微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于電動(dòng)車(chē)電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，包括充電機(jī)、動(dòng)力電池組、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述充電機(jī)與動(dòng)力電池組之間設(shè)有第一接觸器、所述動(dòng)力電池組與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間設(shè)有第二接觸器，所述系統(tǒng)還包括采集單元、控制單元及通信單元，所述控制單元根據(jù)獲取到的電壓、電流、內(nèi)阻以及溫度估算出動(dòng)力電池組的剩余容量及健康狀態(tài)，當(dāng)存在充放電故障時(shí)控制關(guān)斷對(duì)應(yīng)的接觸器，本發(fā)明除了主CAN通信外，還包括輔助Zigbee通信，通過(guò)監(jiān)控動(dòng)力電池組的電流、電壓、內(nèi)阻、溫度、剩余容量及健康狀態(tài)，有利于延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的使用壽命；通過(guò)合理應(yīng)用輔助Zigbee通信，有利于提高整車(chē)通信的可靠性及多樣性。
【專利說(shuō)明】微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)車(chē)電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)無(wú)法獲備動(dòng)力電池組的剩余容量(SOC)和健康狀態(tài)(SOH)信息，一般情況下，只是簡(jiǎn)單地對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行充放電控制，這樣會(huì)影響到動(dòng)力電池組的使用壽命；現(xiàn)有微型電動(dòng)車(chē)在CAN線束出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法提供其它通信方式保證數(shù)據(jù)互聯(lián)，這樣會(huì)為駕駛員帶來(lái)生命安全；現(xiàn)有微型電動(dòng)車(chē)因空間狹小而無(wú)法部署CAN通信線束時(shí)，需修改整車(chē)設(shè)計(jì)來(lái)滿足通信要求，這樣為整車(chē)布局帶來(lái)不便；現(xiàn)有微型電動(dòng)車(chē)由于成本問(wèn)題無(wú)法通過(guò)汽車(chē)儀表顯示整車(chē)的全部數(shù)據(jù)及狀態(tài)，這樣為駕駛員的駕駛帶來(lái)諸多不便。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)無(wú)法提供動(dòng)力電池組SOC、S0H、影響動(dòng)力電池組使用壽命的技術(shù)問(wèn)題；解決現(xiàn)有電動(dòng)車(chē)通信失效、狹小空間內(nèi)合理布局的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，包括充電機(jī)、動(dòng)力電池組、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述充電機(jī)與動(dòng)力電池組之間設(shè)有第一接觸器、所述動(dòng)力電池組與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間設(shè)有第二接觸器，所述動(dòng)力電池組正負(fù)母線上設(shè)有電流霍爾傳感器，所述動(dòng)力電池組內(nèi)部還設(shè)有溫度探頭，所述系統(tǒng)還包括:
[0005]采集單元，用于采集動(dòng)力電池組的電流、電壓、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)；
[0006]控制單元，用于獲取所述動(dòng)力電池組的電壓、電流、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)，并分析出動(dòng)力電池組的剩余容量及健康狀態(tài)，當(dāng)存在充放電故障時(shí)控制關(guān)斷對(duì)應(yīng)的接觸器；
[0007]通信單元，用于提供通信接口，包括CAN總線接口和Zigbee接口，所述控制單元通過(guò)所述CAN總線接口連接到所述充電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)整車(chē)CAN線束出現(xiàn)故障時(shí)，所述控制單元通過(guò)所述Zigbee接口連接到所述充電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
[0008]所述采集單元連接到電流霍爾傳感器、動(dòng)力電池組以及溫度探頭，所述控制單元輸入端連接到所述采集單元輸出端，所述控制單元的控制端通過(guò)繼電器連接到所述第一接觸器和第二接觸器。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)設(shè)置采集單元和控制單元，以及設(shè)置第一接觸器和第二接觸器，在工作時(shí)，控制單元獲取動(dòng)力電池組的電壓、電流、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)，可精確估算出動(dòng)力電池組的剩余容量以及健康狀態(tài)，當(dāng)存在充放電故障時(shí)控制關(guān)斷對(duì)應(yīng)的接觸器，達(dá)到關(guān)閉動(dòng)力電池組的充電回路和放電回路的目的，通過(guò)合理監(jiān)控動(dòng)力電池組電壓、電流、內(nèi)阻、溫度、剩余容量及健康狀態(tài)，有利于延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的使用壽命，通過(guò)合理應(yīng)用輔助Zigbee通信，有利于提高整車(chē)通信的可靠性及多樣性?！緦＠綀D】
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明僅不出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明提供的微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)包括充電機(jī)1、動(dòng)力電池組2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3，所述充電機(jī)I與動(dòng)力電池組2之間設(shè)有第一接觸器4、所述動(dòng)力電池組2與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3之間設(shè)有第二接觸器5，所述動(dòng)力電池組正負(fù)母線上設(shè)有電流霍爾傳感器(圖中未示出)，所述動(dòng)力電池組內(nèi)部還設(shè)有溫度探頭(圖中未示出)，所述系統(tǒng)還包括:
[0014]采集單元6，用于采集動(dòng)力電池組的電流、電壓、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)；
[0015]控制單元7，用于獲取所述動(dòng)力電池組的電壓、電流、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)，并分析出動(dòng)力電池組的剩余容量及健康狀態(tài)，當(dāng)存在充放電故障時(shí)控制關(guān)斷對(duì)應(yīng)的接觸器；
[0016]通信單元8，用于提供通信接口，包括CAN總線接口和Zigbee接口，所述控制單元通過(guò)所述CAN總線接口連接到所述充電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)整車(chē)CAN線束出現(xiàn)故障時(shí)，所述控制單元通過(guò)所述Zigbee接口連接到所述充電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
[0017]本實(shí)施例中，除了主CAN通信外，還包括輔助Zigbee通信，整車(chē)CAN線束出現(xiàn)故障時(shí)，Zigbee提供第二條通信通道。采集單元6連接到電流霍爾傳感器、動(dòng)力電池組以及溫度探頭，電流霍爾傳感器串接于動(dòng)力電池組2的正負(fù)母線，控制單元7輸入端連接到采集單元6輸出端，控制單元7的控制端通過(guò)繼電器(圖中未示出)連接到第一接觸器4和第二接觸器5 ;通信單元8與充電機(jī)1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3及移動(dòng)終端11連接。
[0018]本實(shí)施例中，采集單元7連接到動(dòng)力電池組2的正負(fù)母線以采集動(dòng)力電池組2總電壓，連接到單體電池的正負(fù)極以采集單體電池電壓及內(nèi)阻，連接到溫度傳感器以采集電池溫度，連接到電流霍爾傳感器以采集動(dòng)力電池組2工作電流。
[0019]具體實(shí)現(xiàn)為，所述采集單元6由AD采樣芯片、運(yùn)算放大器以及電阻電容組成的電壓采樣電路、電流采樣電路、內(nèi)阻采樣電路和溫度采樣電路構(gòu)成，采集單元6將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制單元7。同時(shí)所述控制單元7根據(jù)采集的電壓、電流、內(nèi)阻及溫度數(shù)據(jù)，以及估算的SOC、S0H,對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行充放電管理，延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的壽命。
[0020]具體的，以6節(jié)12V150AH鉛酸蓄電池組成的動(dòng)力電池組2為例，控制單元7按以下步驟估算動(dòng)力電池組2的SOC、SOH ；
[0021]第一步，控制單元7用兩個(gè)電流霍爾傳感器分別采集大電流和小電流，保證電流采樣精度；
[0022]第二步，采樣周期為10ms，采用積分方式計(jì)算電池的單位時(shí)間容量變化值，當(dāng)充電電流小于4.0A(具體數(shù)值因電池會(huì)有不同)時(shí)，變化值為O ;
[0023]第三步，根據(jù)采集的電池溫度，依電池組溫度特性曲線對(duì)單位時(shí)間容量變化值進(jìn)行溫度系數(shù)修正；[0024]第四步，根據(jù)采集的電池電壓，依電池組伏安特性曲線對(duì)單位時(shí)間容量變化值進(jìn)行電壓系數(shù)修正；
[0025]第五步，單位時(shí)間容量變化值與上一時(shí)刻的電池剩余容量相加，得到此刻的電池剩余容量，電池剩余容量不大于電池額定容量；
[0026]第六步，充電時(shí)，當(dāng)單體電池高于15.6V(具體數(shù)值因電池會(huì)有不同)時(shí)，剩余容量修正為150AH;放電時(shí)，當(dāng)電池組電壓低于72V(具體數(shù)值因電池會(huì)有不同)時(shí)，剩余容量修正為52.5AH，當(dāng)電池組電壓低于69V (具體數(shù)值因電池會(huì)有不同)時(shí)，剩余容量修正為OAH ；根據(jù)修正容量值獲取電池的容量變化值；
[0027]第七步，根據(jù)電池的內(nèi)阻及電池滿充及滿放的容量變化值對(duì)電池組的容量變化值進(jìn)行修正，額定容量與容量變化值相減獲取實(shí)際容量值；
[0028]第八步，剩余容量與額定容量比值即為動(dòng)力電池組的S0C，實(shí)際容量與額定容量比值即為動(dòng)力電池組的S0H。
[0029]具體的，當(dāng)控制單元7檢測(cè)到某項(xiàng)值(如SOC、S0H、電壓、電流或溫度值)不在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，則表明動(dòng)力電池組2的充放電存在故障，如當(dāng)發(fā)現(xiàn)動(dòng)力電池組2出現(xiàn)單體電池過(guò)充故障或電池組過(guò)充故障時(shí)，則通過(guò)驅(qū)動(dòng)繼電器斷開(kāi)充電機(jī)I與動(dòng)力電池組2間的的可以接觸器，當(dāng)發(fā)現(xiàn)動(dòng)力電池組2發(fā)生單體電池過(guò)放故障或電池組過(guò)放故障時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)繼電器則斷開(kāi)動(dòng)力電池組2與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3之間的第二接觸器。本實(shí)施例中，所述控制單元通過(guò)單片機(jī)、ARM或DSP實(shí)現(xiàn)。
[0030]作為一種具體優(yōu)選實(shí)施方式，所述系統(tǒng)還包括為系統(tǒng)供電的隔離電源模塊9，所述隔離電源模塊9的輸入端與啟動(dòng)電池組或DC/DC模塊10之間串接防反接二極管，通過(guò)設(shè)置二極管，啟動(dòng)電池組或DC/DC模塊10反接時(shí)無(wú)法通過(guò)二極管給電池管理系統(tǒng)供電，可有效防止啟動(dòng)電池組或DC/DC模塊10反接對(duì)電池管理系統(tǒng)造成損壞。
[0031]優(yōu)選的，所述控制單元7通過(guò)CAN總線接口及Zigbee連接到汽車(chē)儀表13，當(dāng)整車(chē)CAN線束出現(xiàn)故障時(shí),所述控制單元通過(guò)所述Zigbee接口連接到所述汽車(chē)儀表,并將動(dòng)力電池組2的相關(guān)數(shù)據(jù)(電壓、電流、溫度、SOC及SOH等)及狀態(tài)(欠壓、過(guò)壓、過(guò)溫、充電、放電等)通過(guò)汽車(chē)儀表13進(jìn)行顯示。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述所述通信單元8通過(guò)RS232接口或藍(lán)牙接口連接到移動(dòng)終端11，并將整車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)在移動(dòng)終端11上顯示出，為駕駛員提供更多的整車(chē)運(yùn)行信息，當(dāng)電動(dòng)車(chē)出現(xiàn)故障時(shí)，輔助維修人員進(jìn)行故障定位，藍(lán)牙與移動(dòng)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，彌補(bǔ)汽車(chē)儀表的顯示信息不足。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述通信單元8通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口連接到監(jiān)控平臺(tái)12，將整車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程上傳給監(jiān)控平臺(tái)12。所述網(wǎng)絡(luò)接口為GPRS或3G或4G接口，監(jiān)控平臺(tái)12可以通過(guò)北斗或GPS定位電動(dòng)車(chē)的位置，并診斷電動(dòng)車(chē)的健康狀況。
[0032]綜上，本發(fā)明實(shí)施例中，電池管理系統(tǒng)通過(guò)控制單元的數(shù)據(jù)分析后精確估算動(dòng)力電池組的SOC、S0H,對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行充放電管理，延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的壽命。在其優(yōu)選實(shí)施方式中，隔離電源模塊的輸入端還設(shè)有二極管，啟動(dòng)電池組或DC/DC模塊通過(guò)二極管后給系統(tǒng)供電，即使啟動(dòng)電池組或DC/DC模塊反接，也不會(huì)對(duì)電池管理系統(tǒng)造成損壞。另外，Zigbee通信為整車(chē)CAN線路失效時(shí)提供第二條鏈路，當(dāng)CAN線束走線不便時(shí)提供輔助通信方式，極大的優(yōu)化了微型電動(dòng)車(chē)空間緊湊下的通信。系統(tǒng)通過(guò)RS232接口及藍(lán)牙接口與移動(dòng)終端通信，車(chē)輛運(yùn)行時(shí)顯示整車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)，在維修時(shí)為故障分析及定位提供數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與監(jiān)控平臺(tái)通信，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)上報(bào)，監(jiān)控平臺(tái)可通過(guò)專家系統(tǒng)評(píng)估電動(dòng)車(chē)的健康狀況。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，包括充電機(jī)、動(dòng)力電池組、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述充電機(jī)與動(dòng)力電池組之間設(shè)有第一接觸器、所述動(dòng)力電池組與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間設(shè)有第二接觸器，所述動(dòng)力電池組正負(fù)母線上設(shè)有電流霍爾傳感器，所述動(dòng)力電池組內(nèi)部還設(shè)有溫度探頭，所述系統(tǒng)還包括: 采集單元，用于采集動(dòng)力電池組的電流、電壓、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)； 控制單元，用于獲取所述動(dòng)力電池組的電壓、電流、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)，并分析出動(dòng)力電池組的剩余容量及健康狀態(tài)，當(dāng)存在充放電故障時(shí)控制關(guān)斷對(duì)應(yīng)的接觸器； 通信單元，用于提供通信接口，包括CAN總線接口和Zigbee接口，所述控制單元通過(guò)所述CAN總線接口連接到所述充電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)整車(chē)CAN線束出現(xiàn)故障時(shí)，所述控制單元通過(guò)所述Zigbee接口連接到所述充電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器； 所述采集單元連接到電流霍爾傳感器、動(dòng)力電池組以及溫度探頭，所述控制單元輸入端連接到所述采集單元輸出端，所述控制單元的控制端通過(guò)繼電器連接到所述第一接觸器和第二接觸器。
2.如權(quán)利要求1所述微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的第一接觸器及第二接觸器，包括機(jī)械式接觸器、電子功率開(kāi)關(guān)及機(jī)械電子復(fù)合式接觸器。
3.如權(quán)利要求1所述微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括隔離電源模塊，所述電源模塊的輸入端連接有二極管。
4.如權(quán)利要求1所述微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)通過(guò)CAN總線接口和Zigbee接口連接到汽車(chē)儀表，并將整車(chē)的相關(guān)工作信息在汽車(chē)儀表中顯示出，當(dāng)整車(chē)CAN線束出現(xiàn)故障時(shí),所述控制單元通過(guò)所述Zigbee接口連接到所述汽車(chē)儀表。
5.如權(quán)利要求1所述微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述通信單元還包括RS232接口或藍(lán)牙接口，所述控制單元通過(guò)RS232接口或藍(lán)牙接口連接到移動(dòng)終端，并將整車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)在移動(dòng)終端屏幕上顯示出。
6.如權(quán)利要求1所述微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口連接到監(jiān)控平臺(tái)，將整車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程上傳給監(jiān)控平臺(tái)。
7.如權(quán)利要求1所述微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電流傳感器采用雙精度電流傳感器，用于測(cè)量小電流和大電流。
8.如權(quán)利要求1所述微型電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元分析獲取的電壓、電路、內(nèi)阻及溫度數(shù)據(jù)，獲取動(dòng)力電池組的SOC及S0H，控制第一接觸器及第二接觸器的通斷。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104009519SQ201410180868
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】譚瑋, 宋慶國(guó), 胡力, 袁昌才, 張李超, 何國(guó)平, 付云龍, 龔飛 申請(qǐng)人:湖北一彰科技有限責(zé)任公司