一种车辆动力电池状态检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种车辆动力电池状态检测系统，其包括用于多节串联电池进行总电压、总电流的检测及均衡管理的电池检测单元，以及采用分布式的结构，以STM32F103ZET6作为主控制器构成的电池控制单元；所述电池检测单元由集成芯片LTC6804‑2构成，其isoSPI接口通过单个双绞线连接至ISOSPI隔离式通讯接口LTC6820，构成LTC6804‑2的多分支配置，使电池控制单元实现隔离式SPI数据通信，完成单节电池电压、温度的检测。本发明专利技术可以对电池组进行均衡管理、保证单体电池的工作温度以及环境温度，限制大电流的充放等，具有较好的抗干扰能力。

Vehicle power battery state detection system

The invention relates to a vehicle battery state detection system, which comprises a battery detecting unit for multi section series battery voltage, the total current detection and equilibrium management, and based on the distributed structure, the control unit and the STM32F103ZET6 as the main controller of the battery; the battery detection unit consists of an integrated chip LTC6804 2 a isoSPI interface through a single twisted pair is connected to the ISOSPI isolated LTC6820 communication interface, multi branch configuration LTC6804 2, the battery control unit to realize isolated SPI data communication, detection of single battery voltage, temperature of. The invention can balance the operation of the battery pack, guarantee the working temperature of the single cell and the environment temperature, limit the charging and discharging of the large current, etc., and have better anti-interference ability.

【技术实现步骤摘要】
一种车辆动力电池状态检测系统
本专利技术涉及检测系统，特别是一种车辆动力电池状态检测系统。
技术介绍
电动汽车作为未来汽车的发展方向已得到业界的普遍认可及重视，由此推动下，电动汽车产业迅速发展且势头良好。但是电动汽车与目前主流的内燃机汽车相比，电动汽车技术仍不成熟，始终存在一系列与“电”有关的技术问题难以攻克，电动汽车的电池管理就是其中之一。随着电动汽车技术持续进步，车辆动力电池状态检测系统作为电池储能系统的一部分，越来越受到关注。为了更好地检测动力电池状态以及保证电池组的安全、稳定输出，对检测系统的研究就十分有意义。虽然目前电动汽车产业正在蓬勃发展，但是动力电池的市场成本过高以及后期的使用寿命问题限制了电动汽车的进一步推广。此外，车辆动力电池往往是一个巨大的电池串并组，数量由几百只单体电池到几千只单体电池不等，因此需要对电池组进行均衡管理、保证单体电池的工作温度以及环境温度，限制大电流的充放等。这些不同的功能需求构成了车辆动力电池状态检测系统，所以更需要对其的各个关键技术进行研究，它对于实时检测动力电池组的状态参数、估算荷电状态和寿命、保证动力电池组的均衡稳定、安全使用等具有重要的意义。本专利技术通过对车辆动力电池状态检测硬件系统进行设计，采用分布式的结构，以STM32F103ZET6作为主控制器构成电池控制单元(BCU)，集成总电压、总电流的检测，采用专用芯片LTC6804构成电池采集单元(BMU)，完成单体电池电压、温度的检测，结合软件系统，实现数据采集、数据显示、异常报警以及CAN通讯。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种车辆动力电池状态检测硬件系统的结构设计方案，实现电池均衡管理、故障报警以及状态显示等功能，从而实时保证动力电池组以及整车的安全，延长动力电池的寿命。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的车辆动力电池状态检测系统，其包括用于多节串联电池进行总电压、总电流的检测及均衡管理的电池检测单元，以及采用分布式的结构，以STM32F103ZET6作为主控制器构成的电池控制单元；所述电池检测单元由集成芯片LTC6804-2构成，其isoSPI接口通过单个双绞线连接至ISOSPI隔离式通讯接口LTC6820，构成LTC6804-2的多分支配置，使电池控制单元实现隔离式SPI数据通信，完成单节电池电压、温度的检测。所述电池控制单元由以电信号相连的主控制器、电源模块、数据采样模块、通信调试模块、人机交互模块组成，其中：主控制器通过内置的电压调节器对工作电压VDD2.0-3.6V进行调节获得自身所需要的1.8V电源；电源模块给主控制器和电池检测单元供电。所述电源模块，其主电源VDD通常采用24V开关电源，根据电池控制单元的需要，为该系统的外设电路中的电压传感器及信号调理电路提供15V的电源，为通信接口LTC6820、外设电路中的TFT显示屏及电流传感器提供+5V的电源，为主控制器及其外围电路提供3.3V的电源，其中：24V电源采用开关电源Q-120D，±15V电源采用DC-DC模块电源WRA2415S-3WR2，5V电源采用LM2576-5型降压型开关稳压器，直接由24V电源降压得到。所述的24V开关电源采用N沟道MOS管进行防反接保护，MOS管的S极和D极串联在电源正负极之间，电阻R23提供偏置电压，利用MOS管的开关特性控制电源的导通和断开，正接时，R23提供VGS，此时MOS饱和导通，反接时MOS不导通。所述的3.3V电源主要为主控制器供电，由5V电源降压得到；由LM1117低压差电压调节器来为该系统提供稳定的3.3V电源。该检测系统中，当主电源VDD停止供电后，通过备份电池对主控制器的VBAT脚进行供电，该方式采用CR1220纽扣电池和VCC混合供电方式，即使在外部电源断电的时候，依旧能维持该系统的后备区域数据的存储和实时时钟的运行。所述主控制器STM32F103ZET6有5个时钟源，使用8MHz外部晶振作为高速外部时钟为系统提供时钟参考，采用32.768kHz的石英晶体作为低速外部时钟。该检测系统还设有外设电路，其由以电信号相连的霍尔传感器、信号调理电路、TFT显示电路、通信接口LTC6820构成。所述的霍尔传感器包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器，其中：霍尔电压传感器采用HNV-025A型传感器，用于总电压的检测，在电气上实现了输入端与输出端的隔离，直接测量直流、交流电压；霍尔电流传感器采用DHABS/18型传感器，它将电流信号直接转换成弱电信号，再通过该系统的外设电路中的运放电路及稳压电路将信号连接到主控制器以实现A/D转换。该系统通过USB口实现5V的电源输入，方便使用上位机进行程序调试；还采用电磁式的有源蜂鸣器，实现该系统的包括过流、过充、过放或过温异常情况的报警功能，该蜂鸣器的驱动信号通过STM32F103ZET6的PB.8来控制。本专利技术的有益效果是：车辆动力电池往往是一个巨大的电池串并组，数量由几百只单体电池到几千只单体电池不等，对电池组进行均衡管理、保证单体电池的工作温度以及环境温度，限制大电流的充放等具有重要的意义。本专利技术针对车辆动力电池，设计了一款以STM32F103ZET6作为主控制器，LTC6804作为电压采集芯片的车辆动力电池状态检测系统，选用集成芯片LTC6804、霍尔传感器DS18B20和NTC对电池电压、电流、环境温度以及单体温度进行检测。检测系统选择分布式的拓扑结构，BCU主要进行整个检测系统的通信、信号采样处理、荷电状态估算、数据显示以及报警等功能，同时BCU上集成了总电压、总电流采集模块，直接将采样信号传输给BCU。BMU采用星型方式连接到一个隔离式通信接口LTC6820，再与BCU进行隔离式SPI数据通信，并通过变压器实现电气隔离。车辆动力电池状态检测系统分为电池控制单元(BCU)和电池检测单元(BMU)两部分。电池检测单元由集成芯片LTC6804-2构成，可以对电池进行检测及均衡管理，该芯片内置isoSPI接口，可以采用单个双绞线连接至ISOSPI隔离式通讯接口LTC6820，构成LTC6804-2的多分支配置，从而电池控制单元实现隔离式SPI数据通信。电池控制单元是车辆动力电池状态检测系统的核心单元，它控制着整个检测系统的正常运行。电池控制单元一方面需要对电池组的总电压、总电流等参数进行实时的采集，另一方面，还需要通过连接隔离型通讯接口LTC6820与电池采集芯片LTC6804-2进行SPI通信，采集单体电池的电压数据。采集后的数据经处理器处理后，一方面可以对电池组进行必要的安全保护，另一方面，还可以在电池组充放电时对电池进行均衡管理，提高电池组的可用容量和使用寿命。在实时检测的同时，还需要将动力电池的状态显示在车载TFT显示屏上并通过CAN总线发送给整车控制器。硬件电路主要包括了电源模块、数据采样模块、通信调试模块、人机交互模块四个模块。本专利技术的主电源为24V开关电源，它为电压传感器及其信号调理电路提供15V的电源，为通信接口LTC6820、TFT显示屏以及电流传感器提供+5V的电源，为主控制器STM32F103ZET6及其外围电路提供3.3V的电源。STM32F103ZET6自身需要1.8V电源，但其可以通过内置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆动力电池状态检测系统，其特征在于该系统包括用于多节串联电池进行总电压、总电流的检测及均衡管理的电池检测单元，以及采用分布式的结构，以STM32F103ZET6作为主控制器构成的电池控制单元；所述电池检测单元由集成芯片LTC6804‑2构成，其isoSPI接口通过单个双绞线连接至ISOSPI隔离式通讯接口LTC6820，构成LTC6804‑2的多分支配置，使电池控制单元实现隔离式SPI数据通信，完成单节电池电压、温度的检测。

【技术特征摘要】
1.一种车辆动力电池状态检测系统，其特征在于该系统包括用于多节串联电池进行总电压、总电流的检测及均衡管理的电池检测单元，以及采用分布式的结构，以STM32F103ZET6作为主控制器构成的电池控制单元；所述电池检测单元由集成芯片LTC6804-2构成，其isoSPI接口通过单个双绞线连接至ISOSPI隔离式通讯接口LTC6820，构成LTC6804-2的多分支配置，使电池控制单元实现隔离式SPI数据通信，完成单节电池电压、温度的检测。2.根据权利要求1所述的车辆动力电池状态检测系统，其特征在于所述电池控制单元由以电信号相连的主控制器、电源模块、数据采样模块、通信调试模块、人机交互模块组成，其中：主控制器通过内置的电压调节器对工作电压VDD2.0-3.6V进行调节获得自身所需要的1.8V电源；电源模块给主控制器和电池检测单元供电。3.根据权利要求2所述的车辆动力电池状态检测系统，其特征在于所述电源模块，其主电源VDD通常采用24V开关电源，根据电池控制单元的需要，为该系统的外设电路中的电压传感器及信号调理电路提供15V的电源，为通信接口LTC6820、外设电路中的TFT显示屏及电流传感器提供+5V的电源，为主控制器及其外围电路提供3.3V的电源，其中：24V电源采用开关电源Q-120D，±15V电源采用DC-DC模块电源WRA2415S-3WR2，5V电源采用LM2576-5型降压型开关稳压器，直接由24V电源降压得到。4.根据权利要求3所述的车辆动力电池状态检测系统，其特征在于24V开关电源采用N沟道MOS管进行防反接保护，MOS管的S极和D极串联在电源正负极之间，电阻R23提供偏置电压，利用MOS管的开关特性控制电源的导通和断开，正接时，R23提供VGS，此时MOS饱和导通，反接...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪怡平，陈光耀，李淼邱双，刘一平，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42