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CN107856559A - 一种电动汽车的动力电池管理系统 - Google Patents

一种电动汽车的动力电池管理系统 Download PDF

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CN107856559A CN201710997954.8A CN201710997954A CN107856559A CN 107856559 A CN107856559 A CN 107856559A CN 201710997954 A CN201710997954 A CN 201710997954A CN 107856559 A CN107856559 A CN 107856559A
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高田
羊彦
王俊
曾可景
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Northwestern Polytechnical University
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Abstract

本发明涉及一种电动汽车的动力电池管理系统，包括一块电池管理系统控制板和若干单体电池信息采集板，电池管理系统控制板和单体电池信息采集板之间通过RS232总线连接，进行信息交互；所述的电池管理系统控制板包括嵌入式处理器、RS232通信模块、CAN总线通信模块、电池组电流采集模块、USB通信模块、触摸屏人机交互模块、以太网通信模块、电池均衡控制模块和声音报警模块；所述的单体电池信息采集板包括嵌入式处理器、数字隔离器、RS232通信模块、单体电池电压采集模块和单体电池温度采集模块；采取模块化设计，安装连接方便；电压、电流采集精度高，电池剩余电量估计精确；具有电池均衡功能，防止电池过充过放；延长动力电池使用寿命。

Description

一种电动汽车的动力电池管理系统
技术领域
本发明属于电动汽车能量管理技术领域，具体涉及一种电动汽车动力电池管理技术。
背景技术
在电动汽车中动力电池占据着重要的位置，是电动汽车的动力源泉，如何有效地利用电池的能量提高汽车行驶里程，延长电池的寿命是电池管理系统的关键问题。动力电池管理系统的性能对电动汽车的行驶里程、使用成本、节能和安全性至关重要。
目前国内外对于电池管理系统的研究越来越重视，技术越来越多。现有的电池管理系统的技术特点有：荷电状态估计精度不够。电池之间的均衡多采用外部独立平衡充电方式，接线、操作复杂，无法实现电动汽车大电流快速充电，不利于电动汽车的推广。不能根据当前的荷电状态值确定合理可行的充电电流，这样容易造成电池的过充或无法充满等现象，不利于延长电池的寿命。电池管理系统对于电池组的检测和维护缺乏可预测性、无法预测电池组中单体电池的健康状态，不利于电池组的调试及维护。
本技术结合电动汽车特点，将电动汽车动力电池作为重点研究对象，使电池处于最佳工作状态，充分发挥电池的功能，延长电池使用寿命，降低电动汽车的使用维护成本。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种电动汽车的动力电池管理系统。采取模块化设计，安装连接方便；电压、电流采集精度高，电池剩余电量估计精确；具有电池均衡功能，防止电池过充过放；延长动力电池使用寿命。
技术方案
一种电动汽车的动力电池管理系统，其特征在于包括一块电池管理系统控制板和若干单体电池信息采集板，电池管理系统控制板和单体电池信息采集板之间通过RS232总线连接，进行信息交互；所述的电池管理系统控制板包括嵌入式处理器、RS232通信模块、CAN总线通信模块、电池组电流采集模块、USB通信模块、触摸屏人机交互模块、以太网通信模块、电池均衡控制模块和声音报警模块；嵌入式处理器对RS232通信模块、电池组电流采集模块、CAN总线通信模块、USB通信模块、触摸屏人机交互模块、以太网通信模块、声音报警模块和电池均衡控制模块进行控制，采集电池总线电流，并通过RS232通信接口与电池信息采集板通信，获知电池组中每节电池的电压、温度信息，利用这些信息估计电池组的剩余电量，实现对电池状态的分析，对电池组的充电、放电过程进行监控和安全管理，对电池组进行均衡管理；CAN总线通信模块用于和车辆控制器通信，把检测到的电池状态传送给车辆控制器，便于车辆控制器对电池进行监控管理；电池组电流采集模块主要采集电池组的总线电流；USB通信模块可与电脑通信，可把检测到的电池状态传送到电脑进行数据存储、数据处理，图形化表格化显示；触摸屏人机交互模块和触摸屏连接，可以直观显示检测到的电池状态；以太网通信模块可以和以太网连接，把检测到的电池状态通过有线或无线网络WIFI传送到服务器端，便于服务器进行远程监控；电池均衡控制模块和电池均衡电路连接，在嵌入式处理器控制下根据电池状态对电池组进行均衡管理；声音报警模块在电池管理系统控制板监控到电池组过充、过放或者温度过高等非正常工作状态下进行声音报警，提醒用户注意，及时处理；所述的单体电池信息采集板包括嵌入式处理器、数字隔离器、RS232通信模块、单体电池电压采集模块和单体电池温度采集模块；单体电池信息采集板接到电池组每节电池的正负极，温度传感器安装到电池的正极或负极的接线端子上，对单体电池的电压、温度进行采集，并把采集到的电池信息通过数字隔离器后通过RS232总线上传给电池管理系统控制板；数字隔离器实现单体电池信息采集板和电池管理系统控制板的电气隔离。
所述的嵌入式处理器由ARM处理器或者DSP或单片机构成。
所述的CAN总线通信模块也可与配有CAN总线接口的充电设施通信，便于充电设施监测电池组的充电状态。
有益效果
本发明提出的一种电动汽车的动力电池管理系统，采取模块化设计，安装连接方便；可对电池组中的单体电池的运行状态进行实时监控，电压、电流采集精度高，电流采样精度±0.5A(充放电电流范围0-100A)，电压采样精度10mV(电压范围0-20V)，温度采集精度±1℃(温度范围0-80℃)；电池剩余电量估计精确，估计精度≤5％；具有电池均衡功能，防止电池过充过放，延长电池使用寿命。配备CAN总线通信接口，可与车辆控制器或行车电脑进行通信控制，实现电动汽车的能量管理；与配有CAN总线接口的充电机或充电桩进行信息交互，实时监控充电状态，实现快速安全充电。
附图说明
图1电池管理系统示意图
图2电池管理系统控制板电路图
图3单体电池信息采集板电路图
具体实施方式
本发明提供一种能检测电池组充放电电流，检测电池组单体电池电压、温度，具有电池剩余电量估计，对电池组进行均衡的动力电池管理系统。
该动力电池管理系统主要由一块电池管理系统控制板和若干单体电池信息采集板构成(电池信息采集板的数量由串联电池的数量决定)。两者之间通过RS232总线连接，进行信息交互。
电池管理系统控制板由嵌入式处理器、RS232通信模块、CAN总线通信模块、电池组电流采集模块、USB通信模块、触摸屏人机交互模块、以太网通信模块、电池均衡控制模块构成、声音报警模块。
电池管理系统控制板中的嵌入式处理器由ARM处理器构成(也可由DSP或单片机构成)，它对RS232通信模块、电池组电流采集模块、CAN总线通信模块、USB通信模块、触摸屏人机交互模块、以太网通信模块、声音报警模块、电池均衡控制模块进行控制，采集电池总线电流，并通过RS232通信接口与电池信息采集板通信，获知电池组中每节电池的电压、温度信息，利用这些信息估计电池组的剩余电量，实现对电池状态的分析，对电池组的充电、放电过程进行监控和安全管理，对电池组进行均衡管理。
CAN总线通信模块用于和车辆控制器通信，可把检测到的电池状态(电池电压、充放电电流、温度和剩余电量)传送给车辆控制器，便于车辆控制器对电池进行监控管理。CAN总线通信模块也可与配有CAN总线接口的充电设施通信，便于充电设施监测电池组的充电状态。
电池组电流采集模块主要采集电池组的总线电流。
USB通信模块可与电脑通信，可把检测到的电池状态(电池电压、充放电电流、温度和剩余电量)传送到电脑进行数据存储、数据处理，图形化表格化显示。
触摸屏人机交互模块和触摸屏连接，可以直观显示检测到的电池状态(电池电压、充放电电流、温度和剩余电量)。
以太网通信接口可以和以太网连接，可以把检测到的电池状态(电池电压、充放电电流、温度和剩余电量)通过有线或无线网络(WIFI)传送到服务器端，便于服务器进行远程监控。
电池均衡控制模块和电池均衡电路连接，在嵌入式处理器控制下根据电池状态对电池组进行均衡管理。
声音报警模块在电池管理系统控制板监控到电池组过充、过放或者温度过高等非正常工作状态下进行声音报警，提醒用户注意，及时处理。
单体电池信息采集板由嵌入式处理器、数字隔离器、RS232通信模块、单体电池电压采集模块、单体电池温度采集模块构成。单体电池信息采集板接到电池组每节电池的正负极，温度传感器安装到电池的正极或负极的接线端子上，对单体电池的电压、温度进行采集，并把采集到的电池信息通过数字隔离器后通过RS232总线上传给电池管理系统控制板。数字隔离器实现单体电池信息采集板和电池管理系统控制板的电气隔离。
结合附图对实施例进行进一步的说明：
如图1-3所示一种用于电动汽车的动力电池管理系统。该动力电池管理系统运用在电动汽车上，电动汽车动力电池包中单体动力电池标称电压12V，容量120AH，12只单体电池串联组成动力电池组，本发明的动力电池管理系统对该电池组进行管理。可对电池组中的单体电池的运行状态进行实时监控，电流采样精度±0.5A(充放电电流范围0-100A)，电压采样精度10mV(电压范围0-20V)，温度采集精度±1℃(温度范围0-80℃)；电池剩余电量估计精度≤5％；具有电池均衡功能，防止电池过充过放，延长电池使用寿命。配备CAN总线通信接口，可与车辆控制器或行车电脑进行通信控制，实现电动汽车的能量管理；与配有CAN总线接口的充电机或充电桩进行信息交互，实时监控充电状态，实现快速安全充电。
该动力电池管理系统主要由一块电池管理系统控制板和12块单体电池信息采集板构成。电池管理系统控制板和12块单体电池信息采集板通过RS232总线连接，电池管理系统控制板作为主控设备控制整个RS232串行通信的进程。
每块单体电池信息采集板接到电池组每节电池的正负极，温度传感器安装到相应电池的正极或负极的接线端子上。每块单体电池信息采集板采集单体电池的电压、温度进行采集，并把采集到的电池信息暂存在嵌入式处理器的数据存储器中。
电池管理系统控制板通过RS232总线分时访问每块单体电池信息采集板，获得每节电池的电压信息，把12节电池电压信息累加得到电池组母线电压，同时获得电池温度信息，电池管理系统控制板采集电池组的总线电流，根据上述信息，嵌入式微处理器利用3层神经网络模型对电池剩余电量进行在线估计。最终获得单节电池电压、温度、单体电池的剩余电量、电池组母线电流、母线电压等信息。
电池管理系统控制板把单节电池电压、温度、单体电池的剩余电量、电池组母线电流、母线电压通过CAN总线通信模块送至车辆控制器，便于车辆控制器在行车过程中掌握动力电池状态，预估电动汽车的行驶里程。
电池管理系统控制板通过CAN总线可与充电桩、充电器等充电设施通信，根据电池电压、充电电流、电池温度以及估算的电池电量信息判断电池状态，防止在充电设施充电过程中对电池过充、降低对电池的损害。
电池管理系统控制板通过USB通信模块可与电脑通信，可把检测到的电池电压、充放电电流、温度和剩余电量传送到电脑进行数据存储、数据处理，图形化表格化显示。
电池管理系统控制板通过以太网通信接口与以太网连接，可以把检测到的电池电压、充放电电流、温度和剩余电量通过有线或无线网络(WIFI)传送到服务器端，便于服务器进行远程监控。
嵌入式处理器把得到的单节电池电压、温度、单体电池的剩余电量、电池组母线电流、母线电压发送到触摸液晶屏进行显示。
电池均衡控制模块和双向均衡电路连接，在充电过程中当电池组中的一节或几节电池出现不均衡状态时，嵌入式处理器通过电池均衡控制电路驱动双向均衡电路，对电池组进行均衡管理，使得电池之间压差减小达到均衡，提高电池组寿命。
电池管理系统控制板监控到电池组过充、过放或者温度过高等非正常工作状态下启动声音报警模块进行声音报警，提醒用户注意，及时处理。

Claims (3)

1.一种电动汽车的动力电池管理系统，其特征在于包括一块电池管理系统控制板和若干单体电池信息采集板，电池管理系统控制板和单体电池信息采集板之间通过RS232总线连接，进行信息交互；所述的电池管理系统控制板包括嵌入式处理器、RS232通信模块、CAN总线通信模块、电池组电流采集模块、USB通信模块、触摸屏人机交互模块、以太网通信模块、电池均衡控制模块和声音报警模块；嵌入式处理器对RS232通信模块、电池组电流采集模块、CAN总线通信模块、USB通信模块、触摸屏人机交互模块、以太网通信模块、声音报警模块和电池均衡控制模块进行控制，采集电池总线电流，并通过RS232通信接口与电池信息采集板通信，获知电池组中每节电池的电压、温度信息，利用这些信息估计电池组的剩余电量，实现对电池状态的分析，对电池组的充电、放电过程进行监控和安全管理，对电池组进行均衡管理；CAN总线通信模块用于和车辆控制器通信，把检测到的电池状态传送给车辆控制器，便于车辆控制器对电池进行监控管理；电池组电流采集模块主要采集电池组的总线电流；USB通信模块可与电脑通信，可把检测到的电池状态传送到电脑进行数据存储、数据处理，图形化表格化显示；触摸屏人机交互模块和触摸屏连接，可以直观显示检测到的电池状态；以太网通信模块可以和以太网连接，把检测到的电池状态通过有线或无线网络WIFI传送到服务器端，便于服务器进行远程监控；电池均衡控制模块和电池均衡电路连接，在嵌入式处理器控制下根据电池状态对电池组进行均衡管理；声音报警模块在电池管理系统控制板监控到电池组过充、过放或者温度过高等非正常工作状态下进行声音报警，提醒用户注意，及时处理；所述的单体电池信息采集板包括嵌入式处理器、数字隔离器、RS232通信模块、单体电池电压采集模块和单体电池温度采集模块；单体电池信息采集板接到电池组每节电池的正负极，温度传感器安装到电池的正极或负极的接线端子上，对单体电池的电压、温度进行采集，并把采集到的电池信息通过数字隔离器后通过RS232总线上传给电池管理系统控制板；数字隔离器实现单体电池信息采集板和电池管理系统控制板的电气隔离。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动力电池管理系统，其特征在于所述的嵌入式处理器由ARM处理器或者DSP或单片机构成。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动力电池管理系统，其特征在于所述的CAN总线通信模块也可与配有CAN总线接口的充电设施通信，便于充电设施监测电池组的充电状态。
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