CN203246337U - 一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，包括主控MCU、CAN接口模块、看门狗模块、存储模块、RS-232模块、电源变换模块、隔离模块、电流SOC模块、绝缘检测模块、系统时钟模块以及指示灯模块，该看门狗模块、存储模块、RS-232模块、电源变换模块和系统时钟模块均直接与主控MCU相连，该CAN接口模块、电流SOC模块以及绝缘检测模块均通过隔离模块而与主控MCU相连，该CAN接口模块还与从控模块相连。本实用新型实现整组电池的电压测量、电流检测、SOC估算、绝缘检测、充放电管理和电池故障诊断的功能，通过CAN接口模块与从控模块一起组成分布式电池管理系统，满足混合动力和纯电动汽车对电池管理系统的要求。

Description

一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块

技术领域

本实用新型涉及混合动力以及纯电动汽车电池管理系统领域，更具体的说涉及一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块。

背景技术

随着工业发展和社会需求的增加，汽车在社会进步和经济发展中扮演着重要的角色。汽车工业的迅速发展，推动了机械、能源、橡胶、钢铁等支柱产业的发展，但同时也带来了环境污染、能源短缺等严重问题。以混合动力汽车和纯电动汽车为代表的新能源汽车是解决汽车工业可持续发展问题的主要途径，其中混合动力汽车作为传统汽车向纯电动汽车的过渡产品，较好地解决了节油降耗、减少污染与汽车性能之间的矛盾，既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。纯电动汽车则具备零排放的巨大优势，用电成本仅为用油成本的1/6左右。

混合动力和纯电动汽车增加了电池储能设备，而作为混合动力和纯电动汽车牵引动力能源之一，电池运行性能的好坏直接影响到汽车的运行效率。基于微处理器的电池管理系统，对动力链的各环节进行综合管理，其主要功能是对动力蓄电池组的各种参数（单体或模块电池电压、温度、电流等）进行实时在线测量，在此基础上对SOC进行实时在线估算，并实施必要的控制，以保证电池组的安全，延长使用寿命。其中，SOC是电动车辆运行过程中非常重要的参数，对于纯电动车辆，SOC数据是防止电池过充和过放的主要依据，只有准确估算电池组的SOC才能有效提高纯电动车辆的利用效率、保证电池组的使用寿命和优化驾驶。只有提供了准确的SOC，才能起到延长电池的使用寿命，提高电能的利用效率和电动车的续驶里程，实现混合动力车节油环保的目标。

因此，电池管理系统可以控制动力电池组的工作，对电池进行实时或定期自动诊断和维护，调节电池的电压、温度，最大限度地保证电池工作在最佳状态，防止有损伤的电池影响电动汽车的整体性能，从而优化整车性能，降低运行成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，以完成整组电池电压测量、电流检测、SOC估算、绝缘检测、充放电管理以及电池故障诊断的功能。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其中，包括主控MCU、CAN接口模块、看门狗模块、存储模块、RS-232模块、电源变换模块、隔离模块、电流SOC模块、绝缘检测模块、系统时钟模块以及指示灯模块，该看门狗模块、存储模块、RS-232模块、电源变换模块和系统时钟模块均直接与主控MCU相连，该CAN接口模块、电流SOC模块以及绝缘检测模块均通过隔离模块而与主控MCU相连，该CAN接口模块还与从控模块相连。

进一步，该主控模块还包括总电压检测模块，该总电压检测模块通过隔离模块而与主控MCU相连。

进一步，该主控模块还包括高压控制模块，该高压控制模块与主控MCU相连，该高压控制模块采用MC1413反向驱动芯片。

进一步，该看门狗模块采用MAX706T。

进一步，该存储模块采用24C64。

进一步，该电流SOC模块采用双向功率/电能计量集成电路芯片CS5460A。

进一步，该隔离模块为信号光电隔离模块，并采用ISO7241或ISO7221。

进一步，该电源变换模块采用LM2576，其内含固定频率振荡器和基准稳压器。

进一步，该RS-232模块采用MAX202。

进一步，该CAN接口模块采用TJA1050。

采用上述结构后，本实用新型涉及的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其为电池管理系统的一部分，主要实现整组电池的电压测量、电流检测、SOC估算、绝缘检测、充放电管理和电池故障诊断的功能，通过CAN接口模块与从控模块一起组成分布式电池管理系统，满足混合动力和纯电动汽车对电池管理系统的要求。

更具体地，本实用新型具有如下有益效果：

一、该电流SOC模块采用双向功率/电能计量集成电路芯片CS5460A，适合高速电能计算需要，并利用片内集成的两个⊿∑模—数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口，实现高整可靠电能计量及SOC积分，CS5460A具有与微控制器通讯的双向串口和与能量成正比的频率可编程脉冲输出，并具有方便的片上AC/DC系统校准功能，可满足高精度的电能计量要求。

二、该存储模块采用非易失铁电存储器24C64，可以跟随总线速度写入，无须等待时间，具备无限次写入能力。

三、该电源变换模块采用LM2576，其内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该IC只需很少的外围元件便可构成高效稳压电路。LM2576具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为主控MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。

四、该高压控制模块采用MC1413反向驱动器，MC1413是高耐压、大电流反向驱动器，由七个硅NPN达林顿管组成。MC1413的每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。MC1413工作电压高，工作电流大，灌电流可以达到500mA,并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行，具有高可靠性驱动强特点。

附图说明

图1为本实用新型涉及电动汽车用动力电池管理系统的整体示意框图；

图2为图1中主控模块的示意框图；

图3为图2中电流SOC模块的具体电路结构图；

图4为图2中绝缘检测模块的检测模型框图。

图中：

动力电池管理系统   100

主控模块           1         主控MCU         11

CAN接口模块       121       看门狗模块       122

存储模块          123        RS-232模块      124

电源变换模块      125        隔离模块         13

电流SOC模块      14         绝缘检测模块     15

系统时钟模块      16         指示灯模块       17

总电压检测模块    18         高压控制模块     19

从控模块          2          整车控制器       3

PC机             4          输入输出接口     5。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

如图1所示，本实用新型涉及的是一种电动汽车用动力电池管理系统100的主控模块1，其与从控模块19一起构成电动汽车用动力电池管理系统100，具体的，该动力电池管理系统100的从控模块19设置有多个，该主控模块1还通过CAN总线与整车控制器3相连，通过RS-232串口与PC机4相连，与总电流、总电流、预充电继电器控制、风扇控制等输入输出接口5相连。

该主控模块1负责完成整组电池电压测量、电流检测、SOC估算、绝缘检测、充放电管理、高压回路控制以及电池故障诊断，并通过CAN总线将有关信息发送给整车控制器3，仪表或车载监控模块。在规定的时间内实现电流、总电压检测，SOC积分、电池故障预警等并发送给整车仪表，同时响应整车控制器3对高压上下电的动作。从控模块19负责接收来自主控模块1的通信指令，配置一级电压报警上限和下限阈值、二级电压报警上限和下限阈值、一级温度报警上限和下限阈值、二级温度报警上限和下限阈值、从控模块19地址信息、同时从控模块19接收主控模块1对单体电池的均衡策略，包括电池均衡开启电压差阈值、均衡时间、均衡温度限制阈值、均衡温差阈值等。

当主控模块1检测到出现包括但不限于以下报警状态时，主控模块1负责将报警参数发送给整车控制器3、整车仪表或车载监控单元。报警状态主要包括电池单元电压过载故障；电池单元低压故障；电池单元均衡控制故障；电池单元温度过高过低故障；SOC低故障、整组电压低故障、电池单元电压压差故障等。

如图2所示，其为本实用新型涉及的是一种电动汽车用动力电池管理系统100的主控模块1，其包括电池管理系统主控MCU11、与从控模块19的CAN接口模块121、看门狗模块122、存储模块123、RS-232模块124、电源变换模块125、隔离模块13、电流SOC模块14、绝缘检测模块15、系统时钟模块16以及指示灯模块17。其中，该看门狗模块122采用MAX706T，并由电池管理系统主控MCU11发出软件复位指令。该存储模块123采用24C64，存储电池电压和温度的配置信息，具体包括一级电压报警上限和下限阈值、二级电压报警上限和下限阈值、一级温度报警上限和下限阈值、二级温度报警上限和下限阈值、主控模块1地址信息、电池组电压均衡开启电压差阈值、均衡时间、均衡温度限制阈值、均衡温差阈值等。

该电源变换模块125具体采用LM2576，具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为主控MCU11的稳定、可靠工作提供了强有力的保证；该隔离模块13为信号光电隔离模块13，并优选采用ISO7241或ISO7221，实现4路信号的光电隔离，隔离芯片两端电源通过电源隔离DC/DC模块隔离。

该RS-232模块124采用MAX202，用于信息接收处理；该电流SOC模块14采用双向功率/电能计量集成电路芯片CS5460A，实现高整可靠电能计量及SOC积分，该CS5460A具有与微控制器通讯的双向串口和与能量成正比的频率可编程脉冲输出，并具有方便的片上AC/DC系统校准功能，可满足高精度的电能计量要求。

该CAN接口模块121采用TJA1050，通过嵌位二极管，共模滤波芯片连接至CPU确保了CAN信号传输的快速性和稳定性，同时可插拔的终端电阻更有利于物理配置。

该主控模块1还包括总电压检测模块18，该总电压检测模块18通过隔离模块13而与主控MCU11相连。该主控MCU11通过输出高电平控制AQV259AX光耦，导通总电压分压采样回路，总电压分压信号经过AQV259AX后进行了分压滤波处理，然后经过隔离芯片，再送入AD采样芯片后输入至主控MCU11，该主控MCU11经过一系列的算法后得出总电压。

该主控模块1还包括高压控制模块19，该高压控制模块19与主控MCU11相连，该高压控制模块19采用MC1413反向驱动芯片。该高压控制模块19采样MC1413反向驱动芯片，CPU通过输出高电平通过反向驱动芯片输出高电平，导通继电器线圈使继电器吸合从而驱动外围负载，实现高压回路控制。

如图3所示，该电流SOC模块14，即电能计量芯片CS5460A的控制线有：CS，SDI，SDO，SCLK，INT和RESET。这些控制线经过隔离后，与主控板MCU进行数据交换，由于控制线所要求的实时性不同，因此选用不同的隔离芯片进行隔离。SPI接口的数据线（SDI、SDO）和时钟线（SCLK）信号、芯片的片选选用同一个光耦ISO7241A进行隔离。CS5460A的INT和RESET引脚通过通过单独光耦隔离与CPU进行连接。

如图4所示，一个完整的整车绝缘电阻检测模型框图，图中虚线框内代表车体电气系统模型，其中Vb代表动力蓄电池电压，地即为电动汽车底盘，Rp和Rn代表正负母线对地绝缘电阻；虚线框外是构建的绝缘电阻检测电路，其中R0为配合检测用的已知标准电阻（下文统一称为偏置电阻），它有电阻串联组成，可以选择其阻值的大小，也可以通过开关S1（或S2）并到正（或负）对地电路上，故又称R0、S1和S2构成的电路为偏置电阻适配网络。系统采用电阻分压的方式检测正负对地电压，Vp为正对地电压，Vp为地对负电压。在检测时，首先断开S2，检测一次正负母线对地电压Vp1和Vn1，然后操作开关S2闭合，操作完成后再检测一组正负对地电压值Vp2和Vn2，这样根据电路原理，可以由两个方程解出两个未知数的值Rp和Rn。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (10)

1.一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，包括主控MCU、CAN接口模块、看门狗模块、存储模块、RS-232模块、电源变换模块、隔离模块、电流SOC模块、绝缘检测模块、系统时钟模块以及指示灯模块，该看门狗模块、存储模块、RS-232模块、电源变换模块和系统时钟模块均直接与主控MCU相连，该CAN接口模块、电流SOC模块以及绝缘检测模块均通过隔离模块而与主控MCU相连，该CAN接口模块还与从控模块相连。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该主控模块还包括总电压检测模块，该总电压检测模块通过隔离模块而与主控MCU相连。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该主控模块还包括高压控制模块，该高压控制模块与主控MCU相连，该高压控制模块采用MC1413反向驱动芯片。

4.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该看门狗模块采用MAX706T。

5.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该存储模块采用24C64。

6.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该电流SOC模块采用双向功率/电能计量集成电路芯片CS5460A。

7.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该隔离模块为信号光电隔离模块，并采用ISO7241或ISO7221。

8.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该电源变换模块采用LM2576，其内含固定频率振荡器和基准稳压器。

9.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该RS-232模块采用MAX202。

10.如权利要求1所述的一种电动汽车用动力电池管理系统的主控模块，其特征在于，该CAN接口模块采用TJA1050。

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