CN205122716U - 一种电动汽车电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车电池管理系统，包括模拟模块，数字模块和模数通信模块；模拟模块包括模拟电源电路，电压采集电路和电流采集电路的设计；数字模块包括数字电源电路，嵌入式处理器模块MCU，温度采集电路，液晶驱动电路，FLASH存储电路，蜂鸣器报警电路，SD卡存储电路和WIFI模块的设计；模数通信模块包括高速光耦模数转换电路，光耦继电器切换电路和继电器电压、电流校准电路。本实用新型将模拟模块和数字模块完全隔离，并不是传统意义上的将数字地和模拟地通过磁珠单点连接；本实用新型改变分压电阻的比例，改变蓄电池端电压的测量范围，便于拓展和移植，大大提高的设备的适用场合和范围。<!-- 2 -->

Description

一种电动汽车电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及动力电池组电池管理领域，尤其涉及一种高精度、可移植性强的动力电池组监测系统。

背景技术

21世纪已经全面进入了新能源开发的重要时代，随着科技的飞速发展，新能源的开发逐渐占据了能源发展的主流位置，尤其是在国际能源竞争和国家防御日趋激烈的情况下，新能源的作用至关重要，特别是现今汽车工业发展迅猛，以传统的石油作为动力带来了石油能源短缺和环境污染等重大问题。近年来以铅蓄电池为动力的汽车工业领域的蓬勃发展，电池组在线监测、电池工作安全警报和电池剩余电量的估计显得尤为重要。

单个电池电量等性能的研究远远不能满足电动汽车的要求，在实际使用时必须采用单体电池成组集成的应用方式，但是如果电池组中某个电池开路电压与其它电池不匹配将会导致整个电池组容量不能那个发挥最大功率。在实际应用中，虽然通过单体电池的充放电电流相同，由于其本省容量的差异，单体电池的放电胜读不通，容量小的电池在充电过程中会过冲，在放电过程中会过放。这就造成了大容量电池电池衰减犯满，寿命长，小容量电池衰减快，寿命短，随着时间的推移两者的差异性会越来越大，因此整个电池组会提前失效由于小容量电池的损坏。而解决电池组使用问题的前提是实时监测电池组每个电池的端电压，正极温度，负极温度和外壳温度，电池组的总电压和电流，从这些参数分析电池组中容量差异最大的电池，单体电池的使用寿命，同时还能估算电池组的剩余电量。

目前，电动汽车电池管理系统的电压，电流采集精度制约了电池组电量估算精度，电压采集精度制约了电池组能量估计精度，温度过高预示着由于振动等问题导致电池连接松动带来的安全隐患，这势必增加了电池管理决策的失误率，因此迫切需要开发和设计一种高精度、可移植性强的动力电池组监测系统。

发明内容

针对上述现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种高精度、可移植性强的动力电池组监测系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种电动汽车电池管理系统，系统采用层次化模块结构，由模拟模块，数字模块和模数通信模块三部分组成，模拟模块包括电压采集电路、电流采集电路；数字模块包括微处理器MCU、温度采集电路、液晶驱动电路、FLASH存储电路、蜂鸣器报警电路、SD卡存储电路、WIFI模块；模数通信模块包括高速光耦模数转换电路、光耦继电器切换电路、微型继电器校准电路。

所述的模拟模块中电压采集电路通过多个光耦继电器快速切换用高精度16位AD芯片轮流采集多个铅蓄电池端电压；电流采集模块通过非接触电流传感器将原边负载电流转换成副边电流，然后经过功率采样电阻转换成电压，随后经过超低失调运放搭建的同相比例放大器将电压放大，接着放大后的电压送入ADC驱动器将负电压转换成正电压，根据实际电池参数设定充放电状态的阈值零点电压，最后将转换电压送至AD采集。

所述的光耦继电器数量大于十个；

所述的数字模块中，微处理器MCU采用SPI总线的方式与外部FLASH数据存储与读取；微处理器MCU采用SDIO方式与SD卡完成数据存储；液晶驱动电路通过FSMC总线与微处理器MCU相连；WIFI模块通过串口与微处理器MCU的串口相连接；蜂鸣器报警电路与微处理器MCU的普通I/O口相连；

所述的模数通信模块主要包括以下几个部分：高速光耦模数转换电路将模拟部分中ADC采样的电压和电流SPI数据输入到高速光耦，高速光耦的输出交由微处理器MCU进行数字处理，从而实现模拟信号和数字信号的完全隔离；微处理器MCU的数据输出通过光耦继电器切换电路与模拟部分相连；光耦继电器切换电路将被测电池组中的一节电池端电压或者电池组总电压接入到电压采集电路和电流采集电路；微处理器MCU的数据输出通过微型继电器校准电路与模拟部分相连接入到电压采集电路和电流采集电路。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1，系统将模拟模块和数字模块完全隔离，并不是传统意义上的将数字地和模拟地通过磁珠(或者0欧姆电阻)单点连接。尽管传统意义上的数字地和模拟地分开能在一定程度上改善数字部分对模拟部分的影响，但当数字部分电源负载过重，势必会影响模拟信号的采集。为了从根本上解决这个问题，系统采用模拟模块和数字模块分别供电，从而达到数字地和模拟地完全隔离的效果。数字模块和模拟模块之间的通信可以采用光耦继电器，高速光耦，微型继电器等电子元器件。

2,系统测量动力电池组电流范围相当宽泛，从最大充电电流50A到最大放电电流300A，测量精度100mA，故测量倍率为300A/100mA＝3000，所以要想精确测量这么宽范围的电流，必须微弱信号处理得当。系统从电流传感器，运算放大器，ADC驱动器和ADC的选型全面分析，最终达到了高精度电流测量的目的。

3，系统测量12个铅蓄电池，每个电池需测量正极温度，负极温度和壳体温度，共计36组温度，如果采用普通的温度传感器进行测量，需要耗费大量的IO口资源。系统采用单总线数字温度采集器，由于总线的驱动能力有限，规定6个温度传感器挂在1根温度总线上，这样共需要6个IO口，从而节省了30路IO口。同时采用数字式温度传感器，对于距离的限制不高，这样更能够提高系统对每只蓄电池正极，负极，壳体温度采集精度，温度采集精度能达到0.1摄氏度。

4，系统同时测量12只铅蓄电池的端电压，采样的方式是轮流让每个电池的负极接入系统地。可以通过改变分压电阻的比例，改变蓄电池端电压的测量范围，便于拓展和移植，大大提高的设备的适用场合和范围。

附图说明

图1为高精度动力电池组监测系统总体框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种电动汽车电池管理系统，系统采用层次化模块结构，由模拟模块，数字模块和模数通信模块三部分组成，模拟模块包括电压采集电路、电流采集电路；数字模块包括微处理器MCU、温度采集电路、液晶驱动电路、FLASH存储电路、蜂鸣器报警电路、SD卡存储电路、WIFI模块；模数通信模块包括高速光耦模数转换电路、光耦继电器切换电路、微型继电器校准电路。

所述的模拟模块包括以下几个部分：电压采集电路通过12个光耦继电器快速切换用高精度16位AD芯片轮流采集12个铅蓄电池端电压；电流采集模块通过非接触电流传感器将-300A至50A(放电电流规定为负值，最大值300A；充电电流规定为正值，最大值50A)原边负载电流转换成-150mA至25mA副边电流，然后经过33R的功率采样电阻转换成电压-4.95V至0.825V，随后经过超低失调运放搭建的同相比例放大器将电压放大两倍得-9.9V至1.65V，接着放大后的电压送入ADC驱动器将负电压转换成正电压，转换后的电压以2.5V为充放电状态的零点电压，其范围为0.52V至2.83V，最后电压送至AD采集。

所述的数字模块主要包括以下几个部分：微处理器MCU采用SPI总线的方式与外部FLASH数据存储与读取；嵌入式处理器模块MCU采用SDIO方式与SD卡数据存储；液晶驱动电路通过FSMC总线与嵌入式处理器模块MCU相连；WIFI模块通过串口与嵌入式处理器模块MCU的串口相连接；蜂鸣器报警电路与微处理器MCU的普通I/O口相连；

所述的模数通信模块主要包括以下几个部分：高速光耦模数转换电路将模拟部分中ADC采样的电压和电流SPI数据输入到高速光耦，高速光耦的输出交由微处理器MCU进行数字处理，从而实现模拟信号和数字信号的完全隔离；微处理器MCU的数据输出通过光耦继电器切换电路与模拟部分相连；光耦继电器切换电路将被测电池组中的一节电池端电压或者电池组总电压接入到电压采集电路和电流采集电路；微处理器MCU的数据输出通过微型继电器校准电路与模拟部分相连接入到电压采集电路和电流采集电路。继电器电压、电流校准电路是通过标准2.5V校准系统在不同工作环境中的ADC采集，有效解决了电流传感器的剩磁和运放等芯片的温漂导致的零点漂移现象。

Claims (2)

1.一种电动汽车电池管理系统，系统采用层次化模块结构，由模拟模块，数字模块和模数通信模块三部分组成，模拟模块包括电压采集电路、电流采集电路；数字模块包括微处理器MCU、温度采集电路、液晶驱动电路、FLASH存储电路、蜂鸣器报警电路、SD卡存储电路、WIFI模块；模数通信模块包括高速光耦模数转换电路、光耦继电器切换电路、微型继电器校准电路；

其特征在于：所述的模拟模块中电压采集电路通过多个光耦继电器快速切换用高精度16位AD芯片轮流采集多个铅蓄电池端电压；电流采集模块通过非接触电流传感器将原边负载电流转换成副边电流，然后经过功率采样电阻转换成电压，随后经过超低失调运放搭建的同相比例放大器将电压放大，接着放大后的电压送入ADC驱动器将负电压转换成正电压，根据实际电池参数设定充放电状态的阈值零点电压，最后将转换电压送至AD采集；

所述的数字模块中，微处理器MCU采用SPI总线的方式与外部FLASH数据存储与读取；微处理器MCU采用SDIO方式与SD卡完成数据存储；液晶驱动电路通过FSMC总线与微处理器MCU相连；WIFI模块通过串口与微处理器MCU的串口相连接；蜂鸣器报警电路与微处理器MCU的普通I/O口相连；

所述的模数通信模块主要包括以下几个部分：高速光耦模数转换电路将模拟部分中ADC采样的电压和电流SPI数据输入到高速光耦，高速光耦的输出交由微处理器MCU进行数字处理，从而实现模拟信号和数字信号的完全隔离；微处理器MCU的数据输出通过光耦继电器切换电路与模拟部分相连；光耦继电器切换电路将被测电池组中的一节电池端电压或者电池组总电压接入到电压采集电路和电流采集电路；微处理器MCU的数据输出通过微型继电器校准电路与模拟部分相连接入到电压采集电路和电流采集电路。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述的光耦继电器数量大于十个。