一种智能分布式钛酸锂电池智能管理系统的制作方法

本实用新型属于钛酸锂电池控制系统技术领域，具体涉及一种智能分布式钛酸锂电池智能管理系统。

背景技术：

新能源汽车以低排放低污染等优点在社会上引起积极反响，其替代燃油汽车可以有效缓解化石能源供应紧张局面并显著减少废旧气体排放。面对环境和能源双重问题的考验以及对电动汽车良好发展前景的确定，我国多次出台政策积极鼓励发展新能源汽车并着力解决环境和能源问题。2015年9月29日，国务院修改了有关新能源和小排量汽车发展措施，其中包括1.6升及以下排量税收减半，不仅取消对新能源汽车限行、限购的约束，而且对新能源汽车采取免税和财政补贴的政策。此外，国家电网已开始着力建设充电桩，为新能源汽车做好充电保障。电动汽车作为新能源汽车代表以电代油，具备噪音低、无污染的优点而备受追捧。种种迹象表明，以新能源汽车逐渐取代传统汽车作为代步工具具有优越的发展前景和广阔的市场潜力。

电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)作为纯电动的不可或缺的组成部分，通过对动力电池进行高效控制管理来提高电池寿命和续航里程，其性能水平和科技含量日渐成为衡量电动汽车技术含量的重要指标。由于锂电池成本昂贵，动力电池成本往往占到电动汽车成本的三分之一，使得电池管理系统在整车中具有举足轻重的地位，成为人们研究的热点。

BMS作为电动汽车核心组成部分之一，不仅担负着保持电池安全平稳运行的职责，还需要避免电池的过充过放以延长电池使用寿命，其重要性日益彰显。根据电池管理系统拓扑结构的差异，可分为集中式和分布式电池管理系统。集中式结构通过微控制器控制检测模块进行数据采集并处理，具有成本低、体积小，连接方便的优点：分布式电池管理系统多采用星形拓扑结构，由一个电池管理主机模块(BatteryManagementSystemMasterUnit，BMU)和多个电池管理从机模块(BatteryManagementSystemSlaveUnit，BSU)构成。其中BSU也被称作本地模块，它负责电池信息采集、与主机模块通信并执行均衡等功能，与此同时主机模块则负责数据处理和任务管理。分布式结构的电池管理系统具有接线灵活、扩展方便的突出优点，能够根据电池数量灵活配置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种智能分布式钛酸锂电池智能管理系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种智能分布式钛酸锂电池智能管理系统，包括BMS主模块、整车控制系统、充电机、显示系统及其他终端、若干BMS从控模块、串联钛酸锂电池组模块和负载电路，所述的BMS主模块通过整车CAN总线与整车控制系统连接，BMS主模块通过充电CAN总线与充电机连接，BMS主模块通过串口与显示系统及其他终端连接，通过钛酸锂电池保护输出接口与钛酸锂电池组总正极连接，BMS主模块通过内部CAN总线分别与若干BMS从控模块连接；若干BMS从控模块分别与串联钛酸锂电池组模块的每个钛酸锂电池单元连接，串联钛酸锂电池组模块与负载电路串联连接。

所述的BMS主模块包括主机模块芯片XMC4500，主机模块芯片XMC4500分别与电源模块、外部存储设备、调试串口接口及LED指示灯连接，主机模块芯片XMC4500的A/D转换电路分别与钛酸锂电池组总电压采集模块、钛酸锂电池组总电流采集模块、板子温度采集模块连接。

所述的BMS从控模块包括从机模块芯片MC9S08DZ，从机模块芯片MC9S08DZ分别与钛酸锂电池箱温度控制模块、调试接口和指示灯和电源模块连接，从机模块芯片MC9S08DZ的A/D转换电路与钛酸锂电池箱温度采集模块连接。

所述的钛酸锂电池组总电压采集模块由P型MOSFET管和运算放大器组成，运算放大器的正向输入端和反向输入端分别连接第一电阻和第二电阻，第一电阻的另一端连接第n节钛酸锂电池的负极电压，第二电阻的另一端连接第n节钛酸锂电池的正极电压，运算放大器的电源端分别连接+5V电压和接地端，运算放大器的输出端与P型MOSFET管的栅极连接；P型MOSFET管的漏极与运算放大器的反向输入端连接，P型MOSFET管的源极连接第三电阻和电压输出端，第三电阻的另一端接地。

所述的钛酸锂电池组总电流采集模块为闭环电流传感器LTSR25-NP，电流采样电路的两个电源端分别接0V和5V电压，两个输入端分别连接第n节钛酸锂电池的正极和负极，电流采样电路的输出端经A/D转换电路与微处理器连接。

所述的钛酸锂电池箱温度采集模块包括数字温度传感器DS18B20和第四电阻，所述的数字温度传感器DS18B20的两个电压端分别接+5V电压和接地端，数字温度传感器DS18B20的输出端分别与四电阻和微处理器连接。

所述的A/D转换电路包括模拟开关，连接该模拟开关的积分电路，以及连接该积分电路的比较器，该比较器连接有I/O口，还包括连接至模拟开关的放大电路和基准电压，同时，有一反馈桥路作用于该放大电路，有一限位二极管作用于该积分电路，有一保护二极管作用于该比较器。

所述电源模块由多个钛酸锂电池串联而成，每个钛酸锂电池由至少2个电芯并联而成，电芯正负极设有极耳，分别为铝极耳和铜极耳，还包括汇流排，所述汇流排设置有与电芯的极耳对应的极耳孔，将电芯的极耳穿过所对应的极耳孔后弯折90°后与汇流排焊接，所述汇流排为铜铝复合板，铜极耳穿过所对应的极耳孔并弯折90°后所接触到的汇流排为铜面，铝极耳穿过所对应的极耳孔并弯折90°后所接触到的汇流排为铝面；所述极耳与汇流排的焊接方式为激光焊接。

本实用新型的有益效果在于：

1)模块化：根据动力源的需要，进行硬件上模块划分，模块化的设计有利于锂离子钛酸锂电池箱的调试和维护。

2)集成化：设计中所有的芯片都采用第五代集成电路，即片上系统，电子线路集成度高，减少了硬件电路中的元器件数量，精简了钛酸锂电池管理系统的体系结构，降低了产生故障的可能性。

3)简单化：通过简单的一线式通讯方式组成通讯网络，实现对单体锂离子钛酸锂电池的通讯管理，管理好了单体锂离子钛酸锂电池，就管理好了整个锂离子钛酸锂电池箱，使复杂的问题简单化。

4)可靠性：采用钛酸锂电池管理方式减少了阻抗，降低了寄生电容、寄生电感，保证了采集数据的准确性、可靠性；采用一线式通讯方式，对钛酸锂电池管理系统的通讯网络进行量体裁衣，做到了网络系统组织的有效性、合理性，提高了钛酸锂电池管理系统通讯稳定性、可靠性，增强了钛酸锂电池管理系统的抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图；

图2为本实用新型的BMS主模块结构图；

图3为本实用新型的BMS从控模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

为增强钛酸锂电池管理系统针对不同场合的适应性，提高考虑灵活性并方便日后软硬件系统升级，开发的钛酸锂电池管理系统采用主从分布式结构。钛酸锂电池管理系统整体结构如图1所示。

一种智能分布式钛酸锂电池智能管理系统，包括BMS主模块、整车控制系统、充电机、显示系统及其他终端、若干BMS从控模块、串联钛酸锂电池组模块和负载电路，所述的BMS主模块通过整车CAN总线与整车控制系统连接，BMS主模块通过充电CAN总线与充电机连接，BMS主模块通过串口与显示系统及其他终端连接，通过钛酸锂电池保护输出接口与钛酸锂电池组总正极连接，BMS主模块通过内部CAN总线分别与若干BMS从控模块连接；若干BMS从控模块分别与串联钛酸锂电池组模块的每个钛酸锂电池单元连接，串联钛酸锂电池组模块与负载电路串联连接。

主机模块是整个系统任务处理中心，采用英飞凌XMC4500单片机作为CPU，从机模块采用飞思卡尔半导体MC9S08DZ60作为模块CPU，主机和从机模块之间通过CAN总线传递信息，具备电压、电流和温度采集功能。钛酸锂电池管理系统可针对不同的工作情况而具备不尽相同的功能。但其所具备的基本功能一致，包括钛酸锂电池状态信息采集、钛酸锂电池荷电SOC估算、钛酸锂电池安全和状态判断及故障警报任务。分布式钛酸锂电池管理系统整体功能的实现依靠主机和从机模块的分工协作完成。

所述的BMS主模块包括主机模块芯片XMC4500，主机模块芯片XMC4500分别与电源模块、外部存储设备、调试串口接口及LED指示灯连接，主机模块芯片XMC4500的A/D转换电路分别与钛酸锂电池组总电压采集模块、钛酸锂电池组总电流采集模块、板子温度采集模块连接。

主机模块以英飞凌XMC4500芯片作为中央处理器完成各功能，该芯片为32位Cortex-M4核单片机，频率可达120MHz并集成DSP功能。为提高硬件系统可靠性、提高效率并降低成本，主机模块的部分硬件模块选用集成器件。此外，由于芯片需进行数量众多的浮点运算和通信处理，其硬件布局上需充分考虑抗电磁干扰等问题。本模块增加了电子钛酸锂电池供电电路实现掉电保护功能，当系统出现异常供电切断时，主机芯片可借助于电子钛酸锂电池将重要信息进行存储，从而避免数据丢失，有效提高了系统可靠性。主机模块以英飞凌XMC4500芯片作为中央处理器完成各功能，该芯片为32位Cortex-M4核单片机，频率可达120MHz并集成DSP功能。为提高硬件系统可靠性、提高效率并降低成本，主机模块的部分硬件模块选用集成器件。此外，由于芯片需进行数量众多的浮点运算和通信处理，其硬件布局上需充分考虑抗电磁干扰等问题。本模块增加了电子钛酸锂电池供电电路实现掉电保护功能，当系统出现异常供电切断时，主机芯片可借助于电子钛酸锂电池将重要信息进行存储，从而避免数据丢失，有效提高了系统可靠性。主机模块以英飞凌XMC4500芯片作为中央处理器完成各功能，该芯片为32位Cortex-M4核单片机，频率可达120MHz并集成DSP功能。为提高硬件系统可靠性、提高效率并降低成本，主机模块的部分硬件模块选用集成器件。此外，由于芯片需进行数量众多的浮点运算和通信处理，其硬件布局上需充分考虑抗电磁干扰等问题。本模块增加了电子钛酸锂电池供电电路实现掉电保护功能，当系统出现异常供电切断时，主机芯片可借助于电子钛酸锂电池将重要信息进行存储，从而避免数据丢失，有效提高了系统可靠性。

所述的BMS从控模块包括从机模块芯片MC9S08DZ，从机模块芯片MC9S08DZ分别与钛酸锂电池箱温度控制模块、调试接口和指示灯和电源模块连接，从机模块芯片MC9S08DZ的A/D转换电路与钛酸锂电池箱温度采集模块连接。从机模块作为单体钛酸锂电池信息采集单元主要进行温度控制和钛酸锂电池均衡功能。本系统每个从机模块可以实现对1～12节串联单体钛酸锂电池管理，包括钛酸锂电池电压采集，对电压过高单体钛酸锂电池执行被动均衡。同时本模块可采集4路温度数值，并可根据所采集温度数值自行或受主机命令执行温度控制，包括散热和加热。此外，每个从机模块都可通过一条CAN总线与主机模块相连接，从机模块数量可在1～127之间灵活配置并分配有独立的CAN总线原地址，从机模块之间不能进行通信。

所述的钛酸锂电池组总电压采集模块由P型MOSFET管和运算放大器组成，运算放大器的正向输入端和反向输入端分别连接第一电阻和第二电阻，第一电阻的另一端连接第n节钛酸锂电池的负极电压，第二电阻的另一端连接第n节钛酸锂电池的正极电压，运算放大器的电源端分别连接+5V电压和接地端，运算放大器的输出端与P型MOSFET管的栅极连接；P型MOSFET管的漏极与运算放大器的反向输入端连接，P型MOSFET管的源极连接第三电阻和电压输出端，第三电阻的另一端接地。

所述的钛酸锂电池组总电流采集模块为闭环电流传感器LTSR25-NP，电流采样电路的两个电源端分别接0V和5V电压，两个输入端分别连接第n节钛酸锂电池的正极和负极，电流采样电路的输出端经A/D转换电路与微处理器连接。

所述的钛酸锂电池箱温度采集模块包括数字温度传感器DS18B20和第四电阻，所述的数字温度传感器DS18B20的两个电压端分别接+5V电压和接地端，数字温度传感器DS18B20的输出端分别与四电阻和微处理器连接。

所述的A/D转换电路包括模拟开关，连接该模拟开关的积分电路，以及连接该积分电路的比较器，该比较器连接有I/O口，还包括连接至模拟开关的放大电路和基准电压，同时，有一反馈桥路作用于该放大电路，有一限位二极管作用于该积分电路，有一保护二极管作用于该比较器。

所述电源模块由多个钛酸锂电池串联而成，每个钛酸锂电池由至少2个电芯并联而成，电芯正负极设有极耳，分别为铝极耳和铜极耳，还包括汇流排，所述汇流排设置有与电芯的极耳对应的极耳孔，将电芯的极耳穿过所对应的极耳孔后弯折90°后与汇流排焊接，所述汇流排为铜铝复合板，铜极耳穿过所对应的极耳孔并弯折90°后所接触到的汇流排为铜面，铝极耳穿过所对应的极耳孔并弯折90°后所接触到的汇流排为铝面；所述极耳与汇流排的焊接方式为激光焊接。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。同时对于本专利中未解释的结构，由于上述结构都是本领域的公知技术，因此在此省略。