[发明专利]一种分布式智能动力电池组管理系统

说明书

 技术领域

本发明属于一种电动车辆用的动力电池组管理装置，特别涉及一种分布式智能动力电池组管理系统。

背景技术

面对环境污染、全球变暖、能源短缺的压力，各国政府、企业投入大量人力物力对电动汽车进行研究和开发。目前，在国家科技项目重点支持和市场的双重推动下，新型锂离子动力电池在关键技术、关键材料和产品研究上都取得了重大进展。单体动力锂电池的性能已基本能够满足使用要求。虽然动力锂电池采购成本仍高于铅酸电池，但从全生命周期内的综合经济性考虑，其成本已经远远低于铅酸电池。由于前一阶段动力锂电池发展的重点集中在关键技术、关键材料和产品开发上，动力锂电池成组应用技术并未得到相应的重视，致使动力锂电池系统集成关键技术、关键零部件和产品研究严重滞后于电池技术的发展。当前大多仍将只能适用于铅酸等非密封富液电池的技术和设备用于动力锂电池，从而导致部分电池单体在充放电过程中发生过充电、过放电、过流和超温等问题，使电池受到严重伤害，电池安全性大幅下降，使用寿命大幅缩短，甚至电池燃烧、爆炸等恶性事故时有发生。

高性能、高可靠性的电池管理系统(BMS) 能使电池在各种工作条件下获得最佳的性能。电池管理系统不仅要监测电动汽车电池的充放电电流、总电压、单体电压和剩余电量SOC, 还要进行高压保护、电量均衡，同时还要预测电池的功率强度, 以便监控电池的使用状况, 在汽车启动和加速时提供足够的输出功率, 刹车时电池组能回收更多的能量, 即提供足够的输入功率, 并且不对电池组造成伤害。

华南农业大学学报2009年04期“基于ARM和CAN的电动汽车电池管理系统”一文中，对电池电压、电流、温度等数据采集计算SOC并实现CAN通讯，但并未考虑串联电池组在使用过程中的不均衡问题，以及电池匹配问题，系统后期使用会初步暴露存在的问题。

现代电子技术2011年第34卷第一期“基于Freescale 单片机的电池管理系统设计”一文中，对电池基本数据电压、电流、温度等数据进行采集，但文章中并未考虑电池高压对整车安全的威胁，没有在高压保护上采取措施，下层采集模块采用单片机集成A/D电压采集精度低，在计算SOC和做均衡保护时都会受到一定影响。目前其他相关文献，很少提到绝缘保护实施方法和电池健康度估算方法，对电池组的补偿的方法也缺乏实际、可行的方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有动力电池在纯电动汽车中不断增加，系统电压提高，电池分不灵活，高压安全要求较高的问题，提出一种动力电池管理系统，该系统不仅能测出单体电芯的性能状态，而且能对单体电池进行二级均衡保护、二级过充过放保护、能有效减小电动汽车系统电压的波动，并通过绝缘检测和高压通断控制，保证电池组的安全正常工作。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所述的系统，是采用分层管理，将动力电池的管理分为上层主控模块，下层包括电压温度采集模块、电流采集模块、均衡保护模块、绝缘检测模块，每个电池组中的10串单体电池配一个电压温度采集模块和一个均衡保护模块，在整个电池组的输出端还配一个电流采集模块和一个绝缘检测模块。最后一组电池是备用电池组，用来稳定系统电压，也配有一个电压温度采集模块和一个均衡保护模块和补偿开关。绝缘检测模块检测电池组正负电极与车体的绝缘电阻，并测量电源系统总电压；下层的所有模块通过系统内部CAN与上层主控模块通讯，主控模块上还具备与外部整车控制器和充电机通讯的隔离CAN总线接口。

上述上层电池管理的主控模块ECU是由2路CAN收发器（如82C250）、2路光耦隔离电路（如6N137）、时钟与EEPROM电路、FLASH数据存储电路(如K9F1208) 、保护执行电路、蓝牙通讯电路和嵌入2路CAN的16位的汽车级微控制器（如MC9S12DG128）构成。其中16位微控制器的CAN0模块的收发线与隔离模块6N137相连，隔离模块的电源采用不同DC-DC隔离、并通过收发器连接到外部CAN总线；其内部的CAN4模块通过同样方式连接到外部CAN总线接口。实时时钟PCF8563T和EEPROM存储芯片24C64都与微控制器的SPI总线相连，实时时钟主要用于SOC计算时准确记录掉电时间，并存储在EEPROM中供下次系统上电时调用，保证SOC算法的精确性，微控制器的数据总线D0-D7和读写控制线分别与FLASH存储芯片相连，用于实时保存每次采集数据，并通过蓝牙模块发送到外部数据分析平台。