专利名称：一种用于电动车辆的动力电池管理系统的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车供电控制系统，特别是一种用于电动车辆的动力电池管理系统。
背景技术：
当今，石油资源严重短缺，各国正在致力于发展电动汽车产业。其中动力电池部分是电动汽车的重要部件之一，也是影响其发展的瓶颈所在。动力电池是否可靠和安全在很大程度上决定了电动汽车的性能。动力电池除了其本身要具有很好的性能外，电池管理系统对电池的高效、安全运作的保障也是至关重要的，在一定程度上决定了电动汽车的可靠性和安全性。目前，无论国内还是国外，对于电池管理技术的研究还都是处于探索阶段，已推出方案或者产品在技术上都不够成熟，功能也比较单一，仅仅完成对电池电压、电流、温度做数据采样，只是一个电池数据采集系统而已，并没有对电池进行有效管理和控制，这对于电池甚至是整辆汽车都有着不可预见的安全隐患。
发明内容
为了既能有效采集电池组各电池的电压、电流和温度数据，又能够及时对电池组的电池荷电量(SOC)进行计算、分析，从而对整车电池组进行全面有效的管理和控制，本发明提供一种用于电动车辆的动力电池管理系统。
一种用于电动车辆的动力电池管理系统，它包括CAN总线1，其特征在于它还包括连接在该CAN总线1上的主ECU2、子ECU3和双口RAM4，其中所述主ECU2包括一个单片机、存储器RAM，它对电池总线电压、总线电流采样，并计算电池组的SOC，同时完成对电池状态的分析和对充电过程、放电过程、电池组温度的控制和故障诊断、电池安全管理、均衡充电管理；所述主ECU2的单片机为具有内部的浮点运算功能的32位68376单片机，存储器RAM为带实时钟的非易失性RAM。
所述子ECU3包括一个单片机、电池均衡器、单体电池电压采样电路、单体电池温度采样电路和扩展CAN通信接口，各采样电路的输出端分别通过采样线与单片机的采样信号输入端相连；所述子ECU3的电池均衡器由多路单端反激的开关电源组成，其输入端为整个电池箱的电压端，电池箱中每一个电池对应一路开关电源；所述子ECU3的单片机采用基于51架构的带有8KRAM和64Kflash的P89C668，扩展CAN通信接口采用型号为SJA1000的接口芯片，用作网络通讯；单体电池温度采样电路采用型号为DS18B20的温度传感器；所述双口RAM4包括一个单片机和一个与整车其它部件相连的CAN总线接口，它接受主ECU2和子ECU3发送的电池状态数据，同时可以和整车其它部件通过CAN总线发送数据，具有网关功能；所述双口RAM4的单片机采用型号为AT29C040A的集成电路；所述子ECU3包括两个或两个以上结构相同且并联连接在所述CAN总线1上的子ECU，各电池组的单体电池的电压、温度采样线分别与其对应的子ECU的相应端口相连。
ECU实际上是一个“电子控制单元”(Electronic Control Unit)，它是由输入电路、微机和输出电路等三部分组成。CAN数据总线也就是多路复用通信网络技术，将整车的ECU形成一个网络系统。RAM(Random Access Memory)的全名为随机存取记忆体。
本发明基于CAN总线通讯技术，采用分层结构设计。可以对各电池组及其单个电池进行电压、电流、温度的采集、数据分析、均衡控制和保护，有效管理和控制整车电池组，能够在很大程度上避免电池和整辆汽车在电源管理方面产生不可预见的安全隐患。
图1为本发明原理示意框图；图2为本发明主ECU软件流程图；图3为本发明子ECU软件流程图；图4为本发明实施方式的一种安装方案图。
具体实施例方式
如图1-4所示，一种用于电动车辆的动力电池管理系统，它包括CAN总线1，其特征在于它还包括连接在该CAN总线1上的主ECU2、子ECU3和双口RAM4，其中所述主ECU2包括一个单片机、存储器RAM，它对电池总线电压、总线电流采样，并计算电池组的SOC，同时完成对电池状态的分析和对充电过程、放电过程、电池组温度的控制和故障诊断、电池安全管理、均衡充电管理；所述主ECU2的单片机为具有内部的浮点运算功能的32位68376单片机，存储器RAM为带实时钟的非易失性RAM。
所述子ECU3包括一个单片机、电池均衡器、单体电池电压采样电路、单体电池温度采样电路和扩展CAN通信接口，各采样电路的输出端分别通过采样线与单片机的采样信号输入端相连；所述子ECU3的电池均衡器由多路单端反激的开关电源组成，其输入端为整个电池箱的电压端，电池箱中每一个电池对应一路开关电源；所述子ECU3的单片机采用基于51架构的带有8KRAM和64Kflash的P89C668，扩展CAN通信接口采用型号为SJA1000的接口芯片，用作网络通讯；单体电池温度采样电路采用型号为DS18B20的温度传感器；所述双口RAM4包括一个单片机和一个与整车其它部件相连的CAN总线接口，它接受主ECU2和子ECU3发送的电池状态数据，同时可以和整车其它部件通过CAN总线发送数据，具有网关功能；所述双口RAM4的单片机采用型号为AT29C040A的集成电路；所述子ECU3包括两个或两个以上结构相同且并联连接在所述CAN总线1上的子ECU，各电池组的单体电池的电压、温度采样线分别与其对应的子ECU的相应端口相连。
具体来讲，子ECU3主要是对每个电池组进行电压采样、温度采用、管理均衡器、同时通过CAN总线1向双口RAM4发送电池数据；主ECU2则对电池总线电压、总线电流采样，并计算电池组的SOC(电池荷电量)。同时接受各个子ECU发送的电池状态数据，分析数据，进而采取具体的管理策略，包括充电过程控制、放电过程控制、电池组温度控制、故障诊断、电池安全管理、均衡充电管理等。和子ECU一样，也可通过CAN总线1向双口RAM4发送电池数据。双口RAM4则接受主ECU2和各个子ECU发送的电池状态数据，同时可以和整车其它部件通过另外的CAN总线发送数据，比如整车控制器等，具有网关功能。在子ECU中有均衡器，其作用是均衡电池，既将电量较多的电池电能发送到电量较少的电池，使得各个电池之间保持各参数的一致性。
主ECU2的硬件由摩托罗拉公司的32位68376构成，它具有内部的浮点运算功能，有利于实现较复杂的运算，同时扩展了带实时钟的非易失性RAM，而这是计算SOC所必须的，也极大的提高了参数的准确性。同时将电池数据记录在非易失性RAM中也有助于对电池运行状态进行离线的评估。
主电流采样采用高精度电流传感器，硬件二阶滤波，软件四阶中值滤波。采样周期20HZ，采样范围-400A-400A，采样精度±0.4A。
由OCV(开路电压)确定电池组SOC初始值，根据工作电流的时间积分动态的改变电池SOC，当电池停止工作时根据电池电压和工作温度动态的修正SOC值。
子ECU则是对单体电池电压和温度进行采样，采用了线性光藕方法。线性光藕由电池供电，实现对电池高压的隔离。同时，由电位器来调节光藕的线性度，对采用值进行实时的调整，误差小于0.1％。由于温度采样点很多而且分散，如果采用模拟的温度传感器将会有很大的误差，从而造成对电池的诊断的失误。我们采用了DS18B20这种温度传感器，保证长距离多点的温度采用。子ECU的CPU采用了基于51架构的P89C668，它带有8KRAM，和64Kflash，从而无需外扩数据和程序空间给使用带来了很大的便利。同时我们还外扩了一个CAN通讯的接口芯片SJA1000，用作网络通讯。由CPU自带的CAN通讯接口与子ECU组成电池管理子网，接收各个子ECU发送的各个电池工作信息，进行数据分析处理、发出必要的控制命令，对电池进行管理。外扩的CAN接口为整车控制网的节点向整车控制器发送整个电池组的工作信息，具有网关功能。子ECU3可以根据实际电池和电池箱的数量决定，具有可扩展性。
电池均衡器实际上是由多路单端反激的开关电源组成。输入为整个电池箱的电压，电池箱中每一个电池对应一路开关电源，当电池管理系统检测到某路电池电压较低时，即打开均衡器对此路电池进行充电直至其电压回升至正常水平。
双口RAM4主要采用了AT29C040A，接收主ECU和各个子ECU发送的电池状态数据，同时可以和整车其它部件通过CAN总线发送数据，例如发送SOC值至整车控制器，供整车控制策略用等。
我们称电池管理系统内部通讯用的CAN网络为CAN1网络。双口RAM和整车其它部件通讯用的CAN网络为CAN2网络。外壳必须满足GB4942.2-85规定的防护等级IP45的标准。
CAN1网络甩一根线至车厢，用于接显示电池信息用的显示屏。24V工作电源线束由整车布线提供。U+、G-接各节电池串联后的总正和总负。各ECU及双口RAM和电池内部连线按照标准接口直接对插即可。各个ECU及双口RAM的软件程序可通过串口下载。这样，一套电池管理系统即安装完成。
在车运行中，电池管理系统可以对车载镍氢电池作以下管理1)当电池箱内温度高于20℃时，启动电池风机；当温度低于20℃，停止风机。温度过高或过低，对镍氢电池都有影响，所以智能温控风机对电池是很有必要的，并且也节约车载电能。2)车加速时，电池放电，当放电电流高于300A时，电池停止放电；车减速时，电池充电，当充电电流高于100A时，电池停止充电。这是因为电流大充大放对电池损害很大，所以过流保护非常重要，可以延长电池的使用寿命。3)当电池箱中任意一节或几节电池出现问题时，如温度过高(电池会爆炸)等，管理系统会发出相应的故障警报，并载监控界面显示，确保电池和整车的安全。4)当任意一节或几节电池出现充电不均衡时，均衡管理器可通过调节控制使得每节电池均衡充电，以免各节电池之间存在电压差值，影响各节电池的充电。5)电池的当前状态信息可在监控界面显示，包括总电压、总电流、输出功率、SOC(电池荷电量)、NEC(净能量改变量)、各单体电压、各路温度、单体电压总成矩形图、各路温度总成举行图、捕捉最值(单体电压、各路温度、充电电流、放电电流)、故障信息等。7)向整车控制器传递信息，如SOC值，供其制定控制策略用。记录所有采集数据，供日后技术参考和分析。
本发明具有以下优势和特点1)于CAN总线通讯技术，该技术是汽车上较常用，使得本发明具有通用性优势。2)根据实际需要管理电池组的数量，扩展子系统，而无需改动硬件。3)集数据采集、数据分析、故障诊断、现场控制、远程检测等功能于一体。4)采用分层CPU进行分块控制，上层可对下层信息共享，集中管理。5)电流采样采用高精度电流传感器，硬件二阶滤波，软件四阶中值滤波，采样精度±0.4A。6)将每一个电池的正负端引入高入电阻(100kΩ)，多重滤波，线性光藕高压隔离采样电路，并利用10位片内自带A/D，软件四阶中值滤波，采样误差为0.1V。为各ECU准确进行数据分析、控制和管理提供了保障。
权利要求
1.一种用于电动车辆的动力电池管理系统，它包括CAN总线(1)，其特征在于它还包括连接在该CAN总线(1)上的主ECU(2)、子ECU(3)和双口RAM(4)，其中所述主ECU(2)包括一个单片机、存储器RAM，它对电池总线电压、总线电流采样，并计算电池组的电池荷电量SOC，同时完成对电池状态的分析和对充电过程、放电过程、电池组温度的控制和故障诊断、电池安全管理、均衡充电管理；所述子ECU(3)包括一个单片机、电池均衡器、单体电池电压采样电路、单体电池温度采样电路和扩展CAN通信接口，各采样电路的输出端分别通过采样线与单片机的采样信号输入端相连；所述双口RAM(4)包括一个单片机和一个与整车其它部件相连的CAN总线接口，它接受主ECU(2)和子ECU(3)发送的电池状态数据，同时可以和整车其它部件通过CAN总线发送数据，具有网关功能；所述子ECU(3)包括两个或两个以上结构相同且并联连接在所述CAN总线(1)上的子ECU，各电池组的单体电池的电压、温度采样线分别与其对应的子ECU的相应端口相连。
2.如权利要求1的一种用于电动车辆的动力电池管理系统，其特征在于所述主ECU(2)的单片机为具有内部的浮点运算功能的32位68376单片机，存储器RAM为带实时钟的非易失性RAM。
3.如权利要求1或2的一种用于电动车辆的动力电池管理系统，其特征在于所述子ECU(3)的电池均衡器由多路单端反激的开关电源组成，其输入端为整个电池箱的电压端，电池箱中每一个电池对应一路开关电源；所述子ECU(3)的单片机采用基于51架构的带有8KRAM和64Kflash的P89C668，扩展CAN通信接口采用型号为SJA1000的接口芯片，用作网络通讯；单体电池温度采样电路采用型号为DS18B20的温度传感器。
4.如权利要求1或2的一种用于电动车辆的动力电池管理系统，其特征在于所述双口RAM4的单片机采用型号为AT29C040A的集成电路。
全文摘要
一种用于电动车辆的动力电池管理系统，它包括CAN总线和连接在该CAN总线上的主ECU、子ECU和双口RAM，主ECU对电池总线电压、总线电流采样，并计算电池组的SOC，同时完成对电池状态的分析和对充、放电、温度的控制和电池管理；子ECU包括一个单片机、电池均衡器、单体电池电压采样电路、单体电池温度采样电路和扩展CAN通信接口，各采样电路的输出端分别通过采样线与单片机的采样信号输入端相连；双口RAM接受主ECU和子ECU发送的电池状态数据，同时可以和整车其它部件通过CAN总线发送数据，具有网关功能；电池组的单体电池的电压、温度采样线分别与其对应的子ECU的相应端口相连。它采集电池组的工作参数，进行计算、分析，有效管理和控制整车电池组。
文档编号H04L12/40GK1877473SQ20061003190
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者唐广笛, 刘凌, 汪伟, 王坤俊, 李雪峰, 谢香梅, 徐建华, 李伟聪 申请人:中国南车集团株洲电力机车研究所