专利名称：电动汽车用电池管理系统从控模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于电动汽车的动力电池管理系统从控模块，属于混合动力 和纯电动汽车电池管理系统的技术领域。
背景技术：
随着工业发展和社会需求的增加，汽车在社会进步和经济发展中扮演着重要的角 色。汽车工业的迅速发展，推动了机械、能源、橡胶、钢铁等支柱产业的发展，但同时也带来 了环境污染、能源短缺等严重问题。以混合动力汽车和纯电动汽车为代表的新能源汽车是 解决汽车工业可持续发展问题的主要途径。其中混合动力汽车作为传统汽车向纯电动汽车 的过渡产品，较好的解决了节油降耗、减少污染与汽车性能之间的矛盾，既发挥了发动机持 续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，汽车的热效率 可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。纯电动汽车则具备零排放的巨大优势，用电 成本仅为用油成本的1/6左右。混合动力和纯电动汽车增加了电池储能设备，而作为混合动力和纯电动汽车牵引 动力能源之一，电池的运行性能的好坏直接影响到汽车的运行效率。基于微处理器的电 池管理系统，对动力链的各环节进行综合管理，其主要功能是对动力蓄电池组的各种参数 (单体或模块电池电压、温度、电流等)进行实时在线测量，在此基础上对电池电量进行实 时在线估算，并实施必要的控制，以保证电池组的安全，延长使用寿命。电池管理系统可以 控制动力电池组的工作，对电池进行实时或定期自动诊断和维护，调节电池的电压、温度， 最大限度地保证电池工作在最佳状态，防止有损伤的电池影响电动汽车的整体性能，从而 优化整车性能，降低运行成本。为了实现多节串联单体电池的测量问题，此前出现的技术方案中有共模测量法、 差模测量法或者是光电继电器阵列法的方式。共模测量法是采用相对同一参考点，用精密 电阻等比例衰减测量各点电压，然后依次相减得到各节电池电压。这种测量方法电路简单， 但是由于实际电阻的阻值存在一定的偏差，在测量过程中这种误差累积起来，造成测量精 度等比例降低，所以只适用于串联电池数较少或者对测量精度要求不高的场合。差模测量法是通过继电器选通单节电池电压进行直接测量。由于两个测量端存在 较高的共模电压，所以不能采用模拟开关选通，也不能直接测量。工业上广泛采用机械继电 器实现多路电压选通，但是存在缺点和光电继电器相比，机械继电器动作速度慢，存在明 显的噪音和受到开关寿命的限制，而且需要庞大的驱动电路，重量和体积偏大，不适用于汽 车上面。光电继电器阵列法是采用光电继电器将电池电压逐节切入，并使用专门的A/D转 换器将模拟量转换为数字量传送给CPU进行测量。电压采样部分、逻辑控制单元、A/D转换， 电路复杂而且调试难度大。综合上述，目前的电池管理系统一般是按照集中式的方式进行设计的，这种设计 方式会带来系统复杂、可靠性低，可扩展性能差，可维护性能力弱等一系列缺点，有待改进。
实用新型内容本实用新型的主要目的，在于提供一种电动汽车用电池管理系统从控模块，其使 得电池管理系统简单，可靠性高，可扩展性能强。为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是一种电动汽车用电池管理系统从控模块，包括E⑶、CAN接口、温度测量模块、信号 光电隔离模块、DC/DC电源隔离模块、多通道电池监视模块、多节电池电压检测模块和多节 电池均衡处理模块，E⑶与CAN接口连接，并通过CAN接口经由CAN总线连接电池管理系统 的主控模块；温度测量模块与ECU连接，将测量的温度数据送入ECU ；多通道电池监视模块 经由信号光电隔离模块连接E⑶，将检测的电池电压经隔离处理后送入E⑶，且DC/DC电源 隔离模块为信号光电隔离模块和多通道电池监视模块提供电源；多通道电池监视模块还连 接有多节电池电压检测模块和多节电池均衡处理模块。上述E⑶还连接有一可实现系统复位的看门狗模块。上述E⑶还连接有一存储模块。上述存储模块为铁电存储模块。采用上述方案后，本实用新型通过采用分布式的方式进行设计，将从控模块从传 统的电池管理系统中分离出来，同时可将电源分开成为多个单元，每个从控模块负责一个 电池单元的电压测量、充放电均衡、电池温度采集等功能，并按照一定的通信协议将采集测 量的数据通过CAN总线发送给主控模块，使得整体系统简单，提高工作可靠性及可扩展性 能。
图1是本实用新型应用于电池管理系统的整体架构图；图2是本实用新型的系统结构框图；图3是本实用新型中多路单体电池测量电路的实例图；图4是本实用新型中测量电池温度的电路实例图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型的结构及工作过程进行详细说明。参考图2所示，本实用新型提供一种电动汽车用电池管理系统从控模块，其可设 置为多个，与主控模块12 —起构成电动汽车用电池管理系统，所述从控模块11包括ECU 4、 CAN接口 2、看门狗模块1、存储模块3、温度测量模块10、DC/DC电源隔离模块9、信号光电 隔离模块5、多通道电池监视模块6、多节电池电压检测模块7和多节电池均衡处理模块8， 以下分别介绍。温度测量模块10与E⑶4连接，将测量的数据送入E⑶4中，此实施例中采用数 字式温度测量芯片DS18B20，其适合电池温度测量量程的需要，并利用单一总线实现多路温 度测量芯片的级联，线路简单可靠，便于扩展。信号光电隔离模块5与E⑶4连接，采用IS07241或IS07221，以实现4路或2路 信号的光电隔离。[0023]多通道电池监视模块6与信号光电隔离模块5连接，具体可采用多个 LTC6802-1 (其最大总测量误差仅为0.25%，并具有可菊链式连接的串行接口，可以根据需 要扩展从控模块的可测量电池单体数量)，其中每块芯片可测量12个串联单体电池的电 压，并可在13ms内完成所有电池的电压测量，而多节电池电压检测模块7和多节电池均衡 处理模块8均连接至所述多通道电池监视模块6，分别用以实现电池电压检测和均衡处理 的功能；此外，采用LTC6802-1，并结合信号光电隔离模块IS07241，解决多节串联单体电池 的测量问题，而非采用传统的电阻分压、继电器切换或者集散式测量方案，解决了串联单体 电池电压测量的共地问题，并且集成电池平衡电路，使得系统具有高集成度，高测量精度和 高可靠。DC/DC电源隔离模块9为信号光电隔离模块5和多通道电池监视模块6提供电源， 消除共模干扰。看门狗模块1与E⑶4连接，具体是采用IMP706，用于在E⑶4的控制下实现系统 的软件复位。存储模块3与E⑶4连接，可以采用多种形态，如EEPROM或Flash，此实施例中是 采用铁电存储器，具体而言是采用非易失铁电存储器24C64，用于存储电池电压和温度的配 置信息，具体包括一级电压报警上限和下限阈值、二级电压报警上限和下限阈值、一级温度 报警上限和下限阈值、二级温度报警上限和下限阈值、从控模块地址信息、电池组电压均衡 开启电压差阈值、均衡时间、均衡温度限制阈值、均衡温差阈值等，此种存储器可以跟随总 线速度写入，无需等待时间，具备无限次写入能力。ECU 4是所述从控模块11的核心部分，其控制从控模块11中其余所有模块的工作 状态，一方面接收来自温度测量模块10、多通道电池监视模块6的测量数据，并调用存储模 块3中的相应数据进行比较，另一方面将比较结果由CAN接口 2通过CAN总线送入主控模 块12，再由主控模块12进行后续处理。再请参考图3所示，是本实用新型中实现温度测量的部分电路实例，其中，来自电 池管理系统从控ECU 4的信号CS连接到信号光电隔离模块5(即图中所示Ul)的引脚3，信 号SDI连接到Ul的引脚4，信号SCK连接到Ul的引脚5，信号SDO连接到Ul的引脚6。而 Ul的引脚14连接到多通道电池监视模块6 (图中仅示出U2)的引脚44，U1的引脚13连接 到U2的引脚42，U1的引脚12连接到U2的引脚41，U1的引脚11连接到U2的引脚43，同时 这些信号连接到另一片LTC6802-1的菊链接口。U2的引脚1、2、3与另一片LTC6802-1的菊 链接口信号也对应连接。U2的Sl (28脚)、S2 (26脚)、S3 (24脚)、S4 (22脚)、S5 (20脚)、 S6 (18 脚)、S7 (16 脚)、S8 (14 脚)、S9 (12 脚)、SlO (10 脚)、Sll (8 脚)、S12 (6 脚)连接到 单体电池的均衡输出引脚上。U2的Cl (27脚)、C2 (25脚)、C3 (23脚)、C4 (21脚)、C5 (19 脚)、C6 (17 脚)、C7 (15 脚)、C8 (13 脚)、C9 (11 脚)、ClO (9 脚)、Cll (7 脚)、C12 (5 脚)连 接到单体电池的电压信号引脚上。如图4所示，是测量电池温度的示意图，来自E⑶4的信号T_0ut连接到U3的第 2脚，T_In连接到U3的第3脚，U3的6脚连接到U4的3脚，U3的4脚连接到R3，R3连接 到R2，Rl的一端连接到+5V的电源，另一端与R2以及U4的1脚相连，U4的2脚连接到U3 的7脚。R2的另一端连接到Temp_DI0信号，并与外部级联的温度传感器的信号脚相连。再请参考图1所示，说明本实用新型在实际使用中可设置多个从控模块11，将所使用的所有单节电池进行分组，由从控模块11分别对应测量分析，然后通过CAN总线送入 主控模块12进行汇总；所述主控模块12还通过另一 CAN总线连接整车控制器13，并通过 232串口连接PC机14，分别进行数据传输，且主控模块12还具有总电压、总电流、预充电继 电器控制、风扇控制等输入输出接口，可根据接收到的数据控制预充电继电器、风扇等的工 作状态。综上所述，本实用新型一种电动汽车用电池管理系统从控模块，重点在于改变传 统的集中式管理模式，而采用分布式的形态，将作为电源的所有单节电池分为若干组，并分 别采用一个从控模块11进行数据采集，最后统一发送到主控模块12，这样将传统电池管理 系统中的数据采集和测量功能分离出来，从而简化了系统的结构，提高工作可靠性及可扩 展性能。以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范 围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实 用新型保护范围之内。
权利要求一种电动汽车用电池管理系统从控模块，其特征在于包括ECU、CAN接口、温度测量模块、信号光电隔离模块、DC/DC电源隔离模块、多通道电池监视模块、多节电池电压检测模块和多节电池均衡处理模块，ECU与CAN接口连接，并通过CAN接口经由CAN总线连接电池管理系统的主控模块；温度测量模块与ECU连接，将测量的温度数据送入ECU；多通道电池监视模块经由信号光电隔离模块连接ECU，将检测的电池电压经隔离处理后送入ECU，且DC/DC电源隔离模块为信号光电隔离模块和多通道电池监视模块提供电源；多通道电池监视模块还连接有多节电池电压检测模块和多节电池均衡处理模块。
2.如权利要求1所述的电动汽车用电池管理系统从控模块，其特征在于所述ECU还 连接有一可实现系统复位的看门狗模块。
3.如权利要求1所述的电动汽车用电池管理系统从控模块，其特征在于所述ECU还 连接有一存储模块。
4.如权利要求3所述的电动汽车用电池管理系统从控模块，其特征在于所述存储模 块为铁电存储模块。
专利摘要本实用新型公开一种电动汽车用电池管理系统从控模块，包括ECU、CAN接口、温度测量模块、信号光电隔离模块、DC/DC电源隔离模块、多通道电池监视模块、多节电池电压检测模块和多节电池均衡处理模块，ECU通过CAN接口连接电池管理系统的主控模块；温度测量模块将测量的温度数据送入ECU；多通道电池监视模块经由信号光电隔离模块连接ECU，将检测的电池电压经隔离处理后送入ECU，且DC/DC电源隔离模块为信号光电隔离模块和多通道电池监视模块提供电源；多通道电池监视模块还连接多节电池电压检测模块和多节电池均衡处理模块。此种结构通过采用分布式的方式进行设计，使得电池管理系统简单，可靠性高，可扩展性能强。
文档编号H02J7/00GK201690249SQ20102018265
公开日2010年12月29日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者周方明, 陈卫强, 陈晓冰 申请人:厦门金龙联合汽车工业有限公司