《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》是春蘭（集團）公司於2004年1月6日申請的專利，該專利的公布號為CN1555996，申請公布日為2004年12月22日，發明人是張鵬、沈建、楊桃、周振齊、郭建成。該發明屬於汽車供電系統領域。
《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》所述整個系統為三層金字塔式結構，即數據採集子板、數據採集母板和CPU中央處理單元，通過相互獨立的CPU分層、分塊控制，採用二級CAN現場匯流排技術實現相互間的信息通訊以及與整車總控系統的信息通訊，其優點是：功能齊全，滿足各種類型動力電池的管理需要；靈活性高，無需對硬體進行修改，即可滿足不同車型在各種複雜情況下不同布置方式的需要；連線少，模組化結構，標準化接口，安裝、維修方便。
2015年11月27日，《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種用於電動汽車的動力電池管理系統
- 申請人：春蘭（集團）公司
- 申請日：2004年1月6日
- 申請號：2004100138075
- 公布號：CN1555996
- 公布日：2004年12月22日
- 發明人：張鵬、沈建、楊桃、周振齊、郭建成
- 地址：江蘇省泰州市春蘭路春蘭(集團)公司技術處
- 分類號：B60R16/04
- 代理機構：泰州地益專利事務所
- 代理人：朱元萍
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在電動汽車的研究開發與產業化過程中，動力電池及其管理系統作為主要動力源或輔助動力源部件是其中最為重要的一環。電池管理系統的優劣直接決定了動力電池組的使用壽命，一個合適的電池管理系統能夠在充分發揮電池優越性能的同時，給予電池最佳的保護。
在已有的技術中，電池管理系統的設計或是過於複雜和煩瑣；或是過於簡陋。電池管理系統設計過於複雜，從表面上看，具備了較多的功能，但所需元器件多而雜，從而使電池管理系統成本飈升，且體積龐大，只能運行於試驗室中，根本不能滿足產業化的要求。而電池管理系統設計過於簡陋，則功能過於簡單，不能滿足監護電池的需要，亦不能在充分發揮電池優越性能的同時，給予電池最佳的保護，長期使用這樣的電池管理系統，將導致電池組壽命降低（遠低於單體平均壽命）。
在已有的技術中，電池管理系統沒有採用二級CAN現場匯流排技術實現內部模組間的信息通訊以及與整車總控系統的信息通訊，連線多而複雜，抗干擾能力差。電池管理系統沒有採用模組化結構和標準化接口，安裝複雜，靈活性差，當車型不同或整車布置方式改變時，電池管理系統必須對硬體部分進行足夠的修改，或者乾脆必須全部重新進行設計，才可滿足在各種複雜情況下不同的需要。電池管理系統在設計時，沒有充分考慮各種類型動力電池在監護需求方面的共性和個性，其硬體只能滿足所針對類型電池的管理需要，不能滿足多種類型動力電池的管理需要。
發明內容
專利目的
《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》是為了解決已有技術中，電池管理系統的多功能需求和低成本、小體積的產業化要求的矛盾，連線多而複雜，抗干擾能力差，安裝複雜，靈活性差的問題，而提供的一種用於電動汽車的動力電池管理系統，它採用模組化結構，連線簡單，柔性好，可滿足不同車型在各種複雜情況下不同布置方式的需要。
技術方案
《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》包括：數據採集單元，數據採集單元由n個數據採集子板和m個數據採集母板組成，m小於等於n，數據採集子板用於採集電池的狀態參數並將數據輸送至相應的數據採集母板，數據採集母板用於將數據採集子板輸送來的數據進行初步處理、分析、判斷並輸出；CPU中央處理單元，用於對數據採集母板輸出的數據進行實時運算和狀態判別並作出相應的處理，同時完成與多能源系統的通訊管理；現場匯流排，用於在數據採集母板與CPU中央處理單元、CPU中央處理單元與多能源系統之間的數據通訊。
在該發明中所述的中央處理單元還包括輔助控制板，輔助控制板設有遠程通訊接口，用於電池狀態顯示、與數據採集母板和遠程監控系統的數據傳輸。所述現場匯流排為二級CAN現場匯流排，包括內部CAN現場匯流排和外部CAN現場匯流排，所述內部CAN現場匯流排用於在數據採集母板與CPU中央處理單元之間傳輸數據，所述外部CAN現場匯流排用於在CPU中央處理單元與多能源系統之間的數據傳輸。
有益效果
《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》的有益效果：整個系統為三層金字塔式結構，即數據採集子板、數據採集母板和CPU中央處理單元，採用模組化結構，標準化接口，安裝、維修方便。數據採集母板、CPU中央處理單元採用相互獨立的CPU分層、分塊控制，柔性好，無需對硬體進行修改，即可滿足不同車型在各種複雜情況下不同布置方式的需要。採用二級CAN現場匯流排技術實現相互間的信息通訊以及與整車總控系統的信息通訊，連線少，抗干擾能力強。充分考慮各種類型動力電池在監護需求方面的共性和個性，滿足多種類型動力電池的管理需要。可實現每隻單體電池的全程監控，在充分發揮電池優越性能的同時，給予電池最佳的保護。
附圖說明
圖1為《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》實施例的結構框圖。
圖2為該發明實施例的主控板A軟體流程圖。
圖3為該發明實施例的輔助控制板B的軟體流程圖。
圖4為該發明實施例的數據採集母板軟體流程圖。
權利要求
1、《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》其特徵在於它包括：數據採集單元，數據採集單元由n個數據採集子板和m個數據採集母板組成，m小於等於n，數據採集子板用於採集電池的狀態參數並將數據輸送至相應的數據採集母板，數據採集母板用於將數據採集子板傳輸來的數據進行初步處理、分析、判斷並輸出；CPU中央處理單元，用於對數據採集母板輸出的數據進行實時運算和狀態判別並作出相應的處理，同時完成與多能源系統的通訊管理；現場匯流排，用於在數據採集母板與CPU中央處理單元、CPU中央處理單元與多能源系統之間的數據通訊。
2、按權利要求1所述的用於電動汽車的動力電池管理系統，其特徵在於：所述的中央處理單元還包括輔助控制板B，輔助控制板B設有遠程通訊接口，用於電池狀態顯示、與數據採集母板和遠程監控系統的數據傳輸。
3、按權利要求1或者2所述的用於電動汽車的動力電池管理系統，其特徵在於：所述現場匯流排為二級CAN現場匯流排，包括內部CAN現場匯流排和外部CAN現場匯流排，所述內部CAN現場匯流排用於數據採集母板與CPU中央處理單元之間傳輸數據，所述外部CAN現場匯流排用於CPU中央處理單元與多能源系統之間的數據傳輸。
實施方式
實施例，參照附圖，《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》運用於混合動力電動汽車上，對由250隻單體電池組成的，每10個電池單體組成一個電池模組，標稱電壓為300伏，容量為60安培小時的動力鎳氫電池組進行管理，具體功能和指標如下：具有電池荷電量估算功能，誤差小於10％；具有電池單體運行狀態實時監控功能；電壓檢測精度：0.2％；電流檢測精度：0.5％；溫度檢測精度：±2℃；電池故障診斷和安全保護功能；具有系統自檢和診斷功能；具有充放電均衡功能；具有CAN現場匯流排接口，與整車總控系統實現信息通訊。該發明主要包括數據採集子板、數據採集母板、CPU中央處理單元和CAN現場匯流排。
數據採集單元採用了一種全新的結構，即數據採集母板加數據採集子板的形式，其中：數據採集子板的數量n＝電池組中電池模組的數量；數據採集母板的數量m＝電池組中電池包的數量。每三——十六個相互串聯的被機械結構固定在一起的相鄰單體電池為一個電池模組，所謂電池包可以理解為電池組在整車布置中由於整車設計的不同而被分別放置的大小不一的塊。
安裝時，一個電池包配一個數據採集母板，然後再根據包內電池模組的數量，配上相同數量的數據採集子板。其中數據採集母板集中了一些共性的器件，如：CAN接口電路、電源部分電路、單片機控制部分電路等，而在數據採集子板上則安放了一些具體的、針對性的、不可共用的器件，如：電壓採集電路、選擇邏輯電路等。經過這樣的結構安排，可共用的器件被集中起來，統一安置，共同使用，大大減少了所需元器件的數量，同樣亦減小了體積。而由於採用了分塊子板的結構，安裝、調試、維修的靈活性也得到了保證。
該實施例中，電池組由250隻單體電池組成，分成5個電池包。數據採集單元線上測量蓄電池組的單體電壓Vn、電池模組溫度Tm等實時運行數據，並進行初步的數據處理、分析和判斷：判斷電池模組溫度是否大於最大安全閥值，或小於最小安全閥值，如為上述狀況則通過內部CAN現場匯流排，將數據上傳給CPU中央處理單元。再判斷電池模組溫度是否大於最大報警閥值，或小於最小報警閥值，如屬於上述情況則進行高低溫報警。當電池模組溫度大於開啟風扇值時，可啟動相關風扇散熱。同樣判斷電池單體電壓與閥值之間關係，進行相應的處理。另外可以計算電池模組溫度的平均值Tp或者電池單體電壓的平均值Vp，進行不均衡報警或者啟動相應的均衡電路。
CPU中央處理單元由主控板A和輔助控制板B，加上一些外圍電路組成。其中，主控板A可根據實時監測的共性參數及數據採集單元通過內部CAN匯流排上傳的數據，按照預定的數學模型和管理模式進行相應的實時運算和狀態判別並作出相應的處理策略，通過外部CAN匯流排技術，完成與多能源系統之間的通訊管理，送出荷電量計算結果以及電池組狀態信息。主控板A採集電池模組的充放電電流I及電池組電壓U值，判斷I、U是否大於最大安全閥值，或小於最小安全閥值，如為上述狀況則啟動極限保護開關。然後再判斷I、U是否大於最大報警閥值或者小於最小報警閥值，如為上述情況則報警；當I、U為正常值，則主控板A讀取各數據採集母板上傳的數據，判斷電池模組溫度Tm及電池單體電壓Vn是否為極限值或報警值，進行相應處理。最後判斷電池組的均衡狀態，報警或啟動均衡電路。主控板A計算電池荷電量，將上述數據上傳到外部CAN現場匯流排，並回傳相關數據到內部CAN現場匯流排。因此主控板A具有自檢和診斷功能、充放電軟體均衡功能、電池故障診斷和安全保護功能等。
輔助控制板B主要功能為狀態顯示和數據傳輸，它設有遠程通訊接口。該單元在系統或整車調試時，連線於內部CAN現場匯流排，通過內部CAN匯流排技術，實時地將運行在內部CAN匯流排上的各節點信息，利用彩色液晶顯示屏顯示出來，實時監控調試過程中的細節，便於分析現象和問題。
輔助控制板B的數據傳輸功能，包括數據採集母板上傳至內部CAN匯流排上的數據收集，和RS232接口通訊，能夠實現對上位機的數據傳輸，可將管理系統在運行過程中檢測到的和計算出的數據及時地傳送至上位機，不僅方便現場調試，亦方便下一步的數據分析。
CPU中央處理單元中的外圍電路部分，由數據採集迴路和動力控制迴路組成，數據採集迴路具有實時監測共性參數的功能，如充放電電流、電池組電壓等；動力控制迴路包含相應的開關執行機構，可接收CPU中央處理單元的指令，根據電池組的當前運行狀態控制其充放電迴路的接通和關斷；工作時，該單元能夠根據預設的電流門限值、電壓門限值以及溫度門限值，對電池進行安全邊界保護。
榮譽表彰
2015年11月27日，《一種用於電動汽車的動力電池管理系統》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。
