一种可配置的电动汽车电池管理监控系统及实现方法与流程

本发明涉及一种可配置的电池管理监控系统及实现方法，尤其涉及新能源汽车电池控制领域。

背景技术：

随着能源危机和环境污染的加剧，能耗较小且极少污染的电动汽车的研究和发展也进入了一个新的阶段。电池作为电动汽车的三大核心零部件之一，是电动汽车发展的关键。电池的容量、安全状态、健康状态与续航里程成为电池技术关注的重点。目前，汽车企业根据政策、市场和消费者需求确定不同的车型，不同的车型需要不同的核心指标，如续航里程、百公里加速和充电速度，这就需要配置不同的电池包个数，每个电池包由不同个数的单体电池电芯组成，电池厂商根据汽车企业的需求将单体电池配置成不同的电池包。

电池管理监控系统对电池状态进行监控、管理，需要针对不同车型的电池包进行不同的设计。现有的电池管理监控系统根据电池包的个数和电芯的个数进行软硬件设计，当车型的技术指标改变，电池包和电芯个数需要调整时，必须重新设计，无法现场更改，设计周期长，成本高，各个车型的电池管理监控系统无法兼容，对车型厂家的响应速度慢。

技术实现要素：

为了适应不同的车型设计，本发明提供一种可配置的电池管理监控系统及其实现方法，电池管理监控系统由上位机监控平台，主控板和多个底层采样板构成，每个电池包配备一个底层采样板，底层采样板根据电池包中的电芯个数设置采样路数，采集单个电芯的电压、电流数据，主控板通过can总线获取每个底层采样板的采样数据，并实现均衡、soc估算等管理功能，上位机监控平台依据电芯个数和电池包个数，通过can总线对底层采样板进行配置，并显示电芯采样数据，实时监控电池运行状态，保存运行数据，对故障进行报警和诊断。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可配置的电动汽车电池管理监控系统，包括：上位机监控平台，主控板、高压绝缘检测板和底层采样板；所述上位机监控平台与主控板和底层采样板分别通信，所述主控板与底层采样板和高压绝缘检测板分别通信；

所述底层采样板用于采集电池包中单个电芯的电压、电流数据以及温度数据；

所述主控板获取每个底层采样板的采样数据，根据获取的数据对单体电芯进行均衡控制以及soc估算；

所述上位机监控平台根据电池包的个数以及每个电池包中单体电芯的个数，对底层采样板的电压采样个数和温度采样个数的进行配置，实时监控电池运行状态，并对故障进行报警和诊断；

所述高压绝缘检测板对电池高压绝缘进行监测和报警。

进一步地，所述底层采样板包括：第一微处理器以及分别与第一微处理器连接的采样模块、均衡电路和can通信模块；

所述第一微处理器用于控制采样模块进行采样、断线检测并获取采样数据，通过can通信与主控板、上位机监控平台进行通信；

所述采样模块，用于实现电池包中单体电芯采样和温度采样，并对电芯采样线、温度采样线进行断线检测；

所述均衡电路，实现对电池包单体电芯的均衡控制；

所述can通信模块，用于实现与主控板和上位机监控平台的通信。

进一步地，所述底层采样板的数量根据电池包的个数确定；依据电池包中单体电芯的个数配置底层采样板的每个采样模块的电芯电压采样个数和温度采样个数。

进一步地，每个所述采样模块采用双绞线以菊花链的串联方式进行连接，即插即用。

进一步地，所述主控板包括第二微处理器以及分别与第二微处理器连接的存储模块、io模块、继电器控制模块、充电模块和can通信模块；

所述第二微处理器用于对所连接模块进行控制和管理，通过can通信模块获取底层采样板的采样数据，进行电池电量状态估算，通过io模块和继电器模块获取数据对电池进行监测与预警，通过充电模块进行充、放电和预充电控制，通过can通信模块与上位机监控平台通信，实现人机交互。

所述存储模块，用于实现采样数据的存储；

所述io模块，用于实现acc、on档信号检测、hvil高压互锁功能检测以及碰撞检测信号的输入检测和输出控制；

所述继电器控制模块，用于实现对继电器的控制、检测和错误诊断；

所述充电模块，实现交流枪、直流桩充电功能，并实现对cc、cp、cc2信号的检测功能；

所述can通信模块，用于实现与底层采样板和上位机监控平台的通信，实现电池数据读取、状态信息传输。

进一步地，所述高压绝缘检测板包括第三微处理器以及分别与第三微处理器连接的绝缘检测电路、采样模块和通信模块；

所述第三微处理器用于控制和管理所连接模块，通过绝缘检测电流获取电池包的绝缘电阻值，通过采样模块获取电池包的总电压、预充电电压、预充电电流值，通过can通信模块将数据发送给主控板。

所述绝缘检测电路用于检测绝缘电阻值；

所述采样模块用于对电池包的总电压、预充电电压、预充电电流进行采样；

所述can通信模块用于实现与主控板的通信。

一种可配置的电动汽车电池管理监控方法，包括：

根据电池包的个数确定底层采样板数量，依据电池包中单体电芯的个数配置底层采样板中每个采样模块的电芯电压采样个数和温度采样个数；

将每个底层采样板的电芯电压采样个数和温度采样个数进行累加，计算整个电池系统的总电压串数和总温度串数；

通过can总线按照不同的id将电芯电压采样个数和温度采样个数分别发送给不同的底层采样板；

底层采样板按照接收的电芯电压采样个数和温度采样个数进行数据采样；

根据底层采样板的采样数据对单体电芯的soc、soh和内阻进行估算，并根据采样数据及io模块检测的数据对电池状态进行分析。

进一步地，通过can总线向底层采样板发送的can帧数据内容包括：底层采样板id(0xc1～0xcf)，采样类型(电压或温度)，采样总个数以及采样模块的采样路数。

进一步地，每个底层采样板接收到can帧数据后，判断底层采样板id是为否自身的id，如果是，根据采样类型和采样总个数，确定每个采样模块的采样路数，然后向采样模块发送采样命令。

进一步地，系统重新上电时，上位机监控平台、主控板和底层采样板进行握手通信，通过：底层采样板id确定底层采样板的个数，并获取底层采样板的电芯电压个数和温度个数；

如果底层采样板个数、电芯电压个数和温度个数与系统要求不一致，则通过上位机监控平台重新配置。

本发明有益效果：

本发明系统及方法能快速、方便地根据电池包数量进行模块化配置，实时管理监控电池包的运行，兼容、扩展性强，节约成本，提高生产速度，尤其能快速满足车企在车辆设计测试阶段对电池配置的要求，实现定制设计。

附图说明

图1为可配置的电动汽车电池管理监控系统结构图；

图2为底层采样板结构图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是可配置的电动汽车电池管理监控系统的结构图，具体包括：上位机监控平台，主控板、高压绝缘检测板和底层采样板；上位机监控平台与主控板和底层采样板分别通信，主控板与底层采样板和高压绝缘检测板分别通信；

其中，底层采样板结构如图2所示，包括：第一微处理器(mc9s12xeg128)，以及分别与第一微处理器连接的采样模块(ltc6804)、均衡电路、can通信模块以及电源模块等。

第一微处理器用于控制采样模块进行采样、断线检测并获取采样数据，通过can通信与主控板、上位机监控平台进行通信。

采样模块，实现电芯采样和温度采样，并对电芯采样线、温度采样线进行断线检测。

均衡电路，实现对单体电芯的均衡控制。

can通信模块，用于主控板，上位机监控通信，实现对电池状态的监控功能。

每个采样模块最多支持的单体电芯串数为12个，温度串数为5个，每个采样模块采用双绞线以菊花链的串联方式进行连接，即插即用，根据每个电池包的电芯串数确定采样模块的个数。

高压绝缘检测板，用于对电池高压绝缘进行监测和报警。包括第二微处理器(mc9s12xeg128)，以及分别与第二微处理器连接的绝缘检测电路、采样模块、通信模块和电源模块。

第二微处理器用于对所连接模块进行控制和管理，通过can通信模块获取底层采样板的采样数据，进行电池电量状态估算，通过io模块和继电器模块获取数据对电池进行监测与预警，通过充电模块进行充、放电和预充电控制，通过can通信模块与上位机监控平台通信，实现人机交互。

绝缘检测电路检测绝缘电阻值。

采样模块对总电压、预充电电压、电流进行采样。

主控板，包括第三微处理器(mc9s12xep100)，以及分别与第三微处理器连接的存储模块，io模块，继电器控制模块，充电模块，can通信模块和电源模块。

第三微处理器用于控制和管理所连接模块，通过绝缘检测电流获取电池包的绝缘电阻值，通过采样模块获取电池包的总电压、预充电电压、预充电电流值，通过can通信模块将数据发送给主控板。

io模块，用于acc、on档信号检测，hvil高压互锁功能检测，碰撞检测等信号的输入检测，输出控制。

继电器控制模块，用于对继电器控制、检测和错误诊断。

充电模块，实现交流枪、直流桩充电功能；对cc、cp、cc2信号检测功能。

can通信模块，用于与采样模块、上位机监控进行通信，实现电池数据读取、状态信息传输等功能。

上位机监控平台，包括pc机、移动平板和智能手机，以及用来进行can通信的can接口卡。

在pc机、移动平板和智能手机运行电池管理监控方法，通过上位机监控平台对主控板和底层采样板进行配置，并保存配置文件。

本发明配置方法如下：

上位机监控平台接收操作人员或管理人员根据电池包的个数确定的底层采样板数量，依据电池包中单体电芯的个数配置采样板的每个采样模块电芯电压采样个数和温度采样个数；上位机监控平台将配置参数保存在配置文件中，并将每个采样板的电压采样个数和温度采样个数进行累加，计算保存整个电池系统的总电压串数和总温度串数，然后通过can总线按照不同的id将电芯电压采样个数和温度采样个数发送给不同的底层采样板和主控板。

底层采样板保存接收到的电芯电压个数和温度个数，每次上电读取电芯电压个数和温度个数，按照接收保存的电芯电压个数和温度个数进行采样，并将采样数据周期性发送给主控板和上位机监控平台；上位机监控平台按照配置的总电压串数和总温度串数动态地进行单体电芯电压值和温度值的显示。

主控板接收到上位机的配置参数和底层采样板的采样数据后，对电芯的soc、soh、内阻进行估算，并根据采样数据及io检测的数据对电池状态进行分析，按照相应的故障等级进行报警，然后发送到上位机监控平台进行显示，保存记录。

can帧数据内容包括：底层采样板id(0xc1～0xcf)，采样类型(电压或温度)，采样总个数，第1～9个采样模块的采样路数。

每个底层采样板接收到该can帧后，判断底层采样板id是自身的id后，根据采样类型和采样总个数，确定每个采样模块的采样路数，然后向采样模块发送采样命令。

底层采样板微处理器向采样模块发送采样命令后，采样模块依次将12路采样数据传送给cpu，cpu通过采样路数读取有效的采样数据，新接入的采样模块即插即用，自动接收命令并发送采样数据。

底层采样板采样数据获取后，向主控板和上位机监控发送电压数据的通信id为0x3cn，n代表采样板id，即第一个采样板为0x3c1，第二个采样板为0x3c2，依次向下推，系统自动接入采样板后，通信id自动加1；发送温度数据的通信id为0x4cn，同样依次向下排列。

每次系统重新上电，上位机监控平台、主控板和底层采样板进行握手通信，通过id确定底层采样板个数，并获取底层采样板的电芯电压个数和温度个数，然后主控板对电池电芯数据进行算法控制及状态管理，上位机监控平台进行显示和数据记录保存，如果底层采样板个数、电芯电压个数和温度个数与系统要求不一致，则通过上位机监控平台重新配置。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。