CN203445668U - 一种分布式电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分布式电池管理系统，连接N个由一个以上单体电池依次串联组成的电池模组，所述分布式电池管理系统包括一个主板、N个从板和一个高压板，主板通过外部CAN总线与外部控制电路电连接；所述主板通过内部CAN总线分别与所述N个从板以及所述高压板电连接；N个从板分别一一对应地与N个电池模组电连接；外部CAN总线和内部CAN总线彼此独立；N是大于1的任意自然数。采用分布式电池管理系统，即一个模组最多由12串单体电池串联，并由独立的一个从板采集和管理。该方案采用模块化设计，电压采集线束最短，可以提高电压采集精度以及整个系统设计的灵活性和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车电池管理系统技术领域，尤其涉及一种分布式电池管理系统。
背景技术
动力电池的安全性与使用成本是影响纯电动汽车推广的主要因素。基于现阶段电池技术发展现状，电池使用性能和寿命不能满足电动汽车运营的要求，为确保电池性能良好、安全可靠，禁止对电池滥用，以延长电池寿命，必须对电池进行合理有效的管理与控制。因此国内外均投入大量的人力物力度对电池管理系统开展了广泛深入的研究。
现阶段，由于电池单体的能量密度还不能满足整车对续驶里程的要求，所以需要对电池单体做并联、串联，以尽可能满足用户需求。但不同纯电动车，对续驶里程的设计要求不同，电池单体本身参数也不同，因此，对电池单体并数和串数的要求不同。而市场上存在的电池管理系统均属于集中式。而集中式电池管理系统虽然系统电路板元件数少、造价相对低，但存在系统冗余度差，长距离模拟高压线束造价相对高，安全性低，以及系统通用性、设计灵活性差等弱点。
另外，现有的电池管理系统对电流信息采集有分流计和霍尔型电流传感器两种类型，这两种采集方案都存在零点漂移和小电流时采集误差较大的问题。对电流采集的误差将严重影响对整个电池包SOC估算的精度，因此改善电流采集精度是提高SOC精度的首选方案。
再有，现有的电池管理系统具有检测高压线路与电池包壳体或整车底盘间绝缘电阻的功能，但是检测方法存在缺陷。一般只能检测电池包外部绝缘电阻大小，而对于电池包内短路无作用。并且，当连接上检测电路后，严重影响整车本身的绝缘效果，整车绝缘电阻由原来500M欧以上降为2M欧以下。
一般电池管理系统中单体电压采集、单体温度采集、母线电流采集、母线电压采集、高压绝缘检测模块等均需要高低压隔离芯片，将电池组高压系统与整车低压系统隔离，该方案将需要大量的隔离芯片，人为增加系统复杂度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种分布式电池管理系统。
为实现上述目的，所述分布式电池管理系统，连接N个由一个以上单体电池依次串联组成的电池模组，其特点是，所述分布式电池管理系统包括一个主板、N个从板和一个高压板，其中，
所述主板通过外部CAN总线与外部控制电路电连接；所述主板通过内部CAN总线分别与所述N个从板以及所述高压板电连接；
所述N个从板分别一一对应地与N个电池模组电连接；
所述外部CAN总线和内部CAN总线彼此独立；N是大于1的任意自然数。
优选的是，所述主板包括，
第一中央处理器；
分别与所述第一中央处理器电连接的数据存储模块、高压继电器控制与反馈模块、加热丝和风扇控制与反馈模块、以及人机接口模块；
主板电源变换模块，所述第一中央处理器通过所述主板电源变换模块与车载电源电连接；
第一CAN通讯模块，所述第一中央处理器通过所述第一CAN通讯模块与所述外部CAN总线电连接；以及，
第二CAN通讯模块，所述第一中央处理器通过所述第二CAN通讯模块与所述内部CAN总线电连接。
优选的是，所述从板包括，
第二中央处理器；
分别与所述第二中央处理器电连接的单体电池电压采集与均衡控制模块以及单体电池温度采集模块；
从板电源隔离电路模块和从板电源变换模块；所述第二中央处理器通过所述从板电源隔离电路模块与所述从板电源变换模块电连接；以及，
从板高速隔离电路与第三CAN通讯模块，所述第二中央处理器通过所述从板高速隔离电路与所述第三CAN通讯模块电连接，所述第三CAN通讯模块与所述内部CAN总线电连接。
优选的是，所述第三CAN通讯模块通过从板高速磁隔离芯片与所述内部CAN总线电连接。
优选的是，所述高压板包括，
第三中央处理器；
分别与所述第三中央处理器电连接的母线电流采集模块、母线电压采集模块和高压绝缘监测模块；
高压板电源隔离电路模块和高压板电源变换模块；所述第三中央处理器通过所述高压板电源隔离电路模块与所述高压板电源变换模块电连接；以及，
高压板高速隔离电路与第四CAN通讯模块，所述第三中央处理器通过所述高压板高速隔离电路与所述第四CAN通讯模块电连接；所述第四CAN通讯模块与所述内部CAN总线电连接。
优选的是，所述第四CAN通讯模块通过高压板高速磁隔离芯片与所述内部CAN总线电连接。
优选的是，所述母线电流采集模块为采用M量程霍尔电流传感器，其中M为大于1的自然数。
优选的是，所述母线电流采集模块为采用双量程霍尔电流传感器。
本实用新型的有益效果在于，
（1）采用分布式电池管理系统，即一个模组最多由12串单体电池串联，并由独立的一个从板采集和管理。该方案采用模块化设计，电压采集线束最短，可以提高电压采集精度以及整个系统设计的灵活性和安全性。
（2）采用双量程电流传感器，可以保证在小电流时，电流采集误差在允许范围内，另外增加24bit的高精度AD采样端口，最大限度的增加电流采集上的误差，并通过每次上电时对电流传感器进行校正的方法，以解决电流传感器零点漂移问题。
（3）采用高输入阻抗的高压绝缘监测电路，不仅可以检测电池组内短路、外短路，在下电模式下，不会影响整车绝缘电阻的大小。
（4）在内部CAN总线通讯处，采用高速隔离芯片实现高低压隔离，该方案可以最大限度减少隔离芯片数量，减少系统复杂度。
附图说明
图1示出了本实用新型所述的分布式电池管理系统的系统结构图。
图2示出了图1中所示的主板的结构示意图。
图3示出了图1中所示的从板的结构示意图。
图4示出了图1中所示的高压板的结构示意图。
图5示出了分布式电池管理系统中的高低压隔离的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
图1示出了本实用新型所述的分布式电池管理系统的系统结构图，如图1所示，所述分布式电池管理系统包括一个主板、N个从板和一个高压板，其中，所述主板通过外部CAN总线100与外部控制电路电连接；所述主板通过内部CAN总线分别与所述N个从板以及所述高压板电连接。所述N个从板分别一一对应地与N个电池模组电连接，每个电池模组由一个以上单体电池依次串联组成。所述外部CAN总线和内部CAN总线彼此独立；N是大于1的任意自然数。上述分布式电池管理系统中，一个最多由12个单体电池串联组成的电池模组，由独立的一个从板负责信号的采集和管理。该方案采用模块化设计，电压采集线束最短，提高电压采集精度以及整个系统设计的灵活性和安全性。
上述分布式电池管理系统的工作原理详述如下：该电池管理系统具有上电、充电、放电、休眠四种工作模式，且充电优先。主板、从板、高压板三个模块之间通过内部CAN总线200互相交换信息。从板实时监测与其相对应的单体电池的电压、温度，高压板实时监测电池模组的总电压、母线电流、绝缘电阻等信息，从板和高压板采集的信号均通过内部CAN总线200上报至主板。主板通过外部CAN总线100与整车控制器、电机控制器、车载充电器、仪表等整车设备交换数据信息，并可以通过接口电路获取整车控制命令，实现对高压继电器、风扇、加热丝的实时控制等。主板依据从板、高压板上报信息，再综合整车控制命令等，实现对电池充电或放电的管理，并根据一定的算法实时估算电池的剩余电量，作为用户使用指南。该电池管理系统，采用分布式结构，适用于不同串数的电池模组，可以由用户根据需要灵活配置从板个数，实现电池管理系统设计的模块化。
具体地，图2示出了图1中所示的主板的结构示意图，如图2所示，所述主板包括第一中央处理器、数据存储模块、高压继电器控制与反馈模块、加热丝和风扇控制与反馈模块、用于接受钥匙、充电唤醒等信号的人机接口模块、用于给整个电池管理系统供电的主板电源变换模块、第一CAN通讯模块和第二CAN通讯模块。其中，所述第一中央处理器分别与数据存储模块（例如，EEPROM）、高压继电器控制与反馈模块、加热丝和风扇控制与反馈模块、以及人机接口模块电连接；所述第一中央处理器通过所述主板电源变换模块与车载电源电连接；所述第一中央处理器通过所述第一CAN通讯模块与所述外部CAN总线100电连接，进而与外部控制电路电连接，在本实用新型的一个实施例中，所述主板通过第一CAN通讯模块和外部CAN总线100与整车控制器、车载仪表、电机控制器、车载充电器之间实时交换信息，并可通过硬线接口获取钥匙、充电唤醒等各种控制信息，综合以上各种信息实现对电池组的充放电管理，实现整车充放电安全与优化；所述第一中央处理器通过所述第二CAN通讯模块与所述内部CAN总线200电连接。
图3示出了图1中所示的从板的结构示意图，如图3所示，所述从板包括第二中央处理器、单体电池电压采集与均衡控制模块、单体电池温度采集模块、从板电源隔离电路模块、用于给整个从板供电的从板电源变换模块、从板高速隔离电路和第三CAN通讯模块。其中，所述第二中央处理器分别与单体电池电压采集与均衡控制模块以及单体电池温度采集模块电连接；所述第二中央处理器通过所述从板电源隔离电路模块与所述从板电源变换模块电连接；所述第二中央处理器通过所述从板高速隔离电路与所述第三CAN通讯模块电连接，所述第三CAN通讯模块与所述内部CAN总线200电连接。并且，单体电池电压采集与均衡控制模块采用LTC6802电池专用芯片，因为该电池专用芯片最多可采集12串单体电池的电压，因此一个电池模组内的单体电池不超过12串。该芯片内部具有均衡控制开关，可以用于对每个单体电池均衡控制。单体电池温度采集模块使用NTC热敏电阻型温度传感器，温度传感器采集到的温度信号经过滤波后，直接送到第二中央处理器的AD采样口，一个电池模组最多可采集3路温度，可由用户灵活设置。
图4示出了图1中所示的高压板的结构示意图，如图4所示，所述高压板包括第三中央处理器、母线电流采集模块、母线电压采集模块、高压绝缘监测模块、高压板电源隔离电路模块、用于给整个高压板供电的高压板电源变换模块和第四CAN通讯模块。其中，所述第三中央处理器分别与母线电流采集模块、母线电压采集模块和高压绝缘监测模块电连接；所述第三中央处理器通过所述高压板电源隔离电路模块与所述高压板电源变换模块电连接；所述第三中央处理器通过所述高压板高速隔离电路与所述第四CAN通讯模块电连接；所述第四CAN通讯模块与所述内部CAN总线200电连接。并且，高压绝缘监测模块采用高输入阻抗的检测电路，并且在下电情况下不影响整车绝缘电阻值大小。该绝缘监测电路可测量整车的绝缘电阻值，并且当整车绝缘电阻小于500欧/伏时，断开电池组高压继电器，保证驾驶员与乘客安全。
特别地，所述母线电流采集模块为采用双量程霍尔电流传感器，将采集到的反映电流大小的电压信号，送入专门24bit精度的AD采样芯片，可以得到较高的电流采集精度。该电流传感器为双量程，即0～30A和0～300A两个量程，可以保证在小电流时的电流采集精度。再有，母线电压采集模块使用简单分压电路，将总压分压后直接送入第三中央处理器的AD采样口，为提高总压的采集精度，分压电阻必须选用精密电阻。
另外，图5示出了分布式电池管理系统中的高低压隔离的示意图，如图5所示，所述第三CAN通讯模块通过从板高速磁隔离芯片（优选的隔离方式）与所述内部CAN总线200电连接，即通过从板高速磁隔离芯片实现与主板和高压板的通讯。并且，所述第四CAN通讯模块通过高压板高速磁隔离芯片与所述内部CAN总线200电连接；即通过高压板高速磁隔离芯片实现与主板和从板的通讯。这里，主板地采用整车底盘地，从板的其它模块电路接地端采用该模组第一个串联单体电池的负极，高压板的其他模块电路接地端采用整个电池包的负极。主板、从板、高压板通过内部CAN总线200交互信息处利用高速磁隔离芯片，将高低压地隔离，该方案在实现高低压隔离功能的基础上，可以最大限度的减少隔离芯片使用的数量，降低电路的复杂度，减少系统出错几率。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种分布式电池管理系统，连接N个由一个以上单体电池依次串联组成的电池模组，其特征在于：所述分布式电池管理系统包括一个主板、N个从板和一个高压板，其中，
所述主板通过外部CAN总线与外部控制电路电连接；所述主板通过内部CAN总线分别与所述N个从板以及所述高压板电连接；
所述N个从板分别一一对应地与N个电池模组电连接；
所述外部CAN总线和内部CAN总线彼此独立；N是大于1的任意自然数。
2.根据权利要求1所述的分布式电池管理系统，其特征在于：所述主板包括，
第一中央处理器；
分别与所述第一中央处理器电连接的数据存储模块、高压继电器控制与反馈模块、加热丝和风扇控制与反馈模块、以及人机接口模块；
主板电源变换模块，所述第一中央处理器通过所述主板电源变换模块与车载电源电连接；
第一CAN通讯模块，所述第一中央处理器通过所述第一CAN通讯模块与所述外部CAN总线电连接；以及，
第二CAN通讯模块，所述第一中央处理器通过所述第二CAN通讯模块与所述内部CAN总线电连接。
3.根据权利要求1所述的分布式电池管理系统，其特征在于：所述从板包括，
第二中央处理器；
分别与所述第二中央处理器电连接的单体电池电压采集与均衡控制模块以及单体电池温度采集模块；
从板电源隔离电路模块和从板电源变换模块；所述第二中央处理器通过所述从板电源隔离电路模块与所述从板电源变换模块电连接；以及，
从板高速隔离电路与第三CAN通讯模块，所述第二中央处理器通过所述从板高速隔离电路与所述第三CAN通讯模块电连接，所述第三CAN通讯模块与所述内部CAN总线电连接。
4.根据权利要求3所述的分布式电池管理系统，其特征在于：所述第三CAN通讯模块通过从板高速磁隔离芯片与所述内部CAN总线电连接。
5.根据权利要求1所述的分布式电池管理系统，其特征在于：所述高压板包括，
第三中央处理器；
分别与所述第三中央处理器电连接的母线电流采集模块、母线电压采集模块和高压绝缘监测模块；
高压板电源隔离电路模块和高压板电源变换模块；所述第三中央处理器通过所述高压板电源隔离电路模块与所述高压板电源变换模块电连接；以及，
高压板高速隔离电路与第四CAN通讯模块，所述第三中央处理器通过所述高压板高速隔离电路与所述第四CAN通讯模块电连接；所述第四CAN通讯模块与所述内部CAN总线电连接。
6.根据权利要求5所述的分布式电池管理系统，其特征在于：所述第四CAN通讯模块通过高压板高速磁隔离芯片与所述内部CAN总线电连接。
7.根据权利要求5所述的分布式电池管理系统，其特征在于：所述母线电流采集模块为采用M量程霍尔电流传感器，其中M为大于1的自然数。
8.根据权利要求7所述的分布式电池管理系统，其特征在于：所述母线电流采集模块为采用双量程霍尔电流传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Hefei City, Anhui Province, 230022 East Road No. 176 Patentee after: Anhui Jianghuai Automobile Group Limited by Share Ltd Address before: Hefei City, Anhui Province, 230022 East Road No. 176 Patentee before: Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140219 Termination date: 20190923 |