專利名稱：多can的電池組管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種電動車輛用的動力蓄電池管理裝置，特別涉及一種多CAN的電池組管理裝置。
背景技術(shù)：
面對環(huán)境污染、全球變暖、能源短缺的壓力，各國政府、企業(yè)投入大量人力物力對電動汽車進(jìn)行研究和開發(fā)。目前，在國家科技項(xiàng)目重點(diǎn)支持和市場的雙重推動下，新型鋰離子動力電池在關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵材料和產(chǎn)品研究上都取得了重大進(jìn)展。單體動力鋰電池的性能已基本能夠滿足使用要求。雖然動力鋰電池采購成本仍高于鉛酸電池，但從全生命周期內(nèi)的綜合經(jīng)濟(jì)性考慮， 其成本已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鉛酸電池。由于前一階段動力鋰電池發(fā)展的重點(diǎn)集中在關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵材料和產(chǎn)品開發(fā)上，動力鋰電池成組應(yīng)用技術(shù)并未得到相應(yīng)的重視，致使動力鋰電池系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵零部件和產(chǎn)品研究嚴(yán)重滯后于電池技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前大多仍將只能適用于鉛酸等非密封富液電池的技術(shù)和設(shè)備用于動力鋰電池，從而導(dǎo)致部分電池單體在充放電過程中發(fā)生過充電、過放電、過流和超溫等問題，使電池受到嚴(yán)重傷害，電池安全性大幅下降，使用壽命大幅縮短，甚至電池燃燒、爆炸等惡性事故時(shí)有發(fā)生。高性能、高可靠性的電池管理系統(tǒng)(BMS)能使電池在各種工作條件下獲得最佳的性能。電池管理系統(tǒng)不僅要監(jiān)測電動汽車電池的充放電電流、總電壓、單體電壓和剩余電量 S0C,還要進(jìn)行高壓保護(hù)、電量均衡，同時(shí)還要預(yù)測電池的功率強(qiáng)度，以便監(jiān)控電池的使用狀況，在汽車啟動和加速時(shí)提供足夠的輸出功率，剎車時(shí)電池組能回收更多的能量，即提供足夠的輸入功率，并且不對電池組造成傷害。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2009年04期“基于ARM和CAN的電動汽車電池管理系統(tǒng)”一文中，對電池電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)采集計(jì)算SOC并實(shí)現(xiàn)CAN通訊，但并未考慮串聯(lián)電池組在使用過程中的不均衡問題，以及電池匹配問題，系統(tǒng)后期使用會初步暴露存在的問題?，F(xiàn)代電子技術(shù)2011年第34卷第一期“基于Freescale單片機(jī)的電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)”一文中，對電池基本數(shù)據(jù)電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，但文章中并未考慮電池高壓對整車安全的威脅，沒有在高壓保護(hù)上采取措施，下層采集模塊采用單片機(jī)集成A/D電壓采集精度低，在計(jì)算SOC和做均衡保護(hù)時(shí)都會受到一定影響。目前其他相關(guān)文獻(xiàn)，很少提到絕緣保護(hù)實(shí)施方法和電池健康度估算方法，對電池組的補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ踩狈?shí)際、可行的方案。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有動力電池在純電動汽車中不斷增加，系統(tǒng)電壓提高，電池分不靈活，高壓安全要求較高的問題，提出一種動力電池管理裝置，該系統(tǒng)不僅能測出單體電芯的性能狀態(tài)，而且能對單體電池進(jìn)行二級均衡保護(hù)、二級過充過放保護(hù)、能有效減小電動汽車系統(tǒng)電壓的波動，并通過絕緣檢測和高壓通斷控制，保證電池組的安全正常工作。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型所述的裝置，是采用上、下層分層管理，將動力電池的管理分為上層主控模塊，下層包括電壓溫度采集模塊、電流采集模塊、均衡保護(hù)模塊、絕緣檢測模塊，每個(gè)電池組中的10串單體電池配一個(gè)電壓溫度采集模塊和一個(gè)均衡保護(hù)模塊，在整個(gè)電池組的輸出端還配一個(gè)電流采集檢測模塊和一個(gè)絕緣檢測模塊。最后一組電池是備用電池組，用來穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，也配有一個(gè)電壓溫度采集模塊和一個(gè)均衡保護(hù)模塊和補(bǔ)償開關(guān)。絕緣檢測模塊檢測電池組正負(fù)電極與車體的絕緣電阻，并測量電源系統(tǒng)總電壓；下層的所有模塊通過系統(tǒng)內(nèi)部CAN與上層主控模塊通訊，主控模塊上還具備與外部整車控制器和充電機(jī)通訊的隔離CAN總線接口。上層主控模塊采用的嵌入式微控制器為16位單片機(jī)MC9S12DG128MPVE，其內(nèi)部集成2路CAN控制器，外圍還通過IIC總線接入實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片和EEPROM存儲芯片，2路CAN的 RX和TX腳分別經(jīng)過光耦隔離接不同收發(fā)器構(gòu)成內(nèi)部和外部雙CAN通訊網(wǎng)絡(luò)。電壓溫度采集模塊采用的嵌入式微控制器為SST89E516RD2單片機(jī)，它內(nèi)置64KB的程序存儲器和256B 的數(shù)據(jù)RAM，在電壓溫度采集模塊上使用DC/DC電源。上述上層電池管理的主控模塊E⑶是由2路CAN收發(fā)器(如82C250)、2路光耦隔離電路(如6W37)、時(shí)鐘與EEPROM電路、FLASH數(shù)據(jù)存儲電路(如K9F1208)、保護(hù)執(zhí)行電路、 藍(lán)牙通訊電路和嵌入2路CAN的16位的汽車級微控制器(如MC9S12DG128)構(gòu)成。其中16 位微控制器的CANO模塊的收發(fā)線與隔離模塊6W37相連，隔離模塊的電源采用不同DC-DC 隔離、并通過收發(fā)器連接到外部CAN總線；其內(nèi)部的CAN4模塊通過同樣方式連接到外部 CAN總線接口。實(shí)時(shí)時(shí)鐘PCF8563T和EEPROM存儲芯片MC64都與微控制器的SPI總線相連，實(shí)時(shí)時(shí)鐘主要用于SOC計(jì)算時(shí)準(zhǔn)確記錄掉電時(shí)間，并存儲在EEPROM中供下次系統(tǒng)上電時(shí)調(diào)用，保證SOC算法的精確性，微控制器的數(shù)據(jù)總線D0-D7和讀寫控制線分別與FLASH存儲芯片相連，用于實(shí)時(shí)保存每次采集數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙模塊發(fā)送到外部數(shù)據(jù)分析平臺。上述的主控模塊的微控制器還輸出6路用于其他執(zhí)行器件的控制信號，其中第一路和第二路用于控制蓄電池的降溫系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，保證電池組工作在正常溫度范圍；第三路信號用來控制高壓通斷開關(guān)，用于在絕緣檢測故障時(shí)進(jìn)行保護(hù)，也可在過充或過放中切斷主電路保護(hù)電池；第四路信號用于控制下層模塊電源通斷，保證采集模塊在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)能及時(shí)硬件上電復(fù)位恢復(fù)正常工作。上述下層管理系統(tǒng)的電壓采集模塊的E⑶(電子控制單元)由一個(gè)SST89E516RD2 的8位微控制器、CAN控制器(如SJA1000)、CAN隔離器(如82C250)和AD采集電路模塊 (ILC7135)、溫度采集傳感器(如DS18B20)等主要器件構(gòu)成。其中電池的十路模擬電壓信號分別與十路2通道的光耦隔離器件相連(如AQWM1E)，光耦器件通過2片并聯(lián)的138譯碼器選中，并且能保證同一時(shí)刻只選中一路，即同一時(shí)刻只有一塊單體電池的正負(fù)兩級被接入， 通過微控制器的地址總線的高四位A12-A15對138進(jìn)行譯碼選擇；其中單體電池的負(fù)極于電壓采集模塊的電源地相連，正極與AD芯片的采集電壓輸入端相連。其中微控制器的數(shù)據(jù)總線D0-D7分別與CAN芯片(SJA1000)的地址/數(shù)據(jù)總線 AD0-AD7相連、同時(shí)也與旋碼開關(guān)的緩存芯片(如LVT245)的A0-A7相連，CAN芯片和緩存芯片的片選引腳也與138譯碼器相連。[0017]上述的均衡保護(hù)模塊和電壓溫度采集模塊同時(shí)配置在一組電池上，管理10串單體電池的均衡，均衡保護(hù)模塊串聯(lián)接入電池組的回路中，均衡保護(hù)模塊采用保護(hù)IC實(shí)現(xiàn)單體電池過充過放保護(hù)，當(dāng)單體電池電壓超限可以開啟均衡電阻，實(shí)現(xiàn)充電均衡。上述下層管理系統(tǒng)的電流采集模塊和絕緣檢測模塊的ECU也是由微控制器 SST89E516RD2構(gòu)成，電池管理系統(tǒng)配置一個(gè)電流采集模塊和絕緣檢測模塊，絕緣檢測模塊內(nèi)部也配有一路電壓檢測單元，可以檢測整車電池組的總電壓，與電流檢測模塊數(shù)據(jù)同時(shí)作為SOC的計(jì)算數(shù)據(jù)。絕緣檢測模塊的內(nèi)部電阻測量電路可以精確測量電池組正負(fù)極與車體外殼的絕緣電阻。電流采集模塊通過外接電流霍爾傳感器測量電池組的放電總電流。兩個(gè)模塊都是通過MCU的數(shù)據(jù)總線D0-D7與SJA1000的地址/數(shù)據(jù)總線AD0-AD7相連，采用 82C250做為CAN收發(fā)器構(gòu)成CAN節(jié)點(diǎn)電路。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型具有與外部其他E⑶通訊的CAN總線接口，主要實(shí)現(xiàn)兩層充電保護(hù)，兩級放電保護(hù)，兩級均衡保護(hù)、放電補(bǔ)償、電池健康度標(biāo)定等功能。對于備用電池組，在放電過程中，當(dāng)檢測到有電池過放或損壞，且當(dāng)前SOC值 >60%，備用電池組可進(jìn)行補(bǔ)償在線切換啟用備用電池組，使電源電壓不至于波動太大。起到保護(hù)電池和延長續(xù)航里程的目的。在充電過程中，當(dāng)備用電池組的SOC值與電池組SOC值相同時(shí)，補(bǔ)償開關(guān)接通，并通過主控模塊與充電機(jī)通訊調(diào)節(jié)充電電壓與電流。管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二級充電保護(hù)其中均衡保護(hù)模塊通過控制MOFSET管的通斷，切斷一個(gè)電池組的充電；主控模塊則根據(jù)電池組的SOC值的大小，給非車載充電器發(fā)出控制信息(遵循國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議)，發(fā)送指令到充電池實(shí)現(xiàn)分段充電控制，控制充電應(yīng)使用的電流、電壓、(恒流、恒壓、涓流充電)。當(dāng)單體電壓<2. 6 V時(shí)，采用恒流1/5C充電，當(dāng)單體電壓>2. 6V 時(shí)，采用恒流1/3C充電，電壓>3. 6卷恒壓充電，電壓>3. 6 5涓流充電，電壓>3. 7停止充電，這些參數(shù)均可以根據(jù)電池性能要求通過主控模塊與外部E⑶的通訊進(jìn)行設(shè)置更改。管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二級放電保護(hù)其中當(dāng)均衡保護(hù)模塊測得電池電壓<2. 5V時(shí)，通過控制MOFSET管的通斷，切斷一個(gè)電池組的放電；主控模塊則根據(jù)電池組的SOC值的大小， 給電機(jī)控制器發(fā)出控制信號，如果S0C<10%，電池組的內(nèi)阻增大發(fā)熱增加，電池管理系統(tǒng)的主控模塊發(fā)送指令到整車控制器，從而限制電機(jī)輸出功率，使電機(jī)放電電流<1/5C。如果 S0C<5%，電池管理系統(tǒng)主控模塊發(fā)指令到整車控制器，使電機(jī)涓流放電或停止放電。管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二級均衡充電當(dāng)均衡保護(hù)模塊檢測到單體電池電壓差值> 0. 5伏 ，接入均衡電阻(30歐，5瓦)進(jìn)行分流，使該塊電池充電速度放慢，當(dāng)所有電池的電壓差值 <0. 5伏時(shí)(硬件比較)，斷開均衡電阻，整組進(jìn)行統(tǒng)一充電。這樣可以讓電池充滿到99%以上。管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)定電池健康度通過在主控模塊中實(shí)現(xiàn)對電池老化程度、電池充放電次數(shù)、單體電池過充過放次數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，從而估算每塊單體電池的健康度，為電池組的一致性以及電池單體性能的優(yōu)化提出了可靠的依據(jù)。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)原理框圖。圖2為本實(shí)用新型的下層電壓溫度采集模塊的原理圖。[0028]圖3為本實(shí)用新型的下層電壓溫度采集模塊的軟件流程圖。圖4為本實(shí)用新型的下層絕緣檢測模塊的原理圖。圖5為本實(shí)用新型的上層主控模塊的原理圖。圖6為本實(shí)用新型的上層主控模塊的軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)原理框圖，它整體結(jié)構(gòu)是兩層分層CAN 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)隔離，內(nèi)部CAN總線連接下層的電壓溫度采集模塊、電流采集模塊、絕緣保護(hù)模塊、均衡保護(hù)模塊。采用雙絞線CAN總線網(wǎng)絡(luò)，從電池組采集每塊單體電池的電壓、電池組的溫度、電池組總電壓、總電流、絕緣電阻等數(shù)據(jù)通過CAN總線實(shí)時(shí)發(fā)送到上層主控模塊，主控模塊根據(jù)協(xié)議對數(shù)據(jù)接收并存儲。主控模塊可以根據(jù)控制策略將補(bǔ)償電路隨時(shí)接入主電路中。主控模塊外部CAN其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型和總線混合，所有CAN網(wǎng)絡(luò)均采用 CAN2. OB協(xié)議，外部與整車控制器通訊CAN接口協(xié)議滿足SAE J1939協(xié)議，與充電機(jī)通訊協(xié)議滿足國標(biāo)《電動汽車電池管理系統(tǒng)與非車載充電機(jī)之間的通信協(xié)議》協(xié)議。如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的電壓溫度采集模塊ECU所采用的嵌入式微控制器為SST89E516RD2單片機(jī)，它內(nèi)置64KB的程序存儲器和256B的數(shù)據(jù)RAM，帶內(nèi)部可編程的看門狗(WDT)并且支持掉電模式和外部中斷喚醒；每個(gè)電壓溫度采集模塊ECU管理10個(gè)單體電池，其功能為檢測10個(gè)單體電池的電壓和溫度信息，并將該信息通過管理系統(tǒng)的雙絞線CAN總線發(fā)送給上層主控模塊ECU，10路電池組的電壓分別經(jīng)過光耦隔離和電壓調(diào)理電路后接入高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊ICL7135的A/D輸入端；2路溫度傳感器的信號線接入嵌入式微控制器SST89E516RD2的同一路可驅(qū)動大電流的I/O 口。另外在采集模塊上使用DC/ DC電源，使采集模塊供電更穩(wěn)定，能更好適應(yīng)車載環(huán)境。使用旋碼開關(guān)，使用戶可手動設(shè)定每個(gè)電壓采集模塊的通訊地址，當(dāng)須更換電池模塊時(shí)，只要通過手動調(diào)節(jié)旋碼旋碼，即可加入或更換其他新加入的電池模塊，而不必更改CAN通訊地址。通過AQW214EH光耦合繼電器 (具有雙路選通功能)和138片選的組合使用，安全可靠的將電池組各端點(diǎn)電壓依采樣周期依次引入AD。選通時(shí)間短(μ 8級)，硬件保證同一時(shí)刻只可能連入一組電壓，不會由于程序錯(cuò)誤使電池短路。(AQW214EH光耦合繼電器通過一使能信號能同時(shí)選通兩路，來線選各電池的正負(fù)極。)采用高精度4位半雙積分AD ICL7135。電壓轉(zhuǎn)換精度為0. ImV,量程0-5V， 轉(zhuǎn)換速度為40ms。溫度采集使用DB18B20數(shù)字溫度計(jì)，使用范圍-55到125攝氏度，精度 0. 1攝氏度(理論精確度為0. 0625，實(shí)際中舍入計(jì)算)。CAN通訊采用SJA1000T獨(dú)立can控制器，支持熱插拔(軟件位速率檢測)，位速率可達(dá)IMbits/s。兼容CAN2. OB協(xié)議。如圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的電壓溫度采集模塊的軟件流程圖，流程分為兩部分，一部分為順序執(zhí)行流程，另一部分為中斷執(zhí)行流程，電壓溫度采集模塊在接入CAN總線并上電工作后，首先對微控制器SST89E516RD2進(jìn)行芯片初始化，包括芯片內(nèi)部的中斷、 看門狗(WDT)等，以及外部CAN控制芯片(如SJA1000)和A/D轉(zhuǎn)換芯片(如ICL7135)進(jìn)行初始化。由于該模塊需要支持在內(nèi)部CAN總線上的熱插拔，所以要在初始化后對CAN總線的位速率進(jìn)行自動檢測匹配，匹配成功后即可成為既有網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，根據(jù)用戶對旋碼開關(guān)的設(shè)置，獲取模塊所管理電池的ID，即下層模塊在與上層主控模塊通訊的唯一標(biāo)識。采集模塊在主流程中主要實(shí)現(xiàn)電壓和溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集并發(fā)送致上層主控模塊，查詢參數(shù)配置和休眠操作的標(biāo)志位，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。當(dāng)主控模塊給下層模塊發(fā)出休眠指令后，采集模塊停止數(shù)據(jù)采集工作進(jìn)入省電模式，當(dāng)主控模塊再次通過CAN總線發(fā)出指令后，采集模塊可以繼續(xù)恢復(fù)工作。如圖4所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的絕緣檢測模塊ECU所采用的嵌入式微控制器為 SST89E516RD2單片機(jī)，整個(gè)電池管理系統(tǒng)配一個(gè)絕緣檢測模塊，該模塊可以檢測車體外殼與電池組正負(fù)兩極的絕緣電阻，并在絕緣電阻小于設(shè)定置進(jìn)行報(bào)警，以便及時(shí)排除故障，防止發(fā)生高壓觸電事故。電池組的總正極、總負(fù)極通過導(dǎo)線接入絕緣檢測模塊，絕緣檢測模塊的外殼采用鐵殼并與車體外殼連接，這樣車體外殼通過模塊外殼接入，然后三路線通過絕緣電阻測量電路，最后通過2路光耦選通芯片(AQW214EH)接入電壓調(diào)理電路，再通過A/D ICL7135轉(zhuǎn)換，MCU讀取電壓數(shù)據(jù)并計(jì)算出，正負(fù)電極與車體外殼的有效絕緣電阻。同時(shí)電池組的總電壓通過精密分壓電路以及電壓調(diào)理電路接入A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣可以精確計(jì)算電池組的總電壓，可以減小由單體電壓計(jì)算總電壓的誤差，提高總電壓的測量精度，同時(shí)也提高了 SOC 的估算精度。絕緣檢測模塊也通過外接獨(dú)立CAN控制器SJA1000和CAN收發(fā)器82C250掛入內(nèi)部CAN總線。如圖5所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的上層主控模塊ECU所采用的嵌入式微控制器為飛思卡爾的16位單片機(jī)MC9S12DG128MPVE，該芯片具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和控制功能。 它內(nèi)部集成2路CAN控制器，具有編程方便、使用靈活、功耗低、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。雙CAN通道實(shí)現(xiàn)電池管系統(tǒng)的主控模塊和采集模塊內(nèi)部CAN總線通訊，優(yōu)化電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較51系列微控制器低得多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的汽車環(huán)境。S12 MCU總線頻率為25MHz，方便實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的均衡控制算法和多總線通訊控制。在M⑶外圍還通過IIC總線接入實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片和EEPROM存儲芯片，2路CAN的RX 和TX腳分別經(jīng)過光耦隔離接不同收發(fā)器構(gòu)成內(nèi)部和外部雙CAN通訊網(wǎng)絡(luò)。光耦的電源與系統(tǒng)電源通過2路DC/DC實(shí)現(xiàn)完全隔離，保證了通訊電路的穩(wěn)定可靠。主控模塊的6路控制信號也分別經(jīng)過光耦隔離電路和功率驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)對外圍執(zhí)行器件的安全控制。主控模塊的數(shù)據(jù)總線D0-D7和讀寫控制線分別與FLASH存儲芯片相連，用于實(shí)時(shí)保存每次采集數(shù)據(jù)，藍(lán)牙模塊通過SCI串行總線與MCU連接。如圖6所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的主控模塊軟件流程簡圖。主控模塊軟件流程在圖中分為兩個(gè)部分，一部分為放電流程，一部分為充電流程，其主要是對下層模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算并做出相應(yīng)控制，主要工作是精確計(jì)算S0C。在上電后首先對單片機(jī)內(nèi)核(總線頻率、中斷等)進(jìn)行初始化，然后對DGU8的內(nèi)部的2路CAN模塊控制器、IIC控制器、UART控制器等進(jìn)行初始化，然后通過電池單體的過充過放數(shù)據(jù)更新電池的SOH(電池健康度)數(shù)據(jù)，開始初始化電池?cái)?shù)據(jù)，并通過IIC讀取EEPROM 的數(shù)據(jù)，如上次剩余電量、停車時(shí)間(即電池自放電時(shí)間)、電池的溫度影響系數(shù)、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，通過電池健康度SOH和電池的循環(huán)使用次數(shù)計(jì)算電池的自放電系數(shù)，通過自放電時(shí)間、上次剩余電量和自放電系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出汽車再次啟動時(shí)的SOC值，并通過判斷停車時(shí)間，如果停車時(shí)間超過M小時(shí)，則可以用開路電壓與SOC的對應(yīng)關(guān)系來修正當(dāng)前 SOC 值。之后主控模塊判斷電池當(dāng)前的狀態(tài)，進(jìn)入不同狀態(tài)的流程，通過對放電或者充電電流電壓的實(shí)時(shí)積分，計(jì)算充電和放電的電量，并實(shí)時(shí)通過下層采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋操作，如果在充電狀態(tài)，根據(jù)SOC的值，在不同SOC下控制充電機(jī)對電池進(jìn)行不同電流的充電，發(fā)送指令到充電機(jī)實(shí)現(xiàn)分段式充電控制，既可以在電池電量較少的情況下保證充電不對電池造成傷害，又可以在單體電池電壓超過設(shè)定限值時(shí)進(jìn)行涓流充電實(shí)現(xiàn)單體電池電量的動態(tài)平衡，并可以給下層均衡保護(hù)模塊發(fā)送指令開啟無損能量均衡電流，最終在單體電壓超停止限時(shí)發(fā)送停止充電指令。每次充電時(shí)當(dāng)主電源SOC與備用電源SOC相同時(shí)，可以接通備用電源充電。如果在放電狀態(tài)，根據(jù)SOC的值，在不同SOC下對電機(jī)控制器進(jìn)行通訊控制，當(dāng)SOC 小于設(shè)定值時(shí)可以通過發(fā)送指令降低電機(jī)的輸出功率，保證電池組在正常電流范圍內(nèi)放電防止損壞電池，可以設(shè)置多個(gè)SOC放電控制等級，最終可以發(fā)送指令停止電機(jī)輸出功率，當(dāng)放電池組S0C>50%，而電池組單體損壞電壓過低時(shí)，均衡保護(hù)模塊可以切斷所控電池組的電流輸出，同時(shí)控制器會接通補(bǔ)償電池組，防止系統(tǒng)電壓突降，保證汽車能平穩(wěn)運(yùn)行。在接收到外部CAN中斷時(shí)，要進(jìn)行報(bào)文分析，如果是主控模塊請求數(shù)據(jù)，則將電池電壓、電流、溫度、SOC等所有數(shù)據(jù)按SAE J1939協(xié)議發(fā)送，如果是主控模塊的關(guān)機(jī)指令，則要做好關(guān)機(jī)的數(shù)據(jù)存儲準(zhǔn)備并準(zhǔn)備關(guān)機(jī)。經(jīng)過實(shí)際測試及應(yīng)用證明，本實(shí)用新型實(shí)施例的電池管理系統(tǒng)能夠在純電動轎車和純電動客車中穩(wěn)定可靠運(yùn)行，尤其在電池分布較散的純電動客車中可以有效節(jié)省布線空間，方便更換采集模塊，SOC的估算精度較高。
權(quán)利要求1.多CAN的電池組管理裝置，其特征是所述電池組管理裝置采用分上、下層管理，上層為主控模塊，下層包括電壓溫度采集模塊、電流采集模塊、均衡保護(hù)模塊、絕緣檢測模塊， 每個(gè)電池組中的10串單體電池配一個(gè)電壓溫度采集模塊和一個(gè)均衡保護(hù)模塊，在整個(gè)電池組的輸出端還配一個(gè)電流采集檢測模塊和一個(gè)絕緣檢測模塊；最后一組電池是備用電池組，也配有一個(gè)電壓溫度采集模塊和一個(gè)均衡保護(hù)模塊和補(bǔ)償開關(guān)；下層的所有模塊通過系統(tǒng)內(nèi)部CAN與上層主控模塊通訊，主控模塊上還具備與外部整車控制器和充電機(jī)通訊的隔離CAN總線接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多CAN的電池組管理裝置，其特征在于所述上層主控模塊采用的嵌入式微控制器為16位單片機(jī)MC9S12DGU8MPVE，其內(nèi)部集成2路CAN控制器，外圍還通過IIC總線接入實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片和EEPROM存儲芯片，2路CAN的RX和TX腳分別經(jīng)過光耦隔離接不同收發(fā)器構(gòu)成內(nèi)部和外部雙CAN通訊網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多CAN的電池組管理裝置，其特征在于所述電壓溫度采集模塊采用的嵌入式微控制器為SST89E516RD2單片機(jī)，它內(nèi)置64KB的程序存儲器和256B的數(shù)據(jù)RAM，在電壓溫度采集模塊上使用DC/DC電源。
專利摘要多CAN的電池組管理裝置，基于多CAN的電池組管理系統(tǒng)，采用分上、下層管理，上層為主控模塊，下層包括電壓溫度采集模塊、電流采集模塊、均衡保護(hù)模塊、絕緣檢測模塊，每個(gè)電池組中的10串單體電池配一個(gè)電壓溫度采集模塊和一個(gè)均衡保護(hù)模塊，在整個(gè)電池組的輸出端還配一個(gè)電流采集檢測模塊和一個(gè)絕緣檢測模塊。該系統(tǒng)具有易于擴(kuò)展，連接方便，數(shù)據(jù)隔離，穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。
文檔編號H02J7/00GK202142877SQ20112017398
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者曹銘, 李中立, 黃菊花 申請人:南昌大學(xué)