專利名稱：電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開一種電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制方法，同時還提供了實現(xiàn)該方 法的裝置，屬于新能源汽車領域。
背景技術：
目前，現(xiàn)有電動汽車的電池管理系統(tǒng)主要具備以下功能管理電動汽車的動力電 池功率輸出，計算當前電池的剩余電量，以及動力電池的充放電控制，主要用途是遏制動力 電池的電流過放，為駕駛員提供能量信息保證續(xù)駛里程與行車安全，并在充電時動態(tài)校正 充電參數(shù)保障電池壽命等。但是當動力電池或電池管理系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時，電池管理系 統(tǒng)不能進行容錯處理，不能及時把故障信息顯示給駕駛者，造成一些安全隱患。現(xiàn)階段很多運營車輛比如電動公交車，企事業(yè)單位電動大巴班車等，由于工作環(huán) 境惡劣，因此容易出現(xiàn)動力電池故障錯誤。這會導致電池管理系統(tǒng)控制失效，如果這些錯誤 的信息上傳到整車控制器，甚至可以誤導整車控制器采取錯誤的動作，使得整個動力總成 的各個部件功能紊亂。不僅如此，由于每臺電動汽車都裝備高壓電池組，如果高壓電池出現(xiàn) 泄露，將對車輛和乘客產生極大的危害。傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)對這些故障往往無能為力。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開一種電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制方法，解決了傳統(tǒng)的電池管理 系統(tǒng)對電動汽車容易出現(xiàn)動力電池故障往往無能為力的問題。本發(fā)明還提供了實現(xiàn)該方法的控制裝置，它會在車輛出現(xiàn)常見故障時，為電池管 理系統(tǒng)提供相應的處理方法。本發(fā)明電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制方法技術解決方案如下
利用微控制器的通信模塊，經電平轉換后與電動汽車電池管理系統(tǒng)的CAN總線接口相 連，讀取電池管理系統(tǒng)的故障碼，解析相應的故障信息，寫入數(shù)據(jù)存儲單元內備份，并將信 息通過人機交互單元顯示給駕駛員。微處理器會依據(jù)此故障信息，選擇相應的容錯控制策 略，由通信模塊向電池管理系統(tǒng)發(fā)送容錯控制命令。電池管理系統(tǒng)依照此命令，執(zhí)行容錯處 理動作。微控制器的另一路通信模塊，經電平轉換后與汽車診斷接口相連接，采集車輛實 時狀態(tài)信息，并將采集的信息以一定的協(xié)議格式寫入數(shù)據(jù)存儲單元備份。數(shù)據(jù)存儲單元的 數(shù)據(jù)可以通過驅動電路，自動轉存到可移動存儲設備中，供與裝置配套的上位機應用軟件 進行數(shù)據(jù)分析(參見圖1)。實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的電池管理系統(tǒng)容錯控制裝置，其特征在于
容錯控制裝置主要由微控制器(MCU — Micro Control Unit)、控制器局部網(CAN — Controller Area Network)收發(fā)器、FLASH數(shù)據(jù)存儲單元、LCD顯示屏和安全數(shù)碼(SD — Secure Digital)卡驅動電路構成。其中，MCU的CAN通信模塊，經CAN收發(fā)器電平轉換后 與電池管理系統(tǒng)(BMS— Battery Management System)的CAN總線接口相連，讀取BMS的故障碼，解析出當前BMS的故障信息，寫入FLASH數(shù)據(jù)存儲單元備份，并將信息顯示在LCD顯 示屏上，供駕駛員查看。同時容錯控制裝置會依據(jù)此故障信息，選擇相應的容錯控制策略， 由CAN通信模塊向BMS發(fā)送容錯控制命令。BMS依據(jù)此命令，執(zhí)行容錯處理動作。容錯控制裝置MCU的另一路CAN通信模塊，經CAN收發(fā)器做電平轉換后與汽車診 斷接口連接，采集車輛實時狀態(tài)信息，并將采集的信息以一定的協(xié)議格式寫入FLASH數(shù)據(jù) 存儲單元備份。FLASH中的數(shù)據(jù)可以由MCU的SD主機控制(SDHC — Secure Digital Host Control)模塊，經SD驅動電路自動轉存到可移動設備——SD卡中，供與裝置配套的上位機 應用軟件進行數(shù)據(jù)分析。本發(fā)明電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制裝置具體結構如下
MCU的CAN通信模塊1的信號接收管腳CAN1_RXD和信號發(fā)送管腳CAN1_T)(D與CAN收 發(fā)器1的信號接收管腳RXD和信號發(fā)送管腳T)(D相連接，完成CAN總線的TTL電平傳輸； CAN收發(fā)器1的CANH端和CANL端與BMS的CAN總線接口 CANH端和CANL端相連，完成CAN 總線的差分電平傳輸，這樣就實現(xiàn)了 TTL電平與差分電平的轉換。FLASH數(shù)據(jù)存儲單元的讀寫采用擴展總線的方式，其寫保護線WP#、復位線RST#、 讀使能線0E#、寫使能線WE#、芯片片選線CE#，分別與MCU的擴展總線WP、Reset、RE、TO、CE 引腳連接完成FLASH的數(shù)據(jù)存儲控制功能。其中FLASH數(shù)據(jù)輸入/輸出線D(TD15分別與 MCU的引腳ExD0 ExD15連接，地址輸入線Α(ΓΑ25分別與MCU的引腳ExA0 ExD25連接。LCD 顯示屏由 MCU 的串行外設接口(SPI — krial Peripheral Interface)
來驅動。MCU的芯片選擇CS、串行時鐘SCK、主出從入M0SI、主入從出MISO引腳連接分別與 IXD顯示屏CS、CLK、MISO、MOSI引腳連接；IXD的數(shù)據(jù)顯示，由M⑶通過查表的方式解碼實 現(xiàn)。MCU的SDHC模塊經SD驅動電路處理后，可以完成MCU與SD卡之間數(shù)據(jù)鏈路層對 接，實現(xiàn)MCU與SD卡之間的數(shù)據(jù)交互。SDHC的SD數(shù)據(jù)線SDDAT0 SDDAT3、時鐘線SDCLK、 命令線SDCMD分別與SD卡座接口 DAT(TDAT3、CLK、CMD連接，用戶在使用時，只需將SD卡插
進插座即可。MCU的CAN通信模塊2的信號接收管腳CAN2_RXD和信號發(fā)送管腳CAN2_T)(D與CAN 收發(fā)器2的信號接收管腳RXD和信號發(fā)送管腳T)(D相連接，完成CAN總線的TTL電平傳輸； CAN收發(fā)器2的CANH端和CANL端與汽車診斷接口的CAN總線接口 CANH端和CANL端相連， 完成CAN總線的差分電平傳輸，這樣就實現(xiàn)了 TTL電平與差分電平的轉換。一般說來，電池故障主要分為以下四種
(1).電池漏電故障容錯控制當高壓電源電極與車身之間的絕緣電阻絕緣性低于規(guī) 定的標準時，BMS即認為高壓電池發(fā)生漏電，并通過CAN總線發(fā)送故障信息。容錯裝置可以 經由CAN收發(fā)器1和CAN模塊1截獲BMS報文，當MCU解析到出現(xiàn)電池漏電故障時，立即采 用切斷動力母線輸出的容錯控制策略，通過CAN模塊1傳回BMS。BMS接到容錯裝置命令后， 采用斷開主回路繼電器的方式，完成本次容錯控制的操作。同時容錯控制裝置會將本次報 文，通過MCU的擴展總線寫入FLASH數(shù)據(jù)存儲單元備份，并通過SPI接口控制IXD顯示屏， 把故障信息提示給駕駛員。(2).電池電壓故障容錯控制電池管理系統(tǒng)一般采用電壓巡檢的方法，監(jiān)測高壓 電池包內各個單體的電壓及總電壓，若當前電壓高于或低于標準電壓值，BMS將通過CAN總線發(fā)送故障信息。容錯裝置通過截獲的BMS報文，若發(fā)現(xiàn)是過壓故障，則向BMS發(fā)送啟動電 壓被動均衡的容錯控制策略，BMS接到容錯裝置命令后，打開被動均衡電路，讓過壓的電池 通過均衡電阻消耗掉部分電能降低電壓；若發(fā)現(xiàn)是欠壓故障，則向BMS發(fā)送啟動電壓主動 均衡的容錯控制策略，BMS接到容錯裝置命令后，打開主動均衡電路，讓車載12V電池為欠 壓的電池充電補充電能升高電壓。同時容錯控制裝置會將本次報文，通過MCU的擴展總線 寫入FLASH數(shù)據(jù)存儲單元備份，并通過SPI接口控制LCD顯示屏，把故障信息提示給駕駛 員O(3).電池溫度的故障容錯控制一電池管理系統(tǒng)將對動力電池箱的各采樣點溫 度進行監(jiān)控。如果各個采樣點的溫度差異過大，說明電池箱內工作溫度異常，BMS將通過 CAN總線發(fā)送故障信息。容錯裝置通過截獲的BMS報文，若發(fā)現(xiàn)是電池溫度故障，則向BMS 發(fā)送啟動冷卻裝置的容錯控制策略，BMS接到容錯裝置命令后，打開冷卻風扇，平衡電池箱 溫度。同時容錯控制裝置會將本次報文，通過MCU的擴展總線寫入FLASH數(shù)據(jù)存儲單元備 份，并通過SPI接口控制LCD顯示屏，把故障信息提示給駕駛員。(4).電池電流的故障容錯控制——電池管理系統(tǒng)將對動力電池的輸出電流進行 監(jiān)控，并通過采樣值的波動來判斷電池的電流是否出現(xiàn)故障。如果檢測到電池電流出現(xiàn)故 障，BMS將通過CAN總線發(fā)送故障信息。容錯裝置通過截獲的BMS報文，若發(fā)現(xiàn)是電池電流 故障，則向BMS發(fā)送降功率等級的容錯控制策略，BMS接到容錯裝置命令后，會采用限流輸 出的方法，降低電機功率從而使電流輸出趨于穩(wěn)定。同時容錯控制裝置會將本次報文，通過 MCU的擴展總線寫入FLASH數(shù)據(jù)存儲單元備份，并通過SPI接口控制IXD顯示屏，把故障信 息提示給駕駛員。容錯控制裝置在截獲BMS報文，采取相應的控制策略同時，還通過CAN收發(fā)器2和 CAN模塊2獲取汽車診斷接口的信息，由擴展總線把本次車輛在運行期間的故障寫入FLASH 數(shù)據(jù)存儲單元，并通過SDHC模塊和SD驅動電路自動轉存到SD卡中。當本次行駛結束后， 工作人員可以拔出SD卡，通過上位機的容錯控制裝置配套軟件，分析本次行駛情況，獲知 駕駛員的駕駛行為、車輛工況、故障情況等珍貴信息。本發(fā)明積極效果在于可減少電動汽車由于小問題未及時處理而釀成的事故，由 于擁有顯示故障信息的LCD顯示屏，它可以有效地通過燈光、聲音等提醒方式及時通知駕 駛員了解車況，避免意外發(fā)生，從而大幅度提高了行車安全、保證了人民的性命和財產安全。此外，本發(fā)明還實現(xiàn)了整車實時數(shù)據(jù)采集及存儲功能，為之后精確維修故障提供 真實的數(shù)據(jù)依據(jù)。而輕便、快捷、經濟、可移動的SD卡接口，也為專業(yè)分析人士提供了極大 的方便。


圖1為本發(fā)明結構框圖； 圖2為本發(fā)明電路原理圖。
具體實施例方式實施例1
6容錯控制裝置主要由MCU、CAN收發(fā)器、FLASH數(shù)據(jù)存儲單元、IXD顯示屏和SD卡驅動 電路構成。其中，MCU的CAN通信模塊，經CAN收發(fā)器電平轉換后與BMS的CAN總線接口相 連，讀取BMS的故障碼，解析出當前BMS的故障信息，寫入FLASH數(shù)據(jù)存儲單元備份，并將信 息顯示在LCD顯示屏上，供駕駛員查看。同時容錯控制裝置會依據(jù)此故障信息，選擇相應的 容錯控制策略，由CAN通信模塊向BMS發(fā)送容錯控制命令。BMS依據(jù)此命令，執(zhí)行容錯處理 動作。容錯控制裝置MCU的另一路CAN通信模塊，經CAN收發(fā)器做電平轉換后與汽車診 斷接口連接，采集車輛實時狀態(tài)信息，并將采集的信息以一定的協(xié)議格式寫入FLASH數(shù)據(jù) 存儲單元備份。FLASH中的數(shù)據(jù)可以由MCU的SDHC模塊，經SD驅動電路自動轉存到可移動 設備——SD卡中，供與裝置配套的上位機應用軟件進行數(shù)據(jù)分析。實施例2
如圖2所示MCU的CAN通信模塊1的信號接收管腳CAN1_RXD和信號發(fā)送管腳CAN1_ TXD與CAN收發(fā)器1的信號接收管腳RXD和信號發(fā)送管腳T)(D相連接，完成CAN總線的TTL 電平傳輸；CAN收發(fā)器1的CANHl端和CANLl端與BMS的CAN總線接口 CANH端和CANL端 相連，完成CAN總線的差分電平傳輸，這樣就實現(xiàn)了 TTL電平與差分電平的轉換。FLASH數(shù)據(jù)存儲單元的讀寫采用擴展總線的方式，其寫保護線WP#、復位線RST#、 讀使能線0E#、寫使能線、芯片片選線CE#，分別與MCU的擴展總線引腳連接完成FLASH 的數(shù)據(jù)存儲功能。其中FLASH數(shù)據(jù)輸入/輸出線D0 D15分別與MCU的引腳ExD(TExD15連 接，地址輸入線Α(ΓΑ25分別與MCU的引腳ExA(TExD25連接。LCD 顯示屏由 MCU 的串行外設接口(SPI — krial Peripheral Interface)
來驅動。MCU的芯片選擇CS、串行時鐘SCK、主出從入M0SI、主入從出MISO引腳連接分別與 IXD顯示屏接口 CS、CLK、MISO、MOSI引腳連接；IXD的數(shù)據(jù)顯示，由MCU通過查表的方式解 碼實現(xiàn)。MCU的SDHC模塊經SD驅動電路處理后，可以完成MCU與SD卡之間數(shù)據(jù)鏈路層對 接，實現(xiàn)MCU與SD卡之間的數(shù)據(jù)交互。SDHC的SD數(shù)據(jù)線SDDAT0 SDDAT3、時鐘線SDCLK、 命令線SDCMD分別與SD卡座接口 DAT(TDAT3、CLK、CMD連接，用戶在使用時，只需將SD卡插
進插座即可。MCU的CAN通信模塊2的信號接收管腳CAN2_RXD和信號發(fā)送管腳CAN2_T)(D與CAN 收發(fā)器2的信號接收管腳RXD和信號發(fā)送管腳T)(D相連接，完成CAN總線的TTL電平傳輸； CAN收發(fā)器2的CANH2端和CANL2端與汽車診斷接口的CAN總線接口 CANH端和CANL端相 連，完成CAN總線的差分電平傳輸，這樣就實現(xiàn)了 TTL電平與差分電平的轉換。
權利要求
1.一種電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制方法，其特征在于利用微控制器的通信模塊，經電平轉換后與電動汽車電池管理系統(tǒng)的CAN總線接口相 連，讀取電池管理系統(tǒng)的故障碼，解析相應的故障信息，寫入數(shù)據(jù)存儲單元內備份，并將信 息通過人機交互單元顯示給駕駛員；微控制器依據(jù)此故障信息，選擇相應的容錯控制策略， 由通信模塊向電池管理系統(tǒng)發(fā)送容錯控制命令；電池管理系統(tǒng)依照此命令，執(zhí)行容錯處理 動作。
2.根據(jù)權利要求1所述的容錯控制方法，其特征在于微控制器的另一路通信模塊，經電平轉換后與汽車診斷接口相連接，采集車輛實時狀 態(tài)信息，并將采集的信息以一定的協(xié)議格式寫入數(shù)據(jù)存儲單元備份；數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù) 可以通過驅動電路，自動轉存到可移動存儲設備中，供與裝置配套的上位機應用軟件進行 數(shù)據(jù)分析。
3.實現(xiàn)權利要求1所述方法的電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制裝置，其特征在于 主要由微控制器、控制器局部網的CAN收發(fā)器、FLASH數(shù)據(jù)存儲單元、IXD顯示屏和安全數(shù)碼 卡驅動電路構成，其中，微控制器的CAN通信模塊，經CAN收發(fā)器電平轉換后與電池管理系 統(tǒng)的CAN總線接口相連，讀取電池管理系統(tǒng)的故障碼，解析出當前電池管理系統(tǒng)的故障信 息，寫入FLASH數(shù)據(jù)存儲單元備份，并將信息顯示在LCD顯示屏上，供駕駛員查看；微控制器 依據(jù)此故障信息，選擇相應的容錯控制策略，由CAN通信模塊向電池管理系統(tǒng)發(fā)送容錯控 制命令；電池管理系統(tǒng)依據(jù)此命令，執(zhí)行容錯處理動作。
4.實現(xiàn)權利要求2所述方法的電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制裝置，其特征在 于微控制器的另一路CAN通信模塊，經CAN收發(fā)器做電平轉換后與汽車診斷接口連接，采 集車輛實時狀態(tài)信息，并將采集的信息以協(xié)議格式寫入FLASH數(shù)據(jù)存儲單元備份；FLASH中 的數(shù)據(jù)可以由微控制器的SD主機控制模塊，經SD驅動電路自動轉存到可移動設備——SD 卡中，供與裝置配套的上位機應用軟件進行數(shù)據(jù)分析。
5.根據(jù)權利要求1所述方法的電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制裝置，其特征在于 微控制器的CAN通信模塊1的信號接收管腳CAN1_RXD和信號發(fā)送管腳CAN1_T)(D與CAN收 發(fā)器1的信號接收管腳RXD和信號發(fā)送管腳T)(D相連接，完成CAN總線的TTL電平傳輸； CAN收發(fā)器1的CANH端和CANL端與BMS的CAN總線接口 CANH端和CANL端相連，完成CAN 總線的差分電平傳輸，這樣就實現(xiàn)了 TTL電平與差分電平的轉換；FLASH數(shù)據(jù)存儲單元的讀寫采用擴展總線的方式，其寫保護線WP#、復位線RST#、讀使 能線0E#、寫使能線WE#、芯片片選線CE#，分別與MCU的擴展總線WP、Reset、RE、WE、CE引 腳連接完成FLASH的數(shù)據(jù)存儲控制功能；其中FLASH數(shù)據(jù)輸入/輸出線D(TD15分別與MCU 的引腳ExD(TExD15連接，地址輸入線Α(ΓΑ25分別與微控制器的引腳ExA(TExD25連接；LCD顯示屏由微控制器的串行外設接口模塊來驅動；微控制器的芯片選擇CS、串行時 鐘SCK、主出從入M0SI、主入從出MISO引腳連接分別與LCD顯示屏CS、CLK、MISO、MOSI引 腳連接；LCD的數(shù)據(jù)顯示，由微控制器通過查表的方式解碼實現(xiàn)；微控制器的SDHC模塊經SD驅動電路處理后，可以完成微控制器與SD卡之間數(shù)據(jù)鏈路 層對接實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；SDHC的SD數(shù)據(jù)線SDDAIXT SDDAT3、時鐘線SDCLK、命令線SDCMD分 別與SD卡座接口 DAT(TDAT3、CLK、CMD連接，用戶在使用時，只需將SD卡插進插座即可。
6.根據(jù)權利要求2所述方法的電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制裝置，其特征在于微控制器的CAN通信模塊2的信號接收管腳CAN2_RXD和信號發(fā)送管腳CAN2_T)(D與CAN收 發(fā)器2的信號接收管腳R)(D和信號發(fā)送管腳 )相連接，完成CAN總線的TTL電平傳輸；CAN 收發(fā)器2的CANH端和CANL端與汽車診斷接口的CAN總線接口 CANH端和CANL端相連，完 成CAN總線的差分電平傳輸，這樣就實現(xiàn)了 TTL電平與差分電平的轉換。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電動汽車的電池管理系統(tǒng)容錯控制方法及裝置，利用微控制器的通信模塊，經電平轉換后與電動汽車電池管理系統(tǒng)的CAN總線接口相連，讀取電池管理系統(tǒng)的故障碼，解析相應的故障信息，寫入數(shù)據(jù)存儲單元內備份，并將信息通過人機交互單元顯示給駕駛員。微處理器會依據(jù)此故障信息，選擇相應的容錯控制策略，由通信模塊向電池管理系統(tǒng)發(fā)送容錯控制命令。電池管理系統(tǒng)依照此命令，執(zhí)行容錯處理動作?？蓽p少電動汽車由于小問題未及時處理而釀成的事故，由于擁有顯示故障信息的LCD顯示屏，它可以有效地通過燈光、聲音等提醒方式及時通知駕駛員了解車況，避免意外發(fā)生，從而大幅度提高了行車安全、保證了人民的性命和財產安全。
文檔編號B60L11/18GK102122732SQ20111000442
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權日2011年1月11日
發(fā)明者丁勇, 拱印生, 朱慶林, 王東晨, 董冰, 趙孝國 申請人:啟明信息技術股份有限公司