專利名稱：電池保護裝置、服務(wù)器和電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動車管理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電池保護裝置、一種服務(wù)器 和一種電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池是電動車的動力源泉，也是一直制約電動車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電動車用電池 的主要性能指標(biāo)是比能量、比功率、循環(huán)壽命和成本等。要使電動車能與燃油汽車相競爭， 關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。因為電動汽車與燃油汽車 相比的三個主要制約因數(shù)成本高、續(xù)駛里程短和充電時間長，都與能量存儲技術(shù)沒有突破 性進展直接相關(guān)。目前各國都在加緊研究各類先進的能量存儲技術(shù)，開發(fā)各種高比能量、高 比功率、長循環(huán)使用壽命、價格低廉的動力電池。
目前國內(nèi)動力蓄電池主要存在的問題
1.動力蓄電池安全性能沒有徹底解決；動力蓄電池的安全性問題將影響其市場 命運。對于機械的擠壓、針刺；電的短路、火燒都稱之為濫用安全性，這種安全性是可以預(yù) 測的，可以通過測試進行評估，通過保護措施進行改善。而因為制造瑕疵引起的相關(guān)連接問 題、隔膜損壞、粉塵，以及引起過熱與熱失控稱之為現(xiàn)場安全性，該安全性是不可預(yù)測的，隨 機小概率發(fā)生，無法通過測試進行評估，也不能通過質(zhì)量管理來完全消除，發(fā)生很突然，目 前所有的安全性措施，均不能完全消除理離子蓄電池的現(xiàn)場安全隱患。
2.動力蓄電池一致性有待提高。目前，大多數(shù)蓄電池組在出廠前進行了很好的性 能匹配，但在使用一段時間后，蓄電池組的分散較為嚴(yán)重，一致性變差。在串充串放的管理 電路機制下，蓄電池組的性能將由組成蓄電池組的最差的單體電池的性能決定。單體電池 的一致性不光指的是單體電池出廠時的一致性，更指出的是單體電池在使用全過程中的一 致性，同時要求單體電池的核電態(tài)的保持能力也要盡可能的一致。
3.蓄電池管理系統(tǒng)與動力蓄電池的匹配性。應(yīng)避免由于蓄電池管理系統(tǒng)出現(xiàn)問題 而導(dǎo)致的動力蓄電池安全隱患及蓄電池一致性變差。而蓄電池質(zhì)量的好壞需要從蓄電池自 身生產(chǎn)工藝過程中解決。產(chǎn)品在設(shè)計階段、工藝工程化階段、生產(chǎn)階段、銷售階段、售后服務(wù) 階段出現(xiàn)的故障，通過自定義的企業(yè)內(nèi)部工作流程形成閉環(huán)。蓄電池生產(chǎn)廠家希望能搭建 一個平臺能有效地收集產(chǎn)品各個階段的質(zhì)量信息。這些信息對于電池性能和質(zhì)量的提升十 分關(guān)鍵。而構(gòu)筑電池的物聯(lián)網(wǎng)平臺，為實現(xiàn)這一信息收集平臺提供了可能，物聯(lián)網(wǎng)的英文名 稱叫〃The Internet of things〃，顧名思義，簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是〃物物相連的互聯(lián)網(wǎng)〃。 這有兩層意思第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展 的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。嚴(yán)格 而言，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感 設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化 識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集動力電池運行技術(shù)參數(shù)將有 效提升目前電池性能信息收集的水平。
因此，需要一種遠程監(jiān)控蓄電池的方案，不僅可收集蓄電池的各種狀態(tài)，也能夠分析出蓄電池是否發(fā)生狀態(tài)異常，并采取相應(yīng)措施解除故障，提高蓄電池的安全性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是基于上述問題，提出了一種遠程監(jiān)控蓄電池的方案，不僅可收集蓄電池的各種狀態(tài)，也能夠分析出蓄電池是否發(fā)生狀態(tài)異常，并采取相應(yīng)措施解除故障，提高蓄電池的安全性能。有鑒于此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種電池保護裝置，包括采集單元，采集車輛的電池組的狀態(tài)數(shù)據(jù)；通信單元，將所述狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，以及接收來自所述服務(wù)器的控制指令；回路通斷控制單元，根據(jù)所述控制指令控制所述電池組的充電回路和/或放電回路的通斷。該采集單元可以是溫度傳感器、電壓采樣電路和電流采樣電路、QZ8940芯片等，以采集電池組的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，該電池保護裝置可安裝在車輛中，可在車輛行走時采集數(shù)據(jù)，也可以實時采集數(shù)據(jù)，在采集到電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)后，將該狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，以供服務(wù)器進行分析。服務(wù)器在確定電池組發(fā)生狀態(tài)異常時，可發(fā)送相應(yīng)的控制指令給電池保護裝置，回路通斷控制單元在接收到該控制指令后，對電池組的充電回路或放電回路進行通斷控制，以免出現(xiàn)高溫、過充或過放危險，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控電池組的目的，并在電池組發(fā)生異常狀態(tài)時，及時進行控制，提高了電池組的安全性能。該回路通斷控制單元可以包括繼電器、三極管、MOS晶體管、可控硅。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還可以包括信號處理單元，接收所述狀態(tài)數(shù)據(jù)，對所述狀態(tài)數(shù)據(jù)進行解譯，并將解譯結(jié)果通過所述通信單元發(fā)送至所述服務(wù)器。該信號處理單元可以是PIC16F833單片機，負責(zé)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信，通過該信號處理單元將經(jīng)過解譯后的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，從而實現(xiàn)了服務(wù)器與電池保護裝置的遠程無線通信。在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述信號處理單元還用于將所述狀態(tài)數(shù)據(jù)與狀態(tài)閾值進行比較，在所述狀態(tài)數(shù)據(jù)不處于所述狀態(tài)閾值范圍內(nèi)時，發(fā)送保護指令至所述回路通斷控制單元，以控制電池組的充電回路和/或放電回路的通斷。該信號處理單元除了可以進行數(shù)據(jù)解譯之外，還可以將狀態(tài)數(shù)據(jù)與各狀態(tài)閾值進行比較，例如將電壓值與電壓閾值進行比較，溫度值與溫度閾值進行比較，在電壓值或溫度值高于相應(yīng)的閾值時，就發(fā)送保護指令給回路通斷控制單元，對電池組進行保護。在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還可以包括電池保護單元，獲取所述采集單元采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)送導(dǎo)通指令至所述回路通斷控制單元，和/或在所述信號處理單元判斷出所述狀態(tài)數(shù)據(jù)不處于所述狀態(tài)閾值范圍內(nèi)時，停止向所述回路通斷控制單元發(fā)送所述導(dǎo)通指令。該電池保護單元可以是TexasInstrumengts公司的BQ77PL900芯片，該電池保護單元可以對單節(jié)鋰電進行過充、過放、過流、短路等保護，也與通斷回路控制單元連接，在外部短路或過放電或過充時，停止向回路通斷控制單元發(fā)送導(dǎo)通指令，與信號處理單元一起實現(xiàn)雙重保護，進一步提高蓄電池的安全性能，延長電池壽命。負責(zé)電池安全的保護電路必須采用專用集成的硬件保護電路，抗干擾能力強，保護可靠性高。
在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還可以包括均衡單元，接收所述電池保護單元 分析所述狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，在所述分析結(jié)果為所述電池組中的部分電池的電壓高于其 他電池時，將放電電阻連接至所述部分電池，以降低所述部分電池的電壓。
在電池組內(nèi)單節(jié)電池與其他電池不一致時，可對電池組進行均衡處理，從而確保 動力蓄電池的一致性。
在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括所述電池組中單節(jié)電池的電 壓，所述電池組的充電電流、所述電池組的溫度、容量和/或硫化狀態(tài)。
在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述回路通斷控制單元包括充電晶體管和放電 晶體管，所述充電晶體管設(shè)置于所述充電回路中，所述放電晶體管設(shè)置于所述放電回路中。
在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述通信單元包括串行通信端口和通信模塊，所 述狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)由所述串行通信端口傳輸至所述通信模塊，其中，所述通信模塊包括無線通 信裝置和全球定位器。全球定位器用于獲取車輛的定位數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)由外部通信串口單 總線UART 口傳輸給無線通信裝置，通過該無線通信裝置將狀態(tài)數(shù)據(jù)和車輛的定位信息傳 輸至服務(wù)器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提出了一種服務(wù)器，包括通信裝置，接收來自電池保 護裝置的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元，判斷所述電池狀態(tài)數(shù)據(jù)是否符合預(yù)設(shè)的電池狀態(tài) 的安全條件，在不符合所述安全條件時，確定車輛的電池組發(fā)生故障，通過所述通信裝置向 所述電池保護裝置發(fā)送控制指令。
該服務(wù)器可通過互聯(lián)網(wǎng)或其他移動通信網(wǎng)絡(luò)與安裝在車輛中的電池保護裝置進 行通信，該通信裝置可以是目前的任何一種通信裝置，例如GSM通信模塊、CDMA通信模塊、 全球定位系統(tǒng)等，該數(shù)據(jù)處理單元可以例如單片機、DSP, ARM或是PC主機處理器(如Intel 公司或AMD公司生產(chǎn)的電腦主機處理器)。數(shù)據(jù)處理單元可對收集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析， 在確定電池組的狀態(tài)發(fā)生異常時，發(fā)出控制指令，并通過通信裝置將該控制指令發(fā)送給服 務(wù)器，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控各車輛中的電池組。該服務(wù)器還可以保護顯示器，來顯示監(jiān)測到的各 車輛中蓄電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)，供工程人員分析。
在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還可以包括預(yù)警單元，在所述電池狀態(tài)數(shù)據(jù)不符合 所述安全條件時，以短信、彩信、郵件和/或電話方式通知用戶。當(dāng)車輛的蓄電池發(fā)生故障， 或蓄電池的性能不穩(wěn)定時，可發(fā)出報警信號，同時可將這些狀態(tài)通知用戶，此時電池已出現(xiàn) 安全問題，需要立即進行相關(guān)處理，及時發(fā)現(xiàn)并遏制異常問題。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提出了一種電池管理系統(tǒng)，包括如上述任一技術(shù)方案 中所述的電池保護裝置；以及至少一個如上述任一技術(shù)方案中所述的服務(wù)器。
通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠遠程監(jiān)控車輛中的電池狀態(tài)，能夠根據(jù)電池的狀態(tài) 靈活控制電池保護裝置，及時確定電池的故障狀態(tài)，提高安全性能，延長電池壽命。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池保護裝置的框圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的服務(wù)器的框圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池管理系統(tǒng)的框圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池管理系統(tǒng)的架構(gòu)圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池保護裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的服務(wù)器對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析處理的流程圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的服務(wù)器的架構(gòu)圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開的具體實施例的限制。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池保護裝置的框圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池保護裝置100，包括采集單元102，采集車輛的電池組W的狀態(tài)數(shù)據(jù)；通信單元104，將狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，以及接收來自服務(wù)器的控制指令；回路通斷控制單元106，根據(jù)控制指令控制電池組W的充電回路和/或放電回路的通斷。該采集單元可以是溫度傳感器、電壓采樣電路、電流采樣電路和/或QZ8940芯片等，以采集電池組的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，該電池保護裝置可安裝在車輛中，可在車輛行走時采集數(shù)據(jù)，也可以實時采集數(shù)據(jù)，在采集到電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)后，將該狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，以供服務(wù)器進行分析。服務(wù)器在確定電池組發(fā)生狀態(tài)異常時，可發(fā)送相應(yīng)的控制指令給電池保護裝置，回路通斷控制單元在接收到該控制指令后，對電池組W的充電回路或放電回路進行通斷控制，以免出現(xiàn)高溫、過充或過放危險，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控電池組的目的，并在電池組發(fā)生異常狀態(tài)時，及時進行控制，提高了電池組的安全性能。該回路通斷控制單元可以包括繼電器、三極管、MOS晶體管、可控硅。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還可以包括信號處理單元108，接收狀態(tài)數(shù)據(jù)，對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行解譯，并將解譯結(jié)果通過通信單元發(fā)送至服務(wù)器。該信號處理單元可以是PIC16F833單片機，負責(zé)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信，通過該信號處理單元將經(jīng)過解譯后的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，從而實現(xiàn)了服務(wù)器與電池保護裝置的遠程無線通信。在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，信號處理單元108還用于將狀態(tài)數(shù)據(jù)與狀態(tài)閾值進行比較，在狀態(tài)數(shù)據(jù)不處于狀態(tài)閾值范圍內(nèi)時，發(fā)送保護指令至回路通斷控制單元106，以控制電池組的充電回路和/或放電回路的通斷。該信號處理單元除了可以進行數(shù)據(jù)解譯之外，還可以將狀態(tài)數(shù)據(jù)與各狀態(tài)閾值進行比較，例如將電壓值與電壓閾值進行比較，溫度值與溫度閾值進行比較，在電壓值或溫度值高于相應(yīng)的閾值時，就發(fā)送保護指令給回路通斷控制單元，對電池組進行保護。在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還可以包括電池保護單元110，獲取采集單元采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)送導(dǎo)通指令至回路通斷控制單元106，和/或在信號處理單元108判斷出狀態(tài)數(shù)據(jù)不處于狀態(tài)閾值范圍內(nèi)時，停止向回路通斷控制單元106發(fā)送導(dǎo)通指令。該電池保護單元可以是TexasInstrumengts公司的BQ77PL900芯片，該電池保護單元可以對單節(jié)鋰電進行過充、過放、過流、短路等保護，也與通斷回路控制單元連接，在外 部短路或過放電或過充時，停止向回路通斷控制單元發(fā)送導(dǎo)通指令，與信號處理單元一起 實現(xiàn)雙重保護，進一步提高蓄電池的安全性能，延長電池壽命。負責(zé)電池安全的保護電路必 須采用專用集成的硬件保護電路，抗干擾能力強，保護可靠性高。
在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還可以包括均衡單元112，接收電池保護單元 分析狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，在分析結(jié)果為電池組W中的部分電池的電壓高于其他電池時， 將放電電阻連接至部分電池，以降低部分電池的電壓。
在電池組內(nèi)單節(jié)電池與其他電池不一致時，可對電池組進行均衡處理，從而確保 力蓄電池的一致性。
在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，狀態(tài)數(shù)據(jù)包括電池組W中單節(jié)電池的電壓，電池 組的充電電流、電池組的溫度、容量和/或硫化狀態(tài)。
在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，回路通斷控制單元106包括充電晶體管和放電 晶體管，充電晶體管設(shè)置于充電回路中，放電晶體管設(shè)置于放電回路中。
在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，通信單元102包括串行通信端口和通信模塊，狀 態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)由串行通信端口傳輸至通信模塊，其中，所述通信模塊包括無線通信裝置和全球 定位器。全球定位器用于獲取車輛的定位數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)由外部通信串口單總線UART 口傳 輸給無線通信裝置，通過該無線通信裝置將狀態(tài)數(shù)據(jù)和車輛的定位信息傳輸至服務(wù)器。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的服務(wù)器的框圖。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的服務(wù)器200，包括通信裝置202，接收來自電 池保護裝置100的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元204，判斷電池狀態(tài)數(shù)據(jù)是否符合預(yù)設(shè)的電 池狀態(tài)的安全條件，在不符合該安全條件時，確定車輛的電池組發(fā)生故障，通過所述通信裝 置202向電池保護裝置100發(fā)送控制指令。
該服務(wù)器可通過互聯(lián)網(wǎng)或其他移動通信網(wǎng)絡(luò)與安裝在車輛中的電池保護裝置進 行通信，該通信裝置可以是目前的任何一種通信裝置，例如GSM通信模塊、CDMA通信模塊、 全球定位系統(tǒng)等，該數(shù)據(jù)處理單元可以例如單片機、DSP, ARM或是PC主機處理器(如Intel 公司或AMD公司生產(chǎn)的電腦主機處理器)。數(shù)據(jù)處理單元可對收集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析， 在確定電池組的狀態(tài)發(fā)生異常時，發(fā)出控制指令，并通過通信裝置將該控制指令發(fā)送給服 務(wù)器，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控各車輛中的電池組。該服務(wù)器還可以保護顯示器，來顯示監(jiān)測到的各 車輛中蓄電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)，供工程人員分析。
在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還可以包括預(yù)警單元206，在所述電池狀態(tài)數(shù)據(jù)不 符合所述安全條件時，以短信、彩信、郵件和/或電話方式通知用戶。當(dāng)車輛的蓄電池發(fā)生 故障，或蓄電池的性能不穩(wěn)定時，可發(fā)出報警信號，同時可將這些狀態(tài)通知用戶，此時電池 已出現(xiàn)安全問題，需要立即進行相關(guān)處理，及時發(fā)現(xiàn)并遏制異常問題。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池管理系統(tǒng)的框圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池管理系統(tǒng)300，包括如上述任一技術(shù)方 案中所述的電池保護裝置100 ;以及至少一個如上述任一技術(shù)方案中所述的服務(wù)器200。
通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠遠程監(jiān)控車輛中的電池狀態(tài)，能夠根據(jù)電池的狀態(tài) 靈活控制電池保護裝置，及時確定電池的故障狀態(tài)，提高安全性能，延長電池壽命。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池管理系統(tǒng)的架構(gòu)圖。
如圖4所示，系統(tǒng)主要配合工作單元有蓄電池402 —電池保護裝置420+控制器418 — GSM數(shù)據(jù)傳送處理器404 — GPS衛(wèi)星定位(將定位數(shù)據(jù)和電池狀態(tài)數(shù)據(jù)通過移動SM卡傳輸至服務(wù)器)(由GPS模塊406、內(nèi)置天線408、衛(wèi)星410、基站412共同完成)一因特網(wǎng)—監(jiān)控中心414 —用戶端416。主要由電池保護裝置420采集蓄電池402的數(shù)據(jù)，通過GPS數(shù)據(jù)把數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心414，監(jiān)控中心414將數(shù)據(jù)進行處理，并提供給電池工程師做進一步的數(shù)據(jù)分析，儲存處理數(shù)據(jù)；分析數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)存在異常報警，則監(jiān)控中心414將執(zhí)行處理命令給GPS內(nèi)部的GSM模塊，GSM模塊執(zhí)行命令傳輸給電池保護裝置420或控制器418，切斷蓄電池的外接電源線，并由報警器422進行報警。如果僅僅是電池隱患故障，監(jiān)控中心414將通過短信、彩信或郵件形式發(fā)送信息給用戶，提醒用戶將電池送到售后服務(wù)部進行檢查保養(yǎng)，實現(xiàn)有效的電池時時監(jiān)控保護作用。通過存儲器424保存電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)。需說明的是，GPS接收的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分，其中GPS定位模塊稱為用戶部分，GPS模塊406并不播發(fā)信號，屬于被動定位。通過運算與每個衛(wèi)星的距離，采用距離交會法得出接收機的經(jīng)度、緯度、高度和時間修正量這四個參數(shù)。天線接收的衛(wèi)星信號放大后給GPS解碼系統(tǒng)進行解碼分析，對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處理的功能，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。下面結(jié)合圖5對圖4中的電池保護裝置420進行詳細介紹。電池保護裝置420主要包括均衡單元502、PIC16F833芯片、QZ8940信號芯片、信號處理模塊(BQ77PL900芯片)、外部通訊508及回路通斷控制模塊(放電M0S504、充電M0S506)。該系統(tǒng)采用硬件保護和軟件采集兩條線路同時進行1、電池硬件保護采用專用的鋰電池保護芯片TexasInstruments公司的BQ77PL900芯片設(shè)計，該芯片可以對單節(jié)鋰電(電池組由13串單節(jié)鋰電構(gòu)成)進行過充、過放、過流、短路等保護；同時集成了硬件被動均衡功能，通過均衡單元502可以根據(jù)電池組內(nèi)單節(jié)不一致來采用電阻分流進行均衡；主回路采用功率MOS開關(guān)來控制電池組輸出的通斷；充電M0S506為充電過充切斷保護MOS管集成電路；放電M0S504為外部短路或過放電切斷保護MOS管集成電路；B-至放電MOS管之間有取樣電阻，檢測放電電流，來實現(xiàn)過電流檢測保護和短路檢測保護。2、電池軟件數(shù)據(jù)采集是通過0Z8940芯片來采集單節(jié)電池的電壓，并將采集的單節(jié)電壓信號傳輸給中央數(shù)據(jù)處理單元；同時電流采樣和溫度采樣得到的數(shù)據(jù)同樣傳給中央數(shù)據(jù)處理單元來進行數(shù)據(jù)輸出與數(shù)據(jù)上傳；中央數(shù)據(jù)處理單元核心部件是負載數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信的MCU芯片PIC16F833單片機；經(jīng)過數(shù)據(jù)運算綜合處理，判斷是否進行充電與放電保護，在是時，將執(zhí)行命令傳給放電M0S504與充電M0S506，MOS管可關(guān)斷充電或放電電路，電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)再由外部通訊508(串口單總線UART 口)將數(shù)據(jù)傳給無線通信裝置510，無線通信裝置510將該狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心512中的上位機服務(wù)器，上位機服務(wù)器進行數(shù)據(jù)監(jiān)控與管理運算，以實現(xiàn)對鋰電池的保護與管理。在監(jiān)控中心512根據(jù)電池狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷蓄電池發(fā)送異常時，可將控制命令通過上傳回路發(fā)送至GPS數(shù)據(jù)傳感器510，并通過PIC16F833單片機控制充電M0S506和放電M0SS504的通斷。
系統(tǒng)采用軟件與硬件相結(jié)合的設(shè)計思想，全面考慮了硬件和軟件各自缺點，并進 行相互彌補；負責(zé)電池安全保護部分必須采用專用集成的硬件保護電路，其抗干擾能力強， 保護可靠性高；負責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)上傳的必須以MCU單片機為核心，進行軟件 處理，軟件處理靈活性遠高于硬件電路；軟硬件兩條線路互不干擾，又互相聯(lián)系，達到了智 能可靠的目的。
下面結(jié)合圖6來說明服務(wù)器的處理流程。
電池保護裝置采集的電池的電壓、電流、溫度、容量等數(shù)據(jù)，通過GSM模塊無線發(fā) 射到上位機服務(wù)器中，上位服務(wù)器會對這些數(shù)據(jù)進行解析、分析及處理。通過對數(shù)據(jù)的分 析，可以有效地發(fā)現(xiàn)電池異常問題，提前告知用戶，可以避免異常及安全問題。
在步驟602，服務(wù)器接收電池保護裝置上傳的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)。在步驟604，判斷是 否對該狀態(tài)數(shù)據(jù)進行運算處理，若否，則結(jié)束該流程，若是，則進入步驟606。在步驟606，基 于狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷蓄電池的故障狀態(tài)。在步驟608根據(jù)判斷結(jié)果確定故障狀態(tài)的分類。在 步驟610，故障狀態(tài)大致分為兩類，一類例如是移動報警、超載報警、超速報警、高溫報警、欠 壓報警、非法打開電門鎖報警、故障報警，另一類例如是過充報警、過放報警、失水報警、硫 化報警、短路報警、斷格報警、失衡報警。檢測故障是否解除，如果是，則進入步驟612，否則 繼續(xù)判斷故障的類別。需說明的是，在出現(xiàn)故障時，服務(wù)器可根據(jù)故障類型生成相應(yīng)的控制 指令，并將控制指令發(fā)送至電池保護裝置，電池保護裝置在接收到相應(yīng)的控制指令后執(zhí)行 相應(yīng)動作并進行報警，實現(xiàn)遠程保護蓄電池的目的，避免危險發(fā)生。其次，當(dāng)出現(xiàn)故障或異 常時，可通過短信、電話等方式提醒用戶。
在步驟612，故障解除后電池保護裝置進入休眠狀態(tài)。
在步驟614，根據(jù)外部觸發(fā)信號確定是否要喚醒電池保護裝置，例如若預(yù)設(shè)按鍵被 按下，表明要喚醒電池保護裝置，則進入步驟616，若預(yù)設(shè)按鍵未被按下，則結(jié)束該流程。在 步驟616，進行故障顯示，繼續(xù)根據(jù)電池狀態(tài)數(shù)據(jù)進行故障分析確認。
從上述處理過程中可看出服務(wù)器主要有以下幾個功能
1.電池數(shù)據(jù)分析
根據(jù)電池單節(jié)電壓信號，采用方差技術(shù)，服務(wù)器在后臺可以對該信號進行分析，得 出電池單節(jié)之間的一致性問題，及對電池容量和安全性的影響，從而可以提前預(yù)知該電池 異常發(fā)生情況。
2.電池異常使用提醒
當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池組整組電壓過低時，即整組被過放，系統(tǒng)會自動以短信方式來提醒用 戶及時給電池組充電，以免電池組被深放電而影響電池整體使用性能；當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池組整組 被過充時，系統(tǒng)會自動以短信方式提醒用戶去維修點檢修充電器是否異常，以免經(jīng)常使用 異常充電器會導(dǎo)致電池安全事故。
3.電池故障處理
根據(jù)電池保護裝置采集并上傳到服務(wù)器上的各種數(shù)據(jù)，后臺服務(wù)器會根據(jù)設(shè)定好 的算法及安全門限，自動來分析和判斷電池當(dāng)前狀態(tài)是否處于安全邊緣；如果出現(xiàn)電池異 常，系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警信息，并以短信方式來提醒用戶及時到維修點進行檢修電池，以免 電池會進一步惡化而產(chǎn)生安全性問題；當(dāng)出現(xiàn)進一步嚴(yán)重問題時，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，必 須以電話形式緊急通知用戶，此時電池已出現(xiàn)安全問題，需要立即進行相關(guān)處理。
根據(jù)上面對數(shù)據(jù)進行的分析及處理過程，可以在電池出現(xiàn)異常時及出現(xiàn)安全性問題之前，及時遏制異常問題的進一步惡化，可以將目前鋰電池最為重要的安全問題擋在外面，使得電池安全不在是問題；為今后鋰電在電動自行車甚至在電動汽車上的發(fā)展提供了技術(shù)支持及安全保障。接下來結(jié)合圖7來說明根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控中心的系統(tǒng)架構(gòu)。如圖7所示，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)平臺采用多層次服務(wù)構(gòu)架，設(shè)計為B/S和C/S混合架構(gòu)。中心服務(wù)器的邏輯功能進行模塊化設(shè)計，并對內(nèi)部數(shù)據(jù)流進行了優(yōu)化，基于IP互連技術(shù)，組成多級系統(tǒng)可以靈活構(gòu)成大容量系統(tǒng)及中小規(guī)模系統(tǒng)將服務(wù)器，系統(tǒng)設(shè)計容量100萬臺，可根據(jù)實際項目需求進行調(diào)整。按功能層次分為終端服務(wù)器712負責(zé)終端數(shù)據(jù)采集，業(yè)務(wù)服務(wù)器710負責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理，管理服務(wù)器708負責(zé)交互接口。1.終端接入層終端服務(wù)器712從車載GPS終端收集車輛信息包括GPS定位數(shù)據(jù)、電池狀態(tài)數(shù)據(jù)、服務(wù)請求等，并將這些數(shù)據(jù)提供給業(yè)務(wù)服務(wù)層的業(yè)務(wù)服務(wù)器710處理。2.業(yè)務(wù)服務(wù)層業(yè)務(wù)服務(wù)器710根據(jù)不同業(yè)務(wù)將采集上來的數(shù)據(jù)進行處理形成有效數(shù)據(jù)提供給交互接口層，實現(xiàn)車輛(例如，車輛A和車輛B)數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)控，車輛調(diào)度管理以及車輛安全監(jiān)控等。3.交互接口層管理服務(wù)器708監(jiān)控客戶端操作，并為接入其它平臺(第三方平臺702和終端704)提供接口，保證其兼容性。同時具備強大的二次開發(fā)功能和靈活的組建能力，方便業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。用戶定位信息涉及用戶隱私，而電池數(shù)據(jù)是本發(fā)明的重要信息，因此需要要采用技術(shù)手段保障網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全。例如在網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)置防火墻706，終端采用在指定地址簽權(quán)獲取準(zhǔn)入信息后再接入系統(tǒng)的方式安全接入，非授權(quán)終端不能接入系統(tǒng)。為防止數(shù)據(jù)丟失采取以下措施1.數(shù)據(jù)傳輸時采用應(yīng)答模式，保證每幀數(shù)據(jù)都安全到達服務(wù)器并被存儲。2.定時備份數(shù)據(jù)，保證在數(shù)據(jù)損壞時可被恢復(fù)。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)對車輛的運行數(shù)據(jù)的檢測與分析判定，檢測車輛及電池的運行狀態(tài)良好性，對車輛的維護與保養(yǎng)做提示與提醒功能，實現(xiàn)真正的智能化服務(wù)。建立智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理服務(wù)，對所銷售的車輛實行全自動監(jiān)控管理，智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管與安全監(jiān)控為車輛的技術(shù)創(chuàng)新提供強大的樣本數(shù)據(jù)支撐，使電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)控成為可能，對車輛的運行故障進行統(tǒng)計分析，總結(jié)故障現(xiàn)象，有針對性地去解決問題，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量，同時能夠延長電池使用壽命，降低能源消耗，為城市智能交通提供信息數(shù)據(jù)，為提高城市治安水平提供技術(shù)解決手段，具有極高的社會效益。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電池保護裝置，其特征在于，包括 采集單元，采集車輛的電池組的狀態(tài)數(shù)據(jù)； 通信單元，將所述狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，以及接收來自所述服務(wù)器的控制指令； 回路通斷控制單元，根據(jù)所述控制指令控制所述電池組的充電回路和/或放電回路的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池保護裝置，其特征在于，還包括 信號處理單元，接收所述狀態(tài)數(shù)據(jù)，對所述狀態(tài)數(shù)據(jù)進行解譯，并將解譯結(jié)果通過所述通信單元發(fā)送至所述服務(wù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池保護裝置，其特征在于，所述信號處理單元還用于將所述狀態(tài)數(shù)據(jù)與狀態(tài)閾值進行比較，在所述狀態(tài)數(shù)據(jù)不處于所述狀態(tài)閾值范圍內(nèi)時，發(fā)送保護指令至所述回路通斷控制單元，以控制電池組的充電回路和/或放電回路的通斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池保護裝置，其特征在于，還包括 電池保護單元，獲取所述采集單元采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)送導(dǎo)通指令至所述回路通斷控制單元，和/或在所述信號處理單元判斷出所述狀態(tài)數(shù)據(jù)不處于所述狀態(tài)閾值范圍內(nèi)時，停止向所述回路通斷控制單元發(fā)送所述導(dǎo)通指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池保護裝置，其特征在于，還包括 均衡單元，接收所述電池保護單元分析所述狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，在所述分析結(jié)果為所述電池組中的部分電池的電壓高于其他電池時，將放電電阻連接至所述部分電池，以降低所述部分電池的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電池保護裝置，其特征在于，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括所述電池組中單節(jié)電池的電壓,所述電池組的充電電流、所述電池組的溫度、容量和/或硫化狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電池保護裝置，其特征在于，所述回路通斷控制單元包括充電晶體管和放電晶體管，所述充電晶體管設(shè)置于所述充電回路中，所述放電晶體管設(shè)置于所述放電回路中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電池保護裝置，其特征在于，所述通信單元包括串行通信端口和通信模塊，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)由所述串行通信端口傳輸至所述通信模塊，其中，所述通信模塊包括無線通信裝置和全球定位器。
9.一種服務(wù)器，其特征在于，包括 通信裝置，接收來自電池保護裝置的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)處理單元，判斷所述電池狀態(tài)數(shù)據(jù)是否符合預(yù)設(shè)的電池狀態(tài)的安全條件，在不符合所述安全條件時，確定車輛的電池組發(fā)生故障，通過所述通信裝置向所述電池保護裝置發(fā)送控制指令。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的服務(wù)器，其特征在于，還包括 預(yù)警單元，在所述電池狀態(tài)數(shù)據(jù)不符合所述安全條件時，以短信、彩信、郵件和/或電話方式通知用戶。
11.一種電池管理系統(tǒng),其特征在于,包括 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的電池保護裝置；以及 至少一個如權(quán)利要求9或10所述的服務(wù)器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池保護裝置、服務(wù)器和電池管理系統(tǒng)，其中電池保護裝置包括采集單元，采集車輛的電池組的狀態(tài)數(shù)據(jù)；通信單元，將所述狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，以及接收來自所述服務(wù)器的控制指令；回路通斷控制單元，根據(jù)所述控制指令控制所述電池組的充電回路和/或放電回路的通斷。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠遠程監(jiān)控車輛中的電池狀態(tài)，能夠根據(jù)電池的狀態(tài)靈活控制電池保護裝置，及時確定電池的故障狀態(tài)，提高安全性能，延長電池壽命。
文檔編號H02H7/18GK103066570SQ201310020309
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者倪捷, 陳文勝, 盛剛祥, 張芳勇, 周湛晨, 葉孝 申請人:浙江綠源電動車有限公司