一种电动汽车电池管理系统及方法与流程

技术特征：

1.一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：包括与车载空调管路连通且用于为所述电动汽车电池输送调温气体的管网、用于监测所述电动汽车电池使用状态的车载控制终端和与所述车载控制终端无线数据传输并远程计算所述电动汽车电池电量的云计算处理平台(13)，所述管网包括多个出风管，每个所述出风管上均安装有比例电磁阀(11)，所述电动汽车电池包括多个依次串联的电池组(1-1)，所述车载控制终端包括主控制器(3)和供电电源(7)，以及与主控制器(3)数据通信的移动收发器(8)和车载电脑(9)，主控制器(3)的输入端接有用于检测所述电动汽车电池工作电流的电流传感器(14)和用于控制电池组(1-1)充放电均衡的从控制单元，所述从控制单元包括从控制器(2-4)和与从控制器(2-4)相接且用于均衡电池组(1-1)中各单体电池电压的均衡电路(2-2)，从控制器(2-4)的输入端接有用于采集电池组(1-1)工作温度的温度传感器组(2-1)，从控制器(2-4)的输出端与主控制器(3)的输入端相接，主控制器(3)的输出端接有显示器(6)和用于控制充电机(5)为所述电动汽车电池充电的继电器(4)；车载电脑(9)的输出端接有车载空调控制模块(10)和报警器(12)，比例电磁阀(11)的输入端与车载电脑(9)的输出端相接。

2.按照权利要求1所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述均衡电路(2-2)与从控制器(2-4)之间设置有隔离电路(2-3)。

3.按照权利要求2所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述从控制单元的数量与电池组(1-1)的数量相等，所述出风管的数量与电池组(1-1)的数量相等，电池组(1-1)由12个单体电池串联组成。

4.按照权利要求2所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述供电电源(7)包括12V转5V电源电路、5V转3.3V电源电路和12V转54V电源电路，所述12V转54V电源电路包括芯片LT3954，所述芯片LT3954的第3管脚经保险丝F1与12V电源相接，芯片LT3954的第8管脚和第9管脚的连接端分三路，一路经电容C22接地，另一路经非门NOT1、非门NOT2和电容C23接地，第三路与稳压二极管D25的阴极相接；稳压二极管D25的阳极分三路，一路经电感L1与芯片LT3954的第3管脚和保险丝F1的连接端相接，另一路经电容C21与非门NOT1和非门NOT2的连接端相接，第三路与芯片LT3954的第10管脚相接；非门NOT2和电容C23的连接端经电阻R62和电容C24接地，芯片LT3954的第7管脚为54V电源输出端。

5.按照权利要求4所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述均衡电路(2-2)包括芯片LTC6804-2、十四端接口J1以及MOSFET管Q1～MOSFET管Q12，所述芯片LTC6804-2的C12管脚经电阻R37分两路，一路与十四端接口J1的第13管脚相接，另一路与稳压二极管D1的阴极和MOSFET管Q1的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C12管脚与电阻R37的连接端经电容C1接地，稳压二极管D1的阳极和MOSFET管Q1的栅极的连接端经电阻R35与芯片LTC6804-2的S12管脚相接，MOSFET管Q1的漏极分两路，一路经电阻R1与发光二极管LED1的阳极相接，另一路与电阻R2的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C11管脚经电阻R38分两路，一路与十四端接口J1的第12管脚相接，另一路与稳压二极管D2的阴极和MOSFET管Q2的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C11管脚与电阻R38的连接端经电容C2接地，电阻R38和十四端接口J1的第12管脚的连接端与发光二极管LED1的阴极和电阻R2的另一端的连接端相接，稳压二极管D2的阳极和MOSFET管Q2的栅极的连接端经电阻R25与芯片LTC6804-2的S11管脚相接，MOSFET管Q2的漏极分两路，一路经电阻R3与发光二极管LED2的阳极相接，另一路与电阻R4的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C10管脚经电阻R39分两路，一路与十四端接口J1的第11管脚相接，另一路与稳压二极管D3的阴极和MOSFET管Q5的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C10管脚与电阻R39的连接端经电容C3接地，电阻R39和十四端接口J1的第11管脚的连接端与发光二极管LED2的阴极和电阻R4的另一端的连接端相接，稳压二极管D3的阳极和MOSFET管Q5的栅极的连接端经电阻R26与芯片LTC6804-2的S10管脚相接，MOSFET管Q5的漏极分两路，一路经电阻R5与发光二极管LED3的阳极相接，另一路与电阻R6的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C9管脚经电阻R40分两路，一路与十四端接口J1的第10管脚相接，另一路与稳压二极管D7的阴极和MOSFET管Q6的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C9管脚与电阻R40的连接端经电容C4接地，电阻R40和十四端接口J1的第10管脚的连接端与发光二极管LED3的阴极和电阻R6的另一端的连接端相接，稳压二极管D7的阳极和MOSFET管Q6的栅极的连接端经电阻R27与芯片LTC6804-2的S9管脚相接，MOSFET管Q6的漏极分两路，一路经电阻R7与发光二极管LED4的阳极相接，另一路与电阻R8的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C8管脚经电阻R41分两路，一路与十四端接口J1的第9管脚相接，另一路与稳压二极管D8的阴极和MOSFET管Q7的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C8管脚与电阻R41的连接端经电容C5接地，电阻R41和十四端接口J1的第9管脚的连接端与发光二极管LED4的阴极和电阻R8的另一端的连接端相接，稳压二极管D8的阳极和MOSFET管Q7的栅极的连接端经电阻R28与芯片LTC6804-2的S8管脚相接，MOSFET管Q7的漏极分两路，一路经电阻R9与发光二极管LED5的阳极相接，另一路与电阻R10的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C7管脚经电阻R42分两路，一路与十四端接口J1的第8管脚相接，另一路与稳压二极管D9的阴极和MOSFET管Q8的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C7管脚与电阻R42的连接端经电容C6接地，电阻R42和十四端接口J1的第8管脚的连接端与发光二极管LED5的阴极和电阻R10的另一端的连接端相接，稳压二极管D9的阳极和MOSFET管Q8的栅极的连接端经电阻R33与芯片LTC6804-2的S7管脚相接，MOSFET管Q8的漏极分两路，一路经电阻R11与发光二极管LED6的阳极相接，另一路与电阻R12的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C6管脚经电阻R43分两路，一路与十四端接口J1的第7管脚相接，另一路与稳压二极管D4的阴极和MOSFET管Q3的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C6管脚与电阻R43的连接端经电容C7接地，电阻R43和十四端接口J1的第7管脚的连接端与发光二极管LED6的阴极和电阻R12的另一端的连接端相接，稳压二极管D4的阳极和MOSFET管Q3的栅极的连接端经电阻R36与芯片LTC6804-2的S6管脚相接，MOSFET管Q3的漏极分两路，一路经电阻R13与发光二极管LED7的阳极相接，另一路与电阻R14的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C5管脚经电阻R44分两路，一路与十四端接口J1的第6管脚相接，另一路与稳压二极管D5的阴极和MOSFET管Q4的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C5管脚与电阻R44的连接端经电容C8接地，电阻R44和十四端接口J1的第6管脚的连接端与发光二极管LED7的阴极和电阻R14的另一端的连接端相接，稳压二极管D5的阳极和MOSFET管Q4的栅极的连接端经电阻R29与芯片LTC6804-2的S5管脚相接，MOSFET管Q4的漏极分两路，一路经电阻R15与发光二极管LED8的阳极相接，另一路与电阻R16的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C4管脚经电阻R45分两路，一路与十四端接口J1的第5管脚相接，另一路与稳压二极管D6的阴极和MOSFET管Q9的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C4管脚与电阻R45的连接端经电容C9接地，电阻R45和十四端接口J1的第5管脚的连接端与发光二极管LED8的阴极和电阻R16的另一端的连接端相接，稳压二极管D6的阳极和MOSFET管Q9的栅极的连接端经电阻R30与芯片LTC6804-2的S4管脚相接，MOSFET管Q9的漏极分两路，一路经电阻R17与发光二极管LED9的阳极相接，另一路与电阻R18的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C3管脚经电阻R46分两路，一路与十四端接口J1的第4管脚相接，另一路与稳压二极管D10的阴极和MOSFET管Q10的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C3管脚与电阻R46的连接端经电容C10接地，电阻R46和十四端接口J1的第4管脚的连接端与发光二极管LED9的阴极和电阻R18的另一端的连接端相接，稳压二极管D10的阳极和MOSFET管Q10的栅极的连接端经电阻R31与芯片LTC6804-2的S3管脚相接，MOSFET管Q10的漏极分两路，一路经电阻R19与发光二极管LED10的阳极相接，另一路与电阻R20的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C2管脚经电阻R47分两路，一路与十四端接口J1的第3管脚相接，另一路与稳压二极管D11的阴极和MOSFET管Q11的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C2管脚与电阻R47的连接端经电容C11接地，电阻R47和十四端接口J1的第3管脚的连接端与发光二极管LED10的阴极和电阻R20的另一端的连接端相接，稳压二极管D11的阳极和MOSFET管Q11的栅极的连接端经电阻R32与芯片LTC6804-2的S2管脚相接，MOSFET管Q11的漏极分两路，一路经电阻R21与发光二极管LED11的阳极相接，另一路与电阻R22的一端相接；所述芯片LTC6804-2的C1管脚经电阻R48分两路，一路与十四端接口J1的第2管脚相接，另一路与稳压二极管D12的阴极和MOSFET管Q12的源极的连接端相接；芯片LTC6804-2的C1管脚与电阻R48的连接端经电容C12接地，电阻R48和十四端接口J1的第2管脚的连接端与发光二极管LED11的阴极和电阻R22的另一端的连接端相接，稳压二极管D12的阳极和MOSFET管Q12的栅极的连接端经电阻R34与芯片LTC6804-2的S1管脚相接，MOSFET管Q12的漏极分两路，一路经电阻R23与发光二极管LED12的阳极相接，另一路经电阻R24接地；发光二极管LED12的阴极和十四端接口J1的第1管脚接地，电池组(1-1)安装在十四端接口J1上，芯片LTC6804-2的V+管脚经电阻R49与54V电源相接。

6.按照权利要求5所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述隔离电路(2-3)包括芯片ADμM1411，所述芯片ADμM1411的VID管脚、VOC管脚、VOB管脚和VOA管脚分别与芯片LTC6804-2的第44管脚、第43管脚、第42管脚和第41管脚相接，所述芯片ADμM1411的VOD管脚、VIC管脚、VIB管脚和VIA管脚均与从控制器(2-4)相接。

7.按照权利要求4所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述温度传感器组(2-1)包括芯片PRTR5V0U2X以及型号均为DS18B20的温度传感器DS1～温度传感器DS12，所述温度传感器DS1的VCC管脚～温度传感器DS12的VCC管脚均与芯片PRTR5V0U2X的VCC管脚相接，芯片PRTR5V0U2X的VCC管脚与5V电源相接，温度传感器DS1的QD管脚～温度传感器DS6的QD管脚均与芯片PRTR5V0U2X的IO1管脚相接，温度传感器DS7的QD管脚～温度传感器DS12的QD管脚均与芯片PRTR5V0U2X的IO2管脚相接，芯片PRTR5V0U2X的IO1管脚经电阻R60与从控制器(2-4)相接，芯片PRTR5V0U2X的IO2管脚经电阻R61与从控制器(2-4)相接。

8.按照权利要求4所述的一种电动汽车电池管理系统，其特征在于：所述从控制器(2-4)通过SPI总线与主控制器(3)数据通信，主控制器(3)通过CAN总线与车载电脑(9)数据通信。

9.一种利用如权利要求6所述系统进行电动汽车电池管理的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、电动汽车电池电流数据的采集及上传：通过电流传感器(14)实时采集电动汽车电池的工作电流，并实时传输至主控制器(3)，主控制器(3)将电动汽车电池电流数据通过车载电脑(9)上传至云计算处理平台(13)；

步骤二、判断电动汽车电池是否存在短路故障：通过主控制器(3)设置电动汽车电池的电流阈值范围，当步骤一中的电流传感器(14)采集到的电动汽车电池的工作电流超过设置的阈值参数时，说明电动汽车电池短路，主控制器(3)将电流传感器(14)采集到的电动汽车电池的工作电流传输至车载电脑(9)，车载电脑(9)控制报警器(12)报警提示短路故障，同时车载电脑(9)控制电动汽车停止运行；否则，执行步骤三；

步骤三、根据公式计算电动汽车电池已放电量Q₁，其中，t₀为电动汽车电池开始放电时刻，t为电动汽车电池终止放电时刻，I为步骤一中电流传感器(14)实时采集的电动汽车电池的工作电流；

步骤四、获取各单体电池电压和温度数据：通过各从控制单元同时采集各从控制单元控制的电池组(1-1)中各单体电池电压和温度数据，所述从控制单元中的均衡电路(2-2)实时采集电池组(1-1)中各单体电池电压并数据去噪传输至从控制器(2-4)，所述从控制单元中的温度传感器组(2-1)实时采集电池组(1-1)中各单体电池温度数据并传输至从控制器(2-4)，各从控制器(2-4)将接收的各单体电池电压和温度数据通过主控制器(3)传输至车载电脑(9)；

步骤五、调控各单体电池电压值和温度值并实时上传各单体电池电压值和温度值：采用各均衡电路(2-2)采集各均衡电路(2-2)控制的电池组(1-1)中各单体电池电压值，当均衡电路(2-2)采集的电池组(1-1)中各单体电池电压值不一致时，从控制器(2-4)控制均衡电路(2-2)中各MOSFET管开关频率调节各单体电池电压值，主控制器(3)控制各电池组(1-1)中各单体电池电压值保持一致，并通过车载电脑(9)将各单体电池电压值上传至云计算处理平台(13)；

通过车载电脑(9)设置各单体电池的温度阈值，采用各温度传感器组(2-1)采集各电池组(1-1)中各单体电池温度值，当单体电池温度值不在车载电脑(9)设置的温度阈值范围内时，通过车载电脑(9)驱动车载空调控制模块(10)控制车载空调调节温度，当单体电池温度值过高时，车载电脑(9)控制所述车载空调制冷降温，保持温度维持在车载电脑(9)设置的温度阈值范围内；当单体电池温度值过低时，车载电脑(9)控制所述车载空调制热升温，保持温度维持在车载电脑(9)设置的温度阈值范围内，同时车载电脑(9)将各单体电池温度值上传至云计算处理平台(13)；

步骤六、估算单体电池的SOC值：通过在云计算处理平台(13)中建立BP神经网络模型估算单体电池的SOC值，所述BP神经网络模型为三层网络模型，三层网络模型包括输入层、隐含层和输出层，过程如下：

步骤601、构建输入层到隐含层之间的传递函数以及隐含层到输出层之间的传递函数其中，p为输入层和隐含层的变换函数且p为单调可微的log-Sigmoid函数或Tan-Sigmoid函数，ω_ij为输入层与隐含层之间的连接权值,x_i为输入变量，i＝1,2，…，m，m为输入层结点数量，l为隐含层结点数量，j＝1,2，…，l，l＝log₂m，θ_i为输入层与隐含层之间的阈值；q为隐含层和输出层的变换函数且q为purelin函数，ω_jk为隐含层与输出层之间的连接权值，n为输出层结点数量，k＝1,2，…，n，θ_k为隐含层与输出层之间的阈值，Y_k表示BP神经网络输出的SOC值；

步骤602、输入训练样本点求解隐含层和输出层的输出：将所述样本点带入步骤601中求解隐含层和输出层的输出，所述样本点为输入变量x_i，输入变量x_i包括电动汽车电池电流数据、电动汽车电池已放电量Q₁、单体电池电压值和温度值；

步骤603、根据公式计算误差E，其中，T_k为云计算处理平台(13)存储的输出层上第k个输出结点的SOC理论值；

步骤604、判断误差E是否满足E＜e，其中，e为云计算处理平台(13)上设置的误差阈值，当E＜e时，执行步骤七；否则，执行步骤605；

步骤605、修正输入层与隐含层之间的连接权值ω_ij以及隐含层与输出层之间的连接权值ω_jk后循环步骤602：通过云计算处理平台(13)修正步骤601中输入层与隐含层之间的连接权值ω_ij，取ω_ij＝ω_ij(α+1)，其中，α为迭代次数且α＝0,1，……，N，η为学习倍率；通过云计算处理平台(13)修正步骤601中隐含层与输出层之间的连接权值ω_jk，取ω_jk＝ω_jk(α+1)，其中，

步骤七、根据公式Q₂＝Q·SOC，计算电动汽车电池剩余电量Q₂并将BP神经网络输出的SOC值Y_k和电动汽车电池剩余电量Q₂显示输出：通过云计算处理平台(13)将BP神经网络输出的SOC值Y_k和电动汽车电池剩余电量Q₂经车载电脑(9)传输至主控制器(3)并通过显示器(6)实时显示单体电池的SOC估算值，其中，Q为电动汽车电池的电量总容量。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤601中输入层与隐含层之间的连接权值ω_ij、隐含层与输出层之间的连接权值ω_jk、输入层与隐含层之间的阈值θ_i和隐含层与输出层之间的阈值θ_k的取值范围均为-1～1，步骤601中输入层结点数量m＝4，隐含层结点数量l＝2，输出层结点数量n＝1；步骤605中学习倍率η的取值范围为0.01～0.9。