電動(dòng)汽車電池管理裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供電動(dòng)汽車電池管理裝置，包括DSP控制器，以及與DSP控制器均相連的電壓采集、電流采集、溫度采集、電池均衡和GPS/GPRS等模塊；其中，DSP控制器由一DSP芯片及其外圍電路形成；電壓采集模塊包括可控開(kāi)關(guān)S1、S2、S3、S4，以及電容C、第一A/D轉(zhuǎn)換器和第一單片機(jī)MCU；電流采集模塊包括依序連接的霍爾電流傳感器、第二A/D轉(zhuǎn)換器和第二單片機(jī)MCU；溫度采集模塊包括依序連接的數(shù)字溫度傳感器和第三單片機(jī)MCU；電池均衡模塊包括多個(gè)與蓄電池單體相并聯(lián)的均衡單元，均衡單元均包括一電阻R和一均衡開(kāi)關(guān)K。實(shí)施本實(shí)用新型，克服電動(dòng)汽車蓄電池參數(shù)難測(cè)量和測(cè)量不準(zhǔn)而導(dǎo)致電動(dòng)汽車不能及時(shí)補(bǔ)充電量的不足，并提高蓄電池使用壽命。
【專利說(shuō)明】
電動(dòng)汽車電池管理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電動(dòng)車電池管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電動(dòng)汽車電池管理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電池管理技術(shù)是保證電動(dòng)汽車安全、提高能量的使用效率的一項(xiàng)相當(dāng)重要的技術(shù)。電池管理裝置通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)重要參數(shù)包括剩余容量、充放電電流、端電壓和溫度等的準(zhǔn)確測(cè)量，精確估計(jì)動(dòng)力電池組剩余電量以保證電動(dòng)車的續(xù)航能力，同時(shí)防止電池的過(guò)充過(guò)放，保證整車的安全以及延長(zhǎng)電動(dòng)汽車電池的使用壽命。
[0003]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的電池管理裝置存在不足之處，其不足之處在于:一、蓄電池的端電壓通常采用共模法、差模法和V/F法，但是這些方法的共同缺點(diǎn)是無(wú)法有效隔離電池組(強(qiáng)電)與車電系統(tǒng)(弱電)，并且電動(dòng)汽車上的串并聯(lián)電池?cái)?shù)較多，電壓測(cè)量所采用的電阻、運(yùn)放等器件，容易受溫度、電阻精度影響產(chǎn)生偏差;二、蓄電池的電流檢測(cè)通常以采樣電阻法為代表的間接測(cè)量法，但是這種方法要將采樣電阻串接于主功率回路中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與控制回路的隔離，不適用于蓄電池管理裝置中；三、由于蓄電池內(nèi)部的溫度通常難以測(cè)量，通常采用檢測(cè)蓄電池運(yùn)行場(chǎng)所的環(huán)境溫度來(lái)代替，常用的溫度檢測(cè)方法是通過(guò)熱電偶和熱電阻傳感器來(lái)檢測(cè)，熱電偶和熱電阻傳感器都易受使用場(chǎng)所限制且具有熱傳導(dǎo)誤差大的缺點(diǎn)，會(huì)使溫度的檢測(cè)出現(xiàn)偏差；四、傳統(tǒng)的汽車電池管理裝置往往只側(cè)重于電池參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，而忽略了電池對(duì)均衡的要求，而為了達(dá)到動(dòng)力要求，電動(dòng)汽車需要將多節(jié)單體電池串并聯(lián)使用，由于各個(gè)單體電池存在不一致性，成組使用后會(huì)帶來(lái)性能、壽命和安全性方面的隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種電動(dòng)汽車電池管理裝置，克服電動(dòng)汽車蓄電池參數(shù)難測(cè)量和測(cè)量不準(zhǔn)而導(dǎo)致電動(dòng)汽車不能及時(shí)補(bǔ)充電量的不足，并提尚蓄電池使用壽命。
[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種電動(dòng)車電池管理裝置，包括DSP控制器，以及與所述DSP控制器均相連的電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度采集模塊、電池均衡模塊和GPS/GPRS模塊;其中，
[0006]所述DSP控制器由一DSP芯片及其外圍電路形成；
[0007]所述電壓采集模塊包括可控開(kāi)關(guān)S1、可控開(kāi)關(guān)S2、可控開(kāi)關(guān)S3、可控開(kāi)關(guān)S4，以及電容C、第一A/D轉(zhuǎn)換器和第一單片機(jī)MCU;其中，可控開(kāi)關(guān)SI和可控開(kāi)關(guān)S2的一端并聯(lián)在蓄電池組上，另一端并聯(lián)在所述電容C上;可控開(kāi)關(guān)S3和可控開(kāi)關(guān)S4—端并聯(lián)在所述電容C上，另一端連接在所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器上;所述可控開(kāi)關(guān)S1、可控開(kāi)關(guān)S2、可控開(kāi)關(guān)S3、可控開(kāi)關(guān)S4及所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器還分別通過(guò)控制線與所述第一單片機(jī)MCU相連;所述電流采集模塊包括依序連接的霍爾電流傳感器、第二 A/D轉(zhuǎn)換器和第二單片機(jī)MCU;其中，所述霍爾電流傳感器串聯(lián)在所述蓄電池組和負(fù)載之間；
[0008]所述溫度采集模塊包括依序連接的DS18B20數(shù)字溫度傳感器和第三單片機(jī)M⑶;其中，所述DS18B20數(shù)字溫度傳感器靠近所述蓄電池組放置；
[0009]所述電池均衡模塊包括多個(gè)均衡單元，且每一均衡單元均與一蓄電池單體相并聯(lián)，所述每一均衡單元均包括一電阻R和一均衡開(kāi)關(guān)K;其中，每一均衡開(kāi)關(guān)K均由PffM信號(hào)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閉合或斷開(kāi)。
[0010]其中，所述電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度采集模塊、電池均衡模塊及GPS/GPRS模塊均通過(guò)內(nèi)部通信的CAN總線與所述DSP控制器相連。
[0011]其中，當(dāng)所述第一單片機(jī)MCU控制所述可控開(kāi)關(guān)SI和所述可控開(kāi)關(guān)S2均閉合時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述蓄電池組對(duì)所述電容C充電；當(dāng)所述第一單片機(jī)MCU控制所述可控開(kāi)關(guān)S3和所述可控開(kāi)關(guān)S4均閉合時(shí)，并進(jìn)一步控制所述可控開(kāi)關(guān)SI和所述可控開(kāi)關(guān)S2均斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述蓄電池組的電壓采集。
[0012]其中，所述霍爾電流傳感器包括磁芯、霍爾元件和導(dǎo)體;其中，所述導(dǎo)體串聯(lián)在負(fù)載與電池之間；所述磁芯套接在所述導(dǎo)體的外表面上，并與所述霍爾元件進(jìn)行磁吸感應(yīng);所述霍爾元件連接在所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器上。
[0013]實(shí)施本實(shí)用新型實(shí)施例，具有如下有益效果:
[0014]采用電壓、電流和溫度檢測(cè)裝置對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池剩余容量、蓄電池內(nèi)部溫度、蓄電池端電壓和充放電電流的準(zhǔn)確測(cè)量，精確估計(jì)電動(dòng)汽車電池剩余電量以保證電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，同時(shí)防止蓄電池的過(guò)充過(guò)放，保證整車的安全以及延長(zhǎng)電動(dòng)汽車蓄電池的使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0015]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本實(shí)用新型的范疇。
[0016]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種電動(dòng)車電池管理裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接框圖；
[0017]圖2為圖1中電壓采集模塊的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為圖2中電壓采集模塊給電容C進(jìn)行充電的電壓變化曲線圖；
[0019]圖4為圖1中電流采集模塊的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為圖4中電流采集模塊內(nèi)霍爾電流傳感器工作原理示意圖；
[0021]圖6為圖1中溫度采集模塊的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7為圖1中電池均衡模塊的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種電動(dòng)車電池管理裝置與電動(dòng)汽車智能充電組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0025]如圖1至圖8所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例中，提供的一種電動(dòng)車電池管理裝置，包括DSP控制器I，以及與DSP控制器I均相連的電壓采集模塊2、電流采集模塊3、溫度采集模塊4、電池均衡模塊5和GPS/GPRS模塊6;其中，
[0026]DSP控制器I由一 DSP芯片及其外圍電路形成；
[0027]電壓采集模塊2包括可控開(kāi)關(guān)S1、可控開(kāi)關(guān)S2、可控開(kāi)關(guān)S3、可控開(kāi)關(guān)S4，以及電容C、第一A/D轉(zhuǎn)換器和第一單片機(jī)MCU;其中，可控開(kāi)關(guān)SI和可控開(kāi)關(guān)S2的一端并聯(lián)在蓄電池組上，另一端并聯(lián)在電容C上;可控開(kāi)關(guān)S3和可控開(kāi)關(guān)S4—端并聯(lián)在電容C上，另一端連接在第一A/D轉(zhuǎn)換器上；可控開(kāi)關(guān)S1、可控開(kāi)關(guān)S2、可控開(kāi)關(guān)S3、可控開(kāi)關(guān)S4及第一A/D轉(zhuǎn)換器還分別通過(guò)控制線與第一單片機(jī)MCU相連；
[0028]電流采集模塊3包括依序連接的霍爾電流傳感器、第二A/D轉(zhuǎn)換器和第二單片機(jī)MCU;其中，霍爾電流傳感器串聯(lián)在蓄電池組和負(fù)載之間；
[0029]溫度采集模塊4包括依序連接的DS18B20數(shù)字溫度傳感器和第三單片機(jī)M⑶;其中，DS18B20數(shù)字溫度傳感器靠近蓄電池組放置；
[0030]電池均衡模塊5包括多個(gè)均衡單元，且每一均衡單元均與一蓄電池單體相并聯(lián)，每一均衡單元均包括一電阻R和一均衡開(kāi)關(guān)K;其中，每一均衡開(kāi)關(guān)K均由PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閉合或斷開(kāi)。
[0031]應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，電壓采集模塊2、電流采集模塊3、溫度采集模塊4、電池均衡模塊5及GPS/GPRS模塊6均通過(guò)內(nèi)部通信的CAN總線與DSP控制器I相連
[0032]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，電壓檢測(cè)模塊2、電流檢測(cè)模塊3、溫度檢測(cè)模塊4負(fù)責(zé)檢測(cè)蓄電池的參數(shù)用以估算電池剩余容量，電池均衡模塊5用來(lái)對(duì)不一致的電池進(jìn)行均衡，以提高電池的使用壽命。而GPS/GPRS模塊6中，GPS用來(lái)定位汽車所在位置，GPRS用來(lái)聯(lián)系監(jiān)控中心，還使得系統(tǒng)能在剩余電量不足的時(shí)候自動(dòng)查找距離最近且在線排隊(duì)時(shí)間最短的充電站，并進(jìn)行充電，以保證續(xù)航;在電動(dòng)汽車出現(xiàn)故障的情況下，還可以通過(guò)GPS/GPRS模塊6與監(jiān)控中心取得聯(lián)系，并將當(dāng)前位置信息發(fā)送給監(jiān)控中心
[0033]如圖2所示，第一單片機(jī)MCU的一個(gè)I/O口與可控開(kāi)關(guān)SI和可控開(kāi)關(guān)S2均相連，另一個(gè)I/O 口與可控開(kāi)關(guān)S3和可控開(kāi)關(guān)S4均相連，第一單片機(jī)M⑶能夠控制可控開(kāi)關(guān)SI至S4的閉合或斷開(kāi)。當(dāng)?shù)谝粏纹瑱C(jī)MCU控制可控開(kāi)關(guān)SI和可控開(kāi)關(guān)S2均閉合時(shí)，實(shí)現(xiàn)蓄電池組對(duì)電容C充電，如圖3所示，為電容C典型充電曲線；當(dāng)?shù)谝粏纹瑱C(jī)MCU控制可控開(kāi)關(guān)S3和可控開(kāi)關(guān)S4均閉合時(shí)，并進(jìn)一步控制可控開(kāi)關(guān)SI和可控開(kāi)關(guān)S2均斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的電壓采集，SP完成一次電壓采集任務(wù)。
[0034]如圖4所示，電流檢測(cè)模塊3的霍爾電流傳感器串接在蓄電池與負(fù)載之間，第二單片機(jī)MCU處理第二 A/D轉(zhuǎn)換器送來(lái)的數(shù)據(jù)，完成由模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。
[0035]如圖5所示，霍爾電流傳感器包括磁芯、霍爾元件和導(dǎo)體;其中，導(dǎo)體串聯(lián)在負(fù)載與電池之間；磁芯套接在所述導(dǎo)體的外表面上，并與霍爾元件進(jìn)行磁吸感應(yīng);霍爾元件連接在第二 A/D轉(zhuǎn)換器上。
[0036]使用時(shí)將導(dǎo)體串聯(lián)在負(fù)載與電池之間，霍爾元件連接在第二A/D轉(zhuǎn)換器上。當(dāng)導(dǎo)體中流過(guò)電流時(shí)，由于電磁感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)會(huì)聚集在磁芯上，通過(guò)霍爾元件的霍爾效應(yīng)，將流過(guò)的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)傳給A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)第二單片機(jī)MCU的處理完成電流的采集。霍爾電流傳感器是利用霍爾效應(yīng)將一次電流變換為二次電壓信號(hào)的傳感器。
[0037]如圖6所示，溫度檢測(cè)模塊4包括數(shù)字溫度傳感器DS18B20和第三單片機(jī)MCU;DS18B20溫度傳感器，具有體積小，硬件開(kāi)銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。并且在使用中不需要任何外圍元件，僅需要一條口線，即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。
[0038]如圖7所示，電池均衡模塊5包括多個(gè)均衡單元，其中，每一均衡單元均包括一均衡開(kāi)關(guān)K和一電阻，如均衡開(kāi)關(guān)Kl至Kn、電阻Rl至Rn。均衡開(kāi)關(guān)由PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)，ic是充放電電流，每個(gè)單體電池都由I個(gè)均衡開(kāi)關(guān)K和均衡電阻R構(gòu)成的均衡控制單元與之對(duì)應(yīng)，該單體電池的充放電電流和均衡電流分別為i b和i e。
[0039]如果沒(méi)有均衡電路，那么流過(guò)蓄電池的電流為ic，當(dāng)加入均衡電路之后，流過(guò)蓄電池的電流為ib，流過(guò)均衡電阻的電流為ie，它們之間的關(guān)系為:
[0040]ib = ic_ie
[0041 ]通過(guò)控制均衡開(kāi)關(guān)K的閉合，可以控制均衡電流i e的大小，從而可以控制實(shí)際流過(guò)蓄電池的電流i b的大小，通過(guò)這種方法可以做到針對(duì)不一致的單體電池進(jìn)行區(qū)別性充放電，從而保證各個(gè)單體電池的均衡，消除電池使用過(guò)程中單體電池不一致對(duì)電池組性能的影響。
[0042]如圖8所示，電動(dòng)汽車智能充電組網(wǎng)主要包括GPS衛(wèi)星、GPRS無(wú)線信號(hào)塔、監(jiān)控中心和充電站。通過(guò)組網(wǎng)使得電池管理裝置能在剩余電量不足的時(shí)候自動(dòng)查找距離最近且在線排隊(duì)時(shí)間最短的充電站，并進(jìn)行充電，以保證續(xù)航;還能在電動(dòng)汽車出現(xiàn)故障的情況下，通過(guò)GPS/GPRS模塊6與監(jiān)控中心取得聯(lián)系，并將當(dāng)前位置信息發(fā)送給監(jiān)控中心。
[0043]實(shí)施本實(shí)用新型實(shí)施例，具有如下有益效果:
[0044]采用電壓、電流和溫度檢測(cè)裝置對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池剩余容量、蓄電池內(nèi)部溫度、蓄電池端電壓和充放電電流的準(zhǔn)確測(cè)量，精確估計(jì)電動(dòng)汽車電池剩余電量以保證電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，同時(shí)防止蓄電池的過(guò)充過(guò)放，保證整車的安全以及延長(zhǎng)電動(dòng)汽車蓄電池的使用壽命。
[0045]以上所揭露的僅為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本實(shí)用新型之權(quán)利范圍，因此依本實(shí)用新型權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本實(shí)用新型所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電動(dòng)汽車電池管理裝置，其特征在于，包括DSP控制器(I)，以及與所述DSP控制器(I)均相連的電壓采集模塊(2)、電流采集模塊(3)、溫度采集模塊(4)、電池均衡模塊(5)和GPS/GPRS模塊(6);其中， 所述DSP控制器(I)由一DSP芯片及其外圍電路形成； 所述電壓采集模塊(2)包括可控開(kāi)關(guān)S1、可控開(kāi)關(guān)S2、可控開(kāi)關(guān)S3、可控開(kāi)關(guān)S4，以及電容C、第一A/D轉(zhuǎn)換器和第一單片機(jī)MCU;其中，可控開(kāi)關(guān)SI和可控開(kāi)關(guān)S2的一端并聯(lián)在蓄電池組上，另一端并聯(lián)在所述電容C上;可控開(kāi)關(guān)S3和可控開(kāi)關(guān)S4—端并聯(lián)在所述電容C上，另一端連接在所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器上;所述可控開(kāi)關(guān)S1、可控開(kāi)關(guān)S2、可控開(kāi)關(guān)S3、可控開(kāi)關(guān)S4及所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器還分別通過(guò)控制線與所述第一單片機(jī)MCU相連； 所述電流采集模塊(3)包括依序連接的霍爾電流傳感器、第二 A/D轉(zhuǎn)換器和第二單片機(jī)MCU;其中，所述霍爾電流傳感器串聯(lián)在所述蓄電池組和負(fù)載之間； 所述溫度采集模塊(4)包括依序連接的DS18B20數(shù)字溫度傳感器和第三單片機(jī)MCU;其中，所述DS18B20數(shù)字溫度傳感器靠近所述蓄電池組放置； 所述電池均衡模塊(5)包括多個(gè)均衡單元，且每一均衡單元均與一蓄電池單體相并聯(lián)，所述每一均衡單元均包括一電阻R和一均衡開(kāi)關(guān)K;其中，每一均衡開(kāi)關(guān)K均由PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閉合或斷開(kāi)。2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車電池管理裝置，其特征在于，所述電壓采集模塊(2)、電流采集模塊(3)、溫度采集模塊(4)、電池均衡模塊(5)及GPS/GPRS模塊(6)均通過(guò)內(nèi)部通信的CAN總線與所述DSP控制器(I)相連。3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車電池管理裝置，其特征在于，當(dāng)所述第一單片機(jī)MCU控制所述可控開(kāi)關(guān)SI和所述可控開(kāi)關(guān)S2均閉合時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述蓄電池組對(duì)所述電容C充電；當(dāng)所述第一單片機(jī)MCU控制所述可控開(kāi)關(guān)S3和所述可控開(kāi)關(guān)S4均閉合時(shí)，并進(jìn)一步控制所述可控開(kāi)關(guān)SI和所述可控開(kāi)關(guān)S2均斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述蓄電池組的電壓采集。4.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車電池管理裝置，其特征在于，所述霍爾電流傳感器包括磁芯、霍爾元件和導(dǎo)體;其中，所述導(dǎo)體串聯(lián)在負(fù)載與電池之間；所述磁芯套接在所述導(dǎo)體的外表面上，并與所述霍爾元件進(jìn)行磁吸感應(yīng);所述霍爾元件連接在所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器上。
【文檔編號(hào)】B60L3/12GK205589009SQ201620400203
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】葉圣雙, 錢祥忠
【申請(qǐng)人】溫州大學(xué)