CN211627717U - 一种电动汽车双能量源运行状态监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动汽车储能系统技术领域，具体公开了一种电动汽车双能量源运行状态监控系统，包括信号采集模块、信号调理电路、控制单元、通讯单元和人机交互显示屏；信号采集模块用于采集电池、超级电容的电压、电流、温度信号以及功率变换器的温度信号；信号调理电路对传感器的输出信号进行处理；控制单元接收处理完成的信号；人机交互显示屏对监控数据进行显示；通讯单元完成控制单元与人机交互显示屏之间的数据传输及指令传输。该电动汽车双能量源运行状态监控系统可以对双能量源中电池组、超级电容和功率变换器等主要部件进行监测，实时显示双能量源电流、电压、SOC及温度等参数，并提供数据存储的功能。

Description

一种电动汽车双能量源运行状态监控系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车储能系统技术领域，具体是一种电动汽车双能量源运行状态监控系统。

背景技术

随着现阶段电动汽车市场竞争力度的加大和生活水平的提高，人们对电动汽车性能的要求也越来越高。受电池功率密度的制约，以单一电池作动力源的电动汽车动力性不足，同时，制动时大电流回收电能会影响电池的使用寿命，发展新型电池-超级电容双能量源是解决这些问题的有力途径。然而，双能量源电压高，充放电电流大，工作环境恶劣，结构与控制系统较单一电源复杂，工作状态对整车的动力性、经济性和安全性密切相关，因此，对电动汽车双能量源进行监控，使驾驶员及时了解双能量源的工作状态且在必要时采取有效措施，是保证整车电气安全的有效方法。

然而，现阶段没有专门针对电池-超级电容双能量源的监控系统，传统的电动汽车能量源监控系统存在智能化程度低、包含信息少、通用性差、可移植性差和人机交互能力弱等不足。为解决上述问题，研究一种新型的双能量源监控系统十分必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车双能量源运行状态监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电动汽车双能量源运行状态监控系统，包括信号采集模块、信号调理电路、控制单元、通讯单元和人机交互显示屏；

所述的信号采集模块用于采集电池、超级电容的电压、电流、温度信号以及功率变换器的温度信号；

所述的信号调理电路对传感器的输出信号进行处理；

所述的控制单元接收处理完成的信号；

所述的人机交互显示屏对监控数据进行显示；

所述的通讯单元完成控制单元与人机交互显示屏之间的数据传输及指令传输，便于驾驶员及时掌握能量源的状态，同时也通过驾驶员触摸显示屏上的相应按钮，控制能量源的工作，实现数据的双向流动。

作为本实用新型进一步的方案：所述的信号采集模块包括电压传感器、电流传感器和温度传感器。

作为本实用新型进一步的方案：所述的信号调理电路包括电压、电流和温度信号调理电路，将传感器输出的信号进行滤波、放大及模数转换。

作为本实用新型进一步的方案：所述的控制单元选用Freescale MC9S12DG128B单片机。

作为本实用新型进一步的方案：所述的通讯单元采用CAN总线通讯，CAN总线通讯主要包括CAN收发器和CAN控制器两部分。

作为本实用新型进一步的方案：所述的人机交互显示屏采用嵌入式一体化工控机TCP7062K，所述的工控机与控制单元通讯。

作为本实用新型进一步的方案：所述的电压传感选用JT0.004T20磁平衡式霍尔电压传感器，该型号传感器属于霍尔电压传感器，利用霍尔闭环零磁通原理，可以有效测量直流电压、交流电压及混合波形电压，具有测量精度高、灵敏性好、体积小、质量轻、易于安装和拆卸等特点；

所述的电流传感器选用TBC300LTA霍尔式电流传感器，其额定输入电流为300A，测量范围最大值为900A，响应速度快；

所述的温度传感器选用LM35DT温度传感器，该传感器输出电压值与温度值呈线性关系，具有低自热、低阻抗输出的优点。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）该电动汽车双能量源运行状态监控系统可以对双能量源中电池组、超级电容和功率变换器等主要部件进行监测，实时显示双能量源电流、电压、SOC及温度等参数，并提供数据存储的功能。使用者能够查看能量源各参数的历史曲线，有利于对其状态做进一步分析。采用基于MCGS嵌入式组态软件的电动汽车双能量源运行状态监控系统，开发周期短、风险小。

（2）该电动汽车双能量源运行状态监控系统的显示单元采用人机交互显示屏，使得驾驶员可以通过人机交互显示屏与双能量源进行交互，实现数据与指令的双向流动，具有智能化程度高、可移植性好的特点。

（3）该电动汽车双能量源运行状态监控系统在双能量源的状态超出设定范围时提供报警与急停功能，从而保证能量源的可靠性与安全性。当双能量源出现故障或失效时，依靠监控系统的存储单元还可实现故障数据的再现，作为双能量源数据的“黑匣子”，便于进行后续故障原因分析与责任划分鉴定。

（4）该电动汽车双能量源运行状态监控系统的传感器和控制单元等部件在控制领域市场份额大，技术成熟，价格便宜，便于所述监控系统的推广与实现量产。

（5）该电动汽车双能量源运行状态监控系统易于根据需求进行升级与优化，可扩展性好。

（6）该电动汽车双能量源运行状态监控系统通用性好，可适用于多种新能源汽车，涵盖乘用车与商用车范畴，具有广阔的应用市场。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例。

图1是电动汽车双能量源运行状态监控系统总体设计方案图；

图2是电压电流信号调理电路原理图；

图3是温度信号调理电路原理图；

图4是CAN通讯电路原理图；

图5是电动汽车双能量源运行状态监控系统启动界面；

图6是电动汽车双能量源运行状态监控系统状态自检界面；

图7是电动汽车双能量源运行状态监控系统主界面；

图8是电动汽车双能量源运行状态监控系统电池组数据动态监测界面；

图9是电动汽车双能量源运行状态监控系统超级电容数据动态监测界面；

图10是电动汽车双能量源运行状态监控系统电池组电压曲线界面；

图11是电动汽车双能量源运行状态监控系统电池组故障报警界面；

图12是电动汽车双能量源运行状态监控系统电池组电流报警指示界面；

图13是电动汽车双能量源运行状态监控系统实时数据显示界面；

图14是电动汽车双能量源运行状态监控系统历史数据显示界面；

图15是电动汽车双能量源运行状态监控系统报警变量阈值设置界面；

图16是电动汽车双能量源运行状态监控系统报警/故障信息界面；

图17是电动汽车双能量源运行状态监控系统电池组均衡状态异常报警界面。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

请参阅图1～17，本实用新型实施例中，一种电动汽车双能量源运行状态监控系统，包括硬件实施方案和软件实施方案两个部分组成。

硬件部分的实施方案如下：

参见图1，本实用新型的电动汽车双能量源运行状态监控系统包括控制单元、信号采集模块、信号调理电路、通讯单元和人机交互显示屏。

信号采集模块主要包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，用于采集电池、超级电容的电压、电流、温度信号以及功率变换器的温度信号。

信号调理电路包括电压、电流和温度信号调理电路，对传感器的输出信号进行处理，把传感器的输出信号调理为在控制和显示等过程中能直接被使用的信号或能被下位机接收的信号。

人机交互显示屏采用嵌入式一体化工控机TCP7062K，所述的工控机与控制单元通讯，用于对监控数据进行显示。

控制单元选用Freescale MC9S12DG128B 16位单片机，接收处理完成的信号。

通讯单元采用CAN总线通讯，完成控制单元与人机交互显示屏之间的数据传输及指令传输，用于控制器与显示屏之间的通讯，将控制器接收到的数据传输给显示屏，便于使驾驶员及时掌握能量源的状态，同时也通过驾驶员触摸显示屏上的相应按钮，控制能量源的工作，实现数据的双向流动。

参见图2，电压电流信号调理电路由运算放大器和电阻、电感元件组成，实现滤波、调零与电压跟随。

参加图3，温度信号调理电路包括电压跟随器和反向放大器，将传感器的信号进行滤波、放大、电平调节以及模数转换。电池-超级电容双能量源监控系统的传感器信号混有很强的噪声干扰。这些噪声干扰信号需要通过滤波降噪措施加以消除。

参见图4，上位机和单片机之间的通信双方都能发送和接收数据，采用CAN总线实现半双工通讯。CAN总线模块包括CAN收发器与CAN控制器两大部分。

软件部分的实施方案如下：

为了实现电动汽车双能量源运行状态的可视化监控，监控系统安装嵌入式操作系统，主要包括启动界面、自检界面、主界面、电池组动态监控界面、超级电容动态监控界面、功率变换器动态监控界面、电池组故障报警界面、电池组电压、电流、温度、SOC故障指示界面、超级电容故障报警界面、超级电容电压、电流、温度、SOC故障指示界面、功率变换器故障报警界面、实时数据显示界面、历史数据显示界面、报警变量阈值设置界面、报警/故障信息界面以及电池组均衡状态显示界面。

参见图5，启动界面为系统的初始界面，点击“进入系统”即可进入自检界面。

参见图6，自检界面用于监测整个监控系统的电源、上电、I/O口、串口，以及A/D转换器的状态。若某一部分出现异常，相应的指示灯闪烁。在确认监控系统处于正常状态后，点击“下一步”进入主界面。

参见图7，主界面用于显示剩余电量、续驶里程、充电状态，还包括跳转到“电池组动态监控”、“超级电容动态监控”、“功率变换器动态监控”、“电池组均衡状态”、“实时数据”、“历史数据”、“报警/故障信息”、“报警变量阈值设置”界面的按钮，以及电池故障报警指示灯、超级电容故障报警指示灯、功率变换器故障报警指示灯和急停按钮。

参见图8，电池组数据动态监测界面为“电池组电压曲线”、“电池组电流曲线”、“电池组温度曲线”、“电池组SOC曲线”的显示及“主界面”提供链接按钮，点击不同的按钮即可进入相应的界面。

参见图9，超级电容数据动态监测界面为“超级电容电压曲线”、“超级电容电流曲线”、“超级电容温度曲线”、“超级电容SOC曲线”的显示及“主界面”提供链接按钮，点击不同的按钮即可进入相应的界面。

功率变换器数据动态监测界面为“功率变换器温度”、“功率变换器效率”的显示及“主界面”提供链接按钮，点击不同的按钮即可进入相应的界面。

参见图10，电池组电压曲线界面实时显示各电池模块的电压随时间变化的关系。

参见图11，电池组故障报警界面显示电池组的电压、电流、温度和SOC状态。当某一状态出现异常，相应的报警指示灯闪烁，点击所对应的按钮，可查看出现异常的模块。

参见图12，电池电压、电流、温度和SOC故障指示界面指示各模块的状态。当某个模块出现异常，其状态值超出设定阈值，对应的指示灯闪烁。

超级电容故障报警界面显示超级电容电压、电流、温度和SOC的状态。当某一状态出现异常，相应的故障指示灯闪烁，点击所对应的按钮，可查看出现异常的模块。

超级电容电压、电流、温度、SOC故障指示界面指示各模块的状态。当某个模块出现异常，其状态值超出设定阈值，对应的指示灯闪烁。

功率变换器故障报警界面指示功率变换器温度和效率是否处于正常状态。当温度或效率出现异常，指示灯闪烁。

参见图13，实时报表界面将监测到的所有状态数据以数字的形式显示出来，实现了在同一界面中对监测信息的直观显示。数字的刷新频率与传感器的采样频率及控制单元的计算能力有关。

参见图14，历史数据监测界面用于显示历史数据。点击主界面的“历史数据”按钮可进入各部件的历史曲线显示界面，包括电池组、超级电容和功率变换器的历史电压、电流和温度。

参见图15，报警变量阈值设置界面可实现对各变量报警阈值的修改，在相应变量的阈值设置框内完成修改操作。建议在专业指导下完成阈值修改以保证系统的可靠性与安全性。

参见图16，报警/故障信息界面显示电池、超级电容和功率变换器的故障或报警信息。

参见图17，电池组均衡状态显示界面可显示电池组中各单体的均衡状态，当某一电池单体的状态与其他单体的状态出现较大差异时，该单体所在模块的报警灯闪烁，提示异常信息。

实施例2

本实用新型实施例中，一种电动汽车双能量源运行状态监控系统，与实施例1不同的是，所述的电压传感选用JT0.004T20磁平衡式霍尔电压传感器，该型号传感器属于霍尔电压传感器，利用霍尔闭环零磁通原理，可以有效测量直流电压、交流电压及混合波形电压，具有测量精度高、灵敏性好、体积小、质量轻、易于安装和拆卸等特点。

所述的电流传感器选用TBC300LTA霍尔式电流传感器，其额定输入电流为300A，测量范围最大值为900A，响应速度快。

所述的温度传感器选用LM35DT温度传感器，该传感器输出电压值与温度值呈线性关系，具有低自热、低阻抗输出的优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动汽车双能量源运行状态监控系统，其特征在于，包括信号采集模块、信号调理电路、控制单元、通讯单元和人机交互显示屏；

所述的信号采集模块用于采集电池、超级电容的电压、电流、温度信号以及功率变换器的温度信号；

所述的信号调理电路对传感器的输出信号进行处理；

所述的控制单元接收处理完成的信号；

所述的人机交互显示屏对监控数据进行显示；

所述的通讯单元完成控制单元与人机交互显示屏之间的数据传输及指令传输。

2.根据权利要求1所述的电动汽车双能量源运行状态监控系统，其特征在于：

所述的信号采集模块包括电压传感器、电流传感器和温度传感器。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车双能量源运行状态监控系统，其特征在于：

所述的信号调理电路包括电压、电流和温度信号调理电路。

4.根据权利要求1所述的电动汽车双能量源运行状态监控系统，其特征在于：

所述的控制单元选用Freescale MC9S12DG128B单片机。

5.根据权利要求1所述的电动汽车双能量源运行状态监控系统，其特征在于：

所述的通讯单元采用CAN总线通讯。

6.根据权利要求1所述的电动汽车双能量源运行状态监控系统，其特征在于：

所述的人机交互显示屏采用嵌入式一体化工控机TCP7062K，所述的工控机与控制单元通讯。

7.根据权利要求2所述的电动汽车双能量源运行状态监控系统，其特征在于：

所述的电压传感选用JT0.004T20磁平衡式霍尔电压传感器；

所述的电流传感器选用TBC300LTA霍尔式电流传感器；

所述的温度传感器选用LM35DT温度传感器。

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