一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，包括一個電池控制單元和兩個以上的可擴展的電池管理單元，每個所述電池管理單元對兩組以上電池組進行均衡充放電管理，并定時采集對應電池組的狀態(tài)參數，電池管理單元通過CAN總線將電池組的狀態(tài)參數發(fā)送至電池控制單元；電池控制單元測量電池組的總電流信息，電池控制單元根據各個電池管理單元的電池組的狀態(tài)參數和測量的電池組的總電流信息形成電池系統(tǒng)的剩余電量和健康狀態(tài)信息，電池控制單元將電池系統(tǒng)的剩余電量和健康狀態(tài)信息通過CAN總線傳遞至車輛上設有的整車電子控制單元。本實用新型的結構簡潔，嚴格控制充放電過程，避免過充、過放、過熱，且擴充方便。
【專利說明】
一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及汽車電池領域，尤其涉及一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]電動汽車和混合動力汽車都使用電池作為動力系統(tǒng)，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。電動汽車復雜的應用背景，要求動力電池具備比能量大、循環(huán)壽命長、安全可靠和無污染等特點，以確保電動汽車的正常運行。
[0003]雖然鋰離子電池有諸多好處，但其缺點是“嬌氣”，一次過放電就會造成電池的永久性損壞。極端情況下，鋰電池過熱或者過充電會導致熱失控、電池破裂甚至爆炸。因此鋰離子電池需要電池管理系統(tǒng)BMS(Battery Management System)來嚴格控制充放電過程，避免過充、過放、過熱。
[0004]在電動汽車應用領域，動力鋰電池組通常又數百節(jié)甚至幾千節(jié)單體電池串聯組成，同時電動汽車運行工況惡劣干擾嚴重，在實際使用中需通過電池管理系統(tǒng)對動力電池組進行實時參數估計、管理和控制來保障應用的安全并延長其使用壽命。為保證電池使用的安全性，在提高電池本身材料性能及加強工藝控制的同時，動力電池管理系統(tǒng)也成為鋰離子電池應用研究的重中之重。申請?zhí)枮镃N201320610856的實用新型專利涉及一種電動汽車電池能量管理系統(tǒng)，其電池檢測與管理主要通過CAN總線的方式分別與單體電池進行連接，連線較為繁瑣，不便擴展；申請?zhí)枮镃N201010592802的發(fā)明專利所述檢測模塊包括電流檢測、溫度檢測和電壓檢測，它們均分別與控制芯片和單節(jié)動力電池連接，存在同樣的問題。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構簡潔、擴充方便的一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)。
[0006]本實用新型采用的技術方案是:
[0007]—種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，其包括一個電池控制單元和兩個以上的可擴展的電池管理單元，每個所述電池管理單元對兩組以上電池組進行均衡充放電管理，并定時采集對應電池組的狀態(tài)參數，電池管理單元通過CAN總線將電池組的狀態(tài)參數發(fā)送至電池控制單元；電池控制單元測量電池組的總電流信息，電池控制單元根據各個電池管理單元的電池組的狀態(tài)參數和測量的電池組的總電流信息形成電池系統(tǒng)的剩余電量和健康狀態(tài)信息，電池控制單元將電池系統(tǒng)的剩余電量和健康狀態(tài)信息通過CAN總線傳遞至車輛上設有的整車電子控制單元。
[0008]每組所述電池組包括6節(jié)串聯的電池。
[0009]所述狀態(tài)參數包括電池的電壓和溫度。
[0010]兩個以上的可擴展的電池管理單元采用級聯連接。
[0011]所述電池控制單元包括16位汽車級主控芯片、第一CAN收發(fā)模塊、電池組總電流檢測單元，所述16位汽車級主控芯片的輸入端分別連接第一 CAN收發(fā)模塊和電池組總電流檢測單元，16位汽車級主控芯片通過第一CAN收發(fā)模塊連接CAN總線，電池組總電流檢測單元的檢測電池組的總電流信息。
[0012]所述電池管理單元包括8位汽車級主控芯片、第二CAN收發(fā)模塊、開關電源管理芯片、電源隔離芯片、SPI隔離芯片和兩片以上的電池管理芯片；兩片以上的電池管理芯片串行連接后通過SPI隔離芯片連接8位汽車級主控芯片，所述8位汽車級主控芯片連接第二 CAN收發(fā)模塊，并通過第二 CAN收發(fā)模塊連接CAN總線，車載電源連接開關電源管理芯片的輸入端，開關電源管理芯片的輸出端通過電源隔離芯片為所述電池管理單元供電。
[0013]兩片以上的電池管理芯片采用菊花鏈串行連接。
[0014]本實用新型采用以上技術方案，電池控制單元與電池管理單元通過CAN總線連接；每個電池管理單元可同時監(jiān)控12節(jié)電池的電壓、溫度等狀態(tài)參數，并將相應的狀態(tài)參數通過CAN總線傳送給電池控制單元，同時根據實際情況對電池進行充放電均衡管理，嚴格控制充放電過程，避免過充、過放、過熱；電池控制單元接收來自電池管理單元的信息，電池控制單元并測量的總線電流信息，電池控制單元分析并預測電池的剩余電量和健康狀態(tài)，并通過CAN總線，將電池的剩余電量和健康狀態(tài)傳遞給整車電子控制單元(ECU)。本實用新型的結構簡潔，擴充方便。
【附圖說明】
[0015]以下結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明；
[0016]圖1為本實用新型一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)的結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)的電池控制單元的結構示意圖；
[0018]圖3為本實用新型一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)的電池管理單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1-3之一所示，本實用新型包括一個電池控制單元和兩個以上的可擴展的電池管理單元，每個所述電池管理單元對兩組以上電池組進行均衡充放電管理，并定時采集對應電池組的狀態(tài)參數，電池管理單元通過CAN總線將電池組的狀態(tài)參數發(fā)送至電池控制單元；電池控制單元測量電池組的總電流信息，電池控制單元根據各個電池管理單元的電池組的狀態(tài)參數和測量的電池組的總電流信息形成電池系統(tǒng)的剩余電量和健康狀態(tài)信息，電池控制單元將電池系統(tǒng)的剩余電量和健康狀態(tài)信息通過CAN總線傳遞至車輛上設有的整車電子控制單元。
[0020]每組所述電池組包括6節(jié)串聯的電池。
[0021]所述狀態(tài)參數包括電池的電壓和溫度。
[0022]兩個以上的可擴展的電池管理單元采用級聯連接。
[0023]所述電池控制單元(B⑶)包括16位汽車級主控芯片、第一 CAN收發(fā)模塊、電池組總電流檢測單元，所述16位汽車級主控芯片的輸入端分別連接第一 CAN收發(fā)模塊和電池組總電流檢測單元，16位汽車級主控芯片通過第一 CAN收發(fā)模塊連接CAN總線，電池組總電流檢測單元檢測所述電池組的輸出總線上的電池組的總電流信息。
[0024]所述電池管理單元包括8位汽車級主控芯片、第二CAN收發(fā)模塊、開關電源管理芯片、電源隔離芯片、SPI隔離芯片和兩片以上的電池管理芯片；兩片以上的電池管理芯片串行連接后通過SPI隔離芯片連接8位汽車級主控芯片，所述8位汽車級主控芯片連接第二 CAN收發(fā)模塊，并通過第二 CAN收發(fā)模塊連接CAN總線，車載電源連接開關電源管理芯片的輸入端，開關電源管理芯片的輸出端通過電源隔離芯片為所述電池管理單元供電。
[0025]兩片以上的電池管理芯片采用菊花鏈串行連接。
[0026]具體地，電池管理芯片采用BQ76PL536芯片，SPI隔離芯片采用的是AdumHOl，8位汽車級芯片采用的是FreeScale的8位汽車級芯片，第二 CAN收發(fā)模塊是TJA1050的CAN收發(fā)模塊，開關電源管理芯片采用MP1584芯片。
[0027]為了進一步理解本實用新型，結合圖1、圖2和圖3對本實用新型的運行工作過程進行具體描述。
[0028]一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)由一個電池控制單元(B⑶)與N個電池管理單元(BMU)組成，電池控制單元只有一個，電池管理單元根據需要進行擴充;每個電池管理單元均有唯一的ID號或者CAN總線標示符，該ID號或者CAN總線標示符可由上位機進行配置;每個電池管理單元內含兩片電池管理芯片，每片電池管理芯片可同時監(jiān)控一個包括6節(jié)電池的電池組的相關參數信息。
[0029]本實用新型的電池管理單元的工作流程如下:
[0030]A.電池控制單元BCU通過CAN總線發(fā)送查詢命令，電池管理單元BMU根據ID號進行過濾識別，如果是對本模塊進行查詢，則轉B;否則電池管理單元BMU定時采集電池的電壓、溫度等信息，并根據實際情況進行充放電均衡。
[0031]B.電池管理單元BMU通過CAN總線將電壓、溫度等信息發(fā)送給B⑶；
[0032]C.電池管理單元BMU在以上兩個步驟循環(huán)。
[0033]本實用新型的整個系統(tǒng)工作流程如下:
[0034]A.電池控制單元B⑶定時采集總線電流及總電壓信息等；
[0035]B.電池控制單元BCU通過CAN總線發(fā)送查詢指令，符合條件的電池管理單元將監(jiān)測到的12節(jié)電池電壓、溫度等信息通過CAN總線發(fā)送給電池控制單元BCU;
[0036]C.電池控制單元BCU通過CAN總線遍歷所有的電池管理單元，同時通過電池組總電流檢測單元的檢測電池組的總電流信息；
[0037]D.電池控制單元BCU根據得到的所有電池信息及總線電流，通過算法預測電池組的剩余電量及健康狀態(tài)；
[0038]E.電池控制單元B⑶將預測的剩余電量及健康狀態(tài)通過CAN總線發(fā)送給整車電子控制單元E⑶；
[0039]F.電池控制單元B⑶在以上5個步驟循環(huán)。
[0040]本實用新型采用以上技術方案，電池控制單元與電池管理單元通過CAN總線連接；每個電池管理單元可同時監(jiān)控12節(jié)電池的電壓、溫度等狀態(tài)參數，并將相應的狀態(tài)參數通過CAN總線傳送給電池控制單元，同時根據實際情況對電池進行充放電均衡管理，嚴格控制充放電過程，避免過充、過放、過熱；電池控制單元接收來自電池管理單元的信息，電池控制單元并測量的總線電流信息，電池控制單元分析并預測電池的剩余電量和健康狀態(tài)，并通過CAN總線，將電池的剩余電量和健康狀態(tài)傳遞給整車電子控制單元(ECU)。本實用新型的結構簡潔，擴充方便。
[0041]以上是本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本實用新型技術方案的范圍時，均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:其包括一個電池控制單元和兩個以上的可擴展的電池管理單元，每個所述電池管理單元對兩組以上電池組進行均衡充放電管理，并定時采集對應電池組的狀態(tài)參數，電池管理單元通過CAN總線將電池組的狀態(tài)參數發(fā)送至電池控制單元；電池控制單元測量電池組的總電流信息，電池控制單元根據各個電池管理單元的電池組的狀態(tài)參數和測量的電池組總電流信息形成電池系統(tǒng)的剩余電量和健康狀態(tài)信息，電池控制單元將電池系統(tǒng)的剩余電量和健康狀態(tài)信息通過CAN總線傳遞至車輛上設有的整車電子控制單元。2.根據權利要求1所述的一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:每組所述電池組包括6節(jié)串聯的電池。3.根據權利要求1所述的一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述狀態(tài)參數包括電池的電壓和溫度。4.根據權利要求1所述的一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:兩個以上的可擴展的電池管理單元采用級聯連接。5.根據權利要求1所述的一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池控制單元包括16位汽車級主控芯片、第一 CAN收發(fā)模塊、電池組總電流檢測單元，所述16位汽車級主控芯片的輸入端分別連接第一 CAN收發(fā)模塊和電池組總電流檢測單元，16位汽車級主控芯片通過第一CAN收發(fā)模塊連接CAN總線，電池組總電流檢測單元檢測電池組的總電流信息。6.根據權利要求1所述的一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池管理單元包括8位汽車級主控芯片、第二 CAN收發(fā)模塊、開關電源管理芯片、電源隔離芯片、SPI隔離芯片和兩片以上的電池管理芯片;兩片以上的電池管理芯片串行連接后通過SPI隔離芯片連接8位汽車級主控芯片，所述8位汽車級主控芯片連接第二CAN收發(fā)模塊，并通過第二 CAN收發(fā)模塊連接CAN總線，車載電源連接開關電源管理芯片的輸入端，開關電源管理芯片的輸出端通過電源隔離芯片為所述電池管理單元供電。7.根據權利要求6所述的一種一主多從可擴展式動力鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:兩片以上的電池管理芯片采用菊花鏈串行連接。
【文檔編號】H02J7/00GK205489698SQ201620245436
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】何志杰, 樂仁昌, 盧宇, 吳進營, 陳清華, 陳曦
【申請人】福建師范大學