CN201926746U - 电动汽车用电池管理系统电池荷电状态校准器 - Google Patents

电动汽车用电池管理系统电池荷电状态校准器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种电动汽车用电池管理系统电池荷电状态校准器，MCU内部FLASH数据存储单元用来预存一些电池特性曲线和电池充放电次数历史记录，为校准算法提供参考数据。MCU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BMS关于剩余电量的报文，解析出电池荷电状态参数值，写入EEPROM数据存储单元内保存；MCU会通过AD模数转换模块配合温度采样电路、电流采样电路对动力电池参数进行采集，对EEPROM数据存储单元的电池荷电状态值做校准由CAN模块经CAN收发器，并将校准后的计算的剩余电量值通过LCD显示屏提示驾驶员，从而引导驾驶员在不同工况下做出最正确的驾驶行为，减少电动汽车由于能量问题而酿成的事故与经济损失。

Description

电动汽车用电池管理系统电池荷电状态校准器
技术领域
本实用新型公开一种电动汽车用电池管理系统电池荷电状态校准器，属于新能源汽车技术领域。
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：控制动力电池主回路继电器的通断，用来启动或关闭电机功率输出；估算当前电池荷电状态，为驾驶员提供能量信息保证续驶里程与行车安全；管理动力电池的充电回路，为电动汽车补充能量。传统的电池管理系统在估算当前电池荷电状态时，由于动力电池自身的特点会受温度、放电倍率、循环次数等条件影响，使得随着汽车运行时间的增加，会产生估计误差，并使误差逐渐累积，最终使误差越来越大，偏离正确的荷电状态值越来越远。由于电池荷电状态表证了当前汽车电量的的剩余值，驾驶员若以此错误信息为依据，会产生错误的驾驶动作，从而形成安全隐患，甚至造成人民财产损失。
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，在实际运营中，都出现过由于电池荷电状态估算不准，导致驾驶员对当前汽车的剩余能量产生错误判断，从而引起车辆中途抛锚，造成交通系统瘫痪。传统的电池管理系统对这种情况往往无能为力。
发明内容
本实用新型公开一种电动汽车用电池管理系统电池荷电状态校准器，实时对电池管理系统中电池荷电状态进行校准，使计算的剩余电量有较高的精准度，解决了传统的电池管理系统对电池剩余电量计算不准的问题。
本实用新型的技术解决方案如下：
荷电状态(SOC)校准装置主要由微控制器(MCU)、MCU内部的FLASH数据存储单元、控制器局部网(CAN)收发器、EEPROM数据存储单元、温度采样电路、电流采样电路和LCD显示屏构成。其中，MCU内部FLASH数据存储单元用来预存一些电池特性曲线和电池充放电次数历史记录，为校准算法提供参考数据。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)的CAN总线接口相连，读取BMS关于剩余电量的报文，解析出电池荷电状态参数值，写入EEPROM数据存储单元内保存；同时MCU会通过AD模数转换模块配合温度采样电路、电流采样电路对动力电池的温度、电流等关键参数进行采集，依据制定的校准算法，对EEPROM数据存储单元的电池荷电状态值做校准，再由CAN模块经CAN收发器，把此校准值传回BMS备份。并将校准后的计算的剩余电量值通过LCD显示屏提示驾驶员。
本实用新型的具体结构如下：
MCU内部FLASH数据存储单元直接通过软件进行读写操作，无外部连线。
MCU的CAN通信模块的信号接收管脚CAN_RXD和信号发送管脚CAN_TXD与CAN收发器的信号接收管脚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。
EEPROM数据存储单元的读写采用内置集成电路总线(I2C－Inter-Integrated Circuit)的方式，其控制线SCL、数据线SDA，分别与MCU的I2C模块的控制线SCL、数据线SDA相连接。
温度采样电路主要由温度传感器和滤波电路1构成，温度传感器会把温度信号转换为电压信号，转换后的电压信号经滤波电路1去除干扰噪声，进入MCU的AD模块。AD模块会把模拟的电压量转化为数字的电压量，供MCU计算使用。其中温度传感器的Vtout为采样电压信号输出端，接在滤波电路1的Vin网络上，AGND是温度传感器的模拟地输入端，接在滤波电路1的AGND网络上。滤波电路1的Vin与MCU的AD模块1的输入端AD1相连，滤波电路1的AGND与MCU模拟地输入端AGND相连。
电流采样电路主要由电流传感器和滤波电路2构成，电流传感器会把电流信号转换为电压信号，转换后的电压信号经滤波电路2去除干扰噪声，进入MCU的AD模块。AD模块会把模拟的电压量转化为数字的电压量，供MCU计算使用。其中电流传感器的Viout为采样电压信号输出端，接在滤波电路2的Vin网络上，AGND是温度传感器的模拟地输入端，接在滤波电路2的AGND网络上。滤波电路2的Vin与MCU的AD模块1的输入端AD2相连，滤波电路2的AGND与MCU模拟地输入端AGND相连。
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。
依据动力电池的固有特性，电池荷电状态校准装置会采用三种校准策略：
(1). 电池荷电状态的温度因素校准：由于电池中电极材料的活性和电解液的电迁移率等都与温度有密切关系，所以环境温度对电池性能的影响非常关键。本实用新型对电池，采用温度系数补偿的方法来对SOC进行校准。在安装电池荷电状态校准装置之前，先把电池不同温度下对应的电量曲线预存在MCU内部FLASH数据存储单元内。电池荷电状态校准装置可以经由CAN收发器和CAN模块，每60s截获一次关于BMS剩余电量的报文，解析出当前SOC值，并写入EEPROM数据存储单元内保存；同时MCU启动AD模块和温度采样电路，获取当前电池的实时温度值，通过查表方式，在预存的FLASH空间中找到在此温度值下, 电池的电量对应值，并据此计算出电池的温度补偿系数。再将此系数与EEPROM内的数据做乘法，得到校准后的SOC值。MCU会把校准后的SOC值，通过CAN总线传回BMS，并通过SPI接口控制LCD显示屏，把校准后计算的剩余电量值显示给驾驶员。
(2). 电池荷电状态的放电倍率因素校准：电池在不同放电倍率（即放电电流）下放电时，放出的电量是不同的。也就是说，在初始条件相同的情况下，用不同电流放电至截止电压，电池所能放出的电量是不同的。本实用新型对电池，采用电流系数补偿的方法来对SOC进行校准。在安装电池荷电状态校准装置之前，先把电池不同放电电流值下对应的电量曲线预存在MCU内部FLASH数据存储单元内。电池荷电状态校准装置可以经由CAN收发器和CAN模块，每60s截获一次关于BMS剩余电量的报文，解析出当前SOC值，并写入EEPROM数据存储单元内保存；同时MCU启动AD模块和电流采样电路，获取当前电池的放电电流，通过查表方式，在预存的FLASH空间中找到在此放电电流值下, 电池的电量对应值，并据此计算出电池的电流补偿系数。再将此系数与EEPROM内的数据做乘法，得到校准后的SOC值。MCU会把校准后的SOC值，通过CAN总线传回BMS，并通过SPI接口控制LCD显示屏，把校准后计算的剩余电量值显示给驾驶员。
(3). 电池荷电状态的老化因素校准：电池经历一次充放电称为一个充放电周期，随着电池循环次数的增加，会出现充放电容量下降和电池内阻增加的现象，这就是所谓的电池老化。电池老化会影响电池的实际容量。在安装电池荷电状态校准装置之前，采用离线的方法得到电池容量与循环次数的数据表格，并将表格和电池充放电次数历史记录预存在MCU内部FLASH数据存储单元内。电池荷电状态校准装置可以经由CAN收发器和CAN模块，每60s截获一次关于BMS剩余电量的报文，解析出当前SOC值，并写入EEPROM数据存储单元内保存；同时MCU通过查表方式，在预存的FLASH空间中找到本次电池充放电次数历史记录和在此充放电次数下, 电池的电量对应值，并据此计算出电池的老化补偿系数。再将此系数与EEPROM内的数据做乘法，得到校准后的SOC值。MCU会把校准后的SOC值，通过CAN总线传回BMS，并通过SPI接口控制LCD显示屏，把校准后计算的剩余电量值显示给驾驶员。当电池再一次充满电之后，电池荷电状态校准装置会自动刷新FLASH中的充放电历史记录次数，为下一次校准做准备。
本实用新型积极效果在于：可以依照电池的固有的温度、放电倍率、循环次数等特性，对电池管理系统的电池荷电状态做校准。使得对电池剩余能量的估算更加准确，并可以通过人机交互接口给驾驶员以提示，从而引导驾驶员在不同工况下做出最正确的驾驶行为，减少电动汽车由于能量问题而酿成的事故与经济损失。
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
如图1所示：荷电状态校准装置主要由MCU、MCU内部的FLASH数据存储单元、CAN收发器、EEPROM数据存储单元、温度采样电路、电流采样电路和LCD显示屏构成。其中，MCU内部FLASH数据存储单元用来预存一些电池特性曲线和电池充放电次数历史记录，为校准算法提供参考数据。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关于剩余电量的报文，解析出电池荷电状态参数值，写入EEPROM数据存储单元内保存；同时MCU会通过AD模块配合温度采样电路、电流采样电路对动力电池的温度、电流等关键参数进行采集，依据制定的校准算法，对EEPROM数据存储单元的电池荷电状态值做校准，再由CAN模块经CAN收发器，把此校准值传回BMS备份。并将校准后的剩余电量值通过LCD显示屏提示驾驶员。
实施例2
如图2所示：MCU内部FLASH数据存储单元直接通过软件进行读写操作，无外部连线。
MCU的CAN通信模块的信号接收管脚CAN_RXD和信号发送管脚CAN_TXD与CAN收发器的信号接收管脚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。
EEPROM数据存储单元的读写采用内置集成电路总线(I2C－Inter-Integrated Circuit)的方式，其控制线SCL、数据线SDA，分别与MCU的I2C模块的控制线SCL、数据线SDA相连接。
温度采样电路主要由温度传感器和滤波电路1构成，温度传感器会把温度信号转换为电压信号，转换后的电压信号经滤波电路1去除干扰噪声，进入MCU的AD模块。AD模块会把模拟的电压量转化为数字的电压量，供MCU计算使用。其中温度传感器的Vtout为采样电压信号输出端，接在滤波电路1的Vin网络上，AGND是温度传感器的模拟地输入端，接在滤波电路1的AGND网络上。滤波电路1的Vin与MCU的AD模块1的输入端AD1相连，滤波电路1的AGND与MCU模拟地输入端AGND相连。
电流采样电路主要由电流传感器和滤波电路2构成，电流传感器会把电流信号转换为电压信号，转换后的电压信号经滤波电路2去除干扰噪声，进入MCU的AD模块。AD模块会把模拟的电压量转化为数字的电压量，供MCU计算使用。其中电流传感器的Viout为采样电压信号输出端，接在滤波电路2的Vin网络上，AGND是温度传感器的模拟地输入端，接在滤波电路2的AGND网络上。滤波电路2的Vin与MCU的AD模块1的输入端AD2相连，滤波电路2的AGND与MCU模拟地输入端AGND相连。
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。

Claims (2)

1. 一种电动汽车用电池管理系统电池荷电状态校准器，其特征在于：荷电状态校准装置主要由微控制器、微控制器内部的FLASH数据存储单元、控制器局部网收发器、EEPROM数据存储单元、温度采样电路、电流采样电路和LCD显示屏构成；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，写入EEPROM数据存储单元内保存；同时微控制器会通过AD模数转换模块配合温度采样电路、电流采样电路对动力电池的温度、电流关键参数进行采集，CAN模块与CAN收发器连接。
2. 根据权利要求1所述的电动汽车用电池管理系统电池荷电状态校准器，其特征在于：微控制器的CAN通信模块的信号接收管脚CAN_RXD和信号发送管脚CAN_TXD与CAN收发器的信号接收管脚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；
EEPROM数据存储单元的读写采用内置集成电路总线的方式，其控制线SCL、数据线SDA，分别与MCU的I2C模块的控制线SCL、数据线SDA相连接；
温度采样电路主要由温度传感器和滤波电路1构成，温度传感器会把温度信号转换为电压信号，转换后的电压信号经滤波电路1去除干扰噪声，进入微控制器的AD模块；AD模块会把模拟的电压量转化为数字的电压量，供MCU计算使用；其中温度传感器的Vtout为采样电压信号输出端，接在滤波电路1的Vin网络上，AGND是温度传感器的模拟地输入端，接在滤波电路1的AGND网络上；滤波电路1的Vin与微控制器的AD模块1的输入端AD1相连，滤波电路1的AGND与微控制器模拟地输入端AGND相连；
电流采样电路主要由电流传感器和滤波电路2构成，电流传感器会把电流信号转换为电压信号，转换后的电压信号经滤波电路2去除干扰噪声，进入MCU的AD模块；AD模块把模拟的电压量转化为数字的电压量供微控制器计算使用；其中，电流传感器的Viout为采样电压信号输出端，接在滤波电路2的Vin网络上，AGND是温度传感器的模拟地输入端，接在滤波电路2的AGND网络上；滤波电路2的Vin与微控制器的AD模块1的输入端AD2相连，滤波电路2的AGND与微控制器模拟地输入端AGND相连；
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。
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