电动汽车电池管理装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供电动汽车电池管理装置，包括DSP控制器，以及与DSP控制器均相连的电压采集、电流采集、温度采集、电池均衡和GPS/GPRS等模块；其中，DSP控制器由一DSP芯片及其外围电路形成；电压采集模块包括可控开关S1、S2、S3、S4，以及电容C、第一A/D转换器和第一单片机MCU；电流采集模块包括依序连接的霍尔电流传感器、第二A/D转换器和第二单片机MCU；温度采集模块包括依序连接的数字温度传感器和第三单片机MCU；电池均衡模块包括多个与蓄电池单体相并联的均衡单元，均衡单元均包括一电阻R和一均衡开关K。实施本实用新型，克服电动汽车蓄电池参数难测量和测量不准而导致电动汽车不能及时补充电量的不足，并提高蓄电池使用寿命。
【专利说明】
电动汽车电池管理装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电动车电池管理技术领域，尤其涉及一种电动汽车电池管理装置。
【背景技术】
[0002]电池管理技术是保证电动汽车安全、提高能量的使用效率的一项相当重要的技术。电池管理装置通过对系统各个重要参数包括剩余容量、充放电电流、端电压和温度等的准确测量，精确估计动力电池组剩余电量以保证电动车的续航能力，同时防止电池的过充过放，保证整车的安全以及延长电动汽车电池的使用寿命。
[0003]发明人发现，现有的电池管理装置存在不足之处，其不足之处在于:一、蓄电池的端电压通常采用共模法、差模法和V/F法，但是这些方法的共同缺点是无法有效隔离电池组(强电)与车电系统(弱电)，并且电动汽车上的串并联电池数较多，电压测量所采用的电阻、运放等器件，容易受温度、电阻精度影响产生偏差;二、蓄电池的电流检测通常以采样电阻法为代表的间接测量法，但是这种方法要将采样电阻串接于主功率回路中，无法实现与控制回路的隔离，不适用于蓄电池管理装置中；三、由于蓄电池内部的温度通常难以测量，通常采用检测蓄电池运行场所的环境温度来代替，常用的温度检测方法是通过热电偶和热电阻传感器来检测，热电偶和热电阻传感器都易受使用场所限制且具有热传导误差大的缺点，会使温度的检测出现偏差；四、传统的汽车电池管理装置往往只侧重于电池参数的实时检测，而忽略了电池对均衡的要求，而为了达到动力要求，电动汽车需要将多节单体电池串并联使用，由于各个单体电池存在不一致性，成组使用后会带来性能、寿命和安全性方面的隐患。
【发明内容】
[0004]本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种电动汽车电池管理装置，克服电动汽车蓄电池参数难测量和测量不准而导致电动汽车不能及时补充电量的不足，并提尚蓄电池使用寿命。
[0005]本实用新型实施例提供了一种电动车电池管理装置，包括DSP控制器，以及与所述DSP控制器均相连的电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、电池均衡模块和GPS/GPRS模块;其中，
[0006]所述DSP控制器由一DSP芯片及其外围电路形成；
[0007]所述电压采集模块包括可控开关S1、可控开关S2、可控开关S3、可控开关S4，以及电容C、第一A/D转换器和第一单片机MCU;其中，可控开关SI和可控开关S2的一端并联在蓄电池组上，另一端并联在所述电容C上;可控开关S3和可控开关S4—端并联在所述电容C上，另一端连接在所述第一 A/D转换器上;所述可控开关S1、可控开关S2、可控开关S3、可控开关S4及所述第一 A/D转换器还分别通过控制线与所述第一单片机MCU相连;所述电流采集模块包括依序连接的霍尔电流传感器、第二 A/D转换器和第二单片机MCU;其中，所述霍尔电流传感器串联在所述蓄电池组和负载之间；
[0008]所述温度采集模块包括依序连接的DS18B20数字温度传感器和第三单片机M⑶;其中，所述DS18B20数字温度传感器靠近所述蓄电池组放置；
[0009]所述电池均衡模块包括多个均衡单元，且每一均衡单元均与一蓄电池单体相并联，所述每一均衡单元均包括一电阻R和一均衡开关K;其中，每一均衡开关K均由PffM信号驱动实现闭合或断开。
[0010]其中，所述电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、电池均衡模块及GPS/GPRS模块均通过内部通信的CAN总线与所述DSP控制器相连。
[0011]其中，当所述第一单片机MCU控制所述可控开关SI和所述可控开关S2均闭合时，实现所述蓄电池组对所述电容C充电；当所述第一单片机MCU控制所述可控开关S3和所述可控开关S4均闭合时，并进一步控制所述可控开关SI和所述可控开关S2均断开，实现对所述蓄电池组的电压采集。
[0012]其中，所述霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件和导体;其中，所述导体串联在负载与电池之间；所述磁芯套接在所述导体的外表面上，并与所述霍尔元件进行磁吸感应;所述霍尔元件连接在所述第二 A/D转换器上。
[0013]实施本实用新型实施例，具有如下有益效果:
[0014]采用电压、电流和温度检测装置对电动汽车蓄电池参数进行实时检测，实现对蓄电池剩余容量、蓄电池内部温度、蓄电池端电压和充放电电流的准确测量，精确估计电动汽车电池剩余电量以保证电动汽车的续航能力，同时防止蓄电池的过充过放，保证整车的安全以及延长电动汽车蓄电池的使用寿命。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本实用新型的范畴。
[0016]图1为本实用新型实施例中的一种电动车电池管理装置的系统结构连接框图；
[0017]图2为图1中电压采集模块的电路连接结构示意图；
[0018]图3为图2中电压采集模块给电容C进行充电的电压变化曲线图；
[0019]图4为图1中电流采集模块的电路连接结构示意图；
[0020]图5为图4中电流采集模块内霍尔电流传感器工作原理示意图；
[0021]图6为图1中温度采集模块的电路连接结构示意图；
[0022]图7为图1中电池均衡模块的电路连接结构示意图；
[0023]图8为本实用新型实施例中的一种电动车电池管理装置与电动汽车智能充电组网的拓扑结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
[0025]如图1至图8所示，为本实用新型实施例中，提供的一种电动车电池管理装置，包括DSP控制器I，以及与DSP控制器I均相连的电压采集模块2、电流采集模块3、温度采集模块4、电池均衡模块5和GPS/GPRS模块6;其中，
[0026]DSP控制器I由一 DSP芯片及其外围电路形成；
[0027]电压采集模块2包括可控开关S1、可控开关S2、可控开关S3、可控开关S4，以及电容C、第一A/D转换器和第一单片机MCU;其中，可控开关SI和可控开关S2的一端并联在蓄电池组上，另一端并联在电容C上;可控开关S3和可控开关S4—端并联在电容C上，另一端连接在第一A/D转换器上；可控开关S1、可控开关S2、可控开关S3、可控开关S4及第一A/D转换器还分别通过控制线与第一单片机MCU相连；
[0028]电流采集模块3包括依序连接的霍尔电流传感器、第二A/D转换器和第二单片机MCU;其中，霍尔电流传感器串联在蓄电池组和负载之间；
[0029]温度采集模块4包括依序连接的DS18B20数字温度传感器和第三单片机M⑶;其中，DS18B20数字温度传感器靠近蓄电池组放置；
[0030]电池均衡模块5包括多个均衡单元，且每一均衡单元均与一蓄电池单体相并联，每一均衡单元均包括一电阻R和一均衡开关K;其中，每一均衡开关K均由PWM信号驱动实现闭合或断开。
[0031]应当说明的是，电压采集模块2、电流采集模块3、温度采集模块4、电池均衡模块5及GPS/GPRS模块6均通过内部通信的CAN总线与DSP控制器I相连
[0032]在本实用新型实施例中，电压检测模块2、电流检测模块3、温度检测模块4负责检测蓄电池的参数用以估算电池剩余容量，电池均衡模块5用来对不一致的电池进行均衡，以提高电池的使用寿命。而GPS/GPRS模块6中，GPS用来定位汽车所在位置，GPRS用来联系监控中心，还使得系统能在剩余电量不足的时候自动查找距离最近且在线排队时间最短的充电站，并进行充电，以保证续航;在电动汽车出现故障的情况下，还可以通过GPS/GPRS模块6与监控中心取得联系，并将当前位置信息发送给监控中心
[0033]如图2所示，第一单片机MCU的一个I/O口与可控开关SI和可控开关S2均相连，另一个I/O 口与可控开关S3和可控开关S4均相连，第一单片机M⑶能够控制可控开关SI至S4的闭合或断开。当第一单片机MCU控制可控开关SI和可控开关S2均闭合时，实现蓄电池组对电容C充电，如图3所示，为电容C典型充电曲线；当第一单片机MCU控制可控开关S3和可控开关S4均闭合时，并进一步控制可控开关SI和可控开关S2均断开，实现对蓄电池组的电压采集，SP完成一次电压采集任务。
[0034]如图4所示，电流检测模块3的霍尔电流传感器串接在蓄电池与负载之间，第二单片机MCU处理第二 A/D转换器送来的数据，完成由模拟到数字的转换。
[0035]如图5所示，霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件和导体;其中，导体串联在负载与电池之间；磁芯套接在所述导体的外表面上，并与霍尔元件进行磁吸感应;霍尔元件连接在第二 A/D转换器上。
[0036]使用时将导体串联在负载与电池之间，霍尔元件连接在第二A/D转换器上。当导体中流过电流时，由于电磁感应会产生磁场，磁场会聚集在磁芯上，通过霍尔元件的霍尔效应，将流过的电流转换为电压信号传给A/D转换器，经过第二单片机MCU的处理完成电流的采集。霍尔电流传感器是利用霍尔效应将一次电流变换为二次电压信号的传感器。
[0037]如图6所示，温度检测模块4包括数字温度传感器DS18B20和第三单片机MCU;DS18B20温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。并且在使用中不需要任何外围元件，仅需要一条口线，即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
[0038]如图7所示，电池均衡模块5包括多个均衡单元，其中，每一均衡单元均包括一均衡开关K和一电阻，如均衡开关Kl至Kn、电阻Rl至Rn。均衡开关由PWM信号驱动，ic是充放电电流，每个单体电池都由I个均衡开关K和均衡电阻R构成的均衡控制单元与之对应，该单体电池的充放电电流和均衡电流分别为i b和i e。
[0039]如果没有均衡电路，那么流过蓄电池的电流为ic，当加入均衡电路之后，流过蓄电池的电流为ib，流过均衡电阻的电流为ie，它们之间的关系为:
[0040]ib = ic_ie
[0041 ]通过控制均衡开关K的闭合，可以控制均衡电流i e的大小，从而可以控制实际流过蓄电池的电流i b的大小，通过这种方法可以做到针对不一致的单体电池进行区别性充放电，从而保证各个单体电池的均衡，消除电池使用过程中单体电池不一致对电池组性能的影响。
[0042]如图8所示，电动汽车智能充电组网主要包括GPS卫星、GPRS无线信号塔、监控中心和充电站。通过组网使得电池管理装置能在剩余电量不足的时候自动查找距离最近且在线排队时间最短的充电站，并进行充电，以保证续航;还能在电动汽车出现故障的情况下，通过GPS/GPRS模块6与监控中心取得联系，并将当前位置信息发送给监控中心。
[0043]实施本实用新型实施例，具有如下有益效果:
[0044]采用电压、电流和温度检测装置对电动汽车蓄电池参数进行实时检测，实现对蓄电池剩余容量、蓄电池内部温度、蓄电池端电压和充放电电流的准确测量，精确估计电动汽车电池剩余电量以保证电动汽车的续航能力，同时防止蓄电池的过充过放，保证整车的安全以及延长电动汽车蓄电池的使用寿命。
[0045]以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
【主权项】
1.一种电动汽车电池管理装置，其特征在于，包括DSP控制器(I)，以及与所述DSP控制器(I)均相连的电压采集模块(2)、电流采集模块(3)、温度采集模块(4)、电池均衡模块(5)和GPS/GPRS模块(6);其中， 所述DSP控制器(I)由一DSP芯片及其外围电路形成； 所述电压采集模块(2)包括可控开关S1、可控开关S2、可控开关S3、可控开关S4，以及电容C、第一A/D转换器和第一单片机MCU;其中，可控开关SI和可控开关S2的一端并联在蓄电池组上，另一端并联在所述电容C上;可控开关S3和可控开关S4—端并联在所述电容C上，另一端连接在所述第一 A/D转换器上;所述可控开关S1、可控开关S2、可控开关S3、可控开关S4及所述第一 A/D转换器还分别通过控制线与所述第一单片机MCU相连； 所述电流采集模块(3)包括依序连接的霍尔电流传感器、第二 A/D转换器和第二单片机MCU;其中，所述霍尔电流传感器串联在所述蓄电池组和负载之间； 所述温度采集模块(4)包括依序连接的DS18B20数字温度传感器和第三单片机MCU;其中，所述DS18B20数字温度传感器靠近所述蓄电池组放置； 所述电池均衡模块(5)包括多个均衡单元，且每一均衡单元均与一蓄电池单体相并联，所述每一均衡单元均包括一电阻R和一均衡开关K;其中，每一均衡开关K均由PWM信号驱动实现闭合或断开。2.如权利要求1所述的电动汽车电池管理装置，其特征在于，所述电压采集模块(2)、电流采集模块(3)、温度采集模块(4)、电池均衡模块(5)及GPS/GPRS模块(6)均通过内部通信的CAN总线与所述DSP控制器(I)相连。3.如权利要求1所述的电动汽车电池管理装置，其特征在于，当所述第一单片机MCU控制所述可控开关SI和所述可控开关S2均闭合时，实现所述蓄电池组对所述电容C充电；当所述第一单片机MCU控制所述可控开关S3和所述可控开关S4均闭合时，并进一步控制所述可控开关SI和所述可控开关S2均断开，实现对所述蓄电池组的电压采集。4.如权利要求1所述的电动汽车电池管理装置，其特征在于，所述霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件和导体;其中，所述导体串联在负载与电池之间；所述磁芯套接在所述导体的外表面上，并与所述霍尔元件进行磁吸感应;所述霍尔元件连接在所述第二 A/D转换器上。
【文档编号】B60L3/12GK205589009SQ201620400203
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】叶圣双, 钱祥忠
【申请人】温州大学