一种电动汽车用串联锂电池管理系统及其管理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锂电池电源管理技术领域，特别涉及一种电动汽车用串联锂电池 管理系统及其管理方法。
【背景技术】
[0002] 单体电池串联使用能够提高电池组的输出电压，并联使用能够获得更大的电池容 量。在电动汽车用动力电池组中，提高电池组输出电压能够提升系统效率，从而降低电动汽 车的总成本。因为单体电池的电压低并且容量有限，因此，通过采用若干单体电池串并联从 而得到高电压大容量电池组的方法在汽车用动力电池中普遍采用。单体电池的状态好坏和 寿命长短影响整车能的优劣。在电动汽车的动力电池使用过程中，单体电池不均衡是影响 电池组工作的重要因素，因此对电池组进行均衡控制是十分必要的。
[0003] 中国专利101814754A公开一种锂电池组电源管理系统，采用两路控制模式，对充 电管和放电场管进行控制，能够增加系统的稳定性和控制精度。
[0004] 中国专利201110421975. 8公开了一种锂电池充电电源管理方法和系统，可根据 输入电源上电时检测的锂电池电压确定是否充电，当充电超出电池额定电压的10%时停止 充电，并提供一种充电系统，可以避免因锂电池被频繁充电和长期处于满容量状态而影响 电池的寿命。
[0005] 中国专利201110335313. 9公开一种电动汽车锂电池组管理系统，也是采用主控 单元加底层控制单元的形式，其专利内容更倾向于对单体电池的检测电路设计和均衡充电 控制。
[0006]在已有的电池管理系统中，大多的发明是针对于单体电池的电压、电流检测技术 和整个电池组的均衡充放电技术。缺少对电池寿命的估计和预测的研宄；缺少对为电池管 理系统各部分供电电源的控制研宄；缺少对整个电池组中所有单体电池的匹配程度的研 宄。
[0007]本发明的目的是为填补上述现有技术的空白，提供一种电动汽车用串联锂电池管 理系统及其管理方法。
【发明内容】
[0008]本发明需要解决的技术问题是电动车用串联锂电池管理系统，S卩：提供一种主从 结构皆基于飞思卡尔单片机的控制系统，能够在对单体电池电压、电流、温度精确测量的基 础上实现对单体电池容量的较精确估计，从而实现电池的均衡充放电控制；在基于硬件精 确测量的基础上，软件系统能够计算整个电池组中单体电池的匹配程度并估计电池的使用 寿命。
[0009]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电动汽车用串联锂电池管理 系统，包括主控制器模块、8个电池组控制模块、电池电压检测模块、电池电流检测模块、温 控模块、显示模块、报警模块、电源模块和电源控制模块。
[0010] 所述的电动汽车用串联锂电池管理系统适用对象的最大范围是88节单体锂电池 串联组成的电池系统，其中88节单体锂电池组成8个锂电池组，每个锂电池组由11节单体 电池串联组成。
[0011] 进一步地，所述的主控制器模块带有CAN接口，与8个电池组控制模块通过功能 CAN通信引脚相互连接，实现多个控制器的数据交换。
[0012] 进一步地，所述的主控制器模块与显示模块通过功能引脚相互连接，在电动车运 行状态和电池系统充放电状态下，可以将整个电池系统的核电状态及每个单体电池的充电 状态显示在屏幕上，用户可以通过屏幕查询电池的匹配程度和电池的使用寿命情况。
[0013] 进一步地，所述的主控制器模块的PTD引脚与温控模块的功能引脚相互连接，实 时启动风冷装置，实现控制电池在充放电过程中因发热导致温度过高而出现的危险情况。
[0014] 进一步地，所述的主控制器模块与报警模块通过功能引脚相互连接，实现在短路、 电池寿命极限和电池充放电时出现的特殊情况的报警功能，本发明中采用声光报警的形 式。
[0015] 进一步地，所述的主控制器模块与电源模块通过功能引脚相互连接，实现为主控 制器模块及其它附属电路供电的功能，供电电源由电池组或车带蓄电池提供，具体切换和 控制方式由电源控制模块实现。
[0016] 进一步地，所述的主控制器模块与电源控制模块通过功能引脚相互连接，电源控 制模块通过切换电路实现在电池组和车带蓄电池之间的选择功能，并通过逻辑电路实现在 停车状态下对主控制器模块的不间断唤醒功能。
[0017] 进一步地，所述的电源控制模块通过继电器开关与电源模块通过引脚相互连接， 实现对电源模块的切换和开关功能。
[0018] 进一步地，所述的每个电池组控制模块包括电池组控制器、切换模块、充放电模 块、单体电池温度检测模块、单体电池电压检测模块、电池组电流检测模块和通信模块。
[0019] 进一步地，所述的电池组控制器与切换模块通过功能引脚相互连接，通过继电器 矩阵和光耦实现对单个电池的充放电选择功能。
[0020] 进一步地，所述的电池组控制器分别与单体电池温度检测模块、单体电池电压检 测模块和电池组电流检测模块通过功能引脚与采样模块相互连接，实现对单体电池温度和 电压的测量采样及电池组电流的检测采样功能，为估算电池容量提供可靠的数据基础，确 保电池充放电过程安全、准确。
[0021] 进一步地，所述的电池组控制器与充放电模块通过引脚相互连接，实现在对单体 电池充放电过程中的开关功能。
[0022] 进一步地，所述的电池组控制器与通信模块通过引脚相互连接，完成与主控制器 模块的CAN总线通信功能。
[0023] 进一步地，所述的切换模块、单体电池电压检测模块和充放电模块分别与本组的 每个单体电池的正负极通过导线相互连接。
[0024] 进一步地，所述的电源控制模块由电源切换模块、逻辑电路、12-12DC/DC模块A、 12-12DC/DC模块B、12-5C/DC模块A、12-5DC/DC模块B、12-5DC/DC模块C、12-5DC/DC模块 D组成。
[0025] 进一步地，所述的电源切换模块分别与车载蓄电池、电池包及12-12DC/DC模块A、 12-12DC/DC模块B、12-5C/DC模块A、12-5DC/DC模块B相连接，并在主控制器模块控制信号CRLl的作用下为各电池组控制模块各产生两类12V和5V的电压。
[0026] 进一步地，所述的12-5DC/DC模块C、12-5DC/DC模块D与车载蓄电池通过导线相 接，并在逻辑电路产生的控制信号作用下为主控制模块产生两类5V的电压。
[0027] 进一步地，所述逻辑电路在主控制器模块控制信号CRL2、CRL3和CRL4的作用下， 产生逻辑控制信号CRL5、CRL6、CRL7和CRL8,其中CRL5、CRL6分别用于主控制器模块和与 其相连的数据存贮器的唤醒功能，CRL7和CRL8分别用于两类5V电压的逻辑控制。
【附图说明】
[0028] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0029] 图1为本发明提出的电动汽车用串联锂电池管理系统总体结构框图。
[0030] 图2为本发明提出的电池组控制模块的结构框图。
[0031] 图3为本发明提出的电源控制模块的结构框图。
[0032] 图4为本发明提出的电池管理系统的主体流程图。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034] 图1为电动汽车用串联锂电池管理系统总体结构框图，它包括主控制器模块、8个 电池组控制模块、电池电压检测模块、电池电流检测模块、数据存贮模块、温控模块、显示模 块、报警模块、电源模块和电源控制模块。
[0035] 当电动汽车车点火后，主控制器模块通过电源控制模块切换至电池包并打开电源 模块给各电池组控制模块供电；通过电池电压检测模块和电池电流检测模块按照一定的采 样周期采集整个电池包的电压值和放电电流，如果电池包电压降至额定电压以下，则通过 报警模块发出声光报警，同时在显示模块的LCD屏幕上显示相关的信息；同时，主控制器模 块通过CAN总线和8个电池组控制模块进行实时通信，接收每个单体电池的端电压、放电电 流、温度信号，并将所有接收的数据存贮在数据存贮模块中，实时进行SOC估算，为电池均 衡充放电模块提供控制基础，同时控制器根据这三类历史数据进行电池匹配度分析和电池 使用寿命估算；当通过CAN总线接收的各单体电池温度值超过设定值时，主控制器模块将 触发温控模块启动风冷设备；如果通过CAN总线接收的各单体电池的电压或放电电流值出 现异常，则通过报警模块发出声光报警，并LCD屏幕上显示相关信息，所有的异常信息代码 将保存在数据存贮器模块中。
[0036] 当电动汽车熄火后，主控制器模块根据存贮的历史数据确定是否需要给容量少于 设定值的单体电池充电。如果需要充电，则通过电源控制模块切换至车载蓄电池以给各电 池组控制模块供电并进行小范围的均衡充电，并存贮电压、电流、充电时间等信息；如果不 需均衡充电，则切断各电池组控制模块电源，主控制器模块进入定时唤醒模式。
[0037] 图2为电池组控制模块结构框图，它包括电池组控制器、采样模块、切换模块、充 放电模块、单体电池温度检测模块、单体电池电压检测模块、电池组电流检测模块和通信模 块。
[0038] 主控制器模块给电池组控制模块上电，系统初始化后，通过单体电池温度检测、单 体电池电压检测模块、电池组电流检测模块实时测量11个单体电池的温度、电压、充放电 电流值，电池组控制器然后通过采样模块分时采集所述的测量值，并通过通信模块以CAN 总线形式发送给主控制器模块；电池组控制器收到主控制器模块的充放电指令后，通过控 制切换模块中的继电器矩阵选择需要充放电的单体电池，并开启充放电模块功能为单体电 池进行均衡充放电。
[0039] 图3为电源控制模块的结构框图，包括电源切换模块、逻辑电路、12-12DC/DC模块 A、12-12DC/DC模块B、12-5C/DC模块A、12-5DC/DC模块B、12-5DC/DC模块C、12-5DC/DC模 块D0
[0040] 电池管理系统电源来自于车载蓄电池或电池包，电源控制模块实现为主控制器模 块和各电池组控制模块选择或开关电源的功能。在电动汽车点火后，主控制器模块通过控 制信号CRLl触