專利名稱：新能源汽車電池管理采集子系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
電池管理采集子系統(tǒng)作為電池管理系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著新能源汽車用動(dòng)力電池在線監(jiān)測的重要任務(wù)。其對(duì)動(dòng)力電池組各單體電壓、半租/成組電壓、電池箱體不同場點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)精確檢測是電池管理系統(tǒng)在線SOC估算、SOH估算、熱管理、充放電控制、均衡控制、故障診斷策略實(shí)施的基礎(chǔ)，其大量數(shù)據(jù)的快速處理能力及與中央控制器的實(shí)時(shí)交互能力對(duì)整個(gè)電池管理系統(tǒng)有效運(yùn)行也起到關(guān)鍵作用。但電池管理采集子系統(tǒng)從屬于電池管理系統(tǒng)是最近幾年隨著電池技術(shù)發(fā)展和新能源汽車?yán)枚霈F(xiàn)的，發(fā)展歷史短，系統(tǒng)復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)有許多不足之處I)電池管理采集子系統(tǒng)在電池電壓采集方面，涉及到采集通道多，組合使用時(shí)多達(dá)幾百多個(gè)的問題。目前技術(shù)多采用分立元件搭建的辦法，利用光電耦合器來切換采集通道，然后通過多路A/D轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換，這樣，采集頻率低，采集周期長，并且在切換過程中會(huì)有干擾，采集精度也低，影響到整個(gè)系統(tǒng)性能的提高。2)多個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)組合納入電池管理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，涉及電池?cái)?shù)目眾多，最多能到幾百節(jié)，數(shù)據(jù)交換量大，需要一種快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換方式以滿足系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜性、實(shí)時(shí)性、可靠性的要求。而RS232或RS485在此方面存在局限。3)目前電池管理系統(tǒng)中，往往把幾個(gè)電池分為一組，幾百多節(jié)電池分成若干組，一般只采集單體電壓，需要半組和成組電壓時(shí)候往往通過累加方式來實(shí)現(xiàn)，而不是直接采集半組和成組電壓。這樣，單體電壓測量誤差會(huì)被累加，導(dǎo)致半組和成組電壓測量誤差增大，當(dāng)需要半組和整組電壓做參考或控制策略時(shí)候，就不能實(shí)現(xiàn)。4)分布式電池管理系統(tǒng)中，一般需要多達(dá)十幾個(gè)采集子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)幾百多節(jié)電池電壓的采集。實(shí)現(xiàn)這十幾個(gè)子采集系統(tǒng)方便、快捷、可靠的互換是關(guān)系到生產(chǎn)一致性和降低維護(hù)難度，提高生產(chǎn)效率的重要環(huán)節(jié)，需要一種快速設(shè)置子采集系統(tǒng)順序的辦法提高BMS的可維護(hù)性。5)電池管理采集子系統(tǒng)數(shù)量多，內(nèi)含模塊多，功耗大，目前系統(tǒng)很少考慮低功耗設(shè)計(jì)。由于電池管理系統(tǒng)往往使用被管理的電池作為能量系統(tǒng)，如果沒有低功耗設(shè)計(jì)功能將減少電池使用壽命并浪費(fèi)資源。6)針對(duì)電池在長期使用過程中產(chǎn)生的不一致性問題，其技術(shù)解決方法欠缺。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)裝置及其控制方法，在總結(jié)上述現(xiàn)有技術(shù)不足的基礎(chǔ)上，通過對(duì)電池管理采集子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、電路和控制方法做出的相應(yīng)改進(jìn)可以解決下述技術(shù)問題I)電池管理采集子系統(tǒng)采用LTC6802核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池組電壓的12路單體電壓多路采集，整組和半組電壓采集，采用溫度采集電路實(shí)現(xiàn)16個(gè)溫度采集。一個(gè)采集子系統(tǒng)帶有一片TLC6802，采集精度達(dá)到O. 005V,并通過SPI數(shù)據(jù)總線傳輸給MCU模塊。這樣，如果一個(gè)電池管理系統(tǒng)的中央控制器有4路CAN節(jié)點(diǎn)，每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)接入4個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)，那么該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)最多192節(jié)單體電池電壓的采集，16個(gè)整組電壓采集，16個(gè)半組電壓采集，256個(gè)溫度采集，完全滿足目前新能源汽車的使用需求。而且LTC6802測量快速準(zhǔn)確，即使在電池組電壓超過IOOOV的情況下，最大測量誤差在-40攝氏度至85攝氏度溫度范圍內(nèi)保證小于O. 25%。電池組中每節(jié)電池的電壓測量都可以在13ms之內(nèi)完成，對(duì)每節(jié)電池均進(jìn)行了欠壓和過壓條件監(jiān)視，并提供了一個(gè)相關(guān)聯(lián)的MOSFET開關(guān)，用于對(duì)過充電電池進(jìn)行放電，每個(gè)LTC6802通過一個(gè)IMHz串行接口進(jìn)行通信，并包括溫度傳感器輸入、GPIO線和一個(gè)精準(zhǔn)的電壓基準(zhǔn)。相對(duì)目前技術(shù)多采用分立元件搭建，利用光電耦合器來切換采集通道，然后通過多路A/D轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換的方法，LTC6802采集頻率高，采集周期短，切換過程無干擾，采集精度高。2)整組/半組采集電路拓展運(yùn)用了 LTC6802芯片原本預(yù)留用作溫度采集的A/D轉(zhuǎn)換器，利用LTC6802芯片這兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換端口采集溫度實(shí)際是采集電壓信號(hào)的原理，實(shí)驗(yàn)測算出電壓比例因子，對(duì)芯片得到的Vtempl和Vtemp2的數(shù)值逆向運(yùn)算從而計(jì)算出實(shí)際整組電壓和半組電壓。新增加的對(duì)電池組整組/半組電壓的采集功能，采集精度達(dá)到O. 05V，減少由于單體電壓累加帶來的誤差，為整個(gè)電池管理系統(tǒng)控制策略提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。還可增加由6802模塊將各單體電壓累加與模塊電壓、半壓的對(duì)比，并將其作為故障診斷的判斷條件。3)通過撥碼開關(guān)的設(shè)計(jì)，使子采集系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)修改CAN的通信ID，這樣，就能動(dòng)態(tài)修改子采集系統(tǒng)順序。4)采用CAN總線通信方式實(shí)現(xiàn)電池管理采集子系統(tǒng)和中央控制器間的大容量數(shù)據(jù)交換，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。通過相關(guān)硬件設(shè)計(jì)，每50ms采集子系統(tǒng)發(fā)送一次參數(shù)采集結(jié)果，并響應(yīng)上級(jí)中央控制器接收中斷，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理和標(biāo)定。5)通過中央控制器和電池管理采集子系統(tǒng)電源處理電路分別設(shè)計(jì)，但由中央控制器MCU的引腳控制采集子系統(tǒng)電源通斷的方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗功能，工作模式800mA，進(jìn)入低功耗模式后中央系統(tǒng)控制器2mA，采集子系統(tǒng)控制器O.1mA的極低功耗，為有限電池能量的最大利用提供了基礎(chǔ)，具有很好的節(jié)能功能；在整組/半組采集電路中當(dāng)不需要整組或半組電壓測量時(shí)，斷開相應(yīng)測量網(wǎng)絡(luò)，不消耗功率，也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)采集子系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)
相法6 )電池管理采集子系統(tǒng)需要采集的整組/半組電壓/單體電壓，這些都是高壓，系統(tǒng)設(shè)計(jì)高低電壓分離的原則，分開設(shè)計(jì)高壓和低壓電路，通過隔離的SPI數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，此隔離的SPI模擬量采集功能實(shí)現(xiàn)了電池組高電壓與控制器低電壓的隔離采集。7)電池管理采集子系統(tǒng)控制算法中集成了 LTC6802模塊控制，CAN模塊數(shù)據(jù)接收/發(fā)送和處理控制，數(shù)據(jù)標(biāo)定控制，均衡算法控制。尤其基于容量的放電均衡思路，滿足電池組一致性需求同時(shí)，還能提高整組電池最大可用容量，提高能量平臺(tái)，增加汽車?yán)m(xù)駛里程。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)裝置，包括MCU模塊、LTC6802模塊、單體電壓采集/放電電路、整組和半組采集電路、溫度采集模塊、CAN通信模塊、子采集系統(tǒng)順序的地址設(shè)置模塊、電源處理模塊和數(shù)字光耦隔離模塊；
所述LTC6802模塊通過單體電壓采集/放電電路、整組/半組采集電路和溫度采集模塊實(shí)現(xiàn)電池組電壓的12路單體電壓多路采集，整組和半組電壓采集和16個(gè)溫度采集；所述LTC6802模塊的采集精度為O. 005V,并通過SPI數(shù)據(jù)總線傳輸給MCU模塊；所述LTC6802模塊通過SPI總線依次連接至所述數(shù)字光耦隔離模塊和所述MCU模塊，所述MCU模塊將采集到的所有電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理；其中，所述數(shù)字光耦隔離模塊采用ADUM1401，所述數(shù)字光耦隔離模塊是SPI總線的隔離器，用以電氣隔離，此隔離的SPI模擬量采集功能實(shí)現(xiàn)了電池組高電壓與控制器低電壓的隔離采集；所述溫度采集電路通過單總線的方式與溫度傳感器單元連接，所述溫度采集電路通過總線方式與所述MCU模塊連接；所述MCU模塊通過CAN接口總線與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；所述單體電壓采集/放電電路通過硬線與電池組高壓部分相連，以實(shí)現(xiàn)電池組單體電壓采集前處理；所述電池組與所述整組/半組采集電路相連，通過所述整組/半組采集電路的電阻網(wǎng)絡(luò)和電壓控制功能，將電池組高電壓分成低電壓，以實(shí)現(xiàn)所述電池組半組/整組電壓采集前處理；所述單體電壓采集/放電電路和所述整組/半組采集電路的另一端均連接至所述LTC6802模塊，以實(shí)現(xiàn)所有單體電壓、整組電壓、半組電壓信號(hào)的采集；所述MCU模塊經(jīng)過所述LTC6802模塊的均衡控制策略，并通過采集/放電電路對(duì)單體電池實(shí)現(xiàn)放電均衡功能；所述電源管理模塊提供整個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)所需要的電源管理以及所述LTC6802模塊所需要的電源管理；所述電源管理模塊包括12V電源處理電路和12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路，其中，所述12V電源處理電路是+24V電源接進(jìn)P0WER+、P0WER_兩端后經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯片TC_506進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，所述TC_506的2、4引腳輸出+12V電；如果采集子系統(tǒng)得到+12V供電，經(jīng)過12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路中的MC78M05ABDT穩(wěn)壓芯片，將+12V電源轉(zhuǎn)換成+5V電源，所述電源管理模塊分別為所述MCU模塊、CAN通信模塊和溫度采集電路供電；所述12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路中還設(shè)有防反向擊穿二極管D29、保險(xiǎn)絲Fl和由電容C19和電容C20構(gòu)成的濾波電路； 所述單體采集/放電電路由RC濾波器和電池均衡放電電路構(gòu)成，所述RC濾波器由電阻R5和電容C2組成，所述電池均衡放電電路由電阻R4、三極管Q2、穩(wěn)壓二極管D3和電阻R6組成；單體電池正極連接的電池線CELL2通過RC濾波器濾波，再通過穩(wěn)壓二極管D4處理后輸出電壓采集信號(hào)C2FILTER給所述LTC6802模塊的A/D轉(zhuǎn)換引腳C2 ;當(dāng)電池需要均衡時(shí)，所述LTC6802模塊的放電控制端S2，對(duì)應(yīng)(哪個(gè)模塊中的)電路DC2有效，三極管Q2導(dǎo)通，電池通過電阻R4放電；所述整組和半組電壓處理電路包括第一、第二組分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，其中第一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)包括R38 R43六個(gè)電阻，第二分壓電阻網(wǎng)絡(luò)包括R44 R49六個(gè)電阻，所述第一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)連接有三極管Q13、三極管Q14 ;所述第二分壓電阻網(wǎng)絡(luò)連接有三極管Q15、三極管Q16 ;第一、第二組分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)至一三極管Q17，所述三極管Q17控制整組和半組電池測量的低電位端；當(dāng)需要測試時(shí)候IO控制口 GPIOl有效，三極管Q13和三極管Q14導(dǎo)通，整組電壓加載在電阻R42和電阻R43上，整組電壓分壓后輸入所述LTC6802模塊的A/D輸入轉(zhuǎn)換端Vtempl，從而完成整組電壓測量；GPI02有效，三極管Q15和三極管Q16導(dǎo)通，半組電壓加載在電阻R48和電阻R49上，半組電壓分壓后輸入所述LTC6802模塊的A/D輸入轉(zhuǎn)換端Vtemp2，從而完成半組電壓測量，當(dāng)不測量時(shí)，IO控制口 GPIOl無效，三極管Q13和三極管Q14截止；GPI02無效，Q15、Q16截止；當(dāng)所述LTC6802模塊不工作時(shí)候，IO控制口 WDIB輸出為高，此時(shí)三極管Q17截止；所述溫度采集電路由兩路相同的溫度采集分電路構(gòu)成，兩路溫度采集分電路對(duì)外端口 LINl和LIN2可各掛8個(gè)溫度傳感器，所述溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，所述DS18B20通過單總線與所述MCU模塊相連接；所述DS18B20數(shù)字溫度傳感器的信號(hào)經(jīng)過流過壓保護(hù)器PRTR5V0U2X濾波后，由單總線LINlRX輸出8個(gè)溫度值給所述MCU模塊的一 I/O控制口，由單總線LIN2RX輸出另外8個(gè)溫度值給所述MCU模塊的另一 I/O控制口。本發(fā)明一種新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)控制方法，包括以下步驟I)上電啟動(dòng)新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)，包括啟動(dòng)電源管理模塊，給LTC6802模塊上電，MCU模塊R8C21237芯片初始化，外圍設(shè)備的初始化及其狀態(tài)設(shè)定；2)初始化16位定時(shí)器一，啟動(dòng)20ms定時(shí)；初始化16位定時(shí)器二，啟動(dòng)50ms定時(shí)；3)在第一個(gè)20ms計(jì)時(shí)過程中MCU模塊通過SPI總線向LTC6802模塊發(fā)送A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)命令，使其開始采集并將12路單體電壓、整組電壓、半組電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);4) 16位定時(shí)器一每20ms計(jì)時(shí)到，MCU模塊相應(yīng)寄存器標(biāo)志位置位，程序自動(dòng)進(jìn)入20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)；否則跳轉(zhuǎn)到步驟10)；5)進(jìn)入20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)后，首先清MCU模塊相應(yīng)寄存器標(biāo)志位，以便程序跳出中斷后重新初始化16位定時(shí)器一，開始新一輪20ms計(jì)時(shí)；6)MCU模塊通過SPI總線獲取LTC6802模塊轉(zhuǎn)換的各類電壓值，之后再次啟動(dòng)LTC6802模塊采集和A/D轉(zhuǎn)換各類電壓數(shù)據(jù)的功能；7) MCU模塊通過I/O單總線順序讀取16個(gè)DS18B20數(shù)字溫度傳感器數(shù)值；8)通過讀取采集兩次標(biāo)志是否置位，判斷各類電壓和溫度數(shù)據(jù)是否都采集了兩次；是，順序執(zhí)行下步；否則跳轉(zhuǎn)到步驟10)；9)清采集兩次標(biāo)志位，以便新一輪采集次數(shù)標(biāo)定；計(jì)算每兩次采集的各類數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的平均值，程序跳出20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)；10)16位定時(shí)器二每50ms計(jì)時(shí)到，MCU相應(yīng)寄存器標(biāo)志位置位，程序自動(dòng)進(jìn)入50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)；否則跳轉(zhuǎn)到步驟13)；11)進(jìn)入50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)后，首先清MCU相應(yīng)寄存器標(biāo)志位，以便程序跳出中斷后重新初始化16位定時(shí)器二,開始新一輪50ms計(jì)時(shí)；12) MCU通過CAN通訊模塊將步驟9)計(jì)算的12路單體電壓，整組電壓、半組電壓和16路溫度各自的平均值發(fā)送到上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器；程序跳出50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)；13)判斷CAN通訊模塊是否響應(yīng)上級(jí)命令，即當(dāng)CAN通訊模塊接收到上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器標(biāo)定命令，若是，順序執(zhí)行下步，否則，跳轉(zhuǎn)到步驟15)；14)采集子系統(tǒng)做標(biāo)定處理；15)判斷所需采集數(shù)據(jù)是否滿足均衡處理算法判定的要求，若是，順序執(zhí)行下步；否則，跳轉(zhuǎn)到步驟17);16)執(zhí)行均衡算法識(shí)別；17)判斷是否需要均衡處理；
18)執(zhí)行均衡處理算法，采集子系統(tǒng)控制相應(yīng)單體電池通路實(shí)施均衡放電；19)如果整個(gè)電池管理系統(tǒng)需要進(jìn)入低功耗模式，上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器給采集子系統(tǒng)斷電，采集子系統(tǒng)結(jié)束運(yùn)行，否則跳回步驟4)，程序循環(huán)運(yùn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是電壓/溫度多路采集的相關(guān)硬件設(shè)計(jì)使每個(gè)采集子系統(tǒng)測量電壓數(shù)目和種類增多，測量溫度點(diǎn)數(shù)目增多，測量快速且精度高。簡化的電路，有效縮小采集板空間，節(jié)約成本同時(shí)便于實(shí)車安裝。CAN總線的應(yīng)用高效可靠。半組/成組電壓采集，低功耗設(shè)計(jì)，均衡功能的增加提供電池管理采集子系統(tǒng)整體功能性，尤其基于容量的放電均衡思路，滿足電池組一致性需求同時(shí)，還能提高整組電池最大可用容量，提高能量平臺(tái)，增加汽車?yán)m(xù)駛里程。


圖1是汽車電池管理系統(tǒng)框架圖；圖2是本發(fā)明電池管理采集子系統(tǒng)硬件框圖；圖3-1是本發(fā)明中中央控制器控制采集子系統(tǒng)12V供電通斷的電源處理電路；圖3-2是本發(fā)明中采集子系統(tǒng)12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路；圖4是本發(fā)明中采集子系統(tǒng)采集/放電處理電路；圖5是本發(fā)明中采集子系統(tǒng)整組和半組電壓處理電路圖；圖6是本發(fā)明中采集子系統(tǒng)溫度采集模塊原理圖；圖7-1是本發(fā)明采集子系統(tǒng)中的LTC6802模塊和MCU模塊連接原理圖；圖7-2是圖7-1中所示LTC6802芯片結(jié)構(gòu)圖；圖8是本發(fā)明中CAN模塊電路原理圖；圖9是本發(fā)明中CAN接收中斷響應(yīng)；圖10是本發(fā)明中撥碼器子系統(tǒng)地址設(shè)置原理圖；圖11是本發(fā)明電池管理采集子系統(tǒng)控制流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。電池管理系統(tǒng)作為監(jiān)管電池運(yùn)行全過程的控制裝置，是新能源汽車實(shí)用化、商品化的關(guān)鍵技術(shù)。主要功能是對(duì)動(dòng)力電池組的各種參數(shù)(單體電池與成組電池電壓、溫度、電流等)進(jìn)行在線測量，測量基礎(chǔ)上對(duì)荷電狀態(tài)(State Of Charge, S0C)和健康狀態(tài)(StateOf Health, S0H)實(shí)時(shí)在線估算，同時(shí)實(shí)施必要的控制措施，包含電池充放電方法、高壓絕緣安全保護(hù)、電量估計(jì)修正、電池故障診斷、熱管理、單體電池均衡、通信等幾個(gè)方面，以保證電池組的安全、高效、長壽命使用，縮減成本。如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種新能源汽車用電池管理系統(tǒng)，包括分別與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器100連接的多個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)200-215、多個(gè)電池組單元300-315、多個(gè)溫度傳感器單元400-415、風(fēng)扇500、電阻絲600、高壓繼電器700、顯示屏800、電機(jī)控制器900、充電機(jī)1000、分流器1100和車身搭鐵1200。電池管理采集子系統(tǒng)采用LTC68022005核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池組電壓的12路單體電壓多路采集，整組和半組電壓采集，采用溫度采集電路2004實(shí)現(xiàn)16個(gè)溫度采集。一個(gè)采集子系統(tǒng)帶有一片TLC6802，采集精度達(dá)到O. 005V，并通過SPI數(shù)據(jù)總線傳輸給MCU模塊2001。如果一個(gè)電池管理系統(tǒng)的所述中央控制器100具有4路CAN節(jié)點(diǎn)，每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)同時(shí)接入4個(gè)如權(quán)利要求1所述的電池管理采集子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)最多192節(jié)單體電池電壓的采集、16個(gè)整組電壓采集、16個(gè)半組電壓采集和256個(gè)溫度采集，完全滿足目前新能源汽車的使用需求。而且LTC6802測量快速準(zhǔn)確，即使在電池組電壓超過1000V的情況下，最大測量誤差在-40攝氏度至85攝氏度溫度范圍內(nèi)保證小于O. 25%。電池組中每節(jié)電池的電壓測量都可以在13ms之內(nèi)完成，對(duì)每節(jié)電池均進(jìn)行了欠壓和過壓條件監(jiān)視，并提供了一個(gè)相關(guān)聯(lián)的MOSFET開關(guān)，用于對(duì)過充電電池進(jìn)行放電，每個(gè)LTC6802通過一個(gè)IMHz串行接口進(jìn)行通信，并包括溫度傳感器輸入、GPIO線和一個(gè)精準(zhǔn)的電壓基準(zhǔn)。相對(duì)目前技術(shù)多采用分立元件搭建，利用光電耦合器來切換采集通道，然后通過多路A/D轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換的方法，LTC6802采集頻率高，采集周期短，切換過程無干擾，采集精度高。由于往往是4個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)200同時(shí)接到中央控制器一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)上，所以需要應(yīng)用地址設(shè)定模塊2008，所述電池管理采集子系統(tǒng)200-215中的MCU模塊2001與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器100之間連接有地址設(shè)定模塊2008，通過地址設(shè)定模塊2008的撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)所述中央控制器100CAN不同模塊的不同ID，使電池管理采集子系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)修改CAN的通信ID，從而實(shí)現(xiàn)電池管理采集子模塊的快速順序連接。本發(fā)明電池管理采集子系統(tǒng)200是電池管理系統(tǒng)組成成分之一，負(fù)責(zé)采集電池組各類電壓信息、溫度信息，周期上報(bào)給中央控制器100，同時(shí)具備診斷檢測和放電均衡功能。如圖2所示，本發(fā)明一種新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)，包括MCU模塊2001、LTC6802模塊2005、單體電壓采集/放電電路2002、整組和半組采集電路2003、溫度采集模塊2004、CAN通信模塊2007、子采集系統(tǒng)順序的地址設(shè)置模塊2008、電源處理模塊2009和數(shù)字光耦隔離模塊2006。所述LTC6802模塊2005通過單體電壓采集/放電電路2002、整組/半組采集電路2003和溫度采集模塊2004實(shí)現(xiàn)電池組電壓的12路單體電壓多路采集，整組和半組電壓采集和16個(gè)溫度采集；所述LTC6802模塊2005的采集精度為O. 005V，并通過SPI數(shù)據(jù)總線傳輸給MCU模塊2001 ;所述LTC6802模塊2005通過SPI總線依次連接至所述數(shù)字光耦隔離模塊2006和所述MCU模塊2001，所述MCU模塊2001將采集到的所有電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理；其中，所述數(shù)字光耦隔離模塊采用ADUM1401，所述數(shù)字光耦隔離模塊2006是SPI總線的隔離器，用以電氣隔離，此隔離的SPI模擬量采集功能實(shí)現(xiàn)了電池組高電壓與控制器低電壓的隔離采集；所述溫度采集電路2004通過單總線的方式與溫度傳感器單元400連接，所述溫度采集電路2004通過總線方式與所述MCU模塊2001連接；所述MCU模塊2001是一款8位單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)電壓、溫度數(shù)據(jù)采集和處理，并通過CAN接口總線2007與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器100連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；所述單體電壓采集/放電電路2002通過硬線與電池組300高壓部分相連，以實(shí)現(xiàn)電池組單體電壓采集前處理；所述電池組300與所述整組/半組采集電路2003相連，通過所述整組/半組采集電路2003的電阻網(wǎng)絡(luò)和電壓控制功能，將電池組300高電壓分成低電壓，以實(shí)現(xiàn)所述電池組半組/整組電壓采集前處理；所述單體電壓采集/放電電路2002和所述整組/半組采集電路2003的另一端均連接至所述LTC6802模塊2005，以實(shí)現(xiàn)所有單體電壓、整組電壓、半組電壓信號(hào)的采集；所述MCU模塊2001經(jīng)過均衡控制策略經(jīng)過所述LTC6802模塊2005，并通過采集/放電電路2002對(duì)單體電池實(shí)現(xiàn)放電均衡功能。本發(fā)明中所述整組/半組采集電路2003拓展運(yùn)用了 LTC6802芯片原本預(yù)留用作溫度采集的A/D轉(zhuǎn)換器，利用LTC6802芯片這兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換端口采集溫度實(shí)際是采集電壓信號(hào)的原理，實(shí)驗(yàn)測算出電壓比例因子，對(duì)芯片得到的Vtempl和Vtemp2的數(shù)值逆向運(yùn)算從而計(jì)算出實(shí)際整組電壓和半組電壓。新增加的對(duì)電池組整組/半組電壓的采集功能，采集精度達(dá)到O. 05V，減少由于單體電壓累加帶來的誤差，為整個(gè)電池管理系統(tǒng)控制策略提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。還可增加由6802模塊2005將各單體電壓累加與模塊電壓、半壓的對(duì)比，并將其作為故障診斷的判斷條件，增加6802對(duì)于電池虛接觸的故障診斷方法。采用CAN總線通信方式實(shí)現(xiàn)電池管理采集子系統(tǒng)200和中央控制器100間的大容量數(shù)據(jù)交換，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。通過相關(guān)硬件設(shè)計(jì)，每50ms采集子系統(tǒng)發(fā)送一次參數(shù)采集結(jié)果，并相應(yīng)上級(jí)中央控制器100接收中斷，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理和標(biāo)定。通過中央控制器100和電池管理采集子系統(tǒng)200電源處理電路分別設(shè)計(jì)，但由中央控制器100MCU的引腳控制采集子系統(tǒng)電源通斷的方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗功能，工作模式800mA，進(jìn)入低功耗模式后中央系統(tǒng)控制器2mA，采集子系統(tǒng)控制器O.1mA的極低功耗，為有限電池能量的最大利用提供了基礎(chǔ)，具有很好的節(jié)能功能；在整組/半組采集電路2003中當(dāng)不需要整組或半組電壓測量時(shí)，斷開相應(yīng)測量網(wǎng)絡(luò)，不消耗功率，也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)采集子系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)想法。電池管理采集子系統(tǒng)需要采集的整組/半組電壓/單體電壓，這些都是高壓，系統(tǒng)設(shè)計(jì)高低電壓分離的原則，分開設(shè)計(jì)高壓和低壓電路，通過隔離的SPI數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，此隔離的SPI模擬量采集功能實(shí)現(xiàn)了電池組高電壓與控制器低電壓的隔離采集。電池管理采集子系統(tǒng)控制算法中集成了 LTC6802模塊控制2005，CAN模塊2007數(shù)據(jù)接收/發(fā)送和處理控制，數(shù)據(jù)標(biāo)定控制，均衡算法控制。尤其基于容量的放電均衡思路，滿足電池組一致性需求同時(shí)，還能提高整組電池最大可用容量，提高能量平臺(tái)，增加汽車?yán)m(xù)駛里程。下面詳細(xì)說明本發(fā)明電池管理采集子系統(tǒng)中各模塊的構(gòu)成及工作原理I)電源處理2009電池管理采集子系統(tǒng)20012V電源由中央控制器100提供。為了滿足整個(gè)電池管理系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)功能，在系統(tǒng)進(jìn)入低功耗時(shí)除了中央控制器MCU100和相關(guān)喚醒源工作以夕卜，其它外圍電路都進(jìn)入掉電狀態(tài)，這樣更節(jié)約能源。于是只要關(guān)閉中央控制器100輸出給采集子系統(tǒng)的相應(yīng)12V電源控制電路，采集子系統(tǒng)就斷電進(jìn)入低功耗。所述電源管理模塊2009提供整個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)200所需要的電源管理以及所述LTC6802模塊2005所需要的電源管理；如圖3-1和圖3-2所示，所述電源管理模塊包括12V電源處理電路和12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路，其中，所述12V電源處理電路是+24V電源接進(jìn)P0WER+、P0WER_兩端后經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯片TC_506進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，所述TC_506的2、4引腳輸出+12V電，中央控制器100MCU的I/O引腳輸出連接到R8P_EN作為采集子系統(tǒng)+12V電源控制端。當(dāng)R8P_EN=1時(shí)，VTl與VT2相繼導(dǎo)通，R8C+12V端輸出=VT2的3腳電壓，即+12V供電給采集子系統(tǒng)。反之R8P_EN=0時(shí)，VTl與VT2都關(guān)斷，R8C_+12V=0V，+12V電源被切斷，采集子系統(tǒng)斷電進(jìn)入低功耗。如果采集子系統(tǒng)得到+12V供電，經(jīng)過12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路中的MC78M05ABDT穩(wěn)壓芯片，將+12V電源轉(zhuǎn)換成+5V電源，所述電源管理模塊2009分別為所述MCU模塊2001、CAN通信模塊2007和溫度采集電路2004供電；所述12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路中還設(shè)有防反向擊穿二極管D29、防止大電流通過的保險(xiǎn)絲Fl和由電容C19和電容C20構(gòu)成的濾波電路。2)采集子系統(tǒng)MCU模塊R8C21237芯片所述MCU模塊2001采用具有CAN接口的8位微控制器，以R8C21237芯片作為標(biāo)準(zhǔn)芯片，所述R8C21237芯片的外設(shè)包括8位多功能定時(shí)器、16位定時(shí)器、時(shí)鐘同步串行接口、電壓檢測電路、上電復(fù)位電路、高/低速片上振蕩器和檢測定時(shí)器等；同時(shí)加入了 UART、IIC總線接口、芯片選擇時(shí)鐘同步串行接口、10位A/D轉(zhuǎn)換器和振蕩停止檢測功能；并配備有硬件LIN模塊和CAN模塊；所述MCU模塊2001的最高工作頻率為20MHz，提供48引腳封裝擁有豐富的I/O資源同時(shí)嵌入了數(shù)據(jù)閃存(1KBX2塊)。采集子系統(tǒng)主要利用該R8C21237的通用定時(shí)器，CAN通信控制器和SPI擴(kuò)展通 訊模塊，I/o模擬單總線，I/O采集的ID地址設(shè)置等。其中，通用定時(shí)器主要用來定時(shí)，為LTC68022005的采集提供定時(shí)周期；CAN模塊2007的主要功能是通過CAN收發(fā)器和BMS采集系統(tǒng)中央控制器通信，實(shí)現(xiàn)子采集系統(tǒng)200和中央控制器100的數(shù)據(jù)交換，R8C21237的SPI模塊提供R8C21237與LTC6802數(shù)據(jù)通信，由于R8C21237與LTC6802是隔離的，LTC6802是高壓模塊，和R8C21237芯片隔離能提高系統(tǒng)安全性與可靠，它們之間通過數(shù)字光耦2006來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，I/O模擬單總線用于和溫度傳感器400相連接，通過單總線獲取溫度傳感器的溫度；1/0采集的ID通過撥碼開關(guān)獲取撥碼開關(guān)的值并用來設(shè)置不同順序子采集系統(tǒng)的CAN數(shù)據(jù)通信的ID，電源處理模塊2009為R8C21237芯片提供5V電源。3)電壓/溫度多路采集模塊圖2所示，每組共12節(jié)電池300串聯(lián)，電池線O接第I節(jié)電池端負(fù)極，電池線1_11依次接在該節(jié)電池正極與下一節(jié)電池負(fù)極的連接點(diǎn)上，電池線12連接第12節(jié)電池正極端，此連接方式用以實(shí)現(xiàn)電池單體電壓的采集和電池能量的均衡。12節(jié)電池300通過13條物理電池線依次連接進(jìn)采集/放電電路處理2002的CELLO至CELL12端子，電池線i對(duì)應(yīng)端子CELLi，形成上圖電壓輸入通道。每節(jié)電池的單體采集電路在原理上是一樣的，現(xiàn)以其中一個(gè)單體電池i為例說明。每節(jié)單體電池i正級(jí)連接的電池線i和負(fù)極連接的電池線i_l通過硬線直接連接方式構(gòu)成電壓輸入通道CELLi和CELL(1-1)，高壓信號(hào)進(jìn)入采集放電電路處理2002，如圖4和圖7_2所示，通過電路處理后，處理后電壓采集通道CiFILTER和處理后電壓采集通道C(1-1)FLITER分別輸入到1^〇68022005的4/1)輸入轉(zhuǎn)換端(^與0(丨-1)。當(dāng)i=l時(shí)，CO為引腳V-。這樣第I至第12節(jié)單體電池負(fù)正兩端所有13根電池線經(jīng)采集放電電路處理后，依次對(duì)應(yīng)連接到LTC6802的V-, Cl, C2,……C12，相鄰兩兩電位作減法運(yùn)算，形成12路采集電壓的A/D輸入，對(duì)應(yīng)計(jì)算出12節(jié)單體電池電壓。如圖2、圖7-1和圖7-2所示，SPI總線通過數(shù)字光耦2006實(shí)現(xiàn)R8C21237芯片和LTC6802的數(shù)據(jù)交互，當(dāng)LTC6802接收到R8C21237芯片發(fā)出的數(shù)據(jù)采集命令后，LTC6802啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器將采集放電電路2002處理的12節(jié)單體電壓模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將結(jié)果經(jīng)由數(shù)字光耦2006隔離后發(fā)送給R8C21237芯片，實(shí)現(xiàn)多路單體電壓采集。如圖2、圖4和圖7-2所示，當(dāng)R8C21237芯片通過均衡算法計(jì)算出哪些電池需要做均衡處理時(shí)，R8C21237芯片通過數(shù)字光耦2006隔離后發(fā)送處理命令給LTC6802，LTC6802使對(duì)應(yīng)電池均衡通路控制端有效，通過采集放電電路處理2002給需要均衡的電池放電。例如電池i需要均衡，LTC6802的Si引腳有效，它連接到采集放電電路處理2002的DCi端口，作為均衡通路控制端，通過電阻放電實(shí)現(xiàn)均衡。如圖2和圖5所示，整組電壓采集是從第12節(jié)電池的正極端輸入信號(hào)，半組電壓采集是從第6節(jié)電池正極端輸入信號(hào)，它們?cè)硪粯?。電池組300通過電池線12和電池線6輸入電壓信號(hào)到整組/半組采集電路2003，分別為整組CELL12_CLAMP信號(hào)和半組CELL6信號(hào)，如圖5，他們各自通過整組電壓采集電阻網(wǎng)絡(luò)和半組電壓采集電阻網(wǎng)絡(luò)處理后，輸出整組信號(hào)VTEMP2和半組信號(hào)VTEMPl，這兩個(gè)信號(hào)再輸入到LTC6802備用的本用于溫度采集的A/D轉(zhuǎn)換輸入口 Vtempl和Vtemp2。利用LTC6802芯片這兩個(gè)端口采集溫度實(shí)際是采集電壓信號(hào)的原理，實(shí)驗(yàn)測算出電壓比例因子，對(duì)芯片得到的Vtempl和Vtemp2的數(shù)值逆向運(yùn)算從而計(jì)算出實(shí)際整組電壓和半組電壓。SPI總線通過數(shù)字光耦實(shí)現(xiàn)R8C21237芯片和LTC6802數(shù)據(jù)交換，當(dāng)LTC6802接收到R8C21237芯片發(fā)出的整組/半組采集命令后，LTC6802通過芯片本身預(yù)留給溫度采集的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換并計(jì)算出整組/半組電壓，并將結(jié)果通過數(shù)字光耦2006隔離發(fā)送給R8C21237芯片，實(shí)現(xiàn)整組/半組電壓采集。如圖2和圖6所示，所述溫度采集電路2004由兩路相同的溫度采集分電路構(gòu)成，兩路溫度采集分電路對(duì)外端口 LINl和LIN2可各掛8個(gè)溫度傳感器400，所述溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，于是一個(gè)采集子系統(tǒng)總共實(shí)現(xiàn)16個(gè)溫度傳感器DS18B20掛接，最多同時(shí)采集16個(gè)溫度點(diǎn)。所述DS18B20通過單總線與所述MCU模塊相連接；所述DS18B20數(shù)字溫度傳感器的信號(hào)經(jīng)過流過壓保護(hù)器PRTR5V0U2X濾波后，由單總線LINlRX和輸出8個(gè)溫度值給所述MCU模塊的一 I/O控制口，由單總線LIN2RX輸出另外8個(gè)溫度值給所述MCU模塊的另一 I/O控制口。具體電路設(shè)計(jì)如下a)采集子系統(tǒng)的采集放電電路2002 所述的采集子系統(tǒng)采集放電電路處理2002如圖4所示，每節(jié)電池的單體采集電路在原理上是一樣的，現(xiàn)以其中一個(gè)單體電池2為例說明。電池2正極連接的電池線CELL2通過R5和C2組成的RC濾波器濾波，再通過穩(wěn)壓二極管D4處理后輸出電壓采集信號(hào)C2FILTER給LTC6802的A/D轉(zhuǎn)換引腳C2。D4是MM3Z6V2T1G，能吸收瞬態(tài)脈沖干擾，防止在插拔電池測量線時(shí)，有反復(fù)接觸的干擾和充放電大電壓脈沖干擾，保護(hù)LTC6802電壓采集口，避免瞬態(tài)脈沖破壞LTC6802芯片。電阻R4、三極管Q2、穩(wěn)壓二極管D3和電阻R6組成電池均衡放電電路，Q2是NTR4101PT1G，當(dāng)電池需要均衡時(shí)，TLC6802放電控制端S2，對(duì)應(yīng)連接到圖4的控制信號(hào)DC2有效，三極管Q2導(dǎo)通，電池通過R4放電，從而達(dá)到電池組的電壓狀態(tài)比較一致，提高整組電池的壽命。b)采集子系統(tǒng)的整組/半組采集電路2003所述整組/半組采集電路2003是實(shí)現(xiàn)電池組整組和半組電壓采集，LTC6802有兩路12位的A/D轉(zhuǎn)換接口 Vtempl和Vtemp2，芯片原本用作溫度采集。本發(fā)明利用采集溫度實(shí)際是采集電壓信號(hào)的原理，通過實(shí)驗(yàn)，計(jì)算出適合的比例放大因子，將此溫度采集接口設(shè)計(jì)成測量12節(jié)電池整組電壓和6節(jié)電池半組電壓的電壓采集接口，以便給整個(gè)電池管理系統(tǒng)快速充電算法、各組電池箱不一致性分析、SOC估算、診斷算法提供更多可用信息，原理圖如圖5所示，所述整組和半組電壓處理電路包括第一、第二組分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，其中第一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)包括R38 R43六個(gè)電阻，第二分壓電阻網(wǎng)絡(luò)包括R44 R49六個(gè)電阻，所述第一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)連接有三極管Q13、三極管Q14組成整租電壓測試，當(dāng)需要測試時(shí)候，IO控制口GPIOl有效，三極管Q13和三極管Q14導(dǎo)通，整組電壓加載在電阻R42和電阻R43上，通過它們分壓后輸入LTC6802模塊的A/D輸入轉(zhuǎn)換端Vtempl，從而完成整組電壓測量，當(dāng)不測量時(shí)，GPIOl無效，三極管Q13、三極管Q14截止，這樣整組測量系統(tǒng)就不消耗功率，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗。所述第二分壓電阻網(wǎng)絡(luò)連接有三極管Q15、三極管Q16形成整組電壓測試，當(dāng)需要測試時(shí)候，IO控制口 GPI02有效，三極管Q15和三極管Q16導(dǎo)通，半組電壓加載在電阻R48和電阻R49上，通過它們分壓后輸入LTC6802模塊的A/D輸入轉(zhuǎn)換端Vtemp2，從而完成半組電壓測量，當(dāng)不測量時(shí)，GPI02無效，三極管Q15、三極管Q16截止，這樣半組測量系統(tǒng)就不消耗功率，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗。第一第二組分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)至一三極管Q17，三極管Q17是控制整組和半組電池測量的低電位端，當(dāng)LTC6802不工作時(shí)候，其進(jìn)入低功耗模式，這時(shí)候IO控制口 WDIB輸出為高，此時(shí)三極管Q17截止，整組和半組電池測量網(wǎng)絡(luò)電壓就斷開，不消耗功率，這樣就減少LTC6802系統(tǒng)進(jìn)入低功耗所消耗的功率。 c)采集子系統(tǒng)溫度采集模塊溫度采集電路2004由兩路相同的電路構(gòu)成，每路可同時(shí)掛上8個(gè)溫度傳感器400，于是每個(gè)采集子系統(tǒng)可采集最多16個(gè)電池箱環(huán)境點(diǎn)的溫度。采用DS18B20來實(shí)現(xiàn)，DS18B20是全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換并帶有數(shù)字輸出功能，先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信，最高12位分辨率，精度可達(dá)土 O. 5攝氏度，12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒，可選擇寄生工作方式，檢測溫度范圍為-55° (Γ+125。C，內(nèi)置EEPR0M，限溫報(bào)警功能，64位光刻R0M，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接。DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。DS18B20通過單總線和R8C21237芯片相連接，原理圖6如下電阻R63和R64上拉作用，用于提供總線所需要電流，R82、R83限流作用，防止總線上電流過大，損壞R8C 口線，N12采用PRTR5V0U2X，是總線濾波器，用于提高總線抗干擾性倉泛。d)采集子系統(tǒng)LTC6802模塊LTC6802和R8C21237芯片通過SPI接口總線相連接，由于電池采集系統(tǒng)是高電壓，而R8C21237芯片用的是5V電壓，這兩部分不能混用，電壓電平不一樣，容易損壞硬件。本設(shè)計(jì)用數(shù)字光耦隔離這兩部分，原理圖如圖7-1和圖7-2 R8C21237芯片的SPI總線接口的麗SCK、MCSB1、MMOSI，即SPI的時(shí)鐘線、片選線、輸出線和數(shù)字光耦A(yù)DUM1401的輸入All、AI2、AI3相連接，輸入線麗ISO和數(shù)字光耦A(yù)DUM1401的輸出線A04相連接，通過數(shù)字光耦隔離后，SPI 的輸出 LCSBI\LSDO\LSDI\LSCK 和 LTC6802 的 SPI 接口 CSBI\SD0\SDI\SCK1 相連接，這樣，就實(shí)現(xiàn)了 R8C21237芯片和LTC6802的通信，并將R8C21237芯片的5V系統(tǒng)和LTC6802的高壓系統(tǒng)隔離開來，增加系統(tǒng)的可靠性。R59-R62是上拉電阻，R55-R58是限流電阻，N2和N3是PRTR5V0U2X，是一種總線濾波器，用來濾掉總線上的干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。電容都為去偶電容。4) CAN 模塊CAN總線收發(fā)器采用ON公司的AMIS42655，AMIS42655是一款高性能CAN收發(fā)器，滿足ISO-11898協(xié)議，最高波特率為1M，兼容汽車12V和24V設(shè)計(jì)，高性能EMC，R8C21237芯片控制器和AMIS42655相連接，實(shí)現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。R69和R70是終端反射電阻，ACT45B是共模抑制器，其主要抑制CAN總線上的共模干擾，提高CAN總線的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，NUP2105L是ESD和EMI保護(hù)器，其能保護(hù)CAN總線模塊不受大的靜電和瞬時(shí)脈沖的損壞，用于提高CAN總線的可靠性。原理圖如圖8。該功能模塊除了轉(zhuǎn)發(fā)電池管理采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)給中央控制器100，還能響應(yīng)上級(jí)中央控制器接收中斷，接收上級(jí)命令分析處理數(shù)據(jù)及標(biāo)定數(shù)據(jù)。過程如圖9所示。每個(gè)中央控制器的CAN節(jié)點(diǎn)可以帶4個(gè)子采集系統(tǒng)，一共可以帶16個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)，為了方便在線修改和調(diào)整子系統(tǒng)所在的CAN節(jié)點(diǎn)位置，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 16位8241碼的撥碼開關(guān)調(diào)整MCU局域CAN網(wǎng)絡(luò)地址，當(dāng)希望子采集系統(tǒng)物理連接到哪個(gè)中央控制器的CAN接點(diǎn)，就調(diào)整撥碼開關(guān)，設(shè)置該子系統(tǒng)的CAN地址，這樣就自動(dòng)修改CAN總線的ID，以便中央控制器和該子系統(tǒng)通信。ADD0-ADD3輸入到R8C21237芯片的I/O 口線，通過這4個(gè)口線來識(shí)別該子采集模塊的地址，原理圖如圖10。如圖11所示，本發(fā)明一種新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)控制方法，包括以下步驟I)上電啟動(dòng)新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)，包括啟動(dòng)電源管理模塊，給LTC6802模塊上電，MCU模塊R8C21237芯片初始化，外圍設(shè)備的初始化及其狀態(tài)設(shè)定；2)初始化16位定時(shí)器一，啟動(dòng)20ms定時(shí)；初始化16位定時(shí)器二，啟動(dòng)50ms定時(shí)；3)在第一個(gè)20ms計(jì)時(shí)過程中MCU模塊通過SPI總線向LTC6802模塊發(fā)送A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)命令，使其開始采集并將12路單體電壓、整組電壓、半組電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);4) 16位定時(shí)器一每20ms計(jì)時(shí)到，MCU模塊相應(yīng)寄存器標(biāo)志位置位，程序自動(dòng)進(jìn)入20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)。否則跳轉(zhuǎn)到步驟10)；5)進(jìn)入20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)后，首先清MCU模塊相應(yīng)寄存器標(biāo)志位，以便程序跳出中斷后重新初始化16位定時(shí)器一，開始新一輪20ms計(jì)時(shí)；6)MCU模塊通過SPI總線獲取LTC6802模塊轉(zhuǎn)換的各類電壓值，之后再次啟動(dòng)LTC6802模塊采集和A/D轉(zhuǎn)換各類電壓數(shù)據(jù)的功能；7) MCU模塊通過I/O單總線順序讀取16個(gè)DS18B20數(shù)字溫度傳感器數(shù)值；8)通過讀取采集兩次標(biāo)志是否置位，判斷各類電壓和溫度數(shù)據(jù)是否都采集了兩次。是，順序執(zhí)行下步。否則跳轉(zhuǎn)到步驟10);9)清采集兩次標(biāo)志位，以便新一輪采集次數(shù)標(biāo)定。計(jì)算每兩次采集的各類數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的平均值，程序跳出20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)；10)16位定時(shí)器二每50ms計(jì)時(shí)到，MCU相應(yīng)寄存器標(biāo)志位置位，程序自動(dòng)進(jìn)入50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)。否則跳轉(zhuǎn)到步驟13);11)進(jìn)入50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)后，首先清MCU相應(yīng)寄存器標(biāo)志位，以便程序跳出中斷后重新初始化16位定時(shí)器二,開始新一輪50ms計(jì)時(shí)；12) MCU通過CAN通訊模塊將步驟9)計(jì)算的12路單體電壓，整組電壓、半組電壓和16路溫度各自的平均值發(fā)送到上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器；程序跳出50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)；
13)判斷CAN通訊模塊是否響應(yīng)上級(jí)命令，即當(dāng)CAN通訊模塊接收到上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器標(biāo)定命令，若是，順序執(zhí)行下步，否則，跳轉(zhuǎn)到步驟15)；14)采集子系統(tǒng)做標(biāo)定處理；
15)判斷所需采集數(shù)據(jù)是否滿足均衡處理算法判定的要求，若是，順序執(zhí)行下步；否則，跳轉(zhuǎn)到步驟17);16)執(zhí)行均衡算法識(shí)別；17)判斷是否需要均衡處理；18)執(zhí)行均衡處理算法，采集子系統(tǒng)控制相應(yīng)單體電池通路實(shí)施均衡放電；19)如果整個(gè)電池管理系統(tǒng)需要進(jìn)入低功耗模式，上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器給采集子系統(tǒng)斷電，采集子系統(tǒng)結(jié)束運(yùn)行，否則跳回步驟4)，程序循環(huán)運(yùn)行。本發(fā)明控制方法中設(shè)涉及到的有關(guān)均衡控制的概念有(I)充滿電是指電池容量達(dá)到額定容量Q，單位安時(shí)，符號(hào)Ah。一個(gè)模塊是指一個(gè)采集子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的12節(jié)串聯(lián)單體電池構(gòu)成下面提到的一個(gè)模塊。(2) MCU模塊執(zhí)行均衡算法識(shí)別的前提是采集的電壓數(shù)據(jù)有效。均衡算法識(shí)別的時(shí)刻是當(dāng)電動(dòng)汽車沒有運(yùn)行的時(shí)段，即電池充分靜置2小時(shí)后。(3)均衡算法識(shí)別步驟如下1-A)當(dāng)系統(tǒng)檢測到電池充分靜置2h后，每個(gè)采集子系統(tǒng)讀取此刻12節(jié)單體電壓值，即此刻各單體的開路電壓值；利用SOC-OCV曲線和單體電池額定容量，反查表計(jì)算出當(dāng)前各單體實(shí)際容量Qsingle_mi,單位安時(shí),符號(hào)Ah仰表不該模塊標(biāo)號(hào)，i表不m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；1-B)計(jì)算各單體從當(dāng)前時(shí)刻到充滿電還需要充入的容量，即可充容量Qcharge_single_mi,單位安時(shí),符號(hào)Ah ;111表不該模塊標(biāo)號(hào)，i表不m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；Qcharge_single_mi=Q-Qsingle_mi1-C)計(jì)算一個(gè)模塊內(nèi)各單體可充容量的最大值、最小值，以及兩者的平均值；Qcharge_single_mmin=min{Qcharge_single_ml，Qcharge_single_m2，…Qcharge_single_ml2}Qcharge_single_mmax=max{Qcharge_single_ml,Qcharge_single_m2，…Qcharge_single_ml2}Qcharge_single_mave=l/2(Qcharge_single_mmin+Qcharge_single_mmax)1-D)計(jì)算單體可充容量的最大值、最小值分別與平均值差距占平均值的比例；如果比例絕對(duì)值都>5%，則該模塊內(nèi)相應(yīng)單體進(jìn)入均衡放電階段；I η charge—single—mmin| = | (Qcharge—single—mmin-Qcharge—single—mave)/Qcharge_single_mave|I η charge—single—mmax| = | (Qcharge—single—mmax-Qcharge—single—mave)/Qcharge_s ingle_mave|如果I η charge—single—mmin I >5% 且 | η charge—single—mmax | >5%，則該模塊內(nèi)相應(yīng)單體電池進(jìn)入均衡放電；1-E)模塊內(nèi)需要均衡的個(gè)體單體的判定；在步驟1-D)的基礎(chǔ)上，只要當(dāng)前時(shí)刻單體電池可充容量Qcharge—single—mi小于模塊內(nèi)電池平均可充容量Qcharge_single_mave的所有單體電池,表示它們當(dāng)前時(shí)刻容量平臺(tái)和電壓平臺(tái)都相對(duì)較高，都需進(jìn)入均衡放電階段；每節(jié)電池需要均衡放電的容量Qdischarge_single_mi不等,單位安時(shí)，符號(hào)Ah邱表示該模塊標(biāo)號(hào)，i表示m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；即如果Qcharge_single_mi < Qcharge_single_mave,則單體電池 mi 進(jìn)入均衡放電，m表該模塊標(biāo)號(hào)，i表模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；放電容量為Qdischarge_single_mi=Qcharge_single_mave-Qcharge_single_mi ；如果Qcharge_single _mi > Qcharge_single_mave,則單體電池 mi 不進(jìn)入均衡放電，m表示該模塊標(biāo)號(hào)，i表示m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；放電容量為Qdischarge_single_mi =
O；1-F)模塊可充容量的計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻即電池組靜置2h時(shí)刻，在步驟1-E)的基礎(chǔ)上，可推算出如果該模塊內(nèi)相應(yīng)單體電池均衡放電完畢后，該模塊的可充容量Qcharge_module_m,單位安時(shí),符號(hào)Ah ；m表不該模塊標(biāo)號(hào)；Qcharge_module_m=Qcharhe_single_mave1-G)整車各模塊整體是否需要均衡的判定；與判定模塊內(nèi)需要均衡個(gè)體單體的方法類似；整車電池組由許多模塊構(gòu)成；采集子系統(tǒng)通過與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器的CAN通信，可實(shí)時(shí)獲取其他采集子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的模塊電池組整體的信息，為下面算法提供數(shù)據(jù)依據(jù)；計(jì)算整車上各模塊可充容量的最大值、最小值，以及兩者的平均值;m表示各模塊標(biāo)號(hào);Qcharge_module_min=min{Qcharge_module_l, Qcharge_module_2,…Qcharge_module_m}Qcharge_module_max=max{Qcharge_module_l, Qcharge_module_2,…Qcharge_module_m}Qcharge_module_ave=l/2(Qcharge_module_min+Qcharge_module_max)計(jì)算整車上各模塊可充容量的最大值、最小值分別與平均值差距占平均值的比例；如果比例絕對(duì)值都>5%，則相應(yīng)模塊進(jìn)入均衡放電階段；I ηcharge_module_minI = I (Qcharge_module_min_Qcharge_module_ave) /Qcharge_module_aveI ηcharge_module_maxI = I (Qcharge_module_max_Qcharge_module_ave) /Qcharge_module_ave如果I η charge_module_min I >5% 且 | η charge_module_max | >5%,則整車上對(duì)應(yīng)的模塊整體進(jìn)入均衡放電；1-H)計(jì)算整車各模塊整體需要均衡放電的容量；在步驟1-G)的基礎(chǔ)上，只要計(jì)算出的模塊可充容量Qcharge_module_m小于整車模塊平均可充容量Qcharge_module_ave的，表示該模塊整體容量平臺(tái)和電壓平臺(tái)都相對(duì)較高，該模塊整體所有串聯(lián)電池都需進(jìn)入均衡放電階段；整車各模塊放電的容量Qdischarge_module_m不等,單位安時(shí),符號(hào)Ah ;m表示模塊標(biāo)號(hào)；即
如果Qcharge_module_m〈Qcharge_module_ave,則模塊m整體所有電池需同時(shí)進(jìn)入均衡放電，模塊整體放電容量為Qdischarge_module_m=Qcharge_module_ave-Qcharge_module_m ；如果Qcharge_module_m>Qcharge_module_ave,則模塊m整體所有電池不需同時(shí)進(jìn)入均衡放電，模塊整體放電容量為Qdischarge_module_m=0。(4)執(zhí)行均衡處理算法包括以下步驟2-A)在所述均衡處理算法中，既判定了模塊內(nèi)各單體電池是否需要獨(dú)立均衡的條件，也判定了模塊整體是否需要讓該模塊內(nèi)所有串聯(lián)電池同時(shí)均衡的條件；作為單體電池，在均衡條件滿足的情況下，只要將兩種判定方法計(jì)算出的放電均衡容量疊加，便得到每節(jié)電池需要放電均衡的容量Qdischarge_i,單位安時(shí),符號(hào)Ah ;m表不模塊標(biāo)號(hào)，i表不m模塊內(nèi)單體電池標(biāo)號(hào)，即Qdischarge_i=Qdischarge_module_m+Qdischarge_single_mi2-B)判定單體電池需要進(jìn)入均衡后，采集子系統(tǒng)打開該電池對(duì)應(yīng)的均衡放電通路，放電電流O.1安；于是每個(gè)采集子系統(tǒng)可計(jì)算出其對(duì)應(yīng)模塊內(nèi)每節(jié)單體電池均衡放電時(shí)間Ti ;單位小時(shí)，符號(hào)h ;Ti=Qdi scharge_i/0.1 ；2-C)各節(jié)單體電池通路按O.1安均衡電流實(shí)施均衡放電，直到計(jì)算的均衡放電時(shí)間Ti達(dá)到，均衡結(jié)束；或者在均衡的過程中，整車再次滿足2h靜置的均衡算法識(shí)別時(shí)機(jī)，則停止均衡，重新執(zhí)行均衡識(shí)別算法，按新的均衡容量重新開始新一輪放電均衡；2-D)這種均衡算法的識(shí)別和處理執(zhí)行方法，一方面將模塊內(nèi)各單體電池實(shí)際容量的峰峰值容量差距從10%縮減到5%，一方面將整車上各模塊整體實(shí)際容量的峰峰值容量差距從10%縮減到5%，提高了整車各單體電池的一致性；另一方面對(duì)實(shí)際容量平臺(tái)和電壓平臺(tái)相對(duì)較高的模塊整體和模塊內(nèi)的個(gè)別單體均衡放電，降低他們的容量和電壓平臺(tái)，實(shí)際是提高了整車電池組下次使用時(shí)的最大可用容量，那么整車在下一次充電時(shí)，整車電池組可充入更多容量，提高電動(dòng)車?yán)m(xù)駛能力。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新能源汽車電池管理采集子系統(tǒng)，其特征在于包括MCU模塊(2001)、LTC6802模塊(2005)、單體電壓采集/放電電路(2002)、整組和半組采集電路(2003)、溫度采集模塊(2004)、CAN通信模塊(2007)、子采集系統(tǒng)順序的地址設(shè)置模塊(2008)、電源處理模塊(2009)和數(shù)字光耦隔離模塊(2006)； 所述LTC6802模塊(2005)通過單體電壓采集/放電電路(2002)、整組/半組采集電路(2003)和溫度采集模塊(2004)實(shí)現(xiàn)電池組電壓的12路單體電壓多路采集，整組和半組電壓采集和16個(gè)溫度采集；所述LTC6802模塊(2005)的采集精度為O. 005V,并通過SPI數(shù)據(jù)總線傳輸給MCU模塊(2001);所述LTC6802模塊(2005)通過SPI總線依次連接至所述數(shù)字光耦隔離模塊(2006)和所述MCU模塊(2001 )，所述MCU模塊(2001)將采集到的所有電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理；其中，所述數(shù)字光耦隔離模塊采用ADUM1401，所述數(shù)字光耦隔離模塊(2006)是SPI總線的隔離器，用以電氣隔離，此隔離的SPI模擬量采集功能實(shí)現(xiàn)了電池組高電壓與控制器低電壓的隔離采集；所述溫度采集電路(2004)通過單總線的方式與溫度傳感器單元(400)連接，所述溫度采集電路(2004)通過總線方式與所述MCU模塊(2001)連接；所述MCU模塊(2001)通過CAN接口總線(2007)與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器(100 )連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；所述單體電壓采集/放電電路(2002 )通過硬線與電池組(300)高壓部分相連，以實(shí)現(xiàn)電池組單體電壓采集前處理；所述電池組(300)與所述整組/半組采集電路(2003)相連，通過所述整組/半組采集電路(2003)的電阻網(wǎng)絡(luò)和電壓控制功能，將電池組(300 )高電壓分成低電壓，以實(shí)現(xiàn)所述電池組半組/整組電壓采集前處理；所述單體電壓采集/放電電路(2002)和所述整組/半組采集電路(2003)的另一端均連接至所述LTC6802模塊(2005)，以實(shí)現(xiàn)所有單體電壓、整組電壓、半組電壓信號(hào)的采集；所述MCU模塊(2001)經(jīng)過所述LTC6802模塊(2005)的均衡控制策略，并通過采集/放電電路(2002)對(duì)單體電池實(shí)現(xiàn)放電均衡功能； 所述電源管理模塊(2009)提供整個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)(200)所需要的電源管理以及所述LTC6802模塊(2005)所需要的電源管理；所述電源管理模塊包括12V電源處理電路和12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路，其中，所述12V電源處理電路是+24V電源接進(jìn)POWER+、POWER-兩端后經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯片TC_506進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，所述TC_506的2、4引腳輸出+12V電；如果采集子系統(tǒng)得到+12V供電，經(jīng)過12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路中的MC78M05ABDT穩(wěn)壓芯片，將+12V電源轉(zhuǎn)換成+5V電源，所述電源管理模塊(2009)分別為所述MCU模塊(2001)、CAN通信模塊(2007)和溫度采集電路(2004)供電；所述12V轉(zhuǎn)5V的電源處理電路中還設(shè)有防反向擊穿二極管D29、保險(xiǎn)絲Fl和由電容C19和電容C20構(gòu)成的濾波電路； 所述單體采集/放電電路(2002 )由RC濾波器和電池均衡放電電路構(gòu)成，所述RC濾波器由電阻R5和電容C2組成，所述電池均衡放電電路由電阻R4、三極管Q2、穩(wěn)壓二極管D3和電阻R6組成；單體電池正極連接的電池線CELL2通過RC濾波器濾波，再通過穩(wěn)壓二極管D4處理后輸出電壓采集信號(hào)C2FILTER給所述LTC6802模塊(2005)的A/D轉(zhuǎn)換引腳C2 ;當(dāng)電池需要均衡時(shí)，所述LTC6802模塊的放電控制端S2，對(duì)應(yīng)(哪個(gè)模塊中的)電路DC2有效，三極管Q2導(dǎo)通，電池通過電阻R4放電； 所述整組和半組電壓處理電路包括第一、第二組分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，其中第一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)包括R38 R43六個(gè)電阻，第二分壓電阻網(wǎng)絡(luò)包括R44 R49六個(gè)電阻，所述第一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)連接有三極管Q13、三極管Q14 ;所述第二分壓電阻網(wǎng)絡(luò)連接有三極管Q15、三極管Q16 ；第一第二組分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)至一三極管Q17，所述三極管Q17控制整組和半組電池測量的低電位端；當(dāng)需要測試時(shí)候10控制口 GPIOl有效，三極管Q13和三極管Q14導(dǎo)通，整組電壓加載在電阻R42和電阻R43上，整組電壓分壓后輸入所述LTC6802模塊的A/D輸入轉(zhuǎn)換端Vtempl，從而完成整組電壓測量；GPI02有效，三極管Q15和三極管Q16導(dǎo)通，半組電壓加載在電阻R48和電阻R49上，半組電壓分壓后輸入所述LTC6802模塊的A/D輸入轉(zhuǎn)換端Vtemp2,從而完成半組電壓測量，當(dāng)不測量時(shí)，IO控制口 GPIOl無效，三極管Q13和三極管Q14截止；GPI02無效，Q15、Q16截止；當(dāng)所述LTC6802模塊不工作時(shí)候，IO控制口 WDIB輸出為高，此時(shí)三極管Q17截止； 所述溫度采集電路(2004 )由兩路相同的溫度采集分電路構(gòu)成，兩路溫度采集分電路對(duì)外端口 LINl和LIN2可各掛8個(gè)溫度傳感器(400)，所述溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，所述DS18B20通過單總線與所述MCU模塊相連接；所述DS18B20數(shù)字溫度傳感器的信號(hào)經(jīng)過流過壓保護(hù)器PRTR5V0U2X濾波后，由單總線LINlRX輸出8個(gè)溫度值給所述MCU模塊的一 I/O控制口，由單總線LIN2RX輸出另外8個(gè)溫度值給所述MCU模塊的另一 I/O控制口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述新能源汽車電池管理采集子系統(tǒng)，其特征在于所述MCU模塊(2001)采用具有CAN接口的8位微控制器，以R8C21237芯片作為標(biāo)準(zhǔn)芯片，所述R8C21237芯片的外設(shè)包括8位多功能定時(shí)器、16位定時(shí)器、時(shí)鐘同步串行接口、電壓檢測電路、上電復(fù)位電路、高/低速片上振蕩器和檢測定時(shí)器；并設(shè)有UART、IIC總線接口、芯片選擇時(shí)鐘同步串行接口、10位A/D轉(zhuǎn)換器和振蕩停止檢測功能；并配備有硬件LIN模塊和CAN模塊；所述MCU模塊(2001)的最高工作頻率為20MHz，具有48個(gè)I/O引腳，并嵌入有2塊數(shù)據(jù)閃存。
3.一種新能源汽車電池管理系統(tǒng)，其特征在于包括分別與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器(100)連接的多個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)(200-215)、多個(gè)電池組單元(300-315)、多個(gè)溫度傳感器單元(400-415)、風(fēng)扇(500)、電阻絲(600)、高壓繼電器(700)、顯示屏(800),電機(jī)控制器(900)、充電機(jī)(1000)、分流器(1100)和車身搭鐵(1200);所述中央控制器(100)具有4路CAN節(jié)點(diǎn)，每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)同時(shí)接入4個(gè)如權(quán)利要求1所述的電池管理采集子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)最多192節(jié)單體電池電壓的采集、16個(gè)整組電壓采集、16個(gè)半組電壓采集和256個(gè)溫度采集； 所述電池管理采集子系統(tǒng)(200-215)中的MCU模塊(2001)與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器(100)之間連接有地址設(shè)定模塊(2008)，通過地址設(shè)定模塊(2008)的撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)所述中央控制器(100)CAN不同模塊的不同ID，使電池管理采集子系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)修改CAN的通信ID，從而實(shí)現(xiàn)電池管理采集子模塊的快速順序連接。
4.一種新能源汽車電池管理采集子系統(tǒng)控制方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求1或2所述新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟 O上電啟動(dòng)新能源汽車用電池管理采集子系統(tǒng)，包括啟動(dòng)電源管理模塊，給LTC6802模塊上電，MCU模塊R8C21237芯片初始化，外圍設(shè)備的初始化及其狀態(tài)設(shè)定； 2)初始化16位定時(shí)器一，啟動(dòng)20ms定時(shí)；初始化16位定時(shí)器二，啟動(dòng)50ms定時(shí)； 3)在第一個(gè)20ms計(jì)時(shí)過程中MCU模塊通過SPI總線向LTC6802模塊發(fā)送A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)命令，使其開始采集并將12路單體電壓、整組電壓、半組電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；4)16位定時(shí)器一每20ms計(jì)時(shí)到，MCU模塊相應(yīng)寄存器標(biāo)志位置位，程序自動(dòng)進(jìn)入20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)；否則跳轉(zhuǎn)到步驟10)； 5)進(jìn)入20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)后，首先清MCU模塊相應(yīng)寄存器標(biāo)志位，以便程序跳出中斷后重新初始化16位定時(shí)器一,開始新一輪20ms計(jì)時(shí)； 6)MCU模塊通過SPI總線獲取LTC6802模塊轉(zhuǎn)換的各類電壓值，之后再次啟動(dòng)LTC6802模塊采集和A/D轉(zhuǎn)換各類電壓數(shù)據(jù)的功能； 7)MCU模塊通過I/O單總線順序讀取16個(gè)DS18B20數(shù)字溫度傳感器數(shù)值； 8)通過讀取采集兩次標(biāo)志是否置位，判斷各類電壓和溫度數(shù)據(jù)是否都采集了兩次；是，順序執(zhí)行下步；否則跳轉(zhuǎn)到步驟10)； 9)清采集兩次標(biāo)志位，以便新一輪采集次數(shù)標(biāo)定；計(jì)算每兩次采集的各類數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的平均值，程序跳出20ms定時(shí)到中斷響應(yīng)； 10)16位定時(shí)器二每50ms計(jì)時(shí)到，MCU相應(yīng)寄存器標(biāo)志位置位，程序自動(dòng)進(jìn)入50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)；否則跳轉(zhuǎn)到步驟13)； 11)進(jìn)入50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)后，首先清MCU相應(yīng)寄存器標(biāo)志位，以便程序跳出中斷后重新初始化16位定時(shí)器二,開始新一輪50ms計(jì)時(shí)； 12)MCU通過CAN通訊模塊將步驟9)計(jì)算的12路單體電壓，整組電壓、半組電壓和16路溫度各自的平均值發(fā)送到上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器；程序跳出50ms定時(shí)到中斷響應(yīng)； 13)判斷CAN通訊模塊是否響應(yīng)上級(jí)命令，即當(dāng)CAN通訊模塊接收到上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器標(biāo)定命令，若是，順序執(zhí)行下步，否則，跳轉(zhuǎn)到步驟15)； 14)采集子系統(tǒng)做標(biāo)定處理； 15)判斷所需采集數(shù)據(jù)是否滿足均衡處理算法判定的要求，若是，順序執(zhí)行下步；否則，跳轉(zhuǎn)到步驟17)； 16)執(zhí)行均衡算法識(shí)別； 17)判斷是否需要均衡處理； 18)執(zhí)行均衡處理算法，采集子系統(tǒng)控制相應(yīng)單體電池通路實(shí)施均衡放電； 19)如果整個(gè)電池管理系統(tǒng)需要進(jìn)入低功耗模式，上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器給采集子系統(tǒng)斷電，采集子系統(tǒng)結(jié)束運(yùn)行，否則跳回步驟4)，程序循環(huán)運(yùn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述新能源汽車電池管理采集子系統(tǒng)控制方法，其中，所述均衡算法識(shí)別步驟如下 1-A)當(dāng)系統(tǒng)檢測到電池充分靜置2h后，每個(gè)采集子系統(tǒng)讀取此刻12節(jié)單體電壓值，SP此刻各單體的開路電壓值；利用SOC-OCV曲線和單體電池額定容量，反查表計(jì)算出當(dāng)前各單體實(shí)際容量Qsingle_mi,單位安時(shí),符號(hào)Ah邱表示該模塊標(biāo)號(hào)，i表示m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào);1-B)計(jì)算各單體從當(dāng)前時(shí)刻到充滿電還需要充入的容量，即可充容量Qcharge_single_mi,單位安時(shí),符號(hào)Ah ;111表不該模塊標(biāo)號(hào)，i表不m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；Qcharge_single—mi=Q-Qsingle—mi 1-C)計(jì)算一個(gè)模塊內(nèi)各單體可充容量的最大值、最小值，以及兩者的平均值； Qcharge_single_mmin=min{Qcharge_single_ml，Qcharge_single—m2，…Qcharge_single_ml2}Qcharge_s ingIe_mmax=max{Qcharge_single_ml, Qcharge_single_m2,…Qcharge_single_ml2}Qcharge_single_mave=l/2(Qcharge_single_mmin+Qcharge_single_mmax) 1-D)計(jì)算單體可充容量的最大值、最小值分別與平均值差距占平均值的比例；如果比例絕對(duì)值都>5%，則該模塊內(nèi)相應(yīng)單體進(jìn)入均衡放電階段；ηcharge_single_mmin| = | (Qcharge_single_mmin-Qcharge_single_mave)/ Qcharge_single_maveηcharge_single_mmax| = | (Qcharge_single_mmax-Qcharge_single_mave)/Qcharge_single_mave如果 I η charge_single_mmin I >5% 且 | η charge_single_mmax | >5%,則該模塊內(nèi)相應(yīng)單體電池進(jìn)入均衡放電； 1-E)模塊內(nèi)需要均衡的個(gè)體單體的判定； 在步驟1-D)的基礎(chǔ)上，只要當(dāng)前時(shí)刻單體電池可充容量Qcharge_single_mi小于模塊內(nèi)電池平均可充容量Qcharge_single_mave的所有單體電池，表示它們當(dāng)前時(shí)刻容量平臺(tái)和電壓平臺(tái)都相對(duì)較高，都需進(jìn)入均衡放電階段；每節(jié)電池需要均衡放電的容量Qdischarge_single_mi不等,單位安時(shí),符號(hào)Ah邱表示該模塊標(biāo)號(hào)，i表示m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；即 如果Qcharge_single_mi < Qcharge_single_mave,則單體電池mi進(jìn)入均衡放電，m表示該模塊標(biāo)號(hào)，i表示m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；放電容量為Qdischarge_single_mi=Qcharge_single_mave-Qcharge_single_mi ； 如果Qcharge_single_mi > Qcharge_single_mave,則單體電池mi不進(jìn)入均衡放電表示該模塊標(biāo)號(hào)，i表示m模塊內(nèi)各單體標(biāo)號(hào)；放電容量為Qdischarge_single_mi = O ； 1-F)模塊可充容量的計(jì)算 當(dāng)前時(shí)刻即電池組靜置2h時(shí)刻，在步驟1-E)的基礎(chǔ)上，可推算出如果該模塊內(nèi)相應(yīng)單體電池均衡放電完畢后，該模塊的可充容量Qcharge_module_m,單位安時(shí)，符號(hào)Ah ；m表示該模塊標(biāo)號(hào)；Qcharge_module_m=Qcharhe_single_mave1-G)整車各模塊整體是否需要均衡的判定； 與判定模塊內(nèi)需要均衡個(gè)體單體的方法類似；整車電池組由許多模塊構(gòu)成；采集子系統(tǒng)通過與上級(jí)電池管理系統(tǒng)中的中央控制器的CAN通信，可實(shí)時(shí)獲取其他采集子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的模塊電池組整體的信息，為下面算法提供數(shù)據(jù)依據(jù)； 計(jì)算整車上各模塊可充容量的最大值、最小值，以及兩者的平均值;m表示各模塊標(biāo)號(hào); Qcharge_module_min=min{Qcharge_module_l, Qcharge_module_2,…Qcharge_module_m} Qcharge_module_max=max{Qcharge_module_l, Qcharge_module_2,…Qcharge_module_m}Qcharge_module_ave=l/2(Qcharge_module_min+Qcharge_module_max)計(jì)算整車上各模塊可充容量的最大值、最小值分別與平均值差距占平均值的比例；如果比例絕對(duì)值都>5%，則相應(yīng)模塊進(jìn)入均衡放電階段；I η charge—module—min| = | (Qcharge—module—min_Qcharge—module_ave)/Qcharge_module_ave|I η charge—module—max| = | (Qcharge—module—max_Qcharge—module_ave)/Qcharge_module_ave | 如果 I Π charge—module—min I >5% 且 | η charge—module—max | >5%，則整車上對(duì)應(yīng)的模塊整體進(jìn)入均衡放電； 1-H)計(jì)算整車各模塊整體需要均衡放電的容量； 在步驟1-G)的基礎(chǔ)上，只要計(jì)算出的模塊可充容量Qcharge—module—m小于整車模塊平均可充容量Qcharge—module—ave的，表示該模塊整體容量平臺(tái)和電壓平臺(tái)都相對(duì)較高，該模塊整體所有串聯(lián)電池都需進(jìn)入均衡放電階段；整車各模塊放電的容量Qdischarge—module—m不等，單位安時(shí)，符號(hào)Ah ;m表示模塊標(biāo)號(hào)；即 如果Qcharge—module—m〈Qcharge—module—ave，則模塊m整體所有電池需同時(shí)進(jìn)入均衡放電，模塊整體放電容量為Qdischarge_module_m=Qcharge_module_ave-Qcharge_module_m ； 如果Qcharge_module_m>Qcharge_module_ave,則模塊m整體所有電池不需同時(shí)進(jìn)入均衡放電，模塊整體放電容量為Qdischarge_module_m=0。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述新能源汽車電池管理采集子系統(tǒng)控制方法，其中，所述均衡處理算法包括以下步驟 2-A)在所述均衡處理算法中，既判定了模塊內(nèi)各單體電池是否需要獨(dú)立均衡的條件，也判定了模塊整體是否需要讓該模塊內(nèi)所有串聯(lián)電池同時(shí)均衡的條件；作為單體電池，在均衡條件滿足的情況下，只要將兩種判定方法計(jì)算出的放電均衡容量疊加，便得到每節(jié)電池需要放電均衡的容量Qdischarge_i,單位安時(shí),符號(hào)Ah ;m表不模塊標(biāo)號(hào)，i表不m模塊內(nèi)單體電池標(biāo)號(hào)，即Qdischarge」=Qdischarge_module_m+Qdischarge_single_mi 2-B)判定單體電池需要進(jìn)入均衡后，采集子系統(tǒng)打開該電池對(duì)應(yīng)的均衡放電通路，放電電流O.1安；于是每個(gè)采集子系統(tǒng)可計(jì)算出其對(duì)應(yīng)模塊內(nèi)每節(jié)單體電池均衡放電時(shí)間Ti ;單位小時(shí)，符號(hào)h ;Ti=Qdi scharge_i/0.1 ； 2-C)各節(jié)單體電池通路按O.1安均衡電流實(shí)施均衡放電，直到計(jì)算的均衡放電時(shí)間Ti達(dá)到，均衡結(jié)束；或者在均衡的過程中，整車再次滿足2h靜置的均衡算法識(shí)別時(shí)機(jī)，則停止均衡，重新執(zhí)行均衡識(shí)別算法，按新的均衡容量重新開始新一輪放電均衡； 2-D)這種均衡算法的識(shí)別和處理執(zhí)行方法，一方面將模塊內(nèi)各單體電池實(shí)際容量的峰峰值容量差距從10%縮減到5%，一方面將整車上各模塊整體實(shí)際容量的峰峰值容量差距從10%縮減到5%，提高了整車各單體電池的一致性；另一方面對(duì)實(shí)際容量平臺(tái)和電壓平臺(tái)相對(duì)較高的模塊整體和模塊內(nèi)的個(gè)別單體均衡放電，降低他們的容量和電壓平臺(tái)，實(shí)際是提高了整車電池組下次使用時(shí)的最大可用容量，那么整車在下一次充電時(shí)，整車電池組可充入更多容量，提高電動(dòng)車?yán)m(xù)駛能力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新能源汽車電池管理采集子系統(tǒng)，包含均衡算法識(shí)別和均衡處理算法，由MCU模塊、LTC6802模塊、單體電壓采集/放電電路、整組和半組采集電路、溫度采集模塊、CAN通信模塊、子采集系統(tǒng)順序的地址設(shè)置模塊、電源處理模塊和數(shù)字光耦隔離模塊組成；采用LTC6802核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池組電壓的12路單體電壓多路采集，整組和半組電壓采集，采用溫度采集電路實(shí)現(xiàn)16個(gè)溫度采集。電池管理系統(tǒng)有4路CAN節(jié)點(diǎn)，每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)接入4個(gè)電池管理采集子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)最多192節(jié)單體電池電壓的采集，16個(gè)整組電壓采集，16個(gè)半組電壓采集，256個(gè)溫度采集，完全滿足目前新能源汽車的使用需求。
文檔編號(hào)G05B23/02GK103019234SQ20121057269
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉蔚, 孫文濤, 汪春華, 王文揚(yáng), 王斌, 李占旗 申請(qǐng)人:中國汽車技術(shù)研究中心