專利名稱：電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)從控模塊，屬于混合動(dòng)力 和純電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)發(fā)展和社會(huì)需求的增加，汽車(chē)在社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著重要的角 色。汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)械、能源、橡膠、鋼鐵等支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但同時(shí)也帶來(lái) 了環(huán)境污染、能源短缺等嚴(yán)重問(wèn)題。以混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)為代表的新能源汽車(chē)是 解決汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的主要途徑。其中混合動(dòng)力汽車(chē)作為傳統(tǒng)汽車(chē)向純電動(dòng)汽車(chē) 的過(guò)渡產(chǎn)品，較好的解決了節(jié)油降耗、減少污染與汽車(chē)性能之間的矛盾，既發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)持 續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲的好處，汽車(chē)的熱效率 可提高10%以上，廢氣排放可改善30%以上。純電動(dòng)汽車(chē)則具備零排放的巨大優(yōu)勢(shì)，用電 成本僅為用油成本的1/6左右?；旌蟿?dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)增加了電池儲(chǔ)能設(shè)備，而作為混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)牽引 動(dòng)力能源之一，電池的運(yùn)行性能的好壞直接影響到汽車(chē)的運(yùn)行效率?；谖⑻幚砥鞯碾?池管理系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)力鏈的各環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合管理，其主要功能是對(duì)動(dòng)力蓄電池組的各種參數(shù) (單體或模塊電池電壓、溫度、電流等)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量，在此基礎(chǔ)上對(duì)電池電量進(jìn)行實(shí) 時(shí)在線估算，并實(shí)施必要的控制，以保證電池組的安全，延長(zhǎng)使用壽命。電池管理系統(tǒng)可以 控制動(dòng)力電池組的工作，對(duì)電池進(jìn)行實(shí)時(shí)或定期自動(dòng)診斷和維護(hù)，調(diào)節(jié)電池的電壓、溫度， 最大限度地保證電池工作在最佳狀態(tài)，防止有損傷的電池影響電動(dòng)汽車(chē)的整體性能，從而 優(yōu)化整車(chē)性能，降低運(yùn)行成本。為了實(shí)現(xiàn)多節(jié)串聯(lián)單體電池的測(cè)量問(wèn)題，此前出現(xiàn)的技術(shù)方案中有共模測(cè)量法、 差模測(cè)量法或者是光電繼電器陣列法的方式。共模測(cè)量法是采用相對(duì)同一參考點(diǎn)，用精密 電阻等比例衰減測(cè)量各點(diǎn)電壓，然后依次相減得到各節(jié)電池電壓。這種測(cè)量方法電路簡(jiǎn)單， 但是由于實(shí)際電阻的阻值存在一定的偏差，在測(cè)量過(guò)程中這種誤差累積起來(lái)，造成測(cè)量精 度等比例降低，所以只適用于串聯(lián)電池?cái)?shù)較少或者對(duì)測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。差模測(cè)量法是通過(guò)繼電器選通單節(jié)電池電壓進(jìn)行直接測(cè)量。由于兩個(gè)測(cè)量端存在 較高的共模電壓，所以不能采用模擬開(kāi)關(guān)選通，也不能直接測(cè)量。工業(yè)上廣泛采用機(jī)械繼電 器實(shí)現(xiàn)多路電壓選通，但是存在缺點(diǎn)和光電繼電器相比，機(jī)械繼電器動(dòng)作速度慢，存在明 顯的噪音和受到開(kāi)關(guān)壽命的限制，而且需要龐大的驅(qū)動(dòng)電路，重量和體積偏大，不適用于汽 車(chē)上面。光電繼電器陣列法是采用光電繼電器將電池電壓逐節(jié)切入，并使用專門(mén)的A/D轉(zhuǎn) 換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送給CPU進(jìn)行測(cè)量。電壓采樣部分、邏輯控制單元、A/D轉(zhuǎn)換， 電路復(fù)雜而且調(diào)試難度大。綜合上述，目前的電池管理系統(tǒng)一般是按照集中式的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這種設(shè)計(jì) 方式會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性低，可擴(kuò)展性能差，可維護(hù)性能力弱等一系列缺點(diǎn)，有待改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的，在于提供一種電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，其使 得電池管理系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性高，可擴(kuò)展性能強(qiáng)。為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是一種電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，包括E⑶、CAN接口、溫度測(cè)量模塊、信號(hào) 光電隔離模塊、DC/DC電源隔離模塊、多通道電池監(jiān)視模塊、多節(jié)電池電壓檢測(cè)模塊和多節(jié) 電池均衡處理模塊，E⑶與CAN接口連接，并通過(guò)CAN接口經(jīng)由CAN總線連接電池管理系統(tǒng) 的主控模塊；溫度測(cè)量模塊與ECU連接，將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)送入ECU ；多通道電池監(jiān)視模塊 經(jīng)由信號(hào)光電隔離模塊連接E⑶，將檢測(cè)的電池電壓經(jīng)隔離處理后送入E⑶，且DC/DC電源 隔離模塊為信號(hào)光電隔離模塊和多通道電池監(jiān)視模塊提供電源；多通道電池監(jiān)視模塊還連 接有多節(jié)電池電壓檢測(cè)模塊和多節(jié)電池均衡處理模塊。上述E⑶還連接有一可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的看門(mén)狗模塊。上述E⑶還連接有一存儲(chǔ)模塊。上述存儲(chǔ)模塊為鐵電存儲(chǔ)模塊。采用上述方案后，本實(shí)用新型通過(guò)采用分布式的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，將從控模塊從傳 統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)中分離出來(lái)，同時(shí)可將電源分開(kāi)成為多個(gè)單元，每個(gè)從控模塊負(fù)責(zé)一個(gè) 電池單元的電壓測(cè)量、充放電均衡、電池溫度采集等功能，并按照一定的通信協(xié)議將采集測(cè) 量的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線發(fā)送給主控模塊，使得整體系統(tǒng)簡(jiǎn)單，提高工作可靠性及可擴(kuò)展性 能。

圖1是本實(shí)用新型應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實(shí)用新型中多路單體電池測(cè)量電路的實(shí)例圖；圖4是本實(shí)用新型中測(cè)量電池溫度的電路實(shí)例圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參考圖2所示，本實(shí)用新型提供一種電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，其可設(shè) 置為多個(gè)，與主控模塊12 —起構(gòu)成電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)，所述從控模塊11包括ECU 4、 CAN接口 2、看門(mén)狗模塊1、存儲(chǔ)模塊3、溫度測(cè)量模塊10、DC/DC電源隔離模塊9、信號(hào)光電 隔離模塊5、多通道電池監(jiān)視模塊6、多節(jié)電池電壓檢測(cè)模塊7和多節(jié)電池均衡處理模塊8， 以下分別介紹。溫度測(cè)量模塊10與E⑶4連接，將測(cè)量的數(shù)據(jù)送入E⑶4中，此實(shí)施例中采用數(shù) 字式溫度測(cè)量芯片DS18B20，其適合電池溫度測(cè)量量程的需要，并利用單一總線實(shí)現(xiàn)多路溫 度測(cè)量芯片的級(jí)聯(lián)，線路簡(jiǎn)單可靠，便于擴(kuò)展。信號(hào)光電隔離模塊5與E⑶4連接，采用IS07241或IS07221，以實(shí)現(xiàn)4路或2路 信號(hào)的光電隔離。[0023]多通道電池監(jiān)視模塊6與信號(hào)光電隔離模塊5連接，具體可采用多個(gè) LTC6802-1 (其最大總測(cè)量誤差僅為0.25%，并具有可菊鏈?zhǔn)竭B接的串行接口，可以根據(jù)需 要擴(kuò)展從控模塊的可測(cè)量電池單體數(shù)量)，其中每塊芯片可測(cè)量12個(gè)串聯(lián)單體電池的電 壓，并可在13ms內(nèi)完成所有電池的電壓測(cè)量，而多節(jié)電池電壓檢測(cè)模塊7和多節(jié)電池均衡 處理模塊8均連接至所述多通道電池監(jiān)視模塊6，分別用以實(shí)現(xiàn)電池電壓檢測(cè)和均衡處理 的功能；此外，采用LTC6802-1，并結(jié)合信號(hào)光電隔離模塊IS07241，解決多節(jié)串聯(lián)單體電池 的測(cè)量問(wèn)題，而非采用傳統(tǒng)的電阻分壓、繼電器切換或者集散式測(cè)量方案，解決了串聯(lián)單體 電池電壓測(cè)量的共地問(wèn)題，并且集成電池平衡電路，使得系統(tǒng)具有高集成度，高測(cè)量精度和 高可靠。DC/DC電源隔離模塊9為信號(hào)光電隔離模塊5和多通道電池監(jiān)視模塊6提供電源， 消除共模干擾?？撮T(mén)狗模塊1與E⑶4連接，具體是采用IMP706，用于在E⑶4的控制下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的軟件復(fù)位。存儲(chǔ)模塊3與E⑶4連接，可以采用多種形態(tài)，如EEPROM或Flash，此實(shí)施例中是 采用鐵電存儲(chǔ)器，具體而言是采用非易失鐵電存儲(chǔ)器24C64，用于存儲(chǔ)電池電壓和溫度的配 置信息，具體包括一級(jí)電壓報(bào)警上限和下限閾值、二級(jí)電壓報(bào)警上限和下限閾值、一級(jí)溫度 報(bào)警上限和下限閾值、二級(jí)溫度報(bào)警上限和下限閾值、從控模塊地址信息、電池組電壓均衡 開(kāi)啟電壓差閾值、均衡時(shí)間、均衡溫度限制閾值、均衡溫差閾值等，此種存儲(chǔ)器可以跟隨總 線速度寫(xiě)入，無(wú)需等待時(shí)間，具備無(wú)限次寫(xiě)入能力。ECU 4是所述從控模塊11的核心部分，其控制從控模塊11中其余所有模塊的工作 狀態(tài)，一方面接收來(lái)自溫度測(cè)量模塊10、多通道電池監(jiān)視模塊6的測(cè)量數(shù)據(jù)，并調(diào)用存儲(chǔ)模 塊3中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，另一方面將比較結(jié)果由CAN接口 2通過(guò)CAN總線送入主控模 塊12，再由主控模塊12進(jìn)行后續(xù)處理。再請(qǐng)參考圖3所示，是本實(shí)用新型中實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的部分電路實(shí)例，其中，來(lái)自電 池管理系統(tǒng)從控ECU 4的信號(hào)CS連接到信號(hào)光電隔離模塊5(即圖中所示Ul)的引腳3，信 號(hào)SDI連接到Ul的引腳4，信號(hào)SCK連接到Ul的引腳5，信號(hào)SDO連接到Ul的引腳6。而 Ul的引腳14連接到多通道電池監(jiān)視模塊6 (圖中僅示出U2)的引腳44，U1的引腳13連接 到U2的引腳42，U1的引腳12連接到U2的引腳41，U1的引腳11連接到U2的引腳43，同時(shí) 這些信號(hào)連接到另一片LTC6802-1的菊鏈接口。U2的引腳1、2、3與另一片LTC6802-1的菊 鏈接口信號(hào)也對(duì)應(yīng)連接。U2的Sl (28腳)、S2 (26腳)、S3 (24腳)、S4 (22腳)、S5 (20腳)、 S6 (18 腳)、S7 (16 腳)、S8 (14 腳)、S9 (12 腳)、SlO (10 腳)、Sll (8 腳)、S12 (6 腳)連接到 單體電池的均衡輸出引腳上。U2的Cl (27腳)、C2 (25腳)、C3 (23腳)、C4 (21腳)、C5 (19 腳)、C6 (17 腳)、C7 (15 腳)、C8 (13 腳)、C9 (11 腳)、ClO (9 腳)、Cll (7 腳)、C12 (5 腳)連 接到單體電池的電壓信號(hào)引腳上。如圖4所示，是測(cè)量電池溫度的示意圖，來(lái)自E⑶4的信號(hào)T_0ut連接到U3的第 2腳，T_In連接到U3的第3腳，U3的6腳連接到U4的3腳，U3的4腳連接到R3，R3連接 到R2，Rl的一端連接到+5V的電源，另一端與R2以及U4的1腳相連，U4的2腳連接到U3 的7腳。R2的另一端連接到Temp_DI0信號(hào)，并與外部級(jí)聯(lián)的溫度傳感器的信號(hào)腳相連。再請(qǐng)參考圖1所示，說(shuō)明本實(shí)用新型在實(shí)際使用中可設(shè)置多個(gè)從控模塊11，將所使用的所有單節(jié)電池進(jìn)行分組，由從控模塊11分別對(duì)應(yīng)測(cè)量分析，然后通過(guò)CAN總線送入 主控模塊12進(jìn)行匯總；所述主控模塊12還通過(guò)另一 CAN總線連接整車(chē)控制器13，并通過(guò) 232串口連接PC機(jī)14，分別進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且主控模塊12還具有總電壓、總電流、預(yù)充電繼 電器控制、風(fēng)扇控制等輸入輸出接口，可根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)控制預(yù)充電繼電器、風(fēng)扇等的工 作狀態(tài)。綜上所述，本實(shí)用新型一種電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，重點(diǎn)在于改變傳 統(tǒng)的集中式管理模式，而采用分布式的形態(tài)，將作為電源的所有單節(jié)電池分為若干組，并分 別采用一個(gè)從控模塊11進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后統(tǒng)一發(fā)送到主控模塊12，這樣將傳統(tǒng)電池管理 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和測(cè)量功能分離出來(lái)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高工作可靠性及可擴(kuò) 展性能。以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí) 用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，其特征在于包括ECU、CAN接口、溫度測(cè)量模塊、信號(hào)光電隔離模塊、DC/DC電源隔離模塊、多通道電池監(jiān)視模塊、多節(jié)電池電壓檢測(cè)模塊和多節(jié)電池均衡處理模塊，ECU與CAN接口連接，并通過(guò)CAN接口經(jīng)由CAN總線連接電池管理系統(tǒng)的主控模塊；溫度測(cè)量模塊與ECU連接，將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)送入ECU；多通道電池監(jiān)視模塊經(jīng)由信號(hào)光電隔離模塊連接ECU，將檢測(cè)的電池電壓經(jīng)隔離處理后送入ECU，且DC/DC電源隔離模塊為信號(hào)光電隔離模塊和多通道電池監(jiān)視模塊提供電源；多通道電池監(jiān)視模塊還連接有多節(jié)電池電壓檢測(cè)模塊和多節(jié)電池均衡處理模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，其特征在于所述ECU還 連接有一可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的看門(mén)狗模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，其特征在于所述ECU還 連接有一存儲(chǔ)模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，其特征在于所述存儲(chǔ)模 塊為鐵電存儲(chǔ)模塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)從控模塊，包括ECU、CAN接口、溫度測(cè)量模塊、信號(hào)光電隔離模塊、DC/DC電源隔離模塊、多通道電池監(jiān)視模塊、多節(jié)電池電壓檢測(cè)模塊和多節(jié)電池均衡處理模塊，ECU通過(guò)CAN接口連接電池管理系統(tǒng)的主控模塊；溫度測(cè)量模塊將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)送入ECU；多通道電池監(jiān)視模塊經(jīng)由信號(hào)光電隔離模塊連接ECU，將檢測(cè)的電池電壓經(jīng)隔離處理后送入ECU，且DC/DC電源隔離模塊為信號(hào)光電隔離模塊和多通道電池監(jiān)視模塊提供電源；多通道電池監(jiān)視模塊還連接多節(jié)電池電壓檢測(cè)模塊和多節(jié)電池均衡處理模塊。此種結(jié)構(gòu)通過(guò)采用分布式的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得電池管理系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性高，可擴(kuò)展性能強(qiáng)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201690249SQ20102018265
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者周方明, 陳衛(wèi)強(qiáng), 陳曉冰 申請(qǐng)人:廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)有限公司