一种新能源电动汽车快速充电转换管理装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种新能源电动汽车快速充电转换管理装置，包括485接口、电池组监测系统、单体电池电压检测模块、电池组电压检测模块、电池组电流检测模块、单体电池电流检测模块、单体电池的均衡模块、电池组温度检测模块、SOC估计模块和数据存储模块。本发明新能源电动汽车快速充电转换管理装置，能够保证不符合协议标准的新能源汽车也能对接快速充电桩进行快充，同时对电池组进行系统管理，是目前市场上急需的一款快充转换管理转装。
【专利说明】
一种新能源电动汽车快速充电转换管理装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种充电装置，具体是一种新能源电动汽车快速充电转换管理装置。
【背景技术】
[0002]我国发展新能源汽车，是降低汽车燃料消耗量，缓解燃油供求矛盾，减少尾气排放，改善大气环境，促进汽车技术进步和优化升级的重要举措，同时也是汽车产业跨越式发展和提升国际竞争力的需要。欧美日这些国家，都把新能源汽车作为战略制高点来考虑，国家投入力量加强产业的发展。
[0003]据前瞻产业研究院《2016-2021年中国新能源汽车行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示，2015年我国新能源汽车产销量分别达34万辆和33万辆，同比增长分别为3.3倍及3.4倍。我国新能源汽车销量首次超越美国，成为全球第一大新能源汽车市场。2016年I月，我国新能源汽车生产1.61万辆，同比增长144%。
[0004]新能源汽车产销量均超出市场预期，这既得益于中央及地方政府的政策推动，也得益于车主消费观念的转变和汽车企业的努力。
[0005]2016年我国新能源汽车在继续保持高速发展的同时，仍需摆脱政策依赖，加强技术研发，预计全年销量有望超60万辆。
[0006]我国传统汽车领域和国外相比还比较落后，但在新能源汽车方面，我们和发达国家是站在同一个起跑线上，说法较多的是“弯道超车”，我们有机会在新能源汽车领域与西方发达国家在一个平衡的层面上创新。
[0007]目前，新能源汽车发展速度极快，它必定带来许多不完善的瓶颈，如:充电接口标准不统一，电流电压通讯标准不统一，各新能源汽车生产产家内部控制系统不统一。其一、关乎充电接头是否吻合，其二、影响插头插入时能否通电，其三、电动汽车内部系统标准不统一则影响充电时间。新能源汽车各项标准统一化任然任重而道远。中国政府推出了推存性标准对更多充电接口参数进行了详细的标定，但标准仍不够完善；另外推荐性标准也并未强制性执行。造成电动汽车厂家不按标准执行而根据行业需要生产汽车，如互联网新能源物流车，为了行驶中的安全，它采用效率极高的韩国进口电机，电压110V。生产新能源环卫汽车厂家为了降低成本，也使用了IlOV低电压电机。这样导致电压完全不符合目前快速充电要求，用户所购置的新车，头疼的问题是充电时间太长。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种利用电桥平衡原理来实现的高精度发热丝电阻测量以达到测温目的方法。
[0009]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0010]一种新能源电动汽车快速充电转换管理装置，包括485接口、电池组监测系统、单体电池电压检测模块、电池组电压检测模块、电池组电流检测模块、单体电池电流检测模块、单体电池的均衡模块、电池组温度检测模块、SOC估计模块和数据存储模块，所述电池组监测系统分别连接485接口、单体电池电压检测模块、电池组电压检测模块、电池组电流检测模块、单体电池电流检测模块、单体电池的均衡模块、电池组温度检测模块、SOC估计模块和数据存储模块。
[0011]作为本发明的优选方案:所述单体电池电压检测模块和电池组电压检测模块均采用LTC6803-3型电池监视1C。
[0012]作为本发明的优选方案:所述电池组电流检测模块包括霍尔传感器、信号处理模块、MCU和LCD模块，霍尔传感器检测电池组的电流信号并传输给信号处理模块，信号处理模块将处理后的信号传输给MCU，还连接IXD模块。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明新能源电动汽车快速充电转换管理装置，能够保证不符合协议标准的新能源汽车也能对接快速充电粧进行快充，同时对电池组进行系统管理，是目前市场上急需的一款快充转换管理转装。
【附图说明】
[0014]图1为新能源电动汽车快速充电转换管理装置的结构框；
[0015]图2为电池控制方框图；
[0016]图3为电压检测模块方框图；
[0017]图4为电流检测模块方框图；
[0018]图5为现有技术电池模块结构图；
[0019]图6为本发明电池模块充电进行状态结构图；
[0020]图7为本发明电池模块充电结束状态结构图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]请参阅图1-7，本发明实施例中，一种新能源电动汽车快速充电转换管理装置，包括485接口、电池组监测系统、单体电池电压检测模块、电池组电压检测模块、电池组电流检测模块、单体电池电流检测模块、单体电池的均衡模块、电池组温度检测模块、SOC估计模块和数据存储模块，所述电池组监测系统分别连接485接口、单体电池电压检测模块、电池组电压检测模块、电池组电流检测模块、单体电池电流检测模块、单体电池的均衡模块、电池组温度检测模块、SOC估计模块和数据存储模块。
[0023]单体电池电压检测模块和电池组电压检测模块均采用LTC6803-3型电池监视1C。
[0024]电池组电流检测模块包括霍尔传感器、信号处理模块、M⑶和LCD模块，霍尔传感器检测电池组的电流信号并传输给信号处理模块，信号处理模块将处理后的信号传输给MCU，还连接IXD模块。
[0025]本发明的工作原理是:本发明采用芯片管理，进口H桥预驱动器(IC)，EPS大电流模块，及研发中心自主研发的反对称矩阵控制模板，快速充电时对电池进行系统管理。
[0026]快速充电转换装置改变电池包结构的同时，对电池充电时进行系统管理，充电完成后恢复原厂的电池管理系统BMS。充电时，电池管理主要由以下几部分组成:数据采集单元(采集模块)、中央处理单元(主控模块)、均衡单元检测部件(温度传感器、电流传感器、漏电检测、电压传感器)、显示单元、控制部件(继电和熔断装置)等组成。采集模块是由电压采集模块和温度采集模块等组成;主控模块由主控板和高压控制回路组成;均衡模块通常与检测模块放一起，相互间的信息通讯一般采用CAN现场总线技术实现。充电时与快速充电粧采用标准协议。
[0027]电池管理实现以下基本功能:
[0028]检测电池状态
[0029]对电池状态的监测一般包括对电压、电流、温度这三个物理量的监测。电压的监测，包括单体电池电压及整组电池电压。电流监测，包括充电电流。温度监测，包括对电池工作环境温度以车身环境温度的监测。
[0030]电压检测模块
[0031]本系统电压检测模块采用凌力尔特公司的电池管理芯片LTC6803-3，LTC6803-3是第二代完整的电池监视1C，内置一个12位ADC、一个精准型电压基准、一个高电压输入多路复用器和一个串行接口，每个LTC6803-3测量多达12个串接电池或超级电容器的电压，能够在13ms内完成整个系统所有电池的测量，通过运用一个独特的电平移位串行接口，可以把多个LTC6803-3器件串联起来(无需使用光稱合器或光隔离器)，以监视长串串接电池中每节电池的电压。每个电池输入具有一个相关联的MOSFET电源开关，用于对过度充电的电池进行放电。LTC6803-3则把电池组的底端与V—分幵，故而改善了第一节电池的测量准确度。LTC6803-3提供了一种用于将电源电流减小至12uA的待机模式。此外，LTC6803还可从一个隔离型电源来供电，因而提供了一种将电池组吸收电流减小至零的方法。电压检测使用2个LTC6803-3芯片，可以通过配置它的配置寄存器组，来选择测量电池组电压的时间，测量电池的数量(12节模式或低于10节的模式)，电平轮询模式，电池的电压是否屏蔽以及完成电池的过压欠压值的设置等。电流信号，它是利用霍尔效应来对电压进行检测。电压检测模块方框图，见图3。
[0032]电流检测模块
[0033]从剩余电量的估计角度来考虑电流信号的采集误差，是电流的相对误差。或者说，利用Ah计量法来估计SOC状态值的精度直接取决于电流检测的精度。若电流采集存在系统误差，固定的偏大或偏小，那么，所估计的SOC状态值也相应的偏大或偏小。目前，对电流信号的采集有两种:用串联电阻法的电流信号采集;用霍尔传感器的电流信号采集。串联电阻法是利用最基本的欧姆定律将电流信号转换为电压信号，但会存在热损耗和隔离问题。因此，我们采用霍尔电流传感器来采集测电流的一种电子元件。电流检测模块，见图4。
[0034]电池温度检测模块
[0035]电池都有一个正常工作的温度范围，其在充放电过程中始终伴有温度的变化。电池的温度与电池的容量和充放电电流之间有一定的联系，是计算SOC的一个不可忽略的因素。温度也是影响电池使用寿命的重要因素之一。一般情况下，温度过高也会影响电池的性能。此外，在判断电池安全和热处理方面也需要温度参数。因此实时监测电池单体的温度是很必要的。
[0036]温度釆样，研发中心选用的是WTS温度在线监控系统，本系统采用了最新的温度传感技术。其传感器通过数字芯片给主机提供准确数据，可有效解决新能源电动汽车电池温度要求，本温度监控系统有多个温度传感器接收器组成，每个读取器有四个温度传感器的信息。我们可以根据对汽车电池的温度监控需求，把温度传感器安装到需要的位置。并通过接收器把各个位置的温度信号通过232或485总线上传给电源管理系统，进行管理。
[0037]均衡控制模块
[0038]均衡模块只在电池组充电时作用，为保持电池组各单体电池的一致性。目前国内做了最好的是被动平衡，使用电阻均衡方式，在系统中某一单元电池电压超高时，将关断充电电路，将多余电量用水泥电阻消耗掉，产生一定温度。我们采用先进的主动平衡，使用芯片组通过高级算法，把高电压电池组的能量通过储存再返充给低电压电池组，无能量损耗，无高温产生，安全可靠。
[0039]通信模块
[0040]通信模块主要使用485通信，实现单元板与充电粧系统之间的数据通信。
[0041 ] 控制管理电池能量
[0042]电池能量控制管理主要是电池的充电控制管理和均衡控制管理。对电池充放电的控制管理主要是控制电池何时需要充电。对电池均衡控制管理是指通过一定的控制手段使得单体电池间的能量趋于均衡。由于电池在使用过程中受到环境因素的影响，或者是在电池最初的生产过程中受工艺不稳定的影响，造成电池组内各个单体电池特性在一定程度上不够一致，而这种不一致性有损于电池的寿命，这就要求BMS能够具有有效的控制手段，去改善电池这种不一致性造成的不良影响。
[0043]管理电池信息
[0044]将电池电压、电流、温度、电池荷电状态(State of Charge，S0C)等信息进行实时显示，当电池出现安全问题时，能够发出告警。除了以上信息需要告知外，有些信息需要通过通信网络传送给整车控制器、还有一些信息需要保存起来作为历史记录，这样有助于系统内外信息交互，以及电池状态的分析及故障的排除。
[0045]新能源电动汽车充电转换管理装置，解决了不符合协议标准的新能源纯电动汽车的充电难，充电慢让人头痛的难题，是目前纯电动汽车急需要的过度管理装置。
[0046]现有的电池结构如图5所示，这电池模块总电压是110V,总容量是42.624度，充电时间为2小时。这样充电电流是:1=^，1 = 42624/110 = 388六/!1。在2小时对电池充满电流要194安培，在I小时对电池充满电流要388安培，30分钟充满就是388 X 2 = 776安培，15分钟是776 X 2 = 1552安培。这么大的电流目前快速充电粧无法支持(包括电线，接口等)。
[0047]本发明的电池组结构如图6所示，采用反对称矩阵控制模板对电池组进行矩阵控制，使电池组串并联发生变化，每组串联不变，原四组并接变为四组串联，它的总电压IlOVX4 = 440V，总容量 1152(^取3.7￥ = 426241/!1(426241!1=42.64度/小时)不变。充电电流是:1= N/V，I = 42624/440 = 96.8A/H。在I小时对电池充满电流要96.8安培，30分钟充满就是96.8 X 2= 193.6安培，15分钟是193.6 X 2 = 387安培。这样电压，电流完全能符合目前新能源充电粧的要求。这装置只有在充电时改变电池包结构，一旦快速充完成自动恢复原厂电池模块结构(串联开关关闭，并联开关打开)，充电结束后见图7。
[0048]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0049]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种新能源电动汽车快速充电转换管理装置，包括485接口、电池组监测系统、单体电池电压检测模块、电池组电压检测模块、电池组电流检测模块、单体电池电流检测模块、单体电池的均衡模块、电池组温度检测模块、SOC估计模块和数据存储模块，其特征在于，所述电池组监测系统分别连接485接口、单体电池电压检测模块、电池组电压检测模块、电池组电流检测模块、单体电池电流检测模块、单体电池的均衡模块、电池组温度检测模块、SOC估计模块和数据存储模块。2.根据权利要求1所述的新能源电动汽车快速充电转换管理装置，其特征在于，所述单体电池电压检测模块和电池组电压检测模块均采用LTC6803-3型电池监视1C。3.根据权利要求1所述的新能源电动汽车快速充电转换管理装置，其特征在于，所述电池组电流检测模块包括霍尔传感器、信号处理模块、M⑶和IXD模块，霍尔传感器检测电池组的电流信号并传输给信号处理模块，信号处理模块将处理后的信号传输给MCU，还连接LCD模块。
【文档编号】H02J7/00GK105826972SQ201610162816
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】徐振华
【申请人】江苏吾度新能源科技有限公司