電動(dòng)汽車鋰電池管理裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車電池管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可有效降低電池管理成 本、檢測(cè)精度高、安全性好的電動(dòng)汽車鋰電池管理裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 每一臺(tái)配備鋰電池的電動(dòng)汽車都需配備BMS電池管理系統(tǒng)，通常的多電芯串聯(lián)鋰 電池組的BMS系統(tǒng)是由多個(gè)從處理器和一個(gè)主處理器組成，每個(gè)由串聯(lián)電芯構(gòu)成的鋰電池 組需要與一個(gè)從處理器連接，鋰電池組越多需要的從處理器越多，BMS系統(tǒng)成本也越高；如 果要將每一個(gè)電芯的電壓均檢測(cè)出來(lái)，則需更多的從處理器。
[0003] 如何在提高BMS系統(tǒng)的性能的同時(shí)減少成本的增加，是汽車及電池生產(chǎn)企業(yè)迫切 需要解決的技術(shù)難題。
[0004] 中國(guó)專利授權(quán)公開號(hào):CN105006851A，授權(quán)公開日2015年10月28日，公開了一種鋰 電池管理系統(tǒng)，包括用于提供動(dòng)力的由若干鋰電芯組成的電池組；以及用于控制所述電池 組輸出電流導(dǎo)通或斷開的電池包輸出開關(guān)，且所述電池包輸出開關(guān)為常開型開關(guān)；以及用 于控制所述電池包輸出開關(guān)開啟或閉合的電池管理系統(tǒng)控制單元；以及與所述電池包輸出 開關(guān)并聯(lián)設(shè)置的輸出電阻。該發(fā)明的不足之處是，無(wú)法檢測(cè)每個(gè)電芯的電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的BMS系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)單個(gè)電芯、成本高 的不足，提供了一種可有效降低電池管理成本、檢測(cè)精度高、安全性好的電動(dòng)汽車鋰電池管 理裝置及控制方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種電動(dòng)汽車鋰電池管理裝置，包括主處理器、存儲(chǔ)器、顯示器、m個(gè)依次串聯(lián)的鋰 電池組、nl個(gè)數(shù)據(jù)選擇器和從處理器;每個(gè)鋰電池組均包括nl個(gè)串聯(lián)的電芯，每個(gè)鋰電池組 的nl個(gè)電芯分別與nl個(gè)數(shù)據(jù)選擇器電連接，nl個(gè)數(shù)據(jù)選擇器、從處理器和主處理器依次電 連接，充電機(jī)通過(guò)充電繼電器與m個(gè)鋰電池組電連接，電動(dòng)汽車的電機(jī)通過(guò)放電繼電器與m 個(gè)鋰電池組電連接，存儲(chǔ)器、顯示器、充電繼電器和放電繼電器均與主處理器電連接。
[0008] 通常的多電芯串聯(lián)鋰電池組的BMS系統(tǒng)是由多個(gè)從處理器和一個(gè)主處理器組成， 每個(gè)由串聯(lián)電芯構(gòu)成的鋰電池組需要與一個(gè)從處理器連接，鋰電池組越多需要的從處理器 越多，BMS系統(tǒng)成本也越高。
[0009] 本發(fā)明包括主處理器、存儲(chǔ)器、顯示器、m個(gè)依次串聯(lián)的鋰電池組、nl個(gè)數(shù)據(jù)選擇器 和從處理器，減少了從處理器的使用量，從處理器可以讀取任何一個(gè)電芯的電壓，主處理器 將每個(gè)電芯的檢測(cè)電壓A與標(biāo)準(zhǔn)電壓區(qū)間[A 1, A2]相比較，并根據(jù)判斷結(jié)果控制充電繼電器 和放電繼電器的通斷，從而有效防止各個(gè)鋰電池組過(guò)充電及過(guò)放電，保證了各個(gè)鋰電池組 的安全，提高了各個(gè)鋰電池組的使用壽命。
[0010] 本發(fā)明可檢測(cè)每個(gè)電芯的電壓值，精確獲得每個(gè)電芯的電壓變化狀態(tài)，并根據(jù)每 個(gè)電芯的電壓精確進(jìn)行充放電控制，可有效降低電池管理成本、提高檢測(cè)精度、安全性和經(jīng) 濟(jì)性好。
[0011] 作為優(yōu)選，還包括設(shè)于每個(gè)鋰電池組上的第一溫度傳感器，各個(gè)第一溫度傳感器 均與主處理器電連接。
[0012] 作為優(yōu)選，還包括用于檢測(cè)環(huán)境溫度的第二溫度傳感器和報(bào)警器，第二溫度傳感 器和報(bào)警器均與主處理器電連接。
[0013] 作為優(yōu)選，還包括用于給各個(gè)鋰電池組降溫的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)與主處理器電連接。
[0014] 作為優(yōu)選，每個(gè)鋰電池組均包括殼體，殼體上設(shè)有分別與nl個(gè)電芯連接的電壓接 口，各個(gè)電壓接口分別與nl個(gè)數(shù)據(jù)選擇器電連接。
[0015] 一種電動(dòng)汽車鋰電池管理裝置的控制方法，包括如下步驟：
[0016] (6-1)存儲(chǔ)器中設(shè)有每個(gè)電芯的標(biāo)準(zhǔn)電壓區(qū)間[AhA2],主處理器向從處理器發(fā)出 每隔時(shí)間T循環(huán)檢測(cè)各個(gè)鋰電池組中的電芯的電壓的命令；
[0017] 將每個(gè)鋰電池組中的電芯按照串聯(lián)順序依次編號(hào)為1，…，nl，將各個(gè)數(shù)據(jù)選擇器 分別編號(hào)為1，…，nl;將各個(gè)鋰電池組中編號(hào)為kl的電芯均與編號(hào)為kl的數(shù)據(jù)選擇器連接， kl e [ I，n]，使充電繼電器和放電繼電器吸合；
[0018] (6-2)從處理器在時(shí)間T內(nèi)依次讀取第1至nl個(gè)數(shù)據(jù)選擇器采集的nl Xm個(gè)電芯的 電壓數(shù)據(jù)；
[0019] (6-3)主處理器將每個(gè)電芯的檢測(cè)電壓A與標(biāo)準(zhǔn)電壓區(qū)間[A1, A2]相比較：
[0020] 當(dāng)任一個(gè)電芯的檢測(cè)電壓A>A2，主處理器控制充電繼電器斷開；
[0021] 當(dāng)任一個(gè)電芯的檢測(cè)電壓A<Ai，主處理器控制放電繼電器斷開；
[0022] (6-4)當(dāng)任一個(gè)電芯均滿足檢測(cè)電壓Ae [A1,A2]時(shí)，主處理器控
[0023] 制充電繼電器和放電繼電器均吸合。
[0024] 作為優(yōu)選，還包括設(shè)于每個(gè)鋰電池組上的第一溫度傳感器，各個(gè)第一溫度傳感器 均與主處理器電連接，還包括如下步驟：
[0025] 存儲(chǔ)器中設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)溫度區(qū)間各個(gè)第一溫度傳感器分別檢測(cè)各個(gè)鋰電池組 的溫度；
[0026] 主處理器將每個(gè)鋰電池組的檢測(cè)溫度B與標(biāo)準(zhǔn)溫度區(qū)間[B1, B2]相比較：
[0027] 當(dāng)任一個(gè)鋰電池組的檢測(cè)電壓B>B2，主處理器控制放電繼電器斷開；
[0028] 當(dāng)任一個(gè)鋰電池組的檢測(cè)電壓B<Bi，主處理器控制充電繼電器斷開。
[0029] 當(dāng)任一鋰電池組均滿足檢測(cè)溫度Be [B1,B2]時(shí)，主處理器控制充電繼電器和放電 繼電器均吸合。
[0030] 作為優(yōu)選，還包括用于檢測(cè)環(huán)境溫度的第二溫度傳感器和報(bào)警器，第二溫度傳感 器和報(bào)警器均與主處理器電連接，還包括如下步驟：
[0031] (8-1)第二溫度傳感器檢測(cè)并得到環(huán)境溫度信號(hào)cl(t)，存儲(chǔ)器中設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)溫度值 c2,主處理器計(jì)算各個(gè)第一溫度傳感器的溫度信號(hào)的平均值c3(t)，主處理器利用下述公式 計(jì)算采集的溫度信號(hào)u(t):
[0032] 11(1:)=〇3(1:)2+(〇3(1:)-(31(1:))2+(〇3(1:)-〇2) 2，設(shè)定;[的初始值為1，設(shè)定」_的初始值 為1，存儲(chǔ)器中設(shè)有故障閾值E;
[0033] (8-2)計(jì)算u(t)的局部極大值并通過(guò)三次樣條插值獲得上包絡(luò)線Uup(t);
[0034] (8-3)計(jì)算信號(hào)u(t)的局部極小值并通過(guò)三次樣條插值獲得下包絡(luò)線
[0035] (8-4)定義平均包絡(luò)1111(1:) = [11111)(1:)+111?！?1:)]/2;
[0036] (8-5)利用公式hj(t)=u(t)-mj(t)計(jì)算差值hj(t);
[0037] (8-6)若hj(t)不滿足頂F篩分停止條件，使u(t) = hj(t)，j值增加1，返回步驟(8-2) 對(duì)hj(t)繼續(xù)進(jìn)行分解；當(dāng)hj(t)滿足頂F篩分停止條件，則得到u(t)信號(hào)的第1個(gè)頂F分量C 1 (t)=hj(t)；
[0038] (8-7)利用公式1^(1:)=11(1:)-(^(1:)計(jì)算剩余分量；1^(1:):
[0039] (8-8)當(dāng)ri(t)不滿足分解停止條件時(shí)，使u(t) =ri(t)，使i值增加1，返回步驟(8-2)對(duì)ri (t)繼續(xù)分解;當(dāng)滿足篩分停止條件時(shí)，設(shè)n = i，得到η個(gè)IMF分量Ci (t)和1個(gè)剩余分量 rn(t)，u(t)則可以表示為
抽取ci(t)的N個(gè)抽樣值ci(k)，k= 1，2,...， N；
[0040] (8-9)利用公式
計(jì)算u(t)的各個(gè)分量能量，比較u(t)的各分量能量 Emax，選取EhE2,. . . 4"中最大值Emax，當(dāng)Emax>E時(shí)，表明各個(gè)鋰電池組溫度過(guò)高，主處理器控 制報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信息；
[0041]其中，（8 - 6 )、（ 8 - 8 )的篩分停止條件采用仿柯西收斂準(zhǔn)則，
當(dāng)SD< ε時(shí)篩分停止，ε通常介于0.2與0.3之間；分解停 止條件為剩余信號(hào)n(t)變?yōu)閱握{(diào)函數(shù)。
[0042] 作為優(yōu)選，還包括用于給各個(gè)鋰電池組降溫的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)與主處理器電連接，還包 括如下步驟：
[0043] 當(dāng)Emax>E時(shí)，主處理器控制風(fēng)機(jī)工作，為各個(gè)鋰電池組降溫。
[0044 ] 作為優(yōu)選，步驟(6-2)和(6-3)之間還包括如下步驟：
[0045] 主處理器將每個(gè)鋰電池組的電芯的電壓相加，得到每個(gè)鋰電池組的電壓U分;將各 個(gè)鋰電池組的電壓相加得到總電壓U總；
[0046] 主處理器控制顯示器顯示每個(gè)鋰電池組的電壓U分和總電壓U總。
[0047] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果:可檢測(cè)每個(gè)電芯的電壓值，精確獲得每個(gè)電芯的 電壓變化狀態(tài)，并根據(jù)每個(gè)電芯的電壓精確進(jìn)行充放電控制，可有效降低電池管理成本、提 高檢測(cè)精度、安全性和經(jīng)濟(jì)性好。
【附圖說(shuō)明】
[0048]圖1是本發(fā)明的一種原理框圖；
[0049]圖2是本發(fā)明的一種流程圖。
[0050] 圖中：主處理器1、存儲(chǔ)器2、顯示器3、鋰電池組4、數(shù)據(jù)選擇器5、從處理器6、電芯7、 充電機(jī)9、充電繼電器10、電機(jī)11、放電繼電器12、第一溫度傳感器13、第二溫度傳感器14、報(bào) 警器15、風(fēng)機(jī)16。
【具體實(shí)施方式】
[0051 ]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0052] 實(shí)施例1
[0053] 如圖1所示的實(shí)施例是一種電動(dòng)汽車鋰電池管理裝置，包括主處理器1、存儲(chǔ)器2、 顯示器3、4個(gè)依次串聯(lián)的鋰電池組4、13個(gè)數(shù)據(jù)選擇器5和從處理器6;每個(gè)鋰電池組均包括 13個(gè)串聯(lián)的電芯7，每個(gè)鋰電池組的13個(gè)電芯的正極分別與13個(gè)數(shù)據(jù)選擇器電連接，13個(gè)數(shù) 據(jù)選擇器、從處理器和主處理器依次電連接，充電機(jī)9通過(guò)充電繼電器10與4個(gè)鋰電池組電 連接，電動(dòng)汽車的電機(jī)11通過(guò)放電繼電器12與4個(gè)鋰電池組電連接，存儲(chǔ)器、顯示器、充電繼 電器和放電繼電器均與主處理器電連接。
[0054] 還包括設(shè)于每個(gè)鋰電池組上的第一溫度傳感器13,各個(gè)第一溫度傳感器均與主處 理器電連接。每個(gè)鋰電池組均包括殼體，殼體上設(shè)有分別與13個(gè)電芯連接的電壓接口，各個(gè) 電壓接口分別與13個(gè)數(shù)據(jù)選擇器電連接。
[0055] 如圖2所示，一種電動(dòng)汽車鋰電池管理裝置的控制方法，包括如下步驟：
[0056 ] 步驟100，檢測(cè)各個(gè)鋰電池組中的電芯的電壓
[0057] 存儲(chǔ)器中設(shè)有每個(gè)電芯的標(biāo)準(zhǔn)電壓區(qū)間[A^A2],主處理器向從處理器發(fā)出每隔時(shí) 間T循環(huán)檢測(cè)各個(gè)鋰電池組中的電芯的電壓的命令；
[0058]將每個(gè)鋰電池組中的電芯按照串聯(lián)順序依次編號(hào)為1，…，13,將各個(gè)數(shù)據(jù)選擇器 分別編號(hào)為1，…，13;將各個(gè)鋰電池組中編號(hào)為kl的電芯均與編號(hào)為kl的數(shù)據(jù)選擇器連接， kle[l，13]，使充電繼電器和放電繼電器吸合；
[0059] 步驟200,讀取各個(gè)電芯的電壓
[0060]從處理器在時(shí)間T = 20ms內(nèi)依次讀取第1至13個(gè)數(shù)據(jù)選擇器采集的13X4個(gè)電芯的 電壓數(shù)據(jù)；
[0061] 步驟300,根據(jù)電芯檢測(cè)電壓控制充電繼