CN204188777U - 一种电动汽车电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电动汽车电池管理系统，包括数字信号处理器(10)、保护电路(20)、采样保持电路(30)、二阶滤波电路(40)、采样电路，所述采样电路包括电压采样电路(51)和电流采样电路(52)，所述采样电路与二阶滤波电路(40)连接，所述二阶滤波电路(40)与采样保持电路(30)连接，所述采样保持电路(30)与保护电路(20)连接，所述保护电路(20)与数字信号处理器(10)连接。通过本实用新型所述的技术方案，可精确的采集到电池及电池组的电压、电流数据，并计算其剩余电量。
Description
技术领域：
本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体而言，涉及一种电动汽车电池管理系统。
背景技术：
在全球性能源枯竭和环境污染日益严重的今天，开发既节省能源又能减少污染的产品已经是大势所趋。随着社会的发展，人们生活节奏的加快，汽车已经成为人们必不可少的交通工具。电动汽车由于既节省能源又对环境污染少越来越引起了很多国家的重视。而车载电池系统是电动车运行的关键部分，所以车载电池管理系统就显得很重要了。如何精确的采集到电池及电池组的各种数据，计算其剩余电量，使电池工作在最佳状态，有效地，充分的利用电池的能量，提高电池寿命，对电池的故障，老化进行早期预测和报警，防止由于某个电池的故障未作出及时处理而造成电池组甚至整个电动车的损坏，从而降低电动车的成本，提高电动车运行的安全性，提高系统的效率。所以车载电池管理系统的研究是大势所趋。
发明内容：
本实用新型所解决的技术问题：如何精确的采集到电池及电池组的各种数据，计算其剩余电量。
本实用新型提供如下技术方案：一种电动汽车电池管理系统，包括数字信号处理器、保护电路、采样保持电路、二阶滤波电路、采样电路，所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，所述采样电路与二阶滤波电路连接，所述二阶滤波电路与采样保持电路连接，所述采样保持电路与保护电路连接，所述保护电路与数字信号处理器连接。
电池管理系统的要完成最重要的任务就是对电池的剩余容量进行估算，对电池的剩余容量进行估算有很多方法，现有技术一般采用卡尔曼滤波算法。此方法是根据采集到的电池动态参数，来建立蓄电池的二阶RC模型，然后利用卡尔曼滤波算法对蓄电池的SOC进行估算。该方法要把电池当成一个动态系统，电池的SOC值只是系统的一个变量。该系统有输出变量和输入变量，输入变量有电流和温度，输出变量为电压。此方法是当前应用最广泛地方法，因为它适用任何电池，对于充电和放电电流的波动大的车载电池，估算出来的SOC值误差较小，所以适用性比较强。
为实现上述卡尔曼滤波算法，本实用新型提供了上述技术方案。为了保证采样到电池同一时刻的电流与电压，本实用新型加一个采样保持电路，该电路通过保护电路与DSP连接，通过二阶滤波电路与采样电路连接。本实用新型中的二阶滤波电路的作用是过滤采样到得电流和电压，从而保证电流和电压的精度与准度，这样就消除了汽车内电磁干扰对电流与电压的影响。前面所有采集到的与电池有关的数据都要通过DSP芯片的AD端口进入其内部然后进行数据的计算与分析。通过本实用新型所述的技术方案，可精确的采集到电池及电池组的电压、电流数据，并计算其剩余电量。
作为本实用新型的进一步说明，所述电压采样电路通过模拟开关与二阶滤波及采样保持电路连接，所述模拟开关为两个十六路模拟开关。本实用新型所研究的纯电动汽车，包括了24快铅蓄电池，由于DSP芯片的A/D端口不多，所以需要加模拟开关来实现对24路电池的检测。
作为本实用新型的进一步说明，所述电动汽车电池管理系统还包括液晶显示器、与液晶显示器连接的键盘，所述液晶显示器通过控制器局域网络总线与数字信号处理器连接。为了使显示的信息比较全面，观察方便，液晶显示器上不仅要显示字母和数据，汉字和符号也需要显示出来，而且这么多信息不可能在一页中显示出来，所以还需要键盘来切换窗口，而且键盘还有其他的作用，主要是控制电池充电的启动和停止的切换。
作为本实用新型的进一步说明，所述电动汽车电池管理系统还包括与数字信号处理器连接的安全开关。为了保证电池与电动车的安全，需要加一个安全开关，当电池组出现严重问题是，马上断开开关，于是电池组与负载就断开了，从而保护了电池与汽车。
作为本实用新型的进一步说明，所述电动汽车电池管理系统还包括与数字信号处理器连接的可擦除可编程存储器。申请人考虑到可以对电池组整个使用周期进行动态分析，实用新型使用了可擦除可编程存储器EEPROM，记录每次充放电的数据。
作为本实用新型的进一步说明，所述电压采样电路为差分比例分压电路，所述差分比例分压电路采用运放和电阻组合的差分放大电路。
作为本实用新型的进一步说明，所述电流采样电路包括霍尔电流传感器、第一运算放大器、第二运算放大器，所述霍尔电流传感器的输出端与第一运算放大器的负输入端连接，所述第一运算放大器的输出端与第二运算放大器的负输入端连接，所述霍尔电流传感器包括采样电阻，所述采样电阻为精密电阻，所述采样电阻的电阻温漂应不大于20ppm，所述采样电阻为金属膜电阻。
作为本实用新型的进一步说明，所述保护电路包括与数字信号处理器连接的电阻、电容、普通二极管、稳压管，所述电容的一端接地，所述电容的另一端与电阻连接，所述普通二极管的正极与稳压管的负极连接，所述稳压管的正极接地。
附图说明：
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：
图1为本实用新型一种电动汽车电池管理系统的框图；
图2为图1中电压采样电路图；
图3为图1中电流采样电路图；
图4为图1中保护电路图。
图中符号说明：
10－数字信号处理器；
20－保护电路；
30－采样保持电路；
40－二阶滤波电路；
51－电压采样电路；52－电流采样电路；
60－模拟开关；
70－液晶显示器；71－键盘；
80－安全开关；
90－可擦除可编程存储器；
AR1－运算放大器；AR2－运算放大器；AR3－运算放大器；AR4－运算放大器；
R1－可变电阻；R2－可变电阻；R3－电阻；R4－电阻；R5－电阻；R6－采样电阻；
D1－稳压管；D2－普通二极管；D3－稳压管；
H1－霍尔电流传感器；
C1－电容。
具体实施方式：
如图1所示，一种电动汽车电池管理系统，包括数字信号处理器10、保护电路20、采样保持电路30、二阶滤波电路40、采样电路，所述采样电路包括电压采样电路51和电流采样电路52。所述采样电路与二阶滤波电路40连接，所述二阶滤波电路40与采样保持电路30连接，所述采样保持电路30与保护电路20连接，所述保护电路20与数字信号处理器10连接。所述电压采样电路51通过模拟开关60与二阶滤波电路40连接，所述模拟开关60为两个十六路模拟开关。所述电动汽车电池管理系统还包括液晶显示器70、与液晶显示器70连接的键盘71、与数字信号处理器10连接的安全开关80、与数字信号处理器10连接的可擦除可编程存储器90，所述液晶显示器70通过控制器局域网络总线与数字信号处理器10连接。
其中，模拟开关60采用CD4067；所述二阶滤波电路40电路中的运算放大器采用的是TL028A型号。
如图2所示，所述电压采样电路51包括第一运算放大器AR1、第二运算放大器AR2，所述第一运算放大器AR1的正输入端连接有电阻R4、可变电阻R2，所述电阻R4的另一端接地，所述第一运算放大器AR1的负输入端连接有电阻R3、可变电阻R1，所述电阻R3的另一端与第一运算放大器AR1的输出端连接，所述第二运算放大器AR2的输出端安装有稳压管D1，所述电阻R1的值等于电阻R2的值，所述电阻R3的值等于电阻R4的值。所述电压采样电路51实现的是对单个电池端电压的采样，因为整个电池组的电压较高，但每个电池的电压不高，电动车上的铅酸蓄电池工作时的电压为10.2-15.9V，而DSP的A/D端口输入的电压范围为0-3.3V，所以设计出如图2所示的差分比例分压电路，该分压电路之所以采用运放和电阻组合的差分放大电路，是为了减小共模噪声的干扰。图2中R3和R4取5KΩ，R1和R2是可变电阻，是为了方便调节不同的输出电压，其阻值范围为0-20KΩ，实际工作时应该使R1＝R2，此时电路最大可产生1:4的分压(R3/R1的值)，于是VOUT的电压范围为0-3.98V，但输入到DSPA/D端口的电压不能超过3.3V，所以图2中在输出端加了一个3.3V的稳压管D1，用来保护DSP的A/D端口。电路中的运算放大器的型号为LM358，其内部包括有两个高增益的，独立的双运算放大器。
如图3所示，所述电流采样电路52包括霍尔电流传感器H1、第一运算放大器AR3、第二运算放大器AR4，所述霍尔电流传感器H1的输出端与第一运算放大器AR3的负输入端连接，所述第一运算放大器AR3的输出端与第二运算放大器AR4的负输入端连接，所述霍尔电流传感器H1包括采样电阻R6，所述采样电阻R6为精密电阻，所述采样电阻R6的电阻温漂应不大于20ppm，所述采样电阻R6为金属膜电阻。
如图4所示，所述保护电路20包括与数字信号处理器10连接的电阻R5、电容C1、普通二极管D2、稳压管D3，所述电容C1的一端接地，所述电容C1的另一端与电阻R5连接，所述普通二极管D2的正极与稳压管D3的负极连接，所述稳压管D3的正极接地。保护电路20的作用是保证DSP的安全，任何一种模拟量在进入微处理器或某种芯片的A/D转换口时，都有设计一个A/D保护电路。本实用新型的控制器是DSP，所以需要A/D保护电路。本实用新型需要两个A/D保护电路，电流和电压采样保持电路与DSP的A/D端口之间各一个。图4中，D2和D3起过载保护的作用，可以把DSPA/D引脚的电压限制在Vcc+0.7V和Vcc-0.7的范围内，这样可以达到保护DSP控制器的内部电路。图4中，D2是普通二极管，型号为4148；D3为稳压管，稳压值为3.3V，这样可以保证DSP的A/D端的电压不超过3.3V；R5和C1可以过滤干扰信号，有效地抑制噪声。
以上内容仅为本实用新型的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (9)
1.一种电动汽车电池管理系统，包括数字信号处理器(10)、保护电路(20)、采样保持电路(30)、二阶滤波电路(40)、采样电路，所述采样电路包括电压采样电路(51)和电流采样电路(52)，其特征在于：所述采样电路与二阶滤波电路(40)连接，所述二阶滤波电路(40)与采样保持电路(30)连接，所述采样保持电路(30)与保护电路(20)连接，所述保护电路(20)与数字信号处理器(10)连接。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述电压采样电路(51)通过模拟开关(60)与二阶滤波电路(40)连接，所述模拟开关(60)为两个十六路模拟开关。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：还包括液晶显示器(70)、与液晶显示器(70)连接的键盘(71)，所述液晶显示器(70)通过控制器局域网络总线与数字信号处理器(10)连接。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：还包括与数字信号处理器(10)连接的安全开关(80)。
5.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：还包括与数字信号处理器(10)连接的可擦除可编程存储器(90)。
6.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述电压采样电路(51)为差分比例分压电路，所述差分比例分压电路采用运放和电阻组合的差分放大电路。
7.如权利要求6所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述电压采样电路(51)包括第一运算放大器(AR1)、第二运算放大器(AR2)，所述第一运算放大器(AR1)的正输入端连接有电阻(R4)、可变电阻(R2)，所述电阻(R4)的另一端接地，所述第一运算放大器(AR1)的负输入端连接有电阻(R3)、可变电阻(R1)，所述电阻(R3)的另一端与第一运算放大器(AR1)的输出端连接，所述第二运算放大器(AR2)的输出端安装有稳压管(D1)，所述电阻(R1)的值等于电阻(R2)的值，所述电阻(R3)的值等于电阻(R4)的值。
8.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述电流采样电路(52)包括霍尔电流传感器(H1)、第一运算放大器(AR3)、第二运算放大器(AR4)，所述霍尔电流传感器(H1)的输出端与第一运算放大器(AR3)的负输入端连接，所述第一运算放大器(AR3)的输出端与第二运算放大器(AR4)的负输入端连接，所述霍尔电流传感器(H1)包括采样电阻(R6)，所述采样电阻(R6)为精密电阻，所述采样电阻(R6)的电阻温漂应不大于20ppm，所述采样电阻(R6)为金属膜电阻。
9.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述保护电路(20)包括与数字信号处理器(10)连接的电阻(R5)、电容(C1)、普通二极管(D2)、稳压管(D3)，所述电容(C1)的一端接地，所述电容(C1)的另一端与电阻(R5)连接，所述普通二极管(D2)的正极与稳压管(D3)的负极连接，所述稳压管(D3)的正极接地。
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| CN104345281A (zh) * | 2014-10-11 | 2015-02-11 | 苏州克兰兹电子科技有限公司 | 一种电动汽车电池管理系统 |
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