全文摘要
本实用新型公开了电动汽车技术领域的一种电池管理系统，由动力电池组、电池控制单元、绝缘监控模块和多个电池电子模块组成，电池电子模块由电源模块、微控制器、驱动模块、CAN模块以及电压和温度采集模块组成。电池管理系统采用CAN总线互联分布式设计，电压和温度采集模块由三片菊花链级联的集成式测量芯片组成，电源模块采用开关稳压源加线性稳压源两级电源设计，可以有效提升动力电池系统的安全性和通用性。
主设计要求
1.一种电动汽车用电池管理系统，其特征在于：包括动力电池组(10)、采集母线电流的电池控制单元(11)、采集母线电压和绝缘阻值的绝缘监控模块(12)以及采集电池电压和温度的多个电池电子模块(13)，所述动力电池组(10)电性输出连接多个电池电子模块(13)，所述电池控制单元(11)电性双向连接绝缘监控模块(12)和电池电子模块(13)，所述电池电子模块(13)包括电源模块(131)、微控制器(132)、驱动模块(133)、CAN模块(134)以及电压和温度采集模块(135)，所述电源模块(131)电性输出连接微控制器(132)，所述微控制器(132)电性双向连接驱动模块(133)、CAN模块(134)和电压和温度采集模块(135)，所述电压和温度采集模块(135)与动力电池组(10)电性输入连接。
设计方案
1.一种电动汽车用电池管理系统，其特征在于：包括动力电池组(10)、采集母线电流的电池控制单元(11)、采集母线电压和绝缘阻值的绝缘监控模块(12)以及采集电池电压和温度的多个电池电子模块(13)，所述动力电池组(10)电性输出连接多个电池电子模块(13)，所述电池控制单元(11)电性双向连接绝缘监控模块(12)和电池电子模块(13)，所述电池电子模块(13)包括电源模块(131)、微控制器(132)、驱动模块(133)、CAN模块(134)以及电压和温度采集模块(135)，所述电源模块(131)电性输出连接微控制器(132)，所述微控制器(132)电性双向连接驱动模块(133)、CAN模块(134)和电压和温度采集模块(135)，所述电压和温度采集模块(135)与动力电池组(10)电性输入连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用电池管理系统，其特征在于：所述电压和温度采集模块(135)由三片菊花链级联的集成式测量芯片组成。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用电池管理系统，其特征在于：所述电源模块(131)采用开关稳压源加线性稳压源两级电源设计。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用电池管理系统，其特征在于：所述电源模块(131)入口处安装有串联电容。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用电池管理系统，其特征在于：所述电源模块(131)中负温度系数型自恢复保险丝另一端与双向瞬态电压抑制器和MOS管相连。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车用电池管理系统。
背景技术
环境污染和能源紧缺是当今世界各国面临的两大难题，为了社会经济的可持续发展，人们必须寻找节能和减排的方法。汽车是石油消耗和污染气体排放的主要来源之一，近年来电动汽车因为低碳环保、绿色节能的优点受到广泛的关注和推广，围绕电动汽车关键技术的展开与应用也日益增多，而动力电池是电动汽车的动力来源，其高能量比性能和单体之间的差异性容易引起过流短路、温度过高、寿命缩短甚至爆裂的现象，直接影响了电动汽车的安全、动力和经济性。
电池管理系统是动力电池组功能与性能的保障和延伸，集电池组信息的采集、传输、计算、决策、优化和控制等功能于一体，为了提高电池的效率和安全性、延长电池寿命，对车载动力能源系统进行精细化管理是十分必要的，但传统的电池管理系统已经不能满足电池管理的需求。
实用新型内容
一种电动汽车用电池管理系统，包括动力电池组、采集母线电流的电池控制单元、采集母线电压和绝缘阻值的绝缘监控模块以及采集电池电压和温度的多个电池电子模块，所述动力电池组电性输出连接多个电池电子模块，所述电池控制单元电性双向连接绝缘监控模块和电池电子模块，所述电池电子模块包括电源模块、微控制器、驱动模块、CAN模块以及电压和温度采集模块，所述电源模块电性输出连接微控制器，所述微控制器电性双向连接驱动模块、CAN模块和电压和温度采集模块，所述电压和温度采集模块与动力电池组电性输入连接。
优选的，所述电压和温度采集模块由三片菊花链级联的集成式测量芯片组成。
优选的，所述电源模块采用开关稳压源加线性稳压源两级电源设计。
优选的，所述电源模块入口处安装有串联电容。
优选的，所述电源模块中负温度系数型自恢复保险丝另一端与双向瞬态电压抑制器和MOS管相连。
本发明的有益效果：电池管理系统采用CAN总线互联分布式设计，一个电池控制单元控制多个电池电子模块，提高了系统的可靠性和数字信号抗干扰能力，电池控制单元综合电池电子模块和绝缘监控模块的信息估计电池荷电状态并判断电池状态是否正常，通过整车CAN总线提供电池信息，通过充电CAN与直流充电桩或交流充电机通信完成充电管理，多个电池电子模块接收并执行电池控制单元发出的控制指令，并把电池信息反馈给电池控制单元和绝缘监控模块，在电池电子模块中，电压温度采集模块实时采集动力电池组的电压和温度信息，电源模块实现压降并提供动力源，驱动模块驱动微控制器，处理后的信号由CAN模块通过电池管理系统内部CAN总线传输到电池控制单元，从而达到对动力电池组进行管理的目的。
附图说明
图1电池管理系统结构示意图；
图2电池电子模块结构示意图；
图3电源模块12V\/24V转7.1V电源示意图；
图4电源模块7.1V转5V电源示意图；
图5电压和温度采集模块中电压采集电路图；
图6电压和温度采集模块中温度采集电路图；
图7 CAN模块结构示意图。
图中：10动力电池组、11电池控制单元、12绝缘监控模块、13电池电子模块、131电源模块、132微控制器、133驱动模块、134 CAN模块、135电压和温度采集模块。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合说明书附图对本实用新型进行进一步详细说明。
参考图1和图2所示，一种电动汽车用电池管理系统，由动力电池组10、电池控制单元11、绝缘监控模块12和多个电池电子模块13组成，电池电子模块13包括电源模块131、微控制器132、驱动模块133、CAN模块134以及电压和温度采集模块135。
电池管理系统采用CAN总线互联分布式设计，一个电池控制单元11控制多个电池电子模块13，提高了系统的可靠性和数字信号抗干扰能力。电池控制单元11采集母线电流，综合电池电子模块13和绝缘监控模块12的信息估计动力电池组10的荷电状态，从而判断动力电池组10状态是否正常，并通过整车CAN总线提供电池信息，通过充电CAN与直流充电桩或交流充电机通信完成充电管理。绝缘监控模块12采集母线电压和绝缘阻值，对动力电池组10的绝缘安全情况进行监控。多个电池电子模块13是高低压耦合系统，采集动力电池组10的电压和温度，接收并执行电池控制单元11发出的控制指令，并把电池信息反馈给电池控制单元11。在电池电子模块13中，电压和温度采集模块135实时采集动力电池组10的电压和温度信息，信号通过隔离的SPI总线传送至微控制器132，电源模块131实现压降并提供动力源，驱动模块133驱动微控制器132，处理后的信号由CAN模块134通过电池管理系统内部CAN总线传输到电池控制单元11。
使电源电压下降的方式有采用开关稳压源和线性稳压源两种。开关稳压源能量利用率高，输出功率大，但输出波纹大，线性稳压源输出波纹小，响应迅速，但能量利用率低，容易发热。参考图3和图4所示，电池电子模块13中的电源模块131采用开关稳压源加线性稳压源两级电源设计，具有两者的优点，兼容12V和24V两种电压平台。首先通过开关稳压源将12V\/24V转成7.1V，再通过线性稳压源将7.1V转成5V，提高能量利用率和输出功率，减小电压波纹。
参考图3所示，电源模块131包括滤波模块1311，降压模块1312。滤波模块1311中电源模块入口处布置了串联电容C1和C2，可避免瞬间高电压或高电流时单电容失效短路的情况。电容C1的另一端通过负温度系数型自恢复保险丝NTC1与后部电路相连，正常工作时负温度系数型自恢复保险丝NTC1的阻抗可以忽略不计，工作温度过高时负温度系数型自恢复保险丝NTC1的阻抗变大，起到限流保护的作用。负温度系数型自恢复保险丝NTC1的另一端与双向瞬态电压抑制器TVS1和MOS管D1相连，前方传来的信号通过MOS管D1最终传给差模共模滤波芯片U1，当因为静电、继电器通断等原因产生浪涌时，双向瞬态电压抑制器TVS1可以在浪涌冲击的瞬间由高阻态变为低阻态，迅速吸收动力系统中的正向和负向浪涌保护差模共模滤波芯片U1。当VGS<\/sub><0时，MOS导通，当电源反接时VGS<\/sub><0，MOS截止，MOS管D1实现反接保护的功能。差模共模滤波芯片U1有7个引脚，前方电路电压由差模共模滤波芯片U1的第一引脚(IN引脚)输入，滤除噪声后由第四引脚(OUT引脚)输出到降压控制模块1312中，信号主要由降压控制芯片U2的第一引脚(SI引脚)、第二引脚(SI_GND引脚)和第三引脚(SI_EN引脚)输入，主要由第九引脚(VOUT引脚)进行输出，极性电容CT1的正极连接在电阻R3和电阻R5之间，负极则与降压控制芯片U2的第十三引脚(BDS引脚)相连。极性电容CT2与串联电容C6和C7相并联，可避免瞬间高电压或高电流时单电容失效短路的情况，通过降压控制模块1312后电源电压由12V\/34V下降为7.1V。
参考图4所示，串联电容C8和C9连接在入口处，双向瞬态电压抑制器TVS2与其并联，负温度系数型自恢复保险丝NTC2连接在双向瞬态电压抑制器TVS2一端与电容C8另一端之间，信号通过电阻R8由降压控制芯片U3的第一引脚(EN引脚)和第二引脚(IN引脚)输入，由第五引脚(OUT引脚)输出，极性电容CT3与串联电容C10和C11相并联，通过降压控制芯片U3电源电压由7.1V下降为5V。
参考图2所示，电压和温度采集模块135由三片菊花链级联的集成式测量芯片组成，采集到的信号通过隔离的SPI总线传送至微控制器132，避免了其他电压信号的干扰。电压和温度采集模块中的电压采集电路参考图5所示，动力电池组10的两端分别连接射频扼流圈RFC1和射频扼流圈RFC2，对高频信号呈高阻，在抑制了电压信号中的高频噪声的同时具有静电防护功能。电阻R9一端连接射频扼流圈RFC1另一端连接电容C12，电阻R10一端连接射频扼流圈RFC2另一端连接电容C13，起到了滤波作用，信号由测量芯片的电压输入引脚(C(n)为第n个电压输入引脚)输入，在输入端口前布置稳压二极管M3提供保护，最终采集的电压值由测量芯片得到。
参考图6所示，电压和温度采集模块中的温度采集电路设计了射极跟随器提高监视芯片U4的第二引脚(Vref引脚)的输出能力，增大输入阻抗。监视芯片U4的第二引脚与运算放大器U5的第六引脚(INB+引脚)和第七引脚(INA+引脚)相连，电容C15连接在监视芯片U4的第三引脚(Vtemp1引脚)与电阻R14之间，电容C14连接在监视芯片U4的第四引脚(Vtemp2引脚)与电阻R13之间，运算放大器U5的第一引脚(INA-引脚)和第二引脚(OUTA)与电阻R11一端相连接，第三引脚(INB-引脚)和第四引脚(OUTB)与电阻R12一端相连接，NTC热敏电阻1和NTC热敏电阻2分别与电阻R11和电阻R12进行分压串联，另一端则分别连接电阻R13和电阻R14，根据热敏电阻两端电压即可计算得到温度值。
参考图7所示，电动汽车的工作环境中干扰信号较多，为保证CAN总线上的信息能够正确发送、接收和解析，CAN模块采用隔离CAN的设计以降低低压回路的干扰和噪声。5V电源电压信号从隔离CAN收发器U6的第一引脚(VCC1引脚)输入，从第六引脚(CANL引脚)和第七引脚(CANH引脚)输出，经过电容C16到达终端电阻R15，减弱了信号反射的影响，防止信号在传输过程中发生波形失真的现象。共模滤波器CMF1可降低CAN总线上的共模噪声，电容C17和电容C18分别与共模滤波器CMF1的端口3和端口4连接。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920110289.0
申请日:2019-01-23
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:82(吉林)
授权编号:CN209170022U
授权时间:20190726
主分类号:H02J 7/00
专利分类号:H02J7/00
范畴分类:37C;38G;
申请人:吉林大学
第一申请人:吉林大学
申请人地址:130025 吉林省长春市前进大街2699号
发明人:王雪琪;曲大为;范鲁艳;于佳鑫;付莹
第一发明人:王雪琪
当前权利人:吉林大学
代理人:董学文
代理机构:32322
代理机构编号:苏州创策知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计