CN205622283U - 一种电动汽车电池管理装置 - Google Patents

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李戎
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Abstract

一种电动汽车电池管理装置，其技术要点在于：包括控制器和分别与其连接的电源、干路电流信号检测单元和干路电压信号检测单元，控制器通过CAN通信线路经内部CAN网络连接电池包内的DSP，所述电池包内设有若干个电池单体，各电池单体通过电压检测模块和温度检测模块连接DSP，DSP再经均衡模块与各电池单体相连。本实用新型采用控制器在电池包内部对电池单体的电压进行采集和均衡，实现了数据的分散采集，有利于对多个电池包串联组成的动力系统进行单独的采集与均衡操作，方便了电池管理系统装置的整体监控。

Description

一种电动汽车电池管理装置
技术领域：
本实用新型涉及一种电池管理系统，具体涉及一种电动汽车电动汽车电池管理装置。
背景技术：
电动汽车是汽车工业发展的方向，是解决能源危及和环境污染的重要途径，动力电池作为电动汽车的动力装置，其使用的安全性、稳定性是影响电动汽车发展的关键所在。然而现有的纯电动汽车的电池管理系对电池的监测及控制能力差，无法实时地将电池信息反馈给整车控制器和驾驶员，这就影响了电动汽车运行的安全性和稳定性。
发明内容：
本实用新型为克服现有技术的不足，提供了一种电动汽车电池管理装置，其采用控制器在电池包内部对电池单体的电压进行采集和均衡，实现了数据的分散采集，有利于对多个电池包串联组成的动力系统进行单独的采集与均衡操作，方便了电池管理系统装置的整体监控。
本实用新型的电动汽车电池管理装置，为实现上述目的所采用的技术方案在于：包括控制器和分别与其连接的电源、干路电流信号检测单元和干路电压信号检测单元，控制器通过CAN通信线路经内部CAN网络连接电池包内的DSP，所述电池包内设有若干个电池单体，各电池单体通过电压检测模块和温度检测模块连接DSP，DSP再经均衡模块与各电池单体相连。
作为本实用新型的进一步改进，所述控制器连接有晶振电路，为装置提供基本的时钟信号，使各电路部分保持同步。
作为本实用新型的进一步改进，所述控制器连接有继电保护输出电路，当电池出现过流、过压或过温等危险现象时对其进行保护。
作为本实用新型的进一步改进，所述干路电流信号检测单元和干路电压信号检测单元通过信号调理电路连接控制器的A/D转换口，可提高电流、电压采样信号的准确性。
作为本实用新型的进一步改进，所述控制器为TMS320F2812型控制芯片，可有效地提高电池管理装置的效率。
作为本实用新型的进一步改进，所述干路电流信号检测单元为JKL-7型霍尔电流传感器，其检测精确。
作为本实用新型的进一步改进，所述干路电压信号检测单元为JLD4U2P2型直流电压传感器，其检测精确。
作为本实用新型的进一步改进，所述信号调理电路由二阶滤波电路及保持电路构成，可提高信号调理的准确性。
作为本实用新型的进一步改进，所述电源为TPS767D301型电源芯片，其具有较高的电压精度。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过控制器在电池包内部对8个电池单体的电压、温度进行采集与均衡处理，通过CAN通信电路及内部CAN通信网络将电池包内部的电池单体电压、温度信息传递给控制器，控制器收集电池包内部信息并且结合电池外部的干路电压、电流信息对电池状态进行监控、对电池的极限参数进行保护，同时对电池的荷电状态进行估算，实现了数据的分散采集，有利于对多个电池包串联组成的动力系统进行单独的采集与均衡操作，方便了电池管理系统装置的整体监控，提高了电池管理装置整体的数据采集效率。
附图说明：
图1为本实用新型的电路原理连接图；
图2为电源电路示意图；
图3为晶振电路示意图；
图4为信号调理电路示意图；
图5为AD保护电路示意图；
图6为多点测温电路示意图；
图7为单体电压检测及均衡控制原理图；
图8为单体电压监测电路图；
图9为均衡模块电路图；
图10为CAN通信电路图；
图11为继电保护输出电路图。
具体实施方式：
参照图1，该电动汽车电池管理装置，包括控制器1和分别与其连接的电源12、干路电流信号检测单元3和干路电压信号检测单元4，所述干路电流信号检测单元3和干路电压信号检测单元4通过信号调理电路2连接控制器1的A/D转换口，控制器1通过CAN通信线路6经内部CAN网络连接电池包内的DSP8，所述电池包内设有若干个电池单体11，各电池单体11通过电压检测模块9和温度检测模块13连接DSP8，DSP8再经均衡模块10与各电池单体11相连。所述控制器1连接有晶振电路7和继电保护输出电路5。所述干 路电压信号检测单元4为JLD4U2P2型直流电压传感器。所述控制器1采用TI公司的信号处理器TMS320F2812为主控芯片。
工作时，DSP8通过电压检测模块9对电池包内的电池单体11的电压进行采集，通过均衡模块10对电池包内的电池单体11进行均衡控制，从而在电池包1内部实现了电池单体11的电压采集和均衡控制，有效地提高了电池管理装置的数据采集与处理效率。电池的主要状态信息通过TMS320F2812芯片实现了分散采集的结构，并且将所有信息送到控制器1进行统一处理，有利于提高管理系统的效率，减少了控制器1的数据采集量。控制器1对采集到的电池状态信息进行整理，对电池状态进行实时监测，并且通过继电保护输出电路5为电池提供过压、过流和过温等保护。
TMS320X2812工作时要求的电压分为两部分：3.3V的Flash电压和1.8V的内核电压。TMS320X2812对电源很敏感，所以在此选用电压精度较高的TPS767D301芯片作为电源12，如图2和图3所示，该芯片输入电压为+5V，芯片起振，正常工作后能3.3V和1.8V两种电压供控制器1使用。
所述干路电压信号检测单元4和干路电流信号检测单元3的采集采用了精量电子公司的JLD4U2P2直流电压传感器和JKL-7霍尔电流传感器，为了保证电流、电压采样信号的准确性，霍尔传感器转换后的模拟电压信号应该经信号调理电路2处理后再送入控制器1内。如图4所示，信号调理电路2由二阶滤波电路及保持电路构成，所述二阶滤波电路中运放选用TL082，电阻R21、R22的阻值为24kΩ，R23阻值为10kΩ，电容C21为0.01uF，C22为5300pF，U22为采样保持器，这里选用的是LE198。在模拟信号进入控制器1前要经过如图5所示的A/D保护电路，R24与C30构成滤波电路，过滤干扰信号，其中R取270Ω，C取0.01uF，D17和D18构成限压保护电路，将A/D转换口的电压限制在安全电压范围内。
所述温度检测模块13为DS18B20型温度传感芯片，相比于传统的采用热敏电阻来测量温度，本实用新型采用的是数字式温度挂件，具有较好的抗干扰能力和测量精度，选用的是Dallas公司的DS18B20温度传感芯片，温度测量范围-55～+125℃，测量精度可达±5℃，该芯片在出厂时，都有一个唯一编号，因此控制器1可以识别在同一根总线上的多个DS18B20，这种单总线测量方案能够有效的简化系统硬件结构。在实际测量中采用如图6所示的多点测温电路，可以更加准确的了解电池温度变化。
所述电压检测模块9为LTC6802型电池监控芯片，电动汽车动力电池组的电池单体11的电压监测是对电池状态监测、保护和均衡控制的基础，是BMS硬件电路设计的重点，本实用新型选用Linear公司的一款完整的电池监控芯片LTC6802来实现电池单体电压的 监测。该芯片可以在最大电压60V的情况下，测量12个串联电池的电压，芯片内置有一个精准电压基准、一个12位的A/D转换器、一个高电压输入多工器以及一个串行接口，通信速率高达1MHz，可以在13ms内完成所有电池电压的检测。同时，LTC6802具有较低的功耗和较高的电磁兼容能力。如图7所示，LTC6802直接与串联电池组相连，通过SPI完成DSP8与LTC6802的通信，读取采集到的电压值，然后DSP8通过各个电池单体11的电压值决定均衡电路的开关状态，DSP8采用CAN总线与控制器1通信，将电池单体11的电压、均衡状态上传到作为上位控制系统的控制器1。
如图8所示，LTC6802可以测的最少电池单元是4个，总电压最小是10V，最大是60V，并且，可以通过设置连接方式，使其工作在菊花链式模式。本实用新型研究的磷酸铁锂电池包是由8个电池单体11构成，在监测时，电池单体11直接与芯片连接，要对芯片设置过压保护，在每个采集端口并联一个稳压管，可以保护电压采集引脚。为了保证电池单体11电压的采集的数据更加稳定，各个电池单体11均通过RC低通滤波电路连接至LTC6802，其中电阻R取100Ω，C取0.1uF。图中芯片V+和V-均设有RC滤波电路，是为了保证系统供电的稳定性。
如图9所示，所述均衡模块10采用能耗式放电均衡，在LTC6802芯片各个电池单体11电池的均衡控制引脚并联一个放电电阻及功率管MOSFET，通过功率管MOSFET的通断，对过高电量的电池进行均衡控制。综合散热等因素，选用电阻100Ω，加入LED用于指示均衡是否进行中，R13为均衡放电电阻，Q1为MOSFET功率管，D1为均衡指示灯，当有电池单体11电池均衡时，指示灯发光；ZD1为稳压二极管，防止电压尖峰击穿MOSFET功率管。当DSP8接收到LTC6802监测到的电池包各个电池单体11的电压数据时，如果某个电池单体11的电池电压发生过压现象，DSP8就会通过向LTC6802芯片的配置寄存器写入数据，拉低S1脚电平，从而控制功率管开通，进行放电均衡操作。
如图10所示，本实用新型CAN通讯主要用于电池管理系统中电池信息的传输，电池管理系统和整车控制器之间的信息传输。在TMS320F2812中使用的CAN模块与现行的CAN2.0标准兼容，该模块能够使用既定协议进行串行通信。在总线控制器和物理总线之间，还需要添加CAN收发器，这里使用的收发器芯片是常用的PCA82C250。在控制器1与总线收发器之间采用6N137高速光耦隔离，可以提高抗干扰能力。
本实用新型的继电保护输出电路5如图11所示，当电池出现过流、过压或过温等危险现象时，对其进行保护，通过保护控制电路切断主回路，当电池温度高需要散热时也应控制相应继电器闭合，启动风扇使电池降温。采用光耦开关的继电保护装置使继电保护装 置的硬件设计更趋于合理，从而起到有效的保护作用。

Claims (9)

1.一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：包括控制器(1)和分别与其连接的电源(12)、干路电流信号检测单元(3)和干路电压信号检测单元(4)，控制器(1)通过CAN通信线路(6)经内部CAN网络连接电池包内的DSP(8)，所述电池包内设有若干个电池单体(11)，各电池单体(11)通过电压检测模块(9)和温度检测模块(13)连接DSP(8)，DSP(8)再经均衡模块(10)与各电池单体(11)相连。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：所述控制器(1)连接有晶振电路(7)。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：所述控制器(1)连接有继电保护输出电路(5)。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：所述干路电流信号检测单元(3)和干路电压信号检测单元(4)通过信号调理电路(2)连接控制器(1)的A/D转换口。
5.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：所述控制器(1)为TMS320F2812型控制芯片。
6.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：所述干路电流信号检测单元(3)为JKL-7型霍尔电流传感器。
7.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：所述干路电压信号检测单元(4)为JLD4U2P2型直流电压传感器。
8.如权利要求4所述的一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：所述信号调理电路(2)由二阶滤波电路及保持电路构成。
9.如权利要求1所述的一种电动汽车电池管理装置，其特征在于：所述电源(12)为TPS767D301型电源芯片。
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