一种电动汽车电池模组的数据采集系统技术方案

一种电动汽车电池模组的数据采集系统，属于电池管理技术领域。电源模块分别为电流采集模块、温度采集模块和MCU运算控制模块供电；单体电压采集模块连接电动汽车电池模组，由电动汽车电池模组供电并采集电动汽车电池模组的单体电压数据；电流采集模块用于采集电动汽车电池模组的充放电电流数据；温度采集模块的温度探头均匀设置在电动汽车电池模块内，采集电动汽车电池模块的温度数据；MCU运算控制模块用于对单体电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块进行通信控制并接收与处理采集的电动汽车电池模组的单体电压数据、充放电电流数据和温度数据。本发明专利技术根据动力电池模组的实际规模来配置数据采集系统，满足精度指标的同时增强了通用性。

A data acquisition system for battery module of electric vehicle

A data acquisition system for battery module of electric vehicle belongs to the field of battery management technology. The power module is current acquisition module, temperature acquisition module and MCU operation control module; single voltage acquisition module is connected with the electric vehicle battery module, single voltage data from the electric vehicle battery power supply module and acquisition of electric vehicle battery module; current acquisition module is used to charge and discharge current data acquisition electric vehicle battery module; temperature the probe temperature acquisition module arranged in electric vehicle battery module, temperature data acquisition of electric vehicle battery module; MCU operation control module for communication control of single voltage acquisition module, current collecting module and the temperature acquisition module and receiving and acquisition and processing of the electric vehicle battery module single voltage, charge and discharge current data data and temperature data. The invention is based on the actual size of the battery module to configure the data acquisition system to meet the precision index and enhance the universality.

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车电池模组的数据采集系统
本专利技术涉及电池管理
，具体涉及一种电动汽车电池模组的数据采集系统。
技术介绍
电池管理系统(battermanagementsystem，BMS)是电动汽车不可或缺的重要组成部分。BMS的关键作用有两点：一是精确、实时地估算电池电荷状态(stateofcharge，SOC)；另外一个是对电池组进行均衡控制。SOC定义为电池中剩余的电荷余量与电池标称电荷容量的比值。精确、实时的SOC估算不但可以确定电池组剩余电量的多少，从而可以获得更精确的电动汽车续航里程，提高电池组的能量利用率，而且可以监视动力电池组的运行状态，从而防止其过充过放，增强动力电池组的安全性。均衡控制主要解决电池组中各个单体电池之间客观存在着的不一致性问题。均衡控制管理有助于提升电池组的整体容量，有助于控制电池组的充放电深度，有助于提高动力电池的安全性以及延长电池寿命。电池模组的单体电压数据、电池模组的温度数据、电池模组的电流数据是SOC估算和均衡控制的直接依据。电动汽车电池模组的数据采集系统的精确性和稳定性很大程度决定了SOC估算精度和均衡控制的优劣。动力电池组SOC估算方法已经有很多种，目前普遍认为较好的一种方案是开路电压法和安时积分法的结合使用，这种方案对硬件电路和MCU(MicroControllerUnit，单片机)的运算能力要求低，但是估算精度完全依赖于电压采集、电流采集和温度采集数据的精度，因此电动汽车电池模组数据采集的精度决定了SOC估算的精度。另外，均衡控制的判据是串联电池电压的值和SOC的值，其控制策略的优劣同样取决于电池模组数据的采集精度。目前的单体电压采集方案主要有两种。一种方案是采用分立元件搭建单体电压采集模块，主要通过多路复用器或者光耦隔离开关轮流把各个单体模拟电压送到AD采集电路，而后转化成数字信号送至MCU。这种方案成本较低，但是所需元器件种类数目较多，电路设计调试复杂，后期维修复杂，同时采样精度低，采样周期长，抗干扰能力差。另一种方案是采用集成芯片IC，根据电池模组的规模选择合适的与其匹配的IC。这种方案采集精度高，抗干扰能力强，但是不同规模的电池模组要选用不同系列的芯片，通用性差。目前温度数据采集主流方案采用NTC(NegatibeTemperatureCoefficient)热敏电阻作为温度传感器。NTC具有负温度系数，其阻值随温度而线性变化，具有适用范围广，测量精度高等特点。但是由于自身阻值随温度变化而变化，输出的是模拟量，需要配合AD转换器使用才能够转换为数字信号供MCU接收与处理。另外，如果在同一个系统中需要测量多个温度点有两种方法，一是每个温度点单独使用一个AD转换通道，单独占用MCU的一个IO口，这种方法的缺点是占用MCU的资源多；二是在AD转换器前加多路复用器，分时将不同温度点的模拟量信号依次接通至AD转换器，这种方法缺点是电路结构复杂，出故障几率较大。市面上多数电动汽车电池模组的数据采集系统都是针对特定的电池模组设计的，不同厂家的数据采集系统只能应用于各自的所设计的动力电池模组，通用性不强。当设计出新的动力电池模组，数据采集系统同样需要重新设计，开发周期长。另外后期维修和更换必须要找原厂家，很不方便。所以设计一种采样精度高，抗干扰能力强，可针对不同规模形式的动力电池模组灵活配置的数据采集系统是一大挑战。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种电动汽车电池模组的数据采集系统，可根据动力电池模组的实际规模来配置数据采集系统，满足精度指标的同时增强了通用性。本专利技术的技术方案为：一种电动汽车电池模组的数据采集系统，包括电源模块、单体电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块和MCU运算控制模块，所述电源模块分别为所述电流采集模块、温度采集模块和MCU运算控制模块供电；所述单体电压采集模块连接所述电动汽车电池模组，由所述电动汽车电池模组供电并采集所述电动汽车电池模组的单体电压数据；所述电流采集模块用于采集所述电动汽车电池模组的充放电电流数据；所述温度采集模块的温度探头均匀设置在所述电动汽车电池模块内，采集所述电动汽车电池模块的温度数据；所述MCU运算控制模块连接所述单体电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块，对所述单体电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块进行通信控制并接收与处理所述采集的电动汽车电池模组的单体电压数据、充放电电流数据和温度数据；所述单体电压采集模块包括n个采集板，1≤n≤16；第i块采集板采集mi组电池串的单体电压，1≤i≤n，6≤mi≤12；所述每组电池串都由k个单体电池并联组成，k≥1；则所述单体电压采集模块管理的单体电池的数目M为：所述n个采集板通过并行寻址的方式管理M个单体电池；所述温度采集模块包括控制器和与所述控制器连接的多根数据总线，所述数据总线上挂接多个温度传感器。具体的，所述电源模块包括开关电压调节器和线性稳压器，所述电源模块的输入端连接车载12V直流电源，经过所述开关电压调节器后输出5V电压为所述电流采集模块供电，所述5V电压经过所述线性稳压器后输出3.3V电压为所述温度采集模块和MCU运算控制模块供电，所述开关调节器的型号为LM2596，所述线性稳压器的型号为AMS1117-3.3。具体的，所述MCU运算控制模块采用STM32F103系列单片机作为微控制器，所述STM32F103系列单片机包括SPI接口、USART接口、IO接口和CAN接口，所述SPI接口通过LTC6820芯片转换成isoSPI双绞线与所述电压采集模块进行通信，所述USART接口连接所述温度采集模块进行通信，所述IO接口连接所述电流采集模块进行通信，所述CAN接口作为所述数据采集系统的总数据接口。具体的，所述电流采集模块包括霍尔电流传感器和信号调理电路，所述霍尔电流传感器采集所述电动汽车电池模组的充放电电流并经过所述信号调理电路后与所述MCU运算控制模块IO接口的电压匹配。具体的，所述采集板采用电池组监视器LTC6811-2。具体的，所述每块采集板通过isoSPI双绞线连接至isoSPI总线，并通过SPI接口与所述MCU运算控制模块进行通信。具体的，所述控制器的型号为STM32F103C8T6，所述温度传感器的型号为DS18B20。本专利技术的有益效果为：本专利技术中的各个模块独立并行工作，占用MCU资源少，提高了MCU的运算处理效率，各个模块之间互不影响，可扩展性和维护性比较好；单体电压采集模块采用高度集成化的电压采集芯片，与分立元件相比数据采集精度更高，采样周期更短，抗外部干扰能力更强；且单体电压采集模块直接与电动汽车电池模组相连接，自身也由所检测的电池模组供电，可避免动力电池组侧的高电压大电流对控制部分的直接影响；单体电压采集模块包括多个采集板，每个采集板可采集多组电池串，每组电池串可并联多个单体电池，且多个采集板之间可以通过并行寻址方式堆叠，使得单体电压采集模块可以统一管理上百节单体电池；温度采集模块中采用单总线结构的数据总线，可根据动力电池组的实际规模灵活配置所需采集的温度点数，其通过串口与MCU运算控制模块通信，节省MCU的资源，提高系统的整体运算处理能力；MCU运算控制模块通过对接收到的单体电压数据进行处理，可以得出电池模组的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车电池模组的数据采集系统，其特征在于，包括电源模块、单体电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块和MCU运算控制模块，所述电源模块分别为所述电流采集模块、温度采集模块和MCU运算控制模块供电；所述单体电压采集模块连接所述电动汽车电池模组，由所述电动汽车电池模组供电并采集所述电动汽车电池模组的单体电压数据；所述电流采集模块用于采集所述电动汽车电池模组的充放电电流数据；所述温度采集模块的温度探头均匀设置在所述电动汽车电池模块内，采集所述电动汽车电池模块的温度数据；所述MCU运算控制模块连接所述单体电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块，对所述单体电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块进行通信控制并接收与处理所述采集的电动汽车电池模组的单体电压数据、充放电电流数据和温度数据；所述单体电压采集模块包括n个采集板，1≤n≤16；第i块采集板采集mi组电池串的单体电压，1≤i≤n，6≤mi≤12；所述每组电池串都由k个单体电池并联组成，k≥1；则所述单体电压采集模块管理的单体电池的数目M为：

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车电池模组的数据采集系统，其特征在于，包括电源模块、单体电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块和MCU运算控制模块，所述电源模块分别为所述电流采集模块、温度采集模块和MCU运算控制模块供电；所述单体电压采集模块连接所述电动汽车电池模组，由所述电动汽车电池模组供电并采集所述电动汽车电池模组的单体电压数据；所述电流采集模块用于采集所述电动汽车电池模组的充放电电流数据；所述温度采集模块的温度探头均匀设置在所述电动汽车电池模块内，采集所述电动汽车电池模块的温度数据；所述MCU运算控制模块连接所述单体电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块，对所述单体电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块进行通信控制并接收与处理所述采集的电动汽车电池模组的单体电压数据、充放电电流数据和温度数据；所述单体电压采集模块包括n个采集板，1≤n≤16；第i块采集板采集mi组电池串的单体电压，1≤i≤n，6≤mi≤12；所述每组电池串都由k个单体电池并联组成，k≥1；则所述单体电压采集模块管理的单体电池的数目M为：所述n个采集板通过并行寻址的方式管理M个单体电池；所述温度采集模块包括控制器和与所述控制器连接的多根数据总线，所述数据总线上挂接多个温度传感器。2.根据权利要求1所述的电动汽车电池模组的数据采集系统，其特征在于，所述电源模块包括开关电压调节器和线性稳压器，所述电源模块的输入端连接车载12V直流电源，经过所述开关电压调节器后输出5V电压为所述电流采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐自强，王晓辉，吴孟强，陈金琛，巩峰，廖家轩，刘芬芬，刘嘉昊，单双，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51