一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统，包括依次相连的控制单元、电池监视保护单元以及动力电池单元，控制单元包括依次相连的单片机以及超级电容电路模块，超级电容电路模块与电动汽车的整车电源电路连接，电池监视保护单元包括电池监视保护芯片和数字隔离电路，电池监视保护芯片通过第一SPI连接数字隔离电路，隔离电路通过第二SPI连接单片机的SPI接口。本实用新型专利技术不仅具备一般电池管理系统可获得电池运行的实时状态和参数的功能，而且以极低功耗运行电动汽车动力电池管理系统，减少电池管理系统的功耗，从而以更加科学的方式使用电池，增加动力电池的续航能力和使用寿命，提高整车能源的利用效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电动汽车的电池管理系统领域，尤其涉及一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统，属于电池管理系统的设计与优化范畴。
技术介绍
随着能源危机和环境污染的不断加剧，新能源汽车逐渐成为了新的发展趋势。电动汽车作为新能源汽车的代表，以其高效且低污染的特点越来越受到重视。然而，电动汽车在续航能力和电池使用寿命等方面存在不足，致使如何将电动汽车动力电池有限的能源充分发挥成为电动汽车发展的重要一环。一般情况下，电动汽车的动力电池由很多电池串联组成，因而需要设计专门的电池管理系统来实现电池的监视与测量。传统电动汽车电池管理系统往往只是监视以及测量电池，用以获得电动汽车动力电池数据，却不考虑电池管理系统自身的功耗。电池健康状态是表征电池的重要指标，是更换电池的主要依据。动力电池处于非充电状态或者非放电状态称为静置状态，测量静置状态电池参数的变化规律能准确估计电池健康状态数据。因此，当电动汽车静置时，虽然动力电池不工作，但电池管理系统要周期性地采样每个电池数据，直至准确获取各电池的SOH数值为止。只有准确估计了电池的SOH，才能确保电动汽车运行过程中最优地使用电池。现有的电动汽车电池容量有限，为了能合理利用电动汽车动力电池存储的有限能源，并同时考虑上述电池的特性，需要降低静置时电池管理系统的功耗，减少在管理电池过程中对电量的消耗，从而提高有限电池电量的利用效率。因此，如何准确、可靠地评估电池的健康状态，并以极低的功耗实现上述功能成为电池管理系统设计的关键。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于，提供一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统，旨在克服现有电动汽车的电池管理系统仅仅只是监视和测量电池参数的不足，充分考虑了电动汽车电池管理系统的功耗问题。在本技术中，根据不同需要，电池管理系统将处于不同的运行模式以降低功耗，从而实现功耗极低的目的。为解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统，包括依次相连的控制单元、电池监视保护单元以及动力电池单元，其中，所述控制单元包括依次相连的单片机以及超级电容电路模块，所述超级电容电路模块与电动汽车的整车电源电路连接。进一步地，所述超级电容电路模块包括二极管、电阻、MOS管Q1以及电容C1，所述二极管包括二极管D1、D2、D3，所述电阻包括电阻R1、R2、R3，其中：所述二极管D1的正极连接所述整车电源电路的正电压Vcc、负极连接所述单片机的电源接口Vin；所述电阻R1连接电阻R2，且电阻R1一端连接所述整车电源电路的正电压Vcc、电阻R2一端连接所述整车电源电路的负电压GND；所述MOS管Q1的栅极连接所述电阻R1、源极连接所述电容C1、漏极连接所述二极管D3的负极，所述二极管D3的正极连接所述整车电源电路的正电压Vcc；所述电容C1连接所述整车电源电路的负电压GND；所述电阻R3一端连接所述二极管D3的负极、另一端连接所述MOS管Q1的源极；所述二极管D2的正极连接所述MOS管Q1的源极、负极连接所述单片机的电源接口Vin。进一步地，所述MOS管Q1为N沟道增强型MOS管，所述电容C1为超级电容。进一步地，所述单片机包括SPI接口、静态存储器FRAM以及实时时钟RTC。进一步地，所述单片机为单片机MSP430FR5989。进一步地，所述电池监视保护单元包括电池监视保护芯片和数字隔离电路，所述电池监视保护芯片通过第一SPI连接所述数字隔离电路。进一步地，所述数字隔离电路通过第二SPI连接所述单片机。进一步地，所述数字隔离电路包括隔离芯片，所述隔离芯片为隔离芯片ISO7241C-Q1。进一步地，所述电池监视保护芯片为电池监视保护芯片bq76PL536A-Q1。采用上述技术方案后，本技术至少具有如下有益效果：1、本技术采用了低功耗的MSP430FR5989作为主控单片机，使得整个系统能满足电池管理需要的运算能力，又具备极低功耗的特点；采用了电池监视保护芯片bq76PL536A-Q1，该芯片具有高精度的模数转换器，独立的电池电压和温度保护及电池电量平衡功能电路。通过以上方式，无需额外设计复杂的电池管理专用电路，即可完成电池管理所需的功能。2、本技术控制单元和电池监视保护单元能根据需要切换运行模式，以极低的功耗实现电池管理系统，从而提高电动汽车动力电池能源的利用效率。3、本技术采用超级电容电路模块作为电池管理系统的后备电源，在电动汽车静置后，无需额外的电源降压电路为主控单片机提供电源。4、本技术的电池监视保护单元不仅可以实时监视电池的状态，而且可以根据电池的特性，当电池静置一段时间后其状态稳定时，开始测量电池，以获取准确的电池SOH数据。5、本技术的单片机将根据电池状态和运行参数的变化特点，按照主控单片机的日历时间，将电池SOH历史变化曲线完整记录在超低功耗单片机自带的非易失铁电静态存储器中，以便于后期对电池的使用状况进行分析，无需外接存储设备。6、本技术的主控单片机能根据获取的电池数据对电池的健康状况做出估计，可总结归纳各个电池的老化规律，提炼出更换电池的最佳规律。7、本技术采用了带隔离的SPI，保证主控单片机与电池监视保护模块能够安全可靠运行。附图说明图1是本技术的一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统的整体结构框图。图2是本技术一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统的带隔离的SPI接口电路示意图。图3是本技术一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统的数字隔离电路的电路示意图。图4是本技术一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统的超级电容电路模块的电路示意图。图5是本技术一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统的获取电池SOH数值的方法流程图。图6是本技术一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统的SOH的记录示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。如图1所示，一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统的整体结构框图，包括依次相连的控制单元、电池监视保护单元以及动力电池单元，控制单元包括依次相连的单片机以及超级电容电路模块，超级电容电路模块与电动汽车的整车电源电路连接，电池监视保护单元包括电池监视保护芯片和数字隔离电路，电池监视保护芯片通过第一SPI连接数字隔离电路，单片机包括SPI接口、静态存储器FRAM以及实时时钟RTC，数字隔离电路通过第二SPI连接单片机的SPI接口。单片机采用TI公司的超低功耗单片机MSP430FR5989，该单片机采用精简指令集架构，具有实时控制功能和SPI、I2C等多种通讯接口。与普通的单片机相比，具有极低功耗的特点。激活模式下，功耗为100uA/MHz；待机、实时时钟和关断模式下功耗分别仅为0.4uA、0.35uA和0.02uA。该单片机采用了超低功耗且非易失性的铁电静态存储器(FRAM)，同时具有日历和报警功能的实时时钟(RTC)。此外，该芯片具有激活模式、LPM0-LPM4和LPMx.5多种低功耗模式，上述模式之间的切换可通过设置状态寄存器相应的位来实现。保护芯片采用了TI公司的bq76P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统，其特征在于，包括依次相连的控制单元、电池监视保护单元以及动力电池单元，其中，所述控制单元包括依次相连的单片机以及超级电容电路模块，所述超级电容电路模块与电动汽车的整车电源电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统，其特征在于，包括依次相连的控制单元、电池监视保护单元以及动力电池单元，其中，所述控制单元包括依次相连的单片机以及超级电容电路模块，所述超级电容电路模块与电动汽车的整车电源电路连接。2.根据权利要求1所述的一种自身功耗极低的电动汽车动力电池管理系统，其特征在于，所述超级电容电路模块包括二极管、电阻、MOS管Q1以及电容C1，所述二极管包括二极管D1、D2、D3，所述电阻包括电阻R1、R2、R3，其中：所述二极管D1的正极连接所述整车电源电路的正电压Vcc、负极连接所述单片机的电源接口Vin；所述电阻R1连接电阻R2，且电阻R1一端连接所述整车电源电路的正电压Vcc、电阻R2一端连接所述整车电源电路的负电压GND；所述MOS管Q1的栅极连接所述电阻R1、源极连接所述电容C1、漏极连接所述二极管D3的负极，所述二极管D3的正极连接所述整车电源电路的正电压Vcc；所述电容C1连接所述整车电源电路的负电压GND；所述电阻R3一端连接所述二极管D3的负极、另一端连接所述MOS管Q1的源极；所述二极管D2的正极连接所述MOS管Q1的源极、负极连接所述单片机的电源接口Vin。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖兵，苏启奖，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44