一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其电压传感器经电压检测单元分别连接开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元的输入端，温度传感器经温度检测单元分别连接开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元的输入端，电流传感器经电流检测单元连接卡尔曼滤波估算单元的输入端；中央控制单元分别连接电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元、开路电压估算单元、存储单元、卡尔曼滤波估算单元、报警单元和显示单元；中央控制单元经通讯单元与电动汽车的整车控制单元相连。本实用新型具有估计精度高且容易实现的特点，能实现对电动汽车动力电池组SOC值的实时在线准确检测。
【专利说明】—种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电动汽车【技术领域】，特别涉及一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置。
【背景技术】
[0002]动力电池是电动汽车的重要组成部分，其荷电状态(state of charge, S0C)是用来诊断电池健康状态和判断电池是否过充放电等的重要依据。由于电池在使用过程中表现出高度非线性，且其容量受充放电倍率、温度、自放电、老化等多种因素影响，实时在线准确估算动力电池SOC难度很大，成为了近年来电池管理系统研究的热点和难点之一。目前，电动汽车动力电池SOC的估算方法主要有:放电实验法、神经网络法、安时积分法、卡尔曼滤波法、开路电压法等多种方法。其中放电实验法是最可靠的SOC估计方法，容易实现，常在实验室中使用，但无法在实车上在线估计。神经网络法虽然能够在线估计，但需要大量数据进行训练，估计误差受训练数据和训练方法的影响很大。安时积分法是在工程实践中最常用的SOC估计方法，直接明显，简单易行，但缺点是不能确定SOC初值，且有累积误差。卡尔曼滤波法能同时给出SOC估计值和估计误差，误差纠正能力强，但对电池模型精度和系统计算能力要求高。开路电压法由于需要电池长时间静置，不适合电动汽车电池SOC的实时在线估计。
实用新型内容
[0003]本实用新型提供一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其具有估计精度高且容易实现的特点，能实现对电动汽车动力电池组SOC值的实时在线准确检测。
[0004]为解决上述问题，本实用新型所设计的一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，主要由电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元、开路电压估算单元、存储单元、卡尔曼滤波估算单元、中央控制单元、报警单元、通讯单元和显示单元构成；其中电压检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的电压传感器相连，温度检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的温度传感器相连，电流检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的电流传感器相连；电压检测单元的2个输出端分别连接开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元的一个输入端，温度检测单元的2个输出端分别连接开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元的另一个输入端，电流检测单元的输出端连接卡尔曼滤波估算单元的第三个输入端；开路电压估算单元的输出端连接中央控制单元的输入端；卡尔曼滤波估算单元的输出端连接中央控制单元的另一个输入端；存储单元的输出端与中央控制单元的输入端相连；中央控制单元分别连接电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元、开路电压估算单元、存储单元、卡尔曼滤波估算单元、报警单元和显示单元的控制端；中央控制单元经通讯单元与电动汽车的整车控制单元相连。
[0005]上述方案中，所述通讯单元为CAN总线收发器，该CAN总线收发器的一端经电导线与中央控制单元的CAN控制器相连，另一端经CAN总线与整车控制单元相连。[0006]上述方案中，所述显示单元为液晶显示屏。
[0007]上述方案中，所述报警单元为语音报警器。
[0008]上述方案中，所述电压检测单元由电压信号调理电路和电压A/D转换电路组成；其中电压信号调理电路的输入端与电压传感器相连，电压信号调理电路的输出端与电压A/D转换电路的输入端相连，电压A/D转换电路的输出端与开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元相连，电压A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。
[0009]上述方案中，所述温度检测单元由温度信号调理电路和温度A/D转换电路组成；其中温度信号调理电路的输入端与温度传感器相连，温度信号调理电路的输出端与温度A/D转换电路的输入端相连，温度A/D转换电路的输出端与开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元连接，温度A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。
[0010]上述方案中，所述电流检测单元由电流信号调理电路和电流A/D转换电路组成；其中电流信号调理电路的输入端与电流传感器相连，电流信号调理电路的输出端与电流A/D转换电路的输入端相连，电流A/D转换电路的输出端与卡尔曼滤波估算单元连接，电流A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。
[0011]与现有技术相比，本实用新型采用卡尔曼滤波估算单元与开路电压估算单元相结合的结构，而非单一的估算单元结构来实时准确估算动力电池组SOC值，即利用开路电压估算单元在充放电初期对SOC的较好的估算效果，对动力电池组SOC初始值进行估算，并采用卡尔曼滤波估算单元实时估算动力电池组的SOC值，为驾驶人员提供准确的电池剩余电量信息；其次，本实用新型能对动力电池组SOC值超过预设阈值的情况进行报警，防止电池过充、过放，可有效保护电池，避免电池受损；再者，本实用新型采用的CAN通信方式，抗干扰能力强，传输距离远，传输速度快，在汽车控制中应用极其广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置的结构原理框图。
[0013]图2为电压检测单元的结构示意图。
[0014]图3为温度检测单元的结构示意图。
[0015]图4为电流检测单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，如图1所示，其主要由电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元、开路电压估算单元、存储单元、卡尔曼滤波估算单元、中央控制单元、报警单元、通讯单元和显示单元构成。
[0017]电压检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的电压传感器相连。温度检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的温度传感器相连。电流检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的电流传感器相连。电压检测单元的输出端分为2路后分别连接开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元的一个输入端。温度检测单元的输出端分为2路后分别连接开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元的另一个输入端。电流检测单元的输出端与卡尔曼滤波估算单元的第三个输入端相连。在本实用新型优选实施例中，所述电压检测单元如图2所示，由电压信号调理电路和电压A/D转换电路组成。其中电压信号调理电路的输入端与电压传感器相连，电压信号调理电路的输出端与电压A/D转换电路的输入端相连，电压A/D转换电路的输出端与开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元连接，电压A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。所述温度检测单元如图3所示，由温度信号调理电路和温度A/D转换电路组成。其中温度信号调理电路的输入端与温度传感器相连，温度信号调理电路的输出端与温度A/D转换电路的输入端相连，温度A/D转换电路的输出端与开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元连接，温度A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。所述电流检测单元如图4所示，由电流信号调理电路和电流A/D转换电路组成。其中电流信号调理电路的输入端与电流传感器相连，电流信号调理电路的输出端与电流A/D转换电路的输入端相连，电流A/D转换电路的输出端与卡尔曼滤波估算单元连接，电流A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。
[0018]开路电压估算单元的输出端连接中央控制单元的输入端。卡尔曼滤波估算单元的输出端连接中央控制单元的另一个输入端。存储单元的输出端与中央控制单元的输入端相连。中央控制单元分别连接电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元、开路电压估算单元、存储单元、卡尔曼滤波估算单元、报警单元和显示单元的控制端。中央控制单元经通讯单元与电动汽车的整车控制单元相连。在本实施例中，所述通讯单元为CAN总线收发器，该CAN总线收发器的一端与中央控制单元的CAN控制器电线连接，另一端经CAN总线与整车控制单元连接。所述显示单元为液晶显示屏。所述报警单元为语音报警器。
[0019]本实用新型的工作过程如下:电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元分别通过电压传感器、温度传感器、电流传感器采集得到动力电池组的电压、温度、电流信号，上述信号分别经过信号调理和A/D转换等电路后，输入到相应的估算单元中。开路电压估算单元接收到电压检测单元和温度检测单元所采集的充放电初始时刻的电压、温度信号后，根据电压、温度采用开路电压法实时估算动力电池组的SOC初始值并传送给中央控制单元。卡尔曼滤波估算单元接收到电压检测单元、电流检测单元和温度检测单元所采集的电压、电流、温度信号后，根据电压、电流、温度以及开路电压估算单元所计算的SOC初始值采用卡尔曼滤波法实时估算动力电池组的SOC值并传送给中央控制单元。中央控制单元将所接收到的电压、温度、电流、SOC值等数据送入存储单元进行存储；并通过通讯单元将所接收的电压、温度、电流及所计算的SOC值等信息实时传送给整车控制单元；同时将所接收的电压、温度、电流及所计算的SOC值等信息通过显示单元进行实时显示，以供汽车驾驶人员实时了解动力电池组的剩余电量情况及其可行驶里程。当动力电池组的SOC值超过所设定的阈值时，则通过报警单元进行语音报警，有效地避免动力电池组因深度放电而受到损害。
【权利要求】
1.一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其特征在于:主要由电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元、开路电压估算单元、存储单元、卡尔曼滤波估算单元、中央控制单元、报警单元、通讯单元和显示单元构成；其中电压检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的电压传感器相连，温度检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的温度传感器相连，电流检测单元的输入端与安装在电动汽车的动力电池组上的电流传感器相连；电压检测单元的2个输出端分别连接开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元的一个输入端，温度检测单元的2个输出端分别连接开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元的另一个输入端，电流检测单元的输出端连接卡尔曼滤波估算单元的第三个输入端；开路电压估算单元的输出端连接中央控制单元的输入端；卡尔曼滤波估算单元的输出端连接中央控制单元的另一个输入端；存储单元的输出端与中央控制单元的输入端相连；中央控制单元分别连接电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元、开路电压估算单元、存储单元、卡尔曼滤波估算单元、报警单元和显示单元的控制端；中央控制单元经通讯单元与电动汽车的整车控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其特征在于:所述通讯单元为CAN总线收发器，该CAN总线收发器的一端经电导线与中央控制单元的CAN控制器相连，另一端经CAN总线与整车控制单元相连。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其特征在于:所述显示单元为液晶显示屏。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其特征在于:所述报警单元为语音报警器。
5.根据权利要求1?4中任意一项所述的一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其特征在于:所述电压检测单元由电压信号调理电路和电压A/D转换电路组成；其中电压信号调理电路的输入端与电压传感器相连，电压信号调理电路的输出端与电压A/D转换电路的输入端相连，电压A/D转换电路的输出端与开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元相连，电压A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。
6.根据权利要求1?4中任意一项所述的一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其特征在于:所述温度检测单元由温度信号调理电路和温度A/D转换电路组成；其中温度信号调理电路的输入端与温度传感器相连，温度信号调理电路的输出端与温度A/D转换电路的输入端相连，温度A/D转换电路的输出端与开路电压估算单元和卡尔曼滤波估算单元连接，温度A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。
7.根据权利要求1?4中任意一项所述的一种电动汽车动力电池组荷电状态检测装置，其特征在于:所述电流检测单元由电流信号调理电路和电流A/D转换电路组成；其中电流信号调理电路的输入端与电流传感器相连，电流信号调理电路的输出端与电流A/D转换电路的输入端相连，电流A/D转换电路的输出端与卡尔曼滤波估算单元连接，电流A/D转换电路的控制端与中央控制单元相连。
【文档编号】G01R31/36GK203798990SQ201420197158
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】张鑫, 曾求勇, 范兴明, 孙洋, 刘华东, 李震 申请人:桂林电子科技大学