本發(fā)明涉及一種可配置的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，尤其涉及新能源汽車電池控制領域。

背景技術：

隨著能源危機和環(huán)境污染的加劇，能耗較小且極少污染的電動汽車的研究和發(fā)展也進入了一個新的階段。電池作為電動汽車的三大核心零部件之一，是電動汽車發(fā)展的關鍵。電池的容量、安全狀態(tài)、健康狀態(tài)與續(xù)航里程成為電池技術關注的重點。目前，汽車企業(yè)根據(jù)政策、市場和消費者需求確定不同的車型，不同的車型需要不同的核心指標，如續(xù)航里程、百公里加速和充電速度，這就需要配置不同的電池包個數(shù)，每個電池包由不同個數(shù)的單體電池電芯組成，電池廠商根據(jù)汽車企業(yè)的需求將單體電池配置成不同的電池包。

電池管理監(jiān)控系統(tǒng)對電池狀態(tài)進行監(jiān)控、管理，需要針對不同車型的電池包進行不同的設計?，F(xiàn)有的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)電池包的個數(shù)和電芯的個數(shù)進行軟硬件設計，當車型的技術指標改變，電池包和電芯個數(shù)需要調(diào)整時，必須重新設計，無法現(xiàn)場更改，設計周期長，成本高，各個車型的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)無法兼容，對車型廠家的響應速度慢。

技術實現(xiàn)要素：

為了適應不同的車型設計，本發(fā)明提供一種可配置的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，電池管理監(jiān)控系統(tǒng)由上位機監(jiān)控平臺，主控板和多個底層采樣板構成，每個電池包配備一個底層采樣板，底層采樣板根據(jù)電池包中的電芯個數(shù)設置采樣路數(shù)，采集單個電芯的電壓、電流數(shù)據(jù)，主控板通過can總線獲取每個底層采樣板的采樣數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)均衡、soc估算等管理功能，上位機監(jiān)控平臺依據(jù)電芯個數(shù)和電池包個數(shù)，通過can總線對底層采樣板進行配置，并顯示電芯采樣數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控電池運行狀態(tài)，保存運行數(shù)據(jù)，對故障進行報警和診斷。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種可配置的電動汽車電池管理監(jiān)控系統(tǒng)，包括：上位機監(jiān)控平臺，主控板、高壓絕緣檢測板和底層采樣板；所述上位機監(jiān)控平臺與主控板和底層采樣板分別通信，所述主控板與底層采樣板和高壓絕緣檢測板分別通信；

所述底層采樣板用于采集電池包中單個電芯的電壓、電流數(shù)據(jù)以及溫度數(shù)據(jù)；

所述主控板獲取每個底層采樣板的采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)對單體電芯進行均衡控制以及soc估算；

所述上位機監(jiān)控平臺根據(jù)電池包的個數(shù)以及每個電池包中單體電芯的個數(shù)，對底層采樣板的電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)的進行配置，實時監(jiān)控電池運行狀態(tài)，并對故障進行報警和診斷；

所述高壓絕緣檢測板對電池高壓絕緣進行監(jiān)測和報警。

進一步地，所述底層采樣板包括：第一微處理器以及分別與第一微處理器連接的采樣模塊、均衡電路和can通信模塊；

所述第一微處理器用于控制采樣模塊進行采樣、斷線檢測并獲取采樣數(shù)據(jù)，通過can通信與主控板、上位機監(jiān)控平臺進行通信；

所述采樣模塊，用于實現(xiàn)電池包中單體電芯采樣和溫度采樣，并對電芯采樣線、溫度采樣線進行斷線檢測；

所述均衡電路，實現(xiàn)對電池包單體電芯的均衡控制；

所述can通信模塊，用于實現(xiàn)與主控板和上位機監(jiān)控平臺的通信。

進一步地，所述底層采樣板的數(shù)量根據(jù)電池包的個數(shù)確定；依據(jù)電池包中單體電芯的個數(shù)配置底層采樣板的每個采樣模塊的電芯電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)。

進一步地，每個所述采樣模塊采用雙絞線以菊花鏈的串聯(lián)方式進行連接，即插即用。

進一步地，所述主控板包括第二微處理器以及分別與第二微處理器連接的存儲模塊、io模塊、繼電器控制模塊、充電模塊和can通信模塊；

所述第二微處理器用于對所連接模塊進行控制和管理，通過can通信模塊獲取底層采樣板的采樣數(shù)據(jù)，進行電池電量狀態(tài)估算，通過io模塊和繼電器模塊獲取數(shù)據(jù)對電池進行監(jiān)測與預警，通過充電模塊進行充、放電和預充電控制，通過can通信模塊與上位機監(jiān)控平臺通信，實現(xiàn)人機交互。

所述存儲模塊，用于實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的存儲；

所述io模塊，用于實現(xiàn)acc、on檔信號檢測、hvil高壓互鎖功能檢測以及碰撞檢測信號的輸入檢測和輸出控制；

所述繼電器控制模塊，用于實現(xiàn)對繼電器的控制、檢測和錯誤診斷；

所述充電模塊，實現(xiàn)交流槍、直流樁充電功能，并實現(xiàn)對cc、cp、cc2信號的檢測功能；

所述can通信模塊，用于實現(xiàn)與底層采樣板和上位機監(jiān)控平臺的通信，實現(xiàn)電池數(shù)據(jù)讀取、狀態(tài)信息傳輸。

進一步地，所述高壓絕緣檢測板包括第三微處理器以及分別與第三微處理器連接的絕緣檢測電路、采樣模塊和通信模塊；

所述第三微處理器用于控制和管理所連接模塊，通過絕緣檢測電流獲取電池包的絕緣電阻值，通過采樣模塊獲取電池包的總電壓、預充電電壓、預充電電流值，通過can通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控板。

所述絕緣檢測電路用于檢測絕緣電阻值；

所述采樣模塊用于對電池包的總電壓、預充電電壓、預充電電流進行采樣；

所述can通信模塊用于實現(xiàn)與主控板的通信。

一種可配置的電動汽車電池管理監(jiān)控方法，包括：

根據(jù)電池包的個數(shù)確定底層采樣板數(shù)量，依據(jù)電池包中單體電芯的個數(shù)配置底層采樣板中每個采樣模塊的電芯電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)；

將每個底層采樣板的電芯電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)進行累加，計算整個電池系統(tǒng)的總電壓串數(shù)和總溫度串數(shù)；

通過can總線按照不同的id將電芯電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)分別發(fā)送給不同的底層采樣板；

底層采樣板按照接收的電芯電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)進行數(shù)據(jù)采樣；

根據(jù)底層采樣板的采樣數(shù)據(jù)對單體電芯的soc、soh和內(nèi)阻進行估算，并根據(jù)采樣數(shù)據(jù)及io模塊檢測的數(shù)據(jù)對電池狀態(tài)進行分析。

進一步地，通過can總線向底層采樣板發(fā)送的can幀數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：底層采樣板id(0xc1～0xcf)，采樣類型(電壓或溫度)，采樣總個數(shù)以及采樣模塊的采樣路數(shù)。

進一步地，每個底層采樣板接收到can幀數(shù)據(jù)后，判斷底層采樣板id是為否自身的id，如果是，根據(jù)采樣類型和采樣總個數(shù)，確定每個采樣模塊的采樣路數(shù)，然后向采樣模塊發(fā)送采樣命令。

進一步地，系統(tǒng)重新上電時，上位機監(jiān)控平臺、主控板和底層采樣板進行握手通信，通過：底層采樣板id確定底層采樣板的個數(shù)，并獲取底層采樣板的電芯電壓個數(shù)和溫度個數(shù)；

如果底層采樣板個數(shù)、電芯電壓個數(shù)和溫度個數(shù)與系統(tǒng)要求不一致，則通過上位機監(jiān)控平臺重新配置。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明系統(tǒng)及方法能快速、方便地根據(jù)電池包數(shù)量進行模塊化配置，實時管理監(jiān)控電池包的運行，兼容、擴展性強，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)速度，尤其能快速滿足車企在車輛設計測試階段對電池配置的要求，實現(xiàn)定制設計。

附圖說明

圖1為可配置的電動汽車電池管理監(jiān)控系統(tǒng)結構圖；

圖2為底層采樣板結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。

圖1是可配置的電動汽車電池管理監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖，具體包括：上位機監(jiān)控平臺，主控板、高壓絕緣檢測板和底層采樣板；上位機監(jiān)控平臺與主控板和底層采樣板分別通信，主控板與底層采樣板和高壓絕緣檢測板分別通信；

其中，底層采樣板結構如圖2所示，包括：第一微處理器(mc9s12xeg128)，以及分別與第一微處理器連接的采樣模塊(ltc6804)、均衡電路、can通信模塊以及電源模塊等。

第一微處理器用于控制采樣模塊進行采樣、斷線檢測并獲取采樣數(shù)據(jù)，通過can通信與主控板、上位機監(jiān)控平臺進行通信。

采樣模塊，實現(xiàn)電芯采樣和溫度采樣，并對電芯采樣線、溫度采樣線進行斷線檢測。

均衡電路，實現(xiàn)對單體電芯的均衡控制。

can通信模塊，用于主控板，上位機監(jiān)控通信，實現(xiàn)對電池狀態(tài)的監(jiān)控功能。

每個采樣模塊最多支持的單體電芯串數(shù)為12個，溫度串數(shù)為5個，每個采樣模塊采用雙絞線以菊花鏈的串聯(lián)方式進行連接，即插即用，根據(jù)每個電池包的電芯串數(shù)確定采樣模塊的個數(shù)。

高壓絕緣檢測板，用于對電池高壓絕緣進行監(jiān)測和報警。包括第二微處理器(mc9s12xeg128)，以及分別與第二微處理器連接的絕緣檢測電路、采樣模塊、通信模塊和電源模塊。

第二微處理器用于對所連接模塊進行控制和管理，通過can通信模塊獲取底層采樣板的采樣數(shù)據(jù)，進行電池電量狀態(tài)估算，通過io模塊和繼電器模塊獲取數(shù)據(jù)對電池進行監(jiān)測與預警，通過充電模塊進行充、放電和預充電控制，通過can通信模塊與上位機監(jiān)控平臺通信，實現(xiàn)人機交互。

絕緣檢測電路檢測絕緣電阻值。

采樣模塊對總電壓、預充電電壓、電流進行采樣。

主控板，包括第三微處理器(mc9s12xep100)，以及分別與第三微處理器連接的存儲模塊，io模塊，繼電器控制模塊，充電模塊，can通信模塊和電源模塊。

第三微處理器用于控制和管理所連接模塊，通過絕緣檢測電流獲取電池包的絕緣電阻值，通過采樣模塊獲取電池包的總電壓、預充電電壓、預充電電流值，通過can通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控板。

io模塊，用于acc、on檔信號檢測，hvil高壓互鎖功能檢測，碰撞檢測等信號的輸入檢測，輸出控制。

繼電器控制模塊，用于對繼電器控制、檢測和錯誤診斷。

充電模塊，實現(xiàn)交流槍、直流樁充電功能；對cc、cp、cc2信號檢測功能。

can通信模塊，用于與采樣模塊、上位機監(jiān)控進行通信，實現(xiàn)電池數(shù)據(jù)讀取、狀態(tài)信息傳輸?shù)裙δ堋?/p>

上位機監(jiān)控平臺，包括pc機、移動平板和智能手機，以及用來進行can通信的can接口卡。

在pc機、移動平板和智能手機運行電池管理監(jiān)控方法，通過上位機監(jiān)控平臺對主控板和底層采樣板進行配置，并保存配置文件。

本發(fā)明配置方法如下：

上位機監(jiān)控平臺接收操作人員或管理人員根據(jù)電池包的個數(shù)確定的底層采樣板數(shù)量，依據(jù)電池包中單體電芯的個數(shù)配置采樣板的每個采樣模塊電芯電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)；上位機監(jiān)控平臺將配置參數(shù)保存在配置文件中，并將每個采樣板的電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)進行累加，計算保存整個電池系統(tǒng)的總電壓串數(shù)和總溫度串數(shù)，然后通過can總線按照不同的id將電芯電壓采樣個數(shù)和溫度采樣個數(shù)發(fā)送給不同的底層采樣板和主控板。

底層采樣板保存接收到的電芯電壓個數(shù)和溫度個數(shù)，每次上電讀取電芯電壓個數(shù)和溫度個數(shù)，按照接收保存的電芯電壓個數(shù)和溫度個數(shù)進行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)周期性發(fā)送給主控板和上位機監(jiān)控平臺；上位機監(jiān)控平臺按照配置的總電壓串數(shù)和總溫度串數(shù)動態(tài)地進行單體電芯電壓值和溫度值的顯示。

主控板接收到上位機的配置參數(shù)和底層采樣板的采樣數(shù)據(jù)后，對電芯的soc、soh、內(nèi)阻進行估算，并根據(jù)采樣數(shù)據(jù)及io檢測的數(shù)據(jù)對電池狀態(tài)進行分析，按照相應的故障等級進行報警，然后發(fā)送到上位機監(jiān)控平臺進行顯示，保存記錄。

can幀數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：底層采樣板id(0xc1～0xcf)，采樣類型(電壓或溫度)，采樣總個數(shù)，第1～9個采樣模塊的采樣路數(shù)。

每個底層采樣板接收到該can幀后，判斷底層采樣板id是自身的id后，根據(jù)采樣類型和采樣總個數(shù)，確定每個采樣模塊的采樣路數(shù)，然后向采樣模塊發(fā)送采樣命令。

底層采樣板微處理器向采樣模塊發(fā)送采樣命令后，采樣模塊依次將12路采樣數(shù)據(jù)傳送給cpu，cpu通過采樣路數(shù)讀取有效的采樣數(shù)據(jù)，新接入的采樣模塊即插即用，自動接收命令并發(fā)送采樣數(shù)據(jù)。

底層采樣板采樣數(shù)據(jù)獲取后，向主控板和上位機監(jiān)控發(fā)送電壓數(shù)據(jù)的通信id為0x3cn，n代表采樣板id，即第一個采樣板為0x3c1，第二個采樣板為0x3c2，依次向下推，系統(tǒng)自動接入采樣板后，通信id自動加1；發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的通信id為0x4cn，同樣依次向下排列。

每次系統(tǒng)重新上電，上位機監(jiān)控平臺、主控板和底層采樣板進行握手通信，通過id確定底層采樣板個數(shù)，并獲取底層采樣板的電芯電壓個數(shù)和溫度個數(shù)，然后主控板對電池電芯數(shù)據(jù)進行算法控制及狀態(tài)管理，上位機監(jiān)控平臺進行顯示和數(shù)據(jù)記錄保存，如果底層采樣板個數(shù)、電芯電壓個數(shù)和溫度個數(shù)與系統(tǒng)要求不一致，則通過上位機監(jiān)控平臺重新配置。

上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。