CN204196724U - 一种主从一体电池管理*** - Google Patents

一种主从一体电池管理*** Download PDF

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刘飞
文锋
阮旭松
王占国
程兵富
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Abstract

本实用新型公开了一种主从一体电池管理***，包括处理单元、总线传输单元、电流信号传输单元、数据检测单元、供电单元、以及电池组，所述电池组通过供电单元为处理单元供电，所述数据检测单元连接到电池组，并将检测到的电池组数据传送至处理单元，所述处理单元通过总线传输单元及使用电流作为传输信号的电流信号传输单元与仪表设备连接进而向仪表设备传输数据检测单元所采集的电池组数据。本实用新型与现有技术相比，电池的采集和控制可由同一个控制模块完成，不需要主从式架构体系。这种一体式架构相对简单、功能齐全，可以降低成本并且能够很好的实现电池的控制和保护。而且在总线传输单元出现异常或失效时，使用电流信号作为补充的信号传输手段，可以保证数据信号的完整，使信号保持较高传输质量。

Description

一种主从一体电池管理***
技术领域
本实用新型涉及电动***领域，特别是一种主从一体电池管理***。
背景技术
在电动汽车应用中，动力电池组通常由成百上千个单体电池通过串并联组成。由于电池串数较多，电池管理***通常采用主从式架构体系：从机负责单体数据的采集；主机负责数据的分析和***控制。一个主机通常带多个从机，从机的数量和电池组的串数有关。然而，在一些电池串数不多的应用场合（场地车、邮政车等）、只有一箱电池和对电池管理***尺寸要求严格的车型，电池的采集和控制可由同一个控制模块完成，不需要主从式架构体系。
而在应用过程中，电池管理***与外部设备之间可能因为车身振动或者是其他原因，导致电池管理***与外部设备信号传输不稳定，另一方面，由于传输的信号是电压信号，传输信号就会受到噪声的干扰而导致信号不纯，同时传输线的电阻会产生电压降，这样，汽车仪表会因为上述的干扰导致信号产生误差；并且车辆的仪表放大器设备往往需要不同的工作电压，供电设备不易产生多种工作电压，造成设计难度加大。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型所要解决的问题是，提供一种实现主从一体式、且能减小电池管理***到仪表间信号误差，保证仪表信号准确的电池管理***。
为了解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：
一种主从一体电池管理***，包括处理单元、总线传输单元、电流信号传输单元、数据检测单元、供电单元、以及电池组，所述电池组通过供电单元为处理单元供电，所述数据检测单元连接到电池组，并将检测到的电池组数据传送至处理单元，所述处理单元通过总线传输单元及使用电流作为传输信号的电流信号传输单元与仪表设备连接进而向仪表设备传输数据检测单元所采集的电池组数据。
优选的，所述数据检测单元包括温度检测模块、电流检测模块、单节电池电压检测模块、总电压检测模块、绝缘检测模块、供电电源检测模块。
优选的，所述电流检测模块、绝缘检测模块与处理单元之间均设有隔离元件。
优选的，所述电流信号传输单元包括信号转换芯片以及隔离芯片U3，所述信号转换芯片U3输入端通过隔离芯片U1、U2与处理单元连接。
优选的，所述总线传输单元包括RS-485通讯模块及CAN通讯模块。
优选的，所述供电单元包括电源转换模块及硬件看门狗模块。
优选的，还包括用于在电池组状态异常时断开电池组供电的安全保护单元，所述处理单元通过安全保护单元可控制电池组与用电设备之间的通断。
优选的，所述安全保护单元包括继电器及其控制模块及信号检测模块。
本实用新型与现有技术相比，电池的采集和控制可由同一个控制模块完成，不需要主从式架构体系。这种一体式架构相对简单、针对性强、减小体积、功能齐全，可以降低成本并且能够很好的实现电池的控制和保护。而且在总线传输单元出现异常或失效时，使用硬线信号作为补充的信号传输手段，可以保证数据信号的完整，使信号保持较高传输质量。
附图说明
图1为本实用新型所述电池管理***实施例的总体结构框图。
图2为本实用新型所述电池管理***实施例的电流信号传输单元电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例来对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型所述电池管理***实施例的总体结构框图。图2为本实用新型所述电池管理***实施例的电流信号传输单元电路结构图。
如图1所示，该电池管理***包括处理单元、总线传输单元、电流信号传输单元、数据检测单元、供电单元、以及电池组。
其中，电池组通过供电单元为处理单元供电，在这里处理单元包括一个用于处理各单元数据的MCU，供电单元包括电源转换模块及硬件看门狗模块，该电源转换模块通过分压电路将电池组的高电压大电流转化成可供处理单元工作的电压及电流，硬件看门狗模块则可通过处理单元所发出的信号保障处理单元的运行，若处理单元出现程序性错误可将MCU进行复位。优选的，在供电单元上还设有供电电源检测模块，并通过隔离AD检测管理***供电电源，判断蓄电池供电状态，整车低压供电网络。
数据检测单元则包括温度检测模块、电流检测模块、单节电池电压检测模块、总电压检测模块、绝缘检测模块及供电电源检测模块。该数据检测单元的各个模块连接到电池组，用以将检测到的电池组数据传送至处理单元，以便处理单元通过对其数据进行整理分析后，对其准确估测动力电池组的荷电状态 (State of Charge，即SOC)，即电池剩余电量，根据采样的电流、电压、时间、温度等数据，进行SOC的判断与分析，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报动力汽车电池还剩余多少能量或者电池的荷电状态，最后将数据输出至汽车仪表。
其中，各检测模块的要求及功能如下：
温度检测模块：精度为±1%℃（-40~125℃），温度的检测主要是为了防止电动汽车电池组温度过高引发安全事故，同时蓄电池的工作状态与其内部温度及工作环境温度都有很重要的关系。通常在电池包中选择几个有代表性的位置安装温度传感器进行温度的测量，并实现加热和散热管理。
电流检测模块：精度为<±1%（±300A），电流不仅作为判断电池出现过放电或过流的依据，也是根据电流、时间的库仑计量来估计电池SOC的主要依据。
绝缘检测模块：绝缘检测：精度为<15%（2kΩ/V~0Ω/V），可以精确测量出当前动力电池的漏电程度，杜绝了因绝缘电阻检测不精确带来的安全隐患。
总线传输单元包括RS-485通讯模块及CAN通讯模块。RS-485通讯模块及CAN通讯模块均与外部设备连接，优选的，RS-485使用MODBUS协议进行通讯，采用Maxim公司的MAX485芯片，在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120μA至500μA之间。所有器件都工作在5V单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。具有较高的抗干扰性能，简单高效，应用成熟。
如图2所示，为电流信号传输单元的电路结构示意图， U3为信号转换芯片，本实施例中使用AD5410作为信号转换芯片，通过AD5410可将电压信号转换成可编程电流源输出，AD5410的FAULT管脚与MCU之间设置有隔离芯片U1，LATCH、SCLK、SDIN、SDO四个管脚与MCU之间设置有隔离芯片U2，通过隔离芯片的信号隔离可以将MCU的信号更加准确地输入AD5410并进行处理转换成可编程电流源。AD5410的输出端连接外部设备，作为电流源为外部设备提供MCU信号。电流信号传输单元采用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感，可以保证信号的传输质量。电流信号传输单元使用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。电流信号传输单元用于在总线传输出现故障时起备用传输信道的作用，由于RS485或CAN总线传输的信号是电压信号，传输信号就会受到噪声的干扰而不纯洁，传输线的电阻也会产生电压降，那么接收端的信号就会产生误差。而电流信号传输单元采用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感，可以保证信号的传输质量。当MCU检测到总线传输单元与外部设备通讯异常或断开的情况下，通讯自动切换到电流信号传输单元继续对电池管理***所输出的仪表数据信号进行传输，这样，就可以在总线传输单元失效或异常的特殊情况下保证仪表或其他设备仍然能与处理单元正常通讯传输相应的数据，作为***通讯安全冗余，提高***可靠性。
优选的，该电池管理***还包括安全保护单元，安全保护单元连接至处理单元，由继电器及控制模块、信号检测模块构成，处理单元获得数据检测单元所检测到的电池组数据以后进行处理，当该数据出现异常时，信号检测模块会从处理单元检测到数据异常的信号，继而控制继电器及控制模块作出动作，断开电池组，而处理单元同时也会将该异常信息通过总线传输单元输出到外部显示设备上，通知驾驶员。
同时，优选的电池组还设有均衡模块，均衡模块主动均衡电流最大500mA，被动均衡电流最大100mA。在充电过程中，通过调整单节电池充电电流方式，保证***内所有电池的电池端电压在每一时刻有良好的一致性。
本实用新型中未具体介绍的功能模块均可采用现有技术中成熟的功能模块，在此不赘述。
上述实施例仅为本实用新型的较优的实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种主从一体电池管理***，其特征在于：包括处理单元、总线传输单元、电流信号传输单元、数据检测单元、供电单元、以及电池组，所述电池组通过供电单元为处理单元供电，所述数据检测单元连接到电池组，并将检测到的电池组数据传送至处理单元，所述处理单元通过总线传输单元及使用电流作为传输信号的电流信号传输单元与仪表设备连接进而向仪表设备传输数据检测单元所采集的电池组数据。
2.根据权利要求1所述的主从一体电池管理***，其特征在于：所述数据检测单元包括温度检测模块、电流检测模块、单节电池电压检测模块、总电压检测模块、绝缘检测模块、供电电源检测模块。
3.根据权利要求2所述的主从一体电池管理***，其特征在于：所述电流检测模块、绝缘检测模块与处理单元之间均设有隔离元件。
4.根据权利要求1所述的主从一体电池管理***，其特征在于：所述电流信号传输单元包括信号转换芯片U3以及隔离芯片U1、U2，所述信号转换芯片U3输入端通过隔离芯片U1、U2与处理单元连接。
5.根据权利要求1所述的主从一体电池管理***，其特征在于：所述总线传输单元包括RS-485通讯模块及CAN通讯模块。
6.根据权利要求1所述的主从一体电池管理***，其特征在于：所述供电单元包括电源转换模块及硬件看门狗模块。
7.根据权利要求1所述的主从一体电池管理***，其特征在于：还包括用于在电池组状态异常时断开电池组供电的安全保护单元，所述处理单元通过安全保护单元可控制电池组与用电设备之间的通断。
8.根据权利要求7所述的主从一体电池管理***，其特征在于：所述安全保护单元包括继电器及其控制模块及信号检测模块。
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