一种电动汽车锂电池智能管理系统的制作方法

本实用新型属于锂电池技术领域，具体涉及一种电动汽车锂电池智能管理系统。

背景技术：

对于智能化电池管理系统的研究,国外起步相对国内比较早。目前,发达国家的发展程度较高,己经将这项技术应用到了军事、探险及科学考察等特殊而且重大的领域。另一方面,由军事向民间的转化正在进行。现在,国外的一些做智能系统的公司已经向市场推出了智能锂电池管理芯片。

目前，因为智能电池在国内的普及日益加强,随之配套的智能充电器也逐渐慢慢成为了国内电源行业研究的新热点。因此，智能电池管理技术的生命力和应用前景将会非常广阔。

电池管理系统是电动汽车中能源管理的关键设备，也是整车制造的关键技术之一。电池管理系统能否有效管理电动汽车锂电池组，决定了动力电池组能否很好的给电动汽车提供动能，从而影响到整车性能。

此外，大部分电动汽车最主要的动力来源由动力锂电池提供。动力锂电池的使用条件相对比较苛刻，如果不能对其进行有效的管理，电池的寿命将会大大减少，使用不当更会造成爆炸起火等严重事故。因此保证汽车动力电池在安全高效的条件下工作对整体电动汽车产业而言是非常重要的。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种能够对汽车锂电池进行智能管理的电动汽车锂电池智能管理系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种电动汽车锂电池智能管理系统，其特征在于：其由主控电路、采集电路、均衡电路11、通信电路、保护电路12和显示电路13组成；其中主控电路与采集电路和显示电路13单向连接，主控电路与通信电路和保护电路12双向连接；

所述的采集电路由从控制器2、单体电池电压采样电路6、总电压采样电路7、充放电电流采样电路8和温度采样电路9组成；其中从控制器2与单体电池电压采样电路6和温度采样电路9单向连接。均衡电路11与从控制器2单向连接，与通信电路双向连接；

电源电路10与各个电路之间单向连接，为各个电路提供电能。

所述的主控电路由主控制器1和电源电路10组成；主控制器1和电源电路10单向连接，电源电路10给主控制器1提供电能。

所述的采集电路由从控制器2、单体电池电压采样电路6、总电压采样电路7、充放电电流采样电路8和温度采样电路9组成；其中从控制器2与单体电池电压采样电路6和温度采样电路9单向连接。

所述的通信电路由SPI通信与隔离电路3、串口通信电路4、CAN通信电路5组成；其中SPI通信与隔离电路3与主控制器1双向连接，SPI通信与隔离电路3与从控制器2双向连接；串口通信电路4与主控制器1双向连接；CAN通信电路5从控制器2双向连接。

本实用新型采用主控制器和从控制相互配合的控制方式，控制精度高，运行稳定，提高了电动汽车电池的可靠性和安全性。对电动汽车锂电池的电流、电压、温度进行实时采样并于主控制器和从控制器通信，实现反馈控制，并将参数变化及时显示在上位机中，方便操作人员及时观察锂电池的运行情况，进一步提高锂电池的安全性，同时，通过智能控制锂电池的充放电功率，确保锂电池不过载或欠压运行，提高了锂电池的使用寿命，延长锂电池的衰减时间。通过保护电路和均衡电路智能维护锂电池的充放电运行方式，降低锂电池的维护成本，延长电动汽车的续航里程。

本实用新型的有益效果：

(1)采用主控制器和从控制相互配合的控制方式，控制精度高，运行稳定，提高了电动汽车电池的可靠性和安全性。

(2)对电动汽车锂电池的电流、电压、温度进行实时采样并于主控制器和从控制器通信，实现反馈控制，并将参数变化及时显示在上位机中，方便操作人员及时观察锂电池的运行情况，进一步提高锂电池的安全性，同时，通过智能控制锂电池的充放电功率，确保锂电池不过载或欠压运行，提高了锂电池的使用寿命，延长锂电池的衰减时间。

(3)通过保护电路和均衡电路智能维护锂电池的充放电运行方式，降低锂电池的维护成本，延长电动汽车的续航里程。

附图说明

图1为本实用新型的结构框架示意图。

其中，1为主控制器、2为从控制器、3为SPI通信与隔离电路、4为串口通信电路、5为CAN通信电路、6为单体电池电压采样电路、7为总电压采样电路、8为充放电电流采样电路、9为温度采样电路、10为电源电路、11为均衡电路、12为保护电路、13为显示电路、14为上位机、15为采集板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

如图1，一种电动汽车锂电池智能管理系统，其特征在于：其由主控电路、采集电路、均衡电路11、通信电路、保护电路12和显示电路13组成；其中主控电路与采集电路和显示电路13单向连接，主控电路与通信电路和保护电路12双向连接；

所述的采集电路由从控制器2、单体电池电压采样电路6、总电压采样电路7、充放电电流采样电路8和温度采样电路9组成；其中从控制器2与单体电池电压采样电路6和温度采样电路9单向连接。均衡电路11与从控制器2单向连接，与通信电路双向连接；

电源电路10与各个电路之间单向连接，为各个电路提供电能。

所述的主控电路由主控制器1和电源电路10组成；主控制器1和电源电路10单向连接，电源电路10给主控制器1提供电能。

所述的采集电路由从控制器2、单体电池电压采样电路6、总电压采样电路7、充放电电流采样电路8和温度采样电路9组成；其中从控制器2与单体电池电压采样电路6和温度采样电路9单向连接。

所述的通信电路由SPI通信与隔离电路3、串口通信电路4、CAN通信电路5组成；其中SPI通信与隔离电路3与主控制器1双向连接，SPI通信与隔离电路3与从控制器2双向连接；串口通信电路4与主控制器1双向连接；CAN通信电路5从控制器2双向连接。

本实用新型采用主控制器1和从双控制器2做为核心控制单元，在保证电动汽车动力锂电池安全可靠运行的前提下，不仅能够延长锂电池的使用寿命、降低维护成本、且能够最大化增加电动汽车续航里程。

实施例1

下面结合图1详细说明本实用新型一种电动汽车锂电池智能管理系统的一种实施情况：

如图1，一种电动汽车锂电池智能管理系统，其由主控电路、采集电路、均衡电路11、通信电路、保护电路12和显示电路13组成；其中主控电路与采集电路和显示电路13单向连接，主控电路与通信电路和保护电路12双向连接；

采集电路由从控制器2、单体电池电压采样电路6、总电压采样电路7、充放电电流采样电路8和温度采样电路9组成；其中从控制器2与单体电池电压采样电路6和温度采样电路9单向连接。均衡电路11与从控制器2单向连接，与通信电路双向连接；

电源电路10与各个电路之间单向连接，为各个电路提供电能。

主控电路由主控制器1和电源电路10组成；主控制器1和电源电路10单向连接，电源电路10给主控制器1提供电能。

采集电路由从控制器2、单体电池电压采样电路6、总电压采样电路7、充放电电流采样电路8和温度采样电路9组成；其中从控制器2与单体电池电压采样电路6和温度采样电路9单向连接。

通信电路由SPI通信与隔离电路3、串口通信电路4、CAN通信电路5组成；其中SPI通信与隔离电路3与主控制器1双向连接，SPI通信与隔离电路3与从控制器2双向连接；串口通信电路4与主控制器1双向连接；CAN通信电路5从控制器2双向连接。通信电路由SPI通信与隔离电路3、串口通信电路4、CAN通信电路5组成。

主控制器1选用主流的STM32单片机。STM32F 103XX系列属于中等容量增强型，集成了ARM 32位的Cortex-M3CPU内核，最高频率可达72MHZ，并采用单周期乘法和硬件除法，集成了从64K或者128K字节的闪存程序存储器，有20K字节的SRAM，集成了时钟、复位和电源管理等功能，集成了2个12位模数转换器，转换时间为一微秒，有16个输入通道，并具有双采样保持功能，3个16位定时器、集成了2个I2C接口、3个USART接口、2个SPI接口、CAN接口以及USB2.0全速接口。

电源电路首先将12V车载电源直流电经DC-DC转换为±12V的直流电源用于电压电流传感器等的供电。人机交互电路的液晶显示屏需要的5V直流电、主控制器1需要的3.3V直流电都由车载12V转5V电源芯转换芯片提供。采集电路的从控制器2选择的AD7280A芯片，该芯片工作电压为8～30V，由动力锂电池组提供电源，由于单个该芯片能够测量的单体电池电压的数目为6个，则单个AD7280A芯片由6个串联的锂电池供电。

采集电路由从控制器2、单体电池电压采样电路6、总电压采样电路7、充放电电流采样电路8和温度采样电路9组成。

从控制器2选择AD7280A芯片，AD7280A是一款具有单体电池电压检测和电池温度监测的专用电池管理芯片。AD7280A具有多路电池电压的测量通道，结合其菊花链式的结构，最多可用于48个电池的测量，另外，每个器件之间不需要进行器件隔离。对电池电压的检测精度很高，精度可达±1.6mV。ADC的分辨率有12位，转换速度快。内部具有6路辅助ADC输入通道可用于测量电池温度。辅助报警功能可在电池电压超过上下限时进行报警。电池平衡接口能够允许电池进行放电。工业级使用温度范围，可在-45℃～+105℃正常工作。1个SPI接口。具有高输入阻抗、片上稳压器、读取和写入命令CRC保护。内置片内寄存器，可根据应用要求对通道测量的时序进行编程。

单体电池电压采样电路6的实现方法：以AD7280A芯片对六节单体电池电压的采样为例，需要分别将各个单体电池的正极连至主AD7280A的VIN1～VIN6，第一节电池的负极接至芯片的VIN0，AD7280A芯片采集到单体锂电池电压数据后,与主控制器芯片通过SPI通信与隔离电路进行通信将数据传递，由主控制器芯片来处理数据。

总电压采样电路7及充放电电流采样电路8的实现方法：系统采用电压\电流传感器来实现总电压、充放电电流的采样，选用的传感器是LEM生产的应用霍尔原理闭环补偿的LV25-P/SP2电压传感器和LA55-P/SP50电流传感器。两个传感器完全满足本实用新型数据采集需求，传感器技术指标不再赘述。

温度采样电路9的实现方法：系统不仅在估算电池SOC时需要考虑电池温度对电池性能的影响。更重要的是为保障电动汽车安全运行，温度的实时监测、对电池组进行过温保护至关重要。温度采样电路9选用热敏电阻作为温度测量的载体，通过测量热敏电阻两端的电压得到温度值。AD7280A提供6路单端模拟输入,可用于连接热敏电阻。

通信电路由SPI通信与隔离电路3、串口通信电路4、CAN通信电路5组成。

由于本实用新型采用双控制器设计，主控制器1和从控制器2的通信需通过SPI通信与隔离电路，主控芯片STM32通过隔离芯片与AD7280A进行SPI通信。隔离芯片选择ADUM1400_1401_1402。

串口通信电路4的实现方法：由于电动汽车必须与上位机14进行通信，通过上位机14可以实时查看电池管理系统的数据和可以对各个参数、数据进行配置。本系统的主控制器1采用的STM32单片机内部包含USART功能,支持串行通信，可以采用的是MAX3232电平转换芯片实现串口通信。

CAN通信电路5的实现方法：本实用新型系统中实现主控制器1与采集电路的通信为CAN总线，主控制器1采用的STM32单片机内部内置bxCAN模块，支持CAN通信协议，将其外部配置一个CAN收发器即可实现CAN通信。CAN收发器可以采用CTM8251T，其内部包含CAN总线通信所必须的收发器件。工作方式是电池电压、电流、温度等数据采集和转换完成后，通过定时器以中断方式发送至主控制器。

均衡电路11原理是采用简单可靠，成熟的被动均衡方法，实现方式是依靠AD7280A采集芯片自带的电池平衡接口，可对电池组进行被动均衡管理。

保护电路12可实现欠压、过流、温度保护等功能，具体实现方法是采用继电器开/关方法，继电器12V电源直接由车载12V电源提供，此处不再赘述原理及工作过程。

显示电路13采用低功耗LCD显示屏，直接与主控制器1采用的STM32芯片连接。

本实用新型采用主、从双控制器做为核心控制单元，在保证电动汽车动力锂电池安全可靠运行的前提下，不仅能够延长锂电池的使用寿命、降低维护成本、且能够最大化增加电动汽车续航里程。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。