力电池功率输出，计算当前电池的剩余电量，以及动力电池的充放电控制，主要用途是遏制动力电池的电流过放，为驾驶员提供能量信息保证续驶里程与行车安全，并在充电时动态校正充电参数保障电池寿命等。但是当动力电池或电池管理系统本身出现故障时，电池管理系统不能进行容错处理，不能及时把故障信息显示给驾驶者，造成一些安全隐患。
现阶段很多运营车辆比如电动公交车，企事业单位电动大巴班车等，由于工作环境恶劣，因此容易出现动力电池故障错误。这会导致电池管理系统控制失效，如果这些错误的信息上传到整车控制器，甚至可以误导整车控制器采取错误的动作，使得整个动力总成的各个部件功能紊乱。不仅如此，由于每台电动汽车都装备高压电池组，如果高压电池出现泄露，将对车辆和乘客产生极大的危害。传统的电池管理系统对这些故障往往无能为力。
发明内容
本实用新型公开一种电动汽车的电池管理系统容错控制器，解决了传统的电池管理系统对电动汽车容易出现动力电池故障往往无能为力的问题，在车辆出现常见故障时，为电池管理系统提供相应的处理方法。
本实用新型电动汽车的电池管理系统容错控制方法技术解决方案如下：
利用微控制器的通信模块，经电平转换后与电动汽车电池管理系统的CAN总线接口相连，读取电池管理系统的故障码，解析相应的故障信息，写入数据存储单元内备份，并将信息通过人机交互单元显示给驾驶员。微控制器会依据此故障信息，选择相应的容错控制策略，由通信模块向电池管理系统发送容错控制命令。电池管理系统依照此命令，执行容错处理动作。
微控制器的另一路通信模块，经电平转换后与汽车诊断接口相连接，采集车辆实时状态信息，并将采集的信息以一定的协议格式写入数据存储单元备份。数据存储单元的数据可以通过驱动电路，自动转存到可移动存储设备中，供与装置配套的上位机应用软件进行数据分析（参见图1）。
本实用新型电池管理系统容错控制装置，其特征在于：
容错控制装置主要由微控制器(MCU－Micro Control Unit)、控制器局部网(CAN－Controller Area Network)收发器、FLASH数据存储单元、LCD显示屏和安全数码 (SD－Secure Digital) 卡驱动电路构成。其中，MCU的CAN通信模块，经CAN收发器电平转换后与电池管理系统(BMS－Battery Management System)的CAN总线接口相连，读取BMS的故障码，解析出当前BMS的故障信息，写入FLASH数据存储单元备份，并将信息显示在LCD显示屏上，供驾驶员查看。同时微控制器会依据此故障信息，选择相应的容错控制策略，由CAN通信模块向BMS发送容错控制命令。BMS依据此命令，执行容错处理动作。
容错控制装置MCU的另一路CAN通信模块，经CAN收发器做电平转换后与汽车诊断接口连接，采集车辆实时状态信息，并将采集的信息以一定的协议格式写入FLASH数据存储单元备份。FLASH中的数据可以由MCU的SD主机控制(SDHC－Secure Digital Host Control)模块，经SD驱动电路自动转存到可移动设备——SD卡中，供与装置配套的上位机应用软件进行数据分析。
具体结构如下：
MCU的CAN通信模块1的信号接收管脚CAN1_RXD和信号发送管脚CAN1_TXD与CAN收发器1的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器1的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
FLASH数据存储单元的读写采用扩展总线的方式，其写保护线WP#、复位线RST#、读使能线OE#、写使能线WE#、芯片片选线CE#，分别与MCU的扩展总线WP、Reset、RE、WE、CE引脚连接完成FLASH的数据存储控制功能。其中FLASH数据输入/输出线D0~D15分别与MCU的引脚ExD0~ExD15连接，地址输入线A0~A25分别与MCU的引脚ExA0~ExD25连接。
LCD显示屏由MCU的串行外设接口(SPI－Serial Peripheral Interface)模块来驱动。MCU的芯片选择CS、串行时钟SCK、主出从入MOSI、主入从出MISO引脚连接分别与LCD显示屏CS、CLK、MISO、MOSI引脚连接；LCD的数据显示，由MCU通过查表的方式解码实现。
MCU的SDHC模块经SD驱动电路处理后，可以完成MCU与SD卡之间数据链路层对接，实现MCU与SD卡之间的数据交互。SDHC的SD数据线SDDAT0~ SDDAT3、时钟线SDCLK、命令线SDCMD分别与SD卡座接口DAT0~DAT3、CLK、CMD连接，用户在使用时，只需将SD卡插进插座即可。
MCU的CAN通信模块2的信号接收管脚CAN2_RXD和信号发送管脚CAN2_TXD与CAN收发器2的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器2的CANH端和CANL端与汽车诊断接口的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
一般说来，电池故障主要分为以下四种：
(1). 电池漏电故障容错控制：当高压电源电极与车身之间的绝缘电阻绝缘性低于规定的标准时，BMS即认为高压电池发生漏电，并通过CAN总线发送故障信息。容错装置可以经由CAN收发器1和CAN模块1截获BMS报文，当MCU解析到出现电池漏电故障时，立即采用切断动力母线输出的容错控制策略，通过CAN模块1传回BMS。BMS接到容错装置命令后，采用断开主回路继电器的方式，完成本次容错控制的操作。同时容错控制装置会将本次报文，通过MCU的扩展总线写入FLASH数据存储单元备份，并通过SPI接口控制LCD显示屏，把故障信息提示给驾驶员。
(2). 电池电压故障容错控制：电池管理系统一般采用电压巡检的方法，监测高压电池包内各个单体的电压及总电压，若当前电压高于或低于标准电压值，BMS将通过CAN总线发送故障信息。容错装置通过截获的BMS报文，若发现是过压故障，则向BMS发送启动电压被动均衡的容错控制策略，BMS接到容错装置命令后，打开被动均衡电路，让过压的电池通过均衡电阻消耗掉部分电能降低电压；若发现是欠压故障，则向BMS发送启动电压主动均衡的容错控制策略，BMS接到容错装置命令后，打开主动均衡电路，让车载12V电池为欠压的电池充电补充电能升高电压。同时容错控制装置会将本次报文，通过MCU的扩展总线写入FLASH数据存储单元备份，并通过SPI接口控制LCD显示屏，把故障信息提示给驾驶员。
(3). 电池温度的故障容错控制——电池管理系统将对动力电池箱的各采样点温度进行监控。如果各个采样点的温度差异过大，说明电池箱内工作温度异常，BMS将通过CAN总线发送故障信息。容错装置通过截获的BMS报文，若发现是电池温度故障，则向BMS发送启动冷却装置的容错控制策略，BMS接到容错装置命令后，打开冷却风扇，平衡电池箱温度。同时容错控制装置会将本次报文，通过MCU的扩展总线写入FLASH数据存储单元备份，并通过SPI接口控制LCD显示屏，把故障信息提示给驾驶员。
(4). 电池电流的故障容错控制——电池管理系统将对动力电池的输出电流进行监控，并通过采样值的波动来判断电池的电流是否出现故障。如果检测到电池电流出现故障，BMS将通过CAN总线发送故障信息。容错装置通过截获的BMS报文，若发现是电池电流故障，则向BMS发送降功率等级的容错控制策略，BMS接到容错装置命令后，会采用限流输出的方法，降低电机功率从而使电流输出趋于稳定。同时容错控制装置会将本次报文，通过MCU的扩展总线写入FLASH数据存储单元备份，并通过SPI接口控制LCD显示屏，把故障信息提示给驾驶员。
容错控制装置在截获BMS报文，采取相应的控制策略同时，还通过CAN收发器2和CAN模块2获取汽车诊断接口的信息，由扩展总线把本次车辆在运行期间的故障写入FLASH数据存储单元，并通过SDHC模块和SD驱动电路自动转存到SD卡中。当本次行驶结束后，工作人员可以拔出SD卡，通过上位机的容错控制装置配套软件，分析本次行驶情况，获知驾驶员的驾驶行为、车辆工况、故障情况等珍贵信息。
本实用新型积极效果在于：可减少电动汽车由于小问题未及时处理而酿成的事故，由于拥有显示故障信息的LCD显示屏，它可以有效地通过灯光、声音等提醒方式及时通知驾驶员了解车况，避免意外发生，从而大幅度提高了行车安全、保证了人民的性命和财产安全。
此外，本实用新型还实现了整车实时数据采集及存储功能，为之后精确维修故障提供真实的数据依据。而轻便、快捷、经济、可移动的SD卡接口，也为专业分析人士提供了极大的方便。
附图说明
图1为本实用新型结构框图；
图2为本实用新型电路原理图。
具体实施方式
实施例1
容错控制装置主要由 MCU、CAN收发器、FLASH数据存储单元、LCD显示屏和SD卡驱动电路构成。其中，MCU的CAN通信模块，经CAN收发器电平转换后与BMS的CAN总线接口相连，读取BMS的故障码，解析出当前BMS的故障信息，写入FLASH数据存储单元备份，并将信息显示在LCD显示屏上，供驾驶员查看。同时容错控制装置会依据此故障信息，选择相应的容错控制策略，由CAN通信模块向BMS发送容错控制命令。BMS依据此命令，执行容错处理动作。
容错控制装置MCU的另一路CAN通信模块，经CAN收发器做电平转换后与汽车诊断接口连接，采集车辆实时状态信息，并将采集的信息以一定的协议格式写入FLASH数据存储单元备份。FLASH中的数据可以由MCU的SDHC模块，经SD驱动电路自动转存到可移动设备——SD卡中，供与装置配套的上位机应用软件进行数据分析。
实施例2
如图2所示：MCU的CAN通信模块1的信号接收管脚CAN1_RXD和信号发送管脚CAN1_TXD与CAN收发器1的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器1的CANH1端和CANL1端与BMS的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
FLASH数据存储单元的读写采用扩展总线的方式，其写保护线WP#、复位线RST#、读使能线OE#、写使能线WE#、芯片片选线CE#，分别与MCU的扩展总线引脚连接完成FLASH的数据存储功能。其中FLASH数据输入/输出线D0~D15分别与MCU的引脚ExD0~ExD15连接，地址输入线A0~A25分别与MCU的引脚ExA0~ExD25连接。
LCD显示屏由MCU的串行外设接口(SPI－Serial Peripheral Interface)模块来驱动。MCU的芯片选择CS、串行时钟SCK、主出从入MOSI、主入从出MISO引脚连接分别与LCD显示屏接口CS、CLK、MISO、MOSI引脚连接；LCD的数据显示，由MCU通过查表的方式解码实现。
MCU的SDHC模块经SD驱动电路处理后，可以完成MCU与SD卡之间数据链路层对接，实现MCU与SD卡之间的数据交互。SDHC的SD数据线SDDAT0~ SDDAT3、时钟线SDCLK、命令线SDCMD分别与SD卡座接口DAT0~DAT3、CLK、CMD连接，用户在使用时，只需将SD卡插进插座即可。
MCU的CAN通信模块2的信号接收管脚CAN2_RXD和信号发送管脚CAN2_TXD与CAN收发器2的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器2的CANH2端和CANL2端与汽车诊断接口的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。

Claims (4)

1. 一种电动汽车的电池管理系统容错控制器，其特征在于：主要由微控制器、控制器局部网的CAN收发器、FLASH数据存储单元、LCD显示屏和安全数码 (SD) 卡驱动电路构成，其中，微控制器的CAN通信模块，经CAN收发器电平转换后与电池管理系统的CAN总线接口相连，读取电池管理系统的故障码，解析出当前电池管理系统的故障信息，写入FLASH数据存储单元备份，并将信息显示在LCD显示屏上，供驾驶员查看；微控制器依据此故障信息，选择相应的容错控制策略，由CAN通信模块向电池管理系统发送容错控制命令；电池管理系统依据此命令，执行容错处理动作。
2.  根据权利要求1所述的容错控制器，其特征在于：微控制器的另一路CAN通信模块，经CAN收发器做电平转换后与汽车诊断接口连接，采集车辆实时状态信息，并将采集的信息以协议格式写入FLASH数据存储单元备份；FLASH中的数据可以由微控制器的SD主机控制模块，经SD驱动电路自动转存到可移动设备——SD卡中，供与装置配套的上位机应用软件进行数据分析。
3. 根据权利要求1所述的容错控制器，其特征在于：微控制器的CAN通信模块1的信号接收管脚CAN1_RXD和信号发送管脚CAN1_TXD与CAN收发器1的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器1的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换；
FLASH数据存储单元的读写采用扩展总线的方式，其写保护线WP#、复位线RST#、读使能线OE#、写使能线WE#、芯片片选线CE#，分别与MCU的扩展总线WP、Reset、RE、WE、CE引脚连接完成FLASH的数据存储控制功能；其中FLASH数据输入/输出线D0~D15分别与MCU的引脚ExD0~ExD15连接，地址输入线A0~A25分别与微控制器的引脚ExA0~ExD25连接；
LCD显示屏由微控制器的串行外设接口模块来驱动；微控制器的芯片选择CS、串行时钟SCK、主出从入MOSI、主入从出MISO引脚连接分别与LCD显示屏CS、CLK、MISO、MOSI引脚连接；LCD的数据显示，由微控制器通过查表的方式解码实现；
微控制器的SDHC模块经SD驱动电路处理后，可以完成微控制器与SD卡之间数据链路层对接实现数据交互；SDHC的SD数据线SDDAT0~ SDDAT3、时钟线SDCLK、命令线SDCMD分别与SD卡座接口DAT0~DAT3、CLK、CMD连接，用户在使用时，只需将SD卡插进插座即可。
4. 根据权利要求2所述的容错控制器，其特征在于：微控制器的CAN通信模块2的信号接收管脚CAN2_RXD和信号发送管脚CAN2_TXD与CAN收发器2的信号接收管脚RXD和信号发送管脚TXD相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发器2的CANH端和CANL端与汽车诊断接口的CAN总线接口CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，这样就实现了TTL电平与差分电平的转换。
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