一種適用于新能源汽車的電池管理主系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源汽車的電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種適用于新能源汽車 的電池管理主系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池管理系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車的重要零部件，常見的分布式電池管理系統(tǒng)由采集 從板和控制主系統(tǒng)組成。其中，主系統(tǒng)在整個(gè)電池管理系統(tǒng)中起著核心控制功能。主系統(tǒng) 讀取采集從板采集得到的電池包內(nèi)各單體電池的電壓和溫度數(shù)據(jù)，并采集電池包的充放電 電流和總電壓，通過對這些電壓、電流和溫度進(jìn)數(shù)據(jù)行分析處理，實(shí)現(xiàn)對電池包使用狀態(tài)如 荷電狀態(tài)（State Of Charge，S0C)和健康狀態(tài)（State Of Health，S0H)的實(shí)時(shí)在線估算， 并根據(jù)電池狀態(tài)對電池的充放電過程進(jìn)行控制，防止電池過充、過放，以實(shí)現(xiàn)延長電池使用 壽命、增加車輛續(xù)航里程的目的。因此，電池管理系統(tǒng)對主系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集精度、與從板通 訊速度、大數(shù)據(jù)處理能力要求較高。
[0003] 電池管理系統(tǒng)在我國發(fā)展時(shí)間尚短，主系統(tǒng)還有諸多可改進(jìn)方面：
[0004] (1)主系統(tǒng)與采集從板通訊方面：涉及到通訊數(shù)據(jù)量大、采集從板數(shù)量多等問題， 而現(xiàn)有產(chǎn)品的主從模塊連接方式多采用LIN總線，連接方式多用星形連接或串行連接，星 形連接擴(kuò)展性差，串行連接從板數(shù)目受到總線負(fù)載能力限制，限制了系統(tǒng)控制電池包內(nèi)電 池的數(shù)目；
[0005] (2)系統(tǒng)功耗方面：電池管理系統(tǒng)由車載蓄電池供電，而車載蓄電池由動(dòng)力電池 經(jīng)過DCDC充電?，F(xiàn)有產(chǎn)品未充分考慮系統(tǒng)低功耗要求；
[0006] (3)溫度對動(dòng)力電池使用性能影響很大，而現(xiàn)有產(chǎn)品缺乏完善且能量利用率高的 熱管理方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種適用于新能源汽車的電池管理主系統(tǒng)及其控制方 法，以實(shí)現(xiàn)最大限度地利用和保護(hù)汽車電池，提高能源利用的效率，節(jié)能減排，保障使用的 安全性。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種適用于新能源汽車的電池管理主系統(tǒng)，包括MCU模塊、電源管理模塊、電流檢 測模塊、液晶顯示模塊、整組電壓及絕緣性能測量模塊、熱管理模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊， 所述MCU模塊與所述電源管理模塊連接，所述電源管理模塊為所述電流檢測模塊、所述液 晶顯示模塊、所述整組電壓及絕緣性能測量模塊、所述熱管理模塊、所述時(shí)鐘模塊和所述存 儲(chǔ)模塊供電，所述電流檢測模塊連接到所述MCU模塊的第一 A/D轉(zhuǎn)換通道，所述熱管理模塊 連接到所述MCU模塊的第二A/D轉(zhuǎn)換通道，所述存儲(chǔ)模塊連接到所述MCU模塊的第一 SPI通 道，所述時(shí)鐘模塊連接到所述MCU模塊的第二SPI通道，所述整組電壓及絕緣性能測量模塊 連接到所述MCU模塊的第三SPI通道，所述液晶顯示模塊連接到所述MCU模塊的RS232通 信通道，所述MCU模塊還設(shè)有多路CAN通道，所述MCU模塊的前三路所述CAN通道上各分別 串行連接有4個(gè)采集模塊。
[0010] 進(jìn)一步的，所述MCU模塊為XC2287芯片，所述MCU模塊設(shè)有五路CAN通道，第四路 所述CAN通道外接整車控制器、充電機(jī)等電子設(shè)備以及OBD標(biāo)定，第五路所述CAN通道作為 預(yù)留通道。
[0011] 進(jìn)一步的，所述電源管理模塊包括電源EMI濾波電路和低功耗處理電路；所述電 源EMI濾波電路包括EMI濾波器Ll、第一二極管VDl、第二二極管VD2、第一電阻Rl、第一電 容CU第二電容C2和第三電容C3,汽車電池電源直接接入所述第一二極管VDl的正極，經(jīng) 所述第一二極管VDl的負(fù)極輸出到所述EMI濾波器Ll的輸入端，且所述EMI濾波器Ll的輸 入端之間并接有所述第二二極管VD2、所述第一電阻Rl和所述第一電容C1，所述EMI濾波 器Ll的輸出端之間并接有所述第二電容C2和所述第三電容C3 ;所述低功耗處理電路包括 電壓轉(zhuǎn)換電路和輸出控制電路；所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括電壓轉(zhuǎn)換芯片NCV4274、自恢復(fù)二 極管FI、第四電容C4、第五電容C5和第六電容C6,經(jīng)所述電源EMI濾波電路濾波處理后的 電壓連接到所述自恢復(fù)二極管FI，經(jīng)所述自恢復(fù)二極管FI接入所述電壓轉(zhuǎn)換芯片NCV4274 的輸入端，且所述自恢復(fù)二極管FI和所述電壓轉(zhuǎn)換芯片NCV4274的輸入端之間并接有所述 第四電容C4和所述第五電容C5，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片NCV4274的輸出端上并接有所述第六電 容C6 ;所述輸出控制電路包括第一 MOSEFT管VTl、第二MOSEFT管VT2、第三MOSEFT管VT3、 第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8和第九電阻R9,所述MCU 的控制信號+12V_EN經(jīng)過所述第六電阻R6接入所述第二MOSEFT管VT2的柵極，且所述第 二MOSEFT管VT2的柵極與地之間連接有所述第七電阻R7,經(jīng)所述電源EMI濾波電路濾波處 理后的12V電壓+12V0UT連接到所述第一 MOSEFT管VTl源極，同時(shí)經(jīng)過所述第四電阻R4 連接到第一 MOSEFT管VTl柵極，所述第一 MOSEFT管VTl柵極經(jīng)過第五電阻R5與所述第二 MOSEFT管VT2漏極極連接，所述MCU的控制信號+12V_EN控制所述第二MOSEFT管（VT2) 的截至和導(dǎo)通，決定加載到所述第一 MOSEFT管VTl柵極的電壓，進(jìn)而控制所述第一 MOSEFT 管VTl的輸出+12VP，經(jīng)所述穩(wěn)壓電源電壓轉(zhuǎn)換芯片NCV4274輸出的低電壓+5V接入所述 第三MOSEFT管VT3的源極，并經(jīng)所述第九電阻R9連接到所述第三MOSEFT管VT3的柵極， 所述MCU的控制信號+5V_EN經(jīng)過所述第八電阻R8接入所述第三MOSEFT管VT3的柵極，用 以控制所述第三MOSEFT管VT3的截止和導(dǎo)通，控制電源+5VP輸出，所述電源管理模塊將 經(jīng)所述電源EMI濾波電路濾波處理后的12V電壓+12V0UT，由所述第一 MOSEFT管VTl和所 述第二MOSEFT管VT2的截止和導(dǎo)通控制輸出供電給所述電流檢測模塊、所述液晶顯示模塊 和所述熱管理模塊；所述電源管理模塊將經(jīng)過所述電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化的5V電壓，由所述第 三MOSEFT管VT3的截止和導(dǎo)通控制輸出+5VP供電給所述MCU模塊、所述整組電壓及絕緣 性能測量模塊、所述時(shí)鐘模塊和所述存儲(chǔ)模塊。
[0012] 進(jìn)一步的，所述電流檢測模塊包括參考電源電路和電流檢測電路；所述參考電源 電路包括第十一電容C11、第十三電阻R13、TL431B、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第 十二電容C12、第十三電容C13和第十四電容C14,經(jīng)所述電源EMI濾波電路濾波和所述低 功耗處理電路處理后的12V電壓+12V0UT接入所述第^^一電容Cll和所述第十三電阻R13 組成的濾波電路，輸入到所述TL431B的輸入端，所述TL431B的輸出端并接所述第十四電 阻R14和所述第十五電阻R15,輸出電壓的兩端并接有所述第十三電容C13和所述第十四 電容C14 ;所述電流檢測電路包括第八十電阻R80、第八^^一電阻R81、第八十二電阻R82、 第八十三電阻R83、第四十八電容C48、第四十九電容C49、第五十電容C50和第五^^一電容 C51，電阻和電容組合成四個(gè)RC濾波器。
[0013] 進(jìn)一步的，所述液晶顯示模塊包括液晶模塊電源變換電路和RS232通信電路；所 述液晶模塊電源變換電路包括升壓芯片GS3362、三極管VT5、第十電阻R10、第^^一電阻 R11、第十二電阻R12和第十三電阻R13,經(jīng)所述電源EMI濾波電路濾波處理和所述低功耗 處理電路后的后的12V電壓+12V0UT接入所述三極管VT5的集電極，輸入到所述升壓芯片 GS3362的輸入端，所述升壓芯片GS3362的輸出端輸出升壓后的電壓；所述RS232通信電路 包括用于將標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平的MAX2232芯片及其外圍電路。
[0014] 進(jìn)一步的，所述整組電壓及絕緣性能測量模塊包括總電壓測量電路和絕緣性能測 量電路；所述總電壓測量電路包括D⑶C隔離、第七十電容C70、第七^^一電容C71、第七十二 電容C72、第七十三電容C73、第八十九電阻R89、第九十電阻R90、數(shù)字隔離器ADUM1401和 A/D采集芯片ADS7844,所述第八十九電阻R89和所述第九十電阻R90串接后組成分壓網(wǎng) 絡(luò)，分壓后的電池包電壓輸入所述A/D采集芯片ADS7844，所述A/D采集芯片ADS7844的輸 出端通過SPI通信接口輸出采集值給所述MCU模塊；所述絕緣性能測量電路包括用于控制 并入和斷開的光電耦合器N27、N28、第八十七電阻R87,第八十八電阻R88、第九^^一電阻 R91、第九十二電阻R92、第九十三電阻R93和第九十四電阻R94。
[0015] 進(jìn)一步的，所述熱管理模塊包括負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路，所述負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路包括功率控制 芯片BTS5235及其外圍電路，所述功率控制芯片BTS5235的輸入端接入量控制輸出端的輸 出量，所述功率控制芯片BTS5235的輸出端接入負(fù)載。
[0016] 進(jìn)一步的，所述時(shí)鐘模塊為所述MCU模塊設(shè)有專門的硬件看門狗電路，所述硬件 看門狗電路，由自動(dòng)備用電池切換芯片SP690和N2174HC1組成，經(jīng)過所述電源模塊處理的 5V電源接到SP690A的VCC端，第五^^一電容C51接到SP690A的VCC對電源濾波；SP690A的 輸出端VOUT連接到時(shí)鐘芯片PCA21125的VDD進(jìn)行供電，74HC1的輸出端連接到MCU的復(fù)位 端，來自所述MCU模塊的PffM控制信號WATCH_D0G給SP690A喂狗，SP690自帶硬件看門狗功 能，RST引腳輸出復(fù)位信號給74HC1的INA端，MCU的控制引腳DIS_W_D0G連接到74HC1的 輸入INB端，第六十一電阻R61為上拉電阻，接到經(jīng)過所述電源模塊處理的5V電源和74HC1 的INB引腳間，第五十四電容C54為濾波電容，接到74HC1的VCC引腳和地之間。第六十二 電阻R62為下拉電阻，接到74HC1的輸出引腳OUTY和地之間。
[0017] -種適用于新能源汽車的電池管理主系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
[0018] (1)啟動(dòng)MCU模塊，通過系統(tǒng)上電或點(diǎn)火鑰匙開關(guān)切換檔位給系統(tǒng)上電或插入充 電機(jī)插頭；
[0019] (2) MCU模塊進(jìn)行變量定義及其初始化；
[0020] (3)啟動(dòng)電源管理模塊，給所述存儲(chǔ)模塊，所述時(shí)鐘模塊，隔離A/D轉(zhuǎn)換模塊，CAN 模塊，功率控制模塊，LCD顯示模塊上電；
[0021] (4)外圍設(shè)備的初始化及其狀態(tài)的設(shè)定，包括設(shè)置電流檢測模塊、液晶顯示模塊、 整組電壓及絕緣性能測量模塊、熱管理模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊以及采集模塊；
[0022] (5)讀存儲(chǔ)模塊，得到所述MCU模塊所需要的S0C、S0E估計(jì)脈普和OBD診斷內(nèi)容， 并得到整個(gè)電池組SOC和SOE初始值S0Cinit、SOEinit，總電池組整組最大可用容量Q niax，各單 體電池單體最大可用容量容量Qiniax，靜置時(shí)間t，靜置是指當(dāng)電池組充放電電