專利名稱：一種混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及汽車的電池管理技術(shù)。
背景技術(shù)：
用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上的多個(gè)二次電池組是混合動(dòng)力汽車體系中的關(guān)鍵控制部件，在它們經(jīng)歷高壓串聯(lián)及多次充、放周期后，這些電池組都可能出現(xiàn)組間的不平衡，這將大大影響電動(dòng)汽車的動(dòng)力供給，以及影響這些二次電池組的工作效率和使用壽命，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的電量減少，因此，在工作狀態(tài)下要實(shí)時(shí)檢測電池組中各電池運(yùn)行狀態(tài)及性能好壞，包括單組電池電壓、電池組總電壓、電池溫度、電池充放電電流、電池容量等，向主控制電路板動(dòng)態(tài)報(bào)告所檢測內(nèi)容，同時(shí)接受主控制電路板發(fā)回的對策指令，是否要對電池組進(jìn)行平衡、保護(hù)等一系列的電池管理工作。在已有技術(shù)中，見中國專利91107576.3、200310111783.2、02136609.8、95191121.X、200310111599.8、02127613.7、200410013807.5、02129322.8電池的平衡方面多是以串聯(lián)形式為主，這種平衡方法時(shí)間長、工作電流小，還要解決同步問題和相對電池電壓過高等問題；單組電池的電壓采集方面多是以CPLD可編程邏輯分時(shí)對每組電池的電極電位進(jìn)行采集，然后通過程序取正、負(fù)兩極的電位差作為該組電池的端電壓，但是在對每組電池正、負(fù)兩極的電位采集過程中要間隔幾毫秒，這有較大可能對計(jì)算電池的端電壓存在一定的誤差；在電流采集方面對電流采集的精度不高，這導(dǎo)致對電池的荷電狀態(tài)(SOC)的估算不精確；在系統(tǒng)內(nèi)部之間(采集板與主控制板)的信息通訊方面多采用單總線技術(shù)、串口通訊技術(shù)等，這導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)在整車實(shí)際工況中的抗干擾能力不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)出一種混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的電壓采集精度和速度，在整車復(fù)雜的實(shí)際工況中數(shù)據(jù)發(fā)送的穩(wěn)定性，以及單組電池電壓采集精度以及電壓采集過程中的抗干擾性。
本發(fā)明提出的混合動(dòng)力車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)由采集電路板和主控制電路板兩大子系統(tǒng)構(gòu)成。
采集電路板主要包括主控芯片CPU、單組電池電壓采集模塊、電池總電壓/總電流采集模塊、電池溫度采集模塊、電池均衡模塊以及CAN總線通訊模塊。其中單組電池電壓采集模塊、電池總電壓/總電流采集模塊將采集到的單組電池電壓、電池組總電壓和總電流分別通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換芯片后，與主控芯片CPU的I/O口連接；采集電路板上的主控芯片CPU通過CAN總線通訊模塊與主控制電路板上的CAN總線通訊模塊進(jìn)行連接，另外通過RS232串口通訊模塊PC機(jī)連接。
控制電路板主要包括與采集電路板和整車控制器連接的CAN總線通訊模塊、與PC機(jī)連接的RS232串口通訊模塊、非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、強(qiáng)電保護(hù)模塊、溫度控制模塊、故障報(bào)警模塊和主控芯片CPU。其中非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的地址端口與數(shù)據(jù)端口分別與主控芯片CPU的I/O口連接，讀、寫端口分別與主控芯片CPU的讀、寫端口連接，主控芯片CPU的I/O端口分別連接強(qiáng)電保護(hù)模塊、溫度控制模塊、故障報(bào)警模塊光耦的輸入端(CA)。
在采集電路板系統(tǒng)中為了對單組電池進(jìn)行電壓采樣，本發(fā)明先對單組電池經(jīng)過精密電阻分壓，再經(jīng)過線性光耦LOC110隔離的前后均配置一個(gè)運(yùn)算放大器，其目的是提高電壓采集的線性度和抗干擾性。為了對電池組總電壓進(jìn)行采樣，本發(fā)明采用型號為CHV-25P的霍爾電壓傳感器，該傳感器采集精度高、穩(wěn)定性好，滿足本系統(tǒng)總電壓的測量范圍。為了對電池組電流進(jìn)行采樣，本發(fā)明專利采用型號為CHB-200SF的霍爾電流傳感器，考慮到電流采集的精度直接影響到電池荷電狀態(tài)SOC的計(jì)算精度，所以在經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，本發(fā)明專利采用了CPU片外16位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8320，從而進(jìn)一步提高了電流的采樣精度；為了對電池的溫度進(jìn)行采樣，本發(fā)明專利采用型號為DS18B20的數(shù)字式溫度傳感器，該傳感器測量范圍、精度等符合本系統(tǒng)測量要求，此外采用了片內(nèi)A/D的單數(shù)據(jù)線，發(fā)出的溫度數(shù)據(jù)可直接送入采集電路板的主控芯片CPU的I/O口；在與主控制電路板CPU的發(fā)送、接受過程中，本發(fā)明專利采用CAN總線技術(shù)并且通過6N137光耦隔離，其目的是CAN總線具有數(shù)據(jù)傳送速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
在主控制電路板系統(tǒng)中除了與采集電路板通訊的CAN總線功能以外，在對電池一些重要?dú)v史數(shù)據(jù)(如系統(tǒng)掉電后的SOC記錄)儲(chǔ)存等方面，本發(fā)明采用了非易失性存儲(chǔ)器。如果掉電時(shí)間不長，系統(tǒng)直接調(diào)用掉電前的SOC值，如果掉電時(shí)間長，系統(tǒng)通過DS1644記錄的掉電時(shí)間長度與電池的自放電率對掉電前的SOC值進(jìn)行一定的補(bǔ)償；在保護(hù)功能方面，涉及了強(qiáng)電保護(hù)單元、溫度控制單元以及報(bào)警單元等，強(qiáng)電保護(hù)單元的主要任務(wù)是當(dāng)電池在充、放電過程中處于過壓、過流、欠壓、欠流時(shí)，主控芯片的I/O口發(fā)出相應(yīng)的電平信號切斷主回路上的繼電器；溫度控制單元的主要任務(wù)是當(dāng)被測電池的溫度高于或低于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，主控芯片的I/O口發(fā)出相應(yīng)的電平信號開啟或關(guān)閉電池板里的風(fēng)扇；報(bào)警單元的主要任務(wù)是當(dāng)電池處于非正常狀態(tài)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號；在與PC機(jī)通訊方面是通過RS232串口通訊，把電池電壓、電流、溫度以及SOC等方面數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)上顯示；與整車控制器HCU是通過與采集電路板通訊的CAN總線通訊模塊并接一個(gè)接點(diǎn)。
該系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力電池組在混合動(dòng)力汽車實(shí)際工況中的單組電池電壓監(jiān)測、電池組總電壓監(jiān)測、電池充放電電流監(jiān)測；電池荷電狀態(tài)(SOC)的實(shí)時(shí)估算；對電池過壓、過流、欠壓、欠流等一系列強(qiáng)電保護(hù)以及報(bào)警；對電池的溫度控制功能；對電池的均衡功能；與顯示裝置以及整車控制器的通訊功能等。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，和已有的相關(guān)技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)首先在采集電壓、電流模塊中使用了多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，有效地?cái)U(kuò)大了主控芯片CPU的I/O口，這樣對主控芯片CPU的I/O口數(shù)量要求降低，CPU的可選擇范圍的擴(kuò)大。并且通過CPU的I/O發(fā)出片選信號在同一時(shí)刻分時(shí)直接采集單組電池電壓，提高了電壓采集的精度和速度；其次在采集電路板與主控制電路板之間的通訊采用了CAN總線方式，這樣提高了在整車復(fù)雜的實(shí)際工況中數(shù)據(jù)發(fā)送的穩(wěn)定性；最后在單組電池電壓采集模塊中使用了精密電阻和線性光耦，這樣有效提高了單組電池電壓采集精度以及電壓采集過程中的抗干擾性。


圖1為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)單組電池(6只/組)電壓的采集原理圖。
圖3為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)電池組(120只)總電壓的采集原理圖。
圖4為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)電池組總電流的采集原理圖。
圖5為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)電池溫度采集的采集原理圖。
圖6為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)采集板上多路轉(zhuǎn)換開關(guān)ADG608與16位片外AD轉(zhuǎn)換芯片的電路連接原理圖。
圖7為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)采集板上串口通訊和CAN通訊接口原理圖。
圖8為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)采集板上CPU的外圍連接圖。
圖9為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)采集板上供電模塊原理圖。
圖10為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用主控制板上串口通訊和CAN通訊接口原理圖。
圖11a和圖11b為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)主控制電路板CPU外圍電路原理圖。
圖12為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)主控制板上供電模塊原理圖。
圖13為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)采集電路板的軟件流程圖。
圖14為本發(fā)明提出的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)主控制電路板的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下以單組電池為6只/組、電池組為120節(jié)電池的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組的管理為例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1給出來管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，它主要由采集電路板和主控制電路板兩大部分構(gòu)成。采集電路板主要負(fù)責(zé)單組電池(6只/組)電壓的監(jiān)測、電池組(120節(jié)電池)總電壓的監(jiān)測、電池充放電電流的檢測、電池溫度的檢測以及與主控制電路板之間的通訊等。主要包括主控芯片CPU、單組電池電壓采集模塊、電池總電壓/總電流采集模塊、電池溫度采集模塊、電池均衡模塊以及CAN總線通訊模塊。其中單組電池電壓采集模塊、電池總電壓/總電流采集模塊將采集到的單組電池電壓、電池組總電壓和總電流分別通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換芯片后，與主控芯片CPU的I/O口連接；采集電路板上的主控芯片CPU通過CAN總線通訊模塊與主控制電路板上的CAN總線通訊模塊進(jìn)行連接，另外通過RS232串口通訊模塊PC機(jī)連接。
主控制電路板主要負(fù)責(zé)接受來自采集電路板采集的電池相關(guān)參數(shù)(電壓、電流、溫度)數(shù)字量、SOC的估算、與整車控制器以及PC機(jī)的通訊、非易遺失性地存儲(chǔ)電池歷史數(shù)據(jù)、電池充放電過程中的強(qiáng)電保護(hù)、電池溫度控制以及電池故障預(yù)警等。主要包括與采集電路板和整車控制器連接的CAN總線通訊模塊、與PC機(jī)連接的RS232串口通訊模塊、非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、強(qiáng)電保護(hù)模塊、溫度控制模塊、故障報(bào)警模塊和主控芯片CPU。其中非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的地址端口與數(shù)據(jù)端口分別與主控芯片CPU的I/O口連接，讀、寫端口分別與主控芯片CPU的讀、寫端口連接，主控芯片CPU的I/O端口分別連接強(qiáng)電保護(hù)模塊、溫度控制模塊、故障報(bào)警模塊光耦的輸入端(CA)。
一、以下結(jié)合附圖對采集電路板的各個(gè)模塊分別進(jìn)行詳細(xì)說明1、單組電池(6只/組)電壓采集模塊，其原理圖如圖2所示在整車實(shí)際工況中，分別定義電池組總電壓的上限和下限規(guī)定電池組總電壓的下限為96V；規(guī)定電池組總電壓的上限為200V。那么可以計(jì)算出單組電池(6只/組)的電壓變化范圍下限 上限 由式(2-1)、(2-2)可以計(jì)算出單組電池(6只/組)的工作電壓變化范圍在[6.5V～10V]之間變化。本BCM系統(tǒng)中，對單組電池(6只/組)電壓的采集方案采用了先通過精密電阻[6]分壓，再經(jīng)過型號為LOC110的光耦線性[4]隔離放大，這樣做的好處是抗干擾能力強(qiáng)、采樣精度高，因考慮到電池在沒有使用期間會(huì)有一定的自放電，如果單組電池的電壓采集電路還形成一個(gè)回路，此時(shí)會(huì)對電池的容量造成不必要的損失。因此在每路單組電池的電壓采集回路中串聯(lián)一個(gè)型號為HHC66G(4078)的開關(guān)繼電器[1]，各路開關(guān)繼電器[1]的工作電源由輸入總電源[26](12V)提供。當(dāng)整個(gè)電池管理系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)時(shí)，通過切斷總電源[26]促使開關(guān)繼電器[1]斷開，使電壓采集電路形成斷路；當(dāng)整個(gè)電池管理系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，通過導(dǎo)通總電源[26]促使開關(guān)繼電器[1]接通，使電壓采集電路形成回路，從而有效地避免了電池在非工作狀態(tài)中的自放電。單組電池電壓由精密電阻分壓后經(jīng)過運(yùn)算放大器LM258[3](增加光耦線性度)后到達(dá)線性光耦LOC110[4]，從光耦出來后再經(jīng)過另一個(gè)運(yùn)算放大器LM258[5]。圖中前一個(gè)運(yùn)算放大器LM258[3]用電池本身輸出電壓(輔加一個(gè)LM7805三端穩(wěn)壓[2])供電，線性光耦LOC110[4]與后一個(gè)運(yùn)算放大器LM258[5]靠一個(gè)獨(dú)立的+5V電源[28]供電。用于分壓的精密電阻[6]和光耦前后的輸入、輸出電阻[7][8]計(jì)算如下由于與線性光耦LOC110[4]連接的第一個(gè)運(yùn)算放大器LM258[3]輸入電壓的范圍在
之間，再聯(lián)系到電池的工作電壓范圍在[6.5V～10V]之間。因此采用的精密電阻[6]比值為(4∶1)，采用8K(2.4K與5.6K)和2K。本系統(tǒng)采用的線性光耦LOC110[4]對輸入、輸出電阻[7][8]有以下要求VIN＝I1gR1(2-3)
I1＝K1gIF(2-4)R1=VINK1gIF---(2-5)]]>式中VIN——輸入電壓；I1——祠服光電流(輸入)；R1——輸入電阻；IF——LED驅(qū)動(dòng)電流；K1——I1與IF的比值；由式(2-5)可求出輸入電阻R1=VINK1gIF=20.004g0.015Ω=33.3KΩ]]>(這里查閱有關(guān)資料VIN＝2V，K1＝0.004，IF＝15mA)VOUT＝I2gR2(2-6)I2＝IFgK2(2-7)R2=VINK2gIF---(2-8)]]>VOUT——輸出電壓；I2——祠服光電流(輸出)；R2——輸出電阻； IF——LED驅(qū)動(dòng)電流；K2——I2與IF的比值；由式(2-8)可求出輸出電阻R2=VINK2gIF=40.004g0.015Ω=66.6KΩ]]>(這里查閱有關(guān)資料VOUT＝4V，K2＝0.004，IF＝15mA)由式(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)可以求出輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT之間的關(guān)系VOUT=VINgK3gR2R1---(2-9)]]>(這里查閱有關(guān)資料K1＝K2＝0.004，K3=K2K1=1)]]>[注前一個(gè)運(yùn)放的地為相對地；后一個(gè)運(yùn)放的地為公共地]2、電池組(120只)總電壓采集模塊，其電路原理圖如圖3所示整個(gè)試驗(yàn)過程中，分別定義了電池組總電壓的上限和下限規(guī)定電池組總電壓的下限為130V(即SOC為0，電池不能帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的最低電壓)；規(guī)定電池組總電壓的上限為200V(電池的性能所決定)，因此選用型號為CHV-25P的霍爾電壓傳感器[10]采集總電壓。其工作原理是輸入、輸出都為電流的形式，因此要通過精密電阻[9][11]把電流轉(zhuǎn)化為電壓形式。，CHV-25P霍爾電壓傳感器[10]的主要技術(shù)參數(shù)如下表

CHV-25P霍爾電壓傳感器[10]各引腳的說明+HT輸入電流正 -HT輸入電流負(fù) +正電源M輸出端 -負(fù)電源輸入、輸出電阻的確定按照電池工作的最高電壓Umax200V作為CHV-25P霍爾電壓傳感器[10]的輸入電壓來計(jì)算，規(guī)定送A/D轉(zhuǎn)換的電壓UAD為5V，那么輸入電阻R1=UmaxIN=2000.01Ω=20KΩ---(2-10)]]>輸出電阻R2=UADIM=50.025Ω=200Ω---(2-11)]]>3、電池組總電流的采集模塊，其電路原理圖如圖4所示電池在整車實(shí)際工況中，電流的變化范圍在
之間。考慮到BCM系統(tǒng)中電流采集的精度對電池荷電狀態(tài)(SOC)影響很大，所以本系統(tǒng)中采用精度較高，型號為CHB-200SF的霍爾電流傳感器[12]。CHB-200SF霍爾電流傳感器[12]的主要技術(shù)參數(shù)如下表

CHB-200SF霍爾電流傳感器[12]各引腳的說明如下
-15V——電源負(fù) Data——數(shù)據(jù)輸出引腳 +15V——電源正輸出電阻[13]的確定從圖4可以看出，該電流傳感器電源[26]是采用雙12V，數(shù)據(jù)輸出采用電流形式，因此需要用精密電阻[13]將電流形式轉(zhuǎn)化為電壓形式。并且串聯(lián)一個(gè)阻值為150歐姆的可調(diào)電位器[14]。此外在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前接入一個(gè)運(yùn)算放大器LM258[15]可以增強(qiáng)采集的線性度。按照電池工作的最高電流Imax＝200A作為電流傳感器的輸入電流來計(jì)算，規(guī)定送A/D轉(zhuǎn)換的電壓UAD為5V，那么輸出電阻R=UADIM=50.1Ω=50Ω---(2-12)]]>4、電池溫度采集模塊，其原理圖如圖5所示本電池管理系統(tǒng)采用的是美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器[16]，在測試電池溫度時(shí)(需要使用多個(gè)溫度傳感器)要對數(shù)字線進(jìn)行電阻[17]上拉，可把每個(gè)DS18B20數(shù)字式溫度傳感器[16]的地線(引腳1)、數(shù)據(jù)線(引腳2)、電源線(引腳3)分別合并(即6個(gè)DS18B20數(shù)字式溫度傳感器[16]采用3個(gè)總線——地線、數(shù)據(jù)線、電源線)的方式，。該溫度傳感器[16]具有以下特點(diǎn)·溫度測量范圍-55℃～+125℃；·測量精度0.5℃；·9位溫度數(shù)字輸出量；·溫度到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時(shí)間為200ms；·具有片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換。
5、串口通訊和CAN通訊接口原理圖，如圖7所示本采集板采用CAN總線與主控板進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)/送，這樣可以提高數(shù)據(jù)交換的速度和穩(wěn)定性；采用RS232串口與上位機(jī)通訊，實(shí)時(shí)對電池的狀態(tài)進(jìn)行顯示。CAN總線與RS232串口要用6N137光耦[24]隔離。
RS232串口接線頭采用通用9針插座[21]與主控芯片CPU[25](PIC18F458單片機(jī))之間有一個(gè)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片[20]，由于主控芯片CPU[25]輸入、輸出電平為TTL電平，而PC機(jī)配置的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，要完成PC機(jī)與主控芯片CPU[25]的串行數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
本系統(tǒng)中CAN總線接線頭采用的是通用9針插座[23]，緩沖器采用的是PHILIPS公司出產(chǎn)的型號為PCA82C250芯片[22]。它將主控芯片CPU[25]的CAN控制器輸出引腳的TTL電平變換為CAN總線上的差分信號。
6、采集板主控芯片CPU的外圍接口電路圖，如圖8所示采集板主控芯片采用微芯公司(Microchip)出產(chǎn)的PIC18F458單片機(jī)，該單片機(jī)片內(nèi)帶8路10位A/D轉(zhuǎn)換。由于本實(shí)施例中單組電壓采集(20路)、總電壓采集(1路)、總電流采集(1路)，所以造成A/D轉(zhuǎn)換通道數(shù)和精度不夠，因此本系統(tǒng)中采用型號為ADG608的多路開關(guān)[18]和型號為ADS8320的16位高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片[19]。此外16位高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片[19]還可以提高電流采集后的轉(zhuǎn)換精度，從而提高SOC的估算精度。多路開關(guān)與A/D轉(zhuǎn)換芯片的外圍電路如圖6所示。
PIC18F458單片機(jī)主要特點(diǎn)如下·高達(dá)2MB的程序存儲(chǔ)器，4KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，10MIPS的執(zhí)行速度；·16位寬指令，8位寬數(shù)據(jù)通道，DC～40MHz時(shí)鐘，4～10MHz帶PLL鎖相環(huán)有源晶振/時(shí)鐘輸入；·3個(gè)外部中斷引腳，4個(gè)定時(shí)器，2種振蕩器時(shí)鐘選擇；·捕捉/比較/脈寬調(diào)制(PWM)(CCP)模塊，增強(qiáng)型CCP模塊具有標(biāo)準(zhǔn)CCP模塊的所有特性；·有2種工作方式的主同步串行通信(MSSP)，可尋址的USART模塊；·10位、8通道的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(A/D)，模擬比較模塊；·帶CAN總線模塊；·上電復(fù)位電路(POR)、上電延時(shí)定時(shí)器(PWRT)和振蕩器起振定時(shí)器，帶片內(nèi)RC振蕩器的監(jiān)視定時(shí)器(WDT)，可編程代碼保護(hù)，通過2個(gè)引腳可進(jìn)行在線串行編程(ICSP)，休眠(SLEEP)省電方式；·低功耗、高速增強(qiáng)型FLASH技術(shù)。
7、采集板供電模塊，其電路圖原理圖如圖9所示本電池管理系統(tǒng)(BCM)采集板中所使用到的供電電源有(±12V，+5V，UAD[參考電壓])。因此考慮在本系統(tǒng)中使用兩個(gè)三端穩(wěn)壓LM7805[28][29](輸出為+5V)、一個(gè)精密基準(zhǔn)電源[27](輸出為UAD[參考電壓])，輸出用精密電阻[30]轉(zhuǎn)化成電壓形式。其中，系統(tǒng)總電源[26]向雙12電壓傳感器[10]供電，系統(tǒng)(GND)地作為數(shù)字地和模擬地的輸出端，兩個(gè)三端穩(wěn)壓LM7805[28][29]分別作為數(shù)字電源和模擬電源。
二、以下對主控制電路板的各個(gè)功能模塊集合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明主控制板上所選用的CPU仍然為PIC18F458單片機(jī)。
1、主控制電路板的串口通訊和CAN通訊接口電路參見圖10。
與整車控制器通訊模塊通過CAN總線將與電池狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)發(fā)送到整車控制器，同時(shí)整車控制器也將相關(guān)的指令信號通過CAN總線發(fā)送到主控制電路板的主控芯片CPU[37]，并且通過6N137光耦隔離[35]。本發(fā)明的CAN緩沖器采用型號為PCA82C250T芯片[33]和9針通用接口[34]。
與PC機(jī)通訊模塊通過串口通訊的方式將與電池狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)發(fā)送到具有相關(guān)采集軟件的PC機(jī)上。本發(fā)明采用的RS232串口與CPU之間的電平轉(zhuǎn)換芯片[31]為MAX232，與PC機(jī)連接的接口采用9針通用接口[32]。
電池歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊本系統(tǒng)采用的非易失性存儲(chǔ)器NVRAM[36]是美國DALLAS公司出產(chǎn)的DS1644，該存儲(chǔ)器內(nèi)部集成32k x 8RAM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、鋰離子電池。DS1644數(shù)據(jù)保存時(shí)間可達(dá)10年，采用數(shù)據(jù)線和地址線分開的并行數(shù)據(jù)格式，存取速度快，與外部擴(kuò)展的RAM的讀寫速度相當(dāng)，可用于保存一段時(shí)間的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，也可以保存重要的電池?cái)?shù)據(jù)，為分析電池充放電狀態(tài)提供依據(jù)。其具體的擴(kuò)展方法為15個(gè)地址線引腳和8個(gè)數(shù)據(jù)線引腳分別連接到主控芯片CPUCPU[37]的各個(gè)I/O口，讀/寫信號引腳和片選信號引腳分別連接到主控芯片CPU[37]的讀/寫信號引腳和片選信號引腳。
電池溫度控制單元、報(bào)警單元均采用主控芯片CPU[37]的I/O口發(fā)送高/低電平信號形式經(jīng)過型號為TLP121光耦[38]隔離后，通過型號為HHC66G(4078)的開關(guān)繼電器[39]控制風(fēng)扇[41]與報(bào)警器[40]。
強(qiáng)電保護(hù)單元采用主控制電路板的主控芯片CPU[37]的I/O口發(fā)送高/低電平信號形式經(jīng)過型號為TLP121光耦[35]隔離后，直接控制電池組充、放電回路總繼電器，參見圖11a和圖11b。
主控制電路板的供電模塊所選用的方案為選用兩片LM7805三端穩(wěn)壓[43][44]分別作為主控制電路板的數(shù)字電源和模擬電源，整個(gè)系統(tǒng)的地分為數(shù)字地與模擬地，整個(gè)系統(tǒng)的主電源為外接雙12V直流電源[42]，它可以為風(fēng)扇和繼電器供電，參見圖12。
本發(fā)明的采集電路板的軟件流程圖如圖13所示，首先對各個(gè)子程序進(jìn)行相應(yīng)的初始化，再對采集電池電流、電壓以及溫度的I/O口分別進(jìn)行定義，然后依次判斷采集到的電壓U、電流I、溫度T的范圍是否滿足所規(guī)定要求。如果電池的電壓、電流不滿足要求，則采集板上的CPU將采集到的相關(guān)信號通過CAN總線上傳到主控制板上的CPU并且通過6N137光耦隔離，然后通過相應(yīng)的I/O口發(fā)出相應(yīng)的電平信號切斷主回路上的繼電器，并發(fā)出報(bào)警信號；如果電池的溫度過高或過低，則CPU相應(yīng)的I/O口發(fā)出相應(yīng)的電平信號開啟或關(guān)閉風(fēng)扇。在電池電壓、電流、溫度符合規(guī)定要求時(shí)，讀取各數(shù)據(jù)并上傳到采集電路板的CAN總線，為數(shù)據(jù)向主控制電路板的發(fā)送作好準(zhǔn)備。
本發(fā)明的主控制電路板的軟件流程圖如圖14所示，首先系統(tǒng)開機(jī)上電初始化后，接受來自與采集電路板連接的CAN總線上的電池相關(guān)數(shù)據(jù)；然后依次判斷電池相關(guān)數(shù)據(jù)是否達(dá)到極限位置和報(bào)警位置，如果達(dá)到極限位置和報(bào)警位置則采取相應(yīng)的措施；接下來顯示電池的運(yùn)行狀態(tài)(如電池的充放電電流、電壓、溫度等)，再根據(jù)相關(guān)的算法估算出SOC并顯示；最后將數(shù)據(jù)作打包處理，把電池的相關(guān)數(shù)據(jù)分別送到與整車控制器(HCU)相連接的CAN總線以及與PC機(jī)相連接的RS232串口。
權(quán)利要求
1.一種混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)，由采集電路板和主控制電路板兩大子系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于采集電路板包括有主控芯片CPU、單組電池電壓采集模塊、電池總電壓/總電流采集模塊、電池溫度采集模塊以及通訊模塊，其中單組電池電壓采集模塊、電池總電壓/總電流采集模塊將采集到的單組電池電壓、電池組總電壓和總電流分別通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換芯片后，與主控芯片CPU的I/O口連接；采集電路板上的主控芯片CPU與主控制電路板的主控芯片CPU進(jìn)行通訊，另外采集電路板通過RS232串口通訊模塊與PC機(jī)連接；主控制電路板包括有與整車控制器連接的CAN總線通訊模塊、與PC機(jī)連接的RS232串口通訊模塊、非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、強(qiáng)電保護(hù)模塊、溫度控制模塊、故障報(bào)警模塊和主控芯片CPU；其中非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的地址端口與數(shù)據(jù)端口分別與主控芯片CPU的I/O口連接，讀、寫端口分別與主控芯片CPU的讀、寫端口連接，主控芯片CPU的I/O端口分別連接強(qiáng)電保護(hù)模塊、溫度控制模塊、故障報(bào)警模塊光耦的輸入端CA。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于采集電路板上的通訊模塊采用CAN總線通訊模塊，與主控制電路板的CAN總線通訊模塊進(jìn)行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于采集電路板中，在CAN總線通訊模塊數(shù)據(jù)讀、寫端與RS232串口通訊模塊數(shù)據(jù)輸入、輸出端設(shè)置了光耦進(jìn)行隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于在采集電路板中的單組電池電壓采集模塊中，單組電池的正、負(fù)兩端設(shè)置了精密電阻進(jìn)行分壓，并連接有一線性光耦，對信號進(jìn)行隔離放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于在線性光耦的前后還連接使用了運(yùn)算放大器，提高光耦的線性度與負(fù)載能力。
全文摘要
本發(fā)明提出一種混合動(dòng)力車用動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)，由采集電路板和主控制電路板兩大子系統(tǒng)構(gòu)成，其中采集電路板的單組電池電壓采集模塊、電池總電壓/總電流采集模塊通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換芯片后，與主控芯片CPU的I/O口連接；采集電路板與主控制電路板通過CAN總線通訊模塊進(jìn)行通訊；控制電路板的非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的地址端口與數(shù)據(jù)端口分別與主控芯片CPU的I/O口連接，讀、寫端口分別與主控芯片CPU的讀、寫端口連接，主控芯片CPU的I/O端口分別連接強(qiáng)電保護(hù)模塊、溫度控制模塊、故障報(bào)警模塊光耦的輸入端(CA)。本發(fā)明可以提高系統(tǒng)的電壓采集精度和速度，在整車復(fù)雜的實(shí)際工況中數(shù)據(jù)發(fā)送的穩(wěn)定性，以及單組電池電壓采集精度以及電壓采集過程中的抗干擾性。
文檔編號H02J7/00GK1896892SQ20061005420
公開日2007年1月17日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月10日
發(fā)明者楊亞聯(lián), 秦大同, 彭志遠(yuǎn), 任勇, 周安健, 趙川林, 何培祥, 胡明輝 申請人:重慶大學(xué), 重慶長安汽車股份有限公司