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CN111546938B - 一种车用混合蓄电池管理系统及方法 - Google Patents

一种车用混合蓄电池管理系统及方法 Download PDF

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CN111546938B
CN111546938B CN202010409319.5A CN202010409319A CN111546938B CN 111546938 B CN111546938 B CN 111546938B CN 202010409319 A CN202010409319 A CN 202010409319A CN 111546938 B CN111546938 B CN 111546938B
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杨金亮
王坤玉
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Abstract

本发明提供一种车用混合蓄电池管理系统及方法，包括：控制组件、蓄电池组保护接触器、蓄电池组、DC/DC补电稳压模块、整车控制器、发动机ECU、整车钥匙、整车仪表、励磁发电机以及驻车电器；控制组件分别与整车控制器、发动机ECU、整车钥匙、整车仪表、励磁发电机以及驻车电器连接，控制组件实现接收钥匙信号、整车START控制、整车励磁发电机启停控制、车辆熄火控制、利用仪表显示蓄电池组状态信息和故障预警信息，对整车电路供电和稳压电源的切换控制、对起动电路供电电源进行切换控制。本发明避免了蓄电池组出现过充过放过热使用不仅影响锂电池的寿命的问题，还避免了引起火灾，影响整个电动车的安全性能的严重问题。

Description

一种车用混合蓄电池管理系统及方法
技术领域
本发明涉及电动车领域，尤其涉及一种车用混合蓄电池管理系统及方法。
背景技术
蓄电池是汽车必不可少的一部分，蓄电池可以采用铅酸蓄电池和锂电池。目前车用蓄电池性能和技术要求不断提高而导致铅蓄电池体积大、重量大、容量不够用、维保频繁等问题，所以通常主要使用锂电池。
但是锂电池在使用时，也有诸多的原因需要在使用过程进行注意，比如锂离子电芯存在低温条件下不允许充电、不允许过充过放过热使用。如果锂电池出现过充过放过热使用不仅影响锂电池的寿命，还会造成锂电池的损坏，而且严重的还会引起火灾，影响整个电动车的安全性能。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种车用混合蓄电池管理系统，包括：控制组件、蓄电池组保护接触器、蓄电池组、DC/DC补电稳压模块、整车控制器、发动机ECU、整车钥匙、整车仪表、励磁发电机以及驻车电器；
蓄电池组设置有起动模组和储能模组；
起动模组正极与起动机正极连接，构成起动电路；
储能模组正极与整车除起动机以外的负载正极连接，构成整车供电电路；
DC/DC补电稳压模块连接在蓄电池组保护接触器输出端与起动模组正极输出电路之间；
控制组件分别与整车控制器、发动机ECU、整车钥匙、整车仪表、励磁发电机以及驻车电器连接，控制组件实现接收钥匙信号、整车START控制、整车励磁发电机启停控制、车辆熄火控制、利用仪表显示蓄电池组状态信息和故障预警信息，对整车电路供电和稳压电源的切换控制、对起动电路供电电源进行切换控制。
进一步的来讲，控制组件包括：主控制板、DC/DC系统控制板以及加热继电器；
主控制板对蓄电池组的温度、电压以及电流进行采集和监测，通过对蓄电池组进行SOC计算以及SOH计算进行故障诊断，实现对蓄电池组的故障分级预警和故障响应控制；
主控制板通过DC/DC系统控制板与DC/DC补电稳压模块进行通讯和控制，实现利用励磁发电机或储能模组对起动模组进行充电控制；主控制板通过控制蓄电池组保护接触器实现对储能模组充放电保护控制，通过控制加热继电器实现对储能模组的过热控制。
进一步的来讲，控制组件还包括：储能模组从控制板和起动模组从控制板；
储能模组从控制板用于采集和监测储能模组中每个锂电芯单体的电压、电流以及温度，对锂电芯单体进行电量均衡控制，并于主控制板通讯；
起动模组从控制板用于采集和监测起动模组和蓄电池组中超级电容单体的电压、电流以及温度，并与主控制板通讯。
进一步的来讲，还包括：整车控制线束、整车CAN通讯线束、系统内部控制线束、系统内部CAN通讯线束；
主控制板通过系统内部CAN通讯线束与储能模组从控制板、起动模组从控制板和DC/DC系统控制板连接；
主控制板通过系统内部控制线束分别与蓄电池组保护接触器和加热继电器连接，主控制板通过整车CAN通讯线束分别与整车控制器、发动机ECU、整车仪表以及驻车电器连接；
主控制板通过整车控制线束分别与整车钥匙和励磁发电机连接。
本发明还提供一种车用混合蓄电池管理方法，方法包括：
整车使用驻车电器驻车时，储能模组向整车驻车电器供电；
当储能模组SOC降至第一驻车阈值N1时，主控制板通过整车控制线束向驻车电器发送停机命令，实现对储能模组的低电量保护；
当储能模组SOC降至第二驻车阈值N2时，主控制板控制蓄电池组保护接触器断开，实现对储能模组的过放保护；
第一驻车阈值N1大于第二驻车阈值N2。
进一步的来讲，方法还包括：
当整车钥匙开启时，由储能模组向整车电路中的负载供电，钥匙开启信号同时作为混合蓄电池管理系统的唤醒信号；
主控制板通过起动模组从控制板监测起动模组电压；
当起动模组电压小于第一电压阈值U1时，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压系统开启，储能模组对起动模组充电，同时通过整车仪表显示起动模组充电状态；
当起动模组电压大于第二电压阈值U2时，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压系统关闭，储能模组对起动模组停止充电；
第一电压阈值U1大于第二电压阈值U2。
进一步的来讲，方法还包括：
当整车钥匙起动时，主控制板允许整车起动，则主控制板通过整车CAN通讯线束或整车控制线束向发动机ECU发出起动命令，控制整车起动；
如不允许整车起动，则主控制板不向发动机ECU发送起动命令，同时通过整车仪表显示混合蓄电池状态或故障。
进一步的来讲，方法还包括：整车起动后，主控制板判断储能模组是否允许充电，如允许充电，则主控制板通过整车控制线束控制励磁发电机开启；
如储能模组不允许充电，则主控制板控制蓄电池组保护接触器断开；
主控制板控制励磁发电机进行发电，控制加热继电器闭合，实现利用励磁发电机对储能模组加热，通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压模块开启，将起动模组接入整车电路，利用起动模组对整车电路进行稳压。
进一步的来讲，方法还包括：当蓄电池组出现故障时，主控制板通过信息采集和检测进行故障诊断，并通过整车仪表向驾驶员进行故障分级预警；
如储能模组故障，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压模块开启，控制蓄电池组保护接触器断开，切换为独立使用起动模组对整车电路和起动电路供电；
如果仅起动模组故障，主控制板通过DC/DC系统控制板控制蓄电池组保护接触器开启，切换为独立使用储能模组对整车电路和起动电路供电。
进一步的来讲，方法还包括：当储能模组出现热失控时，主控制板通过整车CAN线或整车控制线束与整车控制器和发动机ECU通讯，控制车辆熄火，并通过整车仪表向驾驶员进行混合蓄电池故障报警。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明涉及的车用混合蓄电池管理系统利用控制板、接触器，实现了对混合蓄电池系统的状态监测、储能模组过充过放保护和热管理控制、起动模组起动能力控制、整车电路稳压控制。通过控制板与整车控制器、发动机ECU、钥匙开关、整车仪表、整车发电机通讯，根据气温条件和混合蓄电池模组状态进行混合蓄电池保护控制、调整整车起动供电策略、实现整车驻车电器控制、整车起动控制、发电机启停控制、蓄电池系统故障分级报警控制等技术功能。避免了蓄电池组出现过充过放过热使用不仅影响锂电池的寿命的问题，还避免了引起火灾，影响整个电动车的安全性能的严重问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为车用混合蓄电池管理系统示意图；
图2为驻车电器开启的控制策略流程图；
图3为整车KEY ON和整车START的控制策略流程图；
图4为混合蓄电池系统故障的控制策略流程图。
附图标记说明：
图1中：1.主控制板、2.储能模组从控制板、3.起动模组从控制板、4.DC/DC系统控制板、5.蓄电池组保护接触器、6.加热继电器、7.整车控制器、8.发动机ECU、9.整车钥匙、10.整车仪表、11.励磁发电机、12.驻车电器、13.整车控制线束、14.整车CAN通讯线束、15.系统内部控制线束、16.系统内部CAN通讯线束。
具体实施方式
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明涉及一种车用混合蓄电池管理系统，如图1所示，包括：控制组件20、蓄电池组保护接触器5、蓄电池组、DC/DC补电稳压模块、整车控制器7、发动机ECU8、整车钥匙9、整车仪表10、励磁发电机11以及驻车电器12；其中蓄电池组设置有起动模组和储能模组；起动模组设置有超级电容和/或蓄电池。储能模组配置有锂电池，或相应的电池。
起动模组正极与起动机正极连接，构成起动电路；储能模组正极与整车除起动机以外的负载正极连接，构成整车供电电路；DC/DC补电稳压模块连接在蓄电池组保护接触器5输出端与起动模组正极输出电路之间；控制组件20分别与整车控制器7、发动机ECU8、整车钥匙9、整车仪表10、励磁发电机11以及驻车电器12连接，控制组件20实现接收钥匙信号、整车START控制、整车励磁发电机启停控制、车辆熄火控制、利用仪表显示蓄电池组状态信息和故障预警信息，对整车电路供电和稳压电源的切换控制、对起动电路供电电源进行切换控制。
其中，控制组件20可以作为处理器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。
具体的，控制组件20包括：主控制板1、DC/DC系统控制板4以及加热继电器6；主控制板1对蓄电池组的温度、电压以及电流进行采集和监测，通过对蓄电池组进行SOC计算以及SOH计算进行故障诊断，实现对蓄电池组的故障分级预警和故障响应控制；主控制板1通过DC/DC系统控制板4与DC/DC补电稳压模块进行通讯和控制，实现利用励磁发电机11或储能模组对起动模组进行充电控制；主控制板1通过控制蓄电池组保护接触器5实现对储能模组充放电保护控制，通过控制加热继电器6实现对储能模组的过热控制。
主控制板1包括一个或多个处理器执行，如一个或多个数字信号处理器(DSP)，通用微处理器，特定应用集成电路ASICs，现场可编程门阵列(FPGA)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。
进一步需要说明的是，控制组件20还包括：储能模组从控制板2和起动模组从控制板3；储能模组从控制板2用于采集和监测储能模组中每个锂电芯单体的电压、电流以及温度，对锂电芯单体进行电量均衡控制，并于主控制板通讯；起动模组从控制板3用于采集和监测起动模组和蓄电池组中超级电容单体的电压、电流以及温度，并与主控制板通讯。
为了实现通信连接，系统还包括：整车控制线束13、整车CAN通讯线束14、系统内部控制线束15、系统内部CAN通讯线束16；主控制板1通过系统内部CAN通讯线束16与储能模组从控制板2、起动模组从控制板3和DC/DC系统控制板4连接；主控制板1通过系统内部控制线束15分别与蓄电池组保护接触器5和加热继电器6连接，主控制板1通过整车CAN通讯线束14分别与整车控制器7、发动机ECU8、整车仪表10以及驻车电器12连接；主控制板1通过整车控制线束13分别与整车钥匙9和励磁发电机11连接。
作为本发明的实施方式，储能模组从控制板2的作用是采集和监测储能模组和锂离子电芯单体的电压、电流、温度，对锂离子电芯单体进行电量均衡控制，并于主控制板通讯。起动模组从控制板3的作用是采集和监测起动模组和超级电容单体的电压、电流、温度，并与主控制板通讯。DC/DC系统控制板4的作用是对DC/DC补电稳压系统进行监测和控制，并与主控制板通讯。主控制板1、储能模组从控制板2、起动模组从控制板3、DC/DC系统控制板4也可以集成为一块控制板。
蓄电池组保护接触器执行主控制板的命令，接通或切断储能模组的正极输出电路。加热继电器6执行主控制板的命令，接通或切断储能模组加热电路。
基于上述系统本发明还提供一种车用混合蓄电池管理方法，如图2至4所示，方法包括：
整车使用驻车电器驻车时，储能模组向整车驻车电器供电；
当储能模组SOC降至第一驻车阈值N1时，主控制板通过整车控制线束向驻车电器发送停机命令，实现对储能模组的低电量保护；
当储能模组SOC降至第二驻车阈值N2时，主控制板控制蓄电池组保护接触器断开，实现对储能模组的过放保护；
第一驻车阈值N1大于第二驻车阈值N2。
当整车钥匙开启时，由储能模组向整车电路中的负载供电，钥匙开启信号同时作为混合蓄电池管理系统的唤醒信号；
主控制板通过起动模组从控制板监测起动模组电压；
当起动模组电压小于第一电压阈值U1时，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压系统开启，储能模组对起动模组充电，同时通过整车仪表显示起动模组充电状态；
当起动模组电压大于第二电压阈值U2时，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压系统关闭，储能模组对起动模组停止充电；
第一电压阈值U1大于第二电压阈值U2。
当整车钥匙起动时，主控制板允许整车起动，则主控制板通过整车CAN通讯线束或整车控制线束向发动机ECU发出起动命令，控制整车起动；
如不允许整车起动，则主控制板不向发动机ECU发送起动命令，同时通过整车仪表显示混合蓄电池状态或故障。
整车起动后，主控制板判断储能模组是否允许充电，如允许充电，则主控制板通过整车控制线束控制励磁发电机开启；
如储能模组不允许充电，则主控制板控制蓄电池组保护接触器断开；
主控制板控制励磁发电机进行发电，控制加热继电器闭合，实现利用励磁发电机对储能模组加热，通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压模块开启，将起动模组接入整车电路，利用起动模组对整车电路进行稳压。
当蓄电池组出现故障时，主控制板通过信息采集和检测进行故障诊断，并通过整车仪表向驾驶员进行故障分级预警；
如储能模组故障，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压模块开启，控制蓄电池组保护接触器断开，切换为独立使用起动模组对整车电路和起动电路供电；
如果仅起动模组故障，主控制板通过DC/DC系统控制板控制蓄电池组保护接触器开启，切换为独立使用储能模组对整车电路和起动电路供电。
当储能模组出现热失控时，主控制板通过整车CAN线或整车控制线束与整车控制器和发动机ECU通讯，控制车辆熄火，并通过整车仪表向驾驶员进行混合蓄电池故障报警。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种车用混合蓄电池管理系统，其特征在于，包括：控制组件（20）、蓄电池组保护接触器（5）、蓄电池组、DC/DC补电稳压模块、整车控制器（7）、发动机ECU（8）、整车钥匙（9）、整车仪表（10）、励磁发电机（11）以及驻车电器（12）；
蓄电池组设置有起动模组和储能模组；
起动模组正极与起动机正极连接，构成起动电路；
储能模组正极与整车除起动机以外的负载正极连接，构成整车供电电路；
DC/DC补电稳压模块连接在蓄电池组保护接触器（5）输出端与起动模组正极输出电路之间；
控制组件（20）分别与整车控制器（7）、发动机ECU（8）、整车钥匙（9）、整车仪表（10）、励磁发电机（11）以及驻车电器（12）连接，控制组件（20）实现接收钥匙信号、整车START控制、整车励磁发电机启停控制、车辆熄火控制、利用仪表显示蓄电池组状态信息和故障预警信息，对整车电路供电和稳压电源的切换控制、对起动电路供电电源进行切换控制；
控制组件（20）包括：主控制板（1）、DC/DC系统控制板（4）以及加热继电器（6）；
主控制板（1）对蓄电池组的温度、电压以及电流进行采集和监测，通过对蓄电池组进行SOC计算以及SOH计算进行故障诊断，实现对蓄电池组的故障分级预警和故障响应控制；
主控制板（1）通过DC/DC系统控制板（4）与DC/DC补电稳压模块进行通讯和控制，实现利用励磁发电机（11）或储能模组对起动模组进行充电控制；主控制板（1）通过控制蓄电池组保护接触器（5）实现对储能模组充放电保护控制，通过控制加热继电器（6）实现对储能模组的过热控制。
2.根据权利要求1所述的车用混合蓄电池管理系统，其特征在于，
控制组件（20）还包括：储能模组从控制板（2）和起动模组从控制板（3）；
储能模组从控制板（2）用于采集和监测储能模组中每个锂电芯单体的电压、电流以及温度，对锂电芯单体进行电量均衡控制，并与主控制板通讯；
起动模组从控制板（3）用于采集和监测起动模组和蓄电池组中超级电容单体的电压、电流以及温度，并与主控制板通讯。
3.根据权利要求2所述的车用混合蓄电池管理系统，其特征在于，
还包括：整车控制线束（13）、整车CAN通讯线束（14）、系统内部控制线束（15）、系统内部CAN通讯线束（16）；
主控制板（1）通过系统内部CAN通讯线束（16）与储能模组从控制板（2）、起动模组从控制板（3）和DC/DC系统控制板（4）连接；
主控制板（1）通过系统内部控制线束（15）分别与蓄电池组保护接触器（5）和加热继电器（6）连接，主控制板（1）通过整车CAN通讯线束（14）分别与整车控制器（7）、发动机ECU（8）、整车仪表（10）以及驻车电器（12）连接；
主控制板（1）通过整车控制线束（13）分别与整车钥匙（9）和励磁发电机（11）连接。
4.一种车用混合蓄电池管理方法，其特征在于，方法采用如权利要求1至3任意一项所述的车用混合蓄电池管理系统；
方法包括：
整车使用驻车电器驻车时，储能模组向整车驻车电器供电；
当储能模组SOC降至第一驻车阈值N1时，主控制板通过整车控制线束向驻车电器发送停机命令，实现对储能模组的低电量保护；
当储能模组SOC降至第二驻车阈值N2时，主控制板控制蓄电池组保护接触器断开，实现对储能模组的过放保护；
第一驻车阈值N1大于第二驻车阈值N2；
方法还包括：
当整车钥匙开启时，由储能模组向整车电路中的负载供电，钥匙开启信号同时作为混合蓄电池管理系统的唤醒信号；
主控制板通过起动模组从控制板监测起动模组电压；
当起动模组电压小于第一电压阈值U1时，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压系统开启，储能模组对起动模组充电，同时通过整车仪表显示起动模组充电状态；
当起动模组电压大于第二电压阈值U2时，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压系统关闭，储能模组对起动模组停止充电；
第一电压阈值U1大于第二电压阈值U2。
5.根据权利要求4所述的车用混合蓄电池管理方法，其特征在于，方法还包括：
当整车钥匙起动时，主控制板允许整车起动，则主控制板通过整车CAN通讯线束或整车控制线束向发动机ECU发出起动命令，控制整车起动；
如不允许整车起动，则主控制板不向发动机ECU发送起动命令，同时通过整车仪表显示混合蓄电池状态或故障。
6.根据权利要求4所述的车用混合蓄电池管理方法，其特征在于，方法还包括：
整车起动后，主控制板判断储能模组是否允许充电，如允许充电，则主控制板通过整车控制线束控制励磁发电机开启；
如储能模组不允许充电，则主控制板控制蓄电池组保护接触器断开；
主控制板控制励磁发电机进行发电，控制加热继电器闭合，实现利用励磁发电机对储能模组加热，通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压模块开启，将起动模组接入整车电路，利用起动模组对整车电路进行稳压。
7.根据权利要求4所述的车用混合蓄电池管理方法，其特征在于，方法还包括：
当蓄电池组出现故障时，主控制板通过信息采集和检测进行故障诊断，并通过整车仪表向驾驶员进行故障分级预警；
如储能模组故障，主控制板通过DC/DC系统控制板控制DC/DC补电稳压模块开启，控制蓄电池组保护接触器断开，切换为独立使用起动模组对整车电路和起动电路供电；
如果仅起动模组故障，主控制板通过DC/DC系统控制板控制蓄电池组保护接触器开启，切换为独立使用储能模组对整车电路和起动电路供电。
8.根据权利要求4所述的车用混合蓄电池管理方法，其特征在于，方法还包括：
当储能模组出现热失控时，主控制板通过整车CAN线或整车控制线束与整车控制器和发动机ECU通讯，控制车辆熄火，并通过整车仪表向驾驶员进行混合蓄电池故障报警。
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