集中/分布式电动汽车蓄电池组工作参数检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种集中／分布式电动汽车蓄电池组工作参数检测系统，其整个系统由若干个检测模块通过ＣＡＮ总线连接而成，检测单元部分模块化、本地化，数据靠总线传输，构成一种集中／分布式检测模式。检测系统加强了组建系统的灵活性和扩充性，增加了系统的可靠性，具有较高的性价比。本发明专利技术采用的技术方案为：将全部电池分成若干个小组，每个小组用一个检测模块进行集中式检测，整个系统由若干个检测模块通过ＣＡＮ总线连接形成分布式结构，各检测模块利用“桥电容”隔离检测电池电压，利用单总线温度传感器检测温度，利用电流变送器检测电流并将数据通过ＣＡＮ总线上传给主控机，由主控机进行处理并显示出来。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蓄电池组检测系统，尤其是涉及一种集中/分布式电动汽车蓄电池组工作参数检测系统。
技术介绍
电动汽车是以蓄电池为动力源的机动车辆。在使用过程中，驾驶者需要及时了解蓄电池组的工作情况，主要包括电池组的剩余能量和工作参数(状态)。蓄电池的工作参数主要指电池在工作过程中的端电压、工作电流和温度。由于电动汽车蓄电池组通常是由几十个(上百个)单体电池组成，所以，每一个单体电池的工作参数(状态)正常与否不仅反映电池组性能的好坏，而且影响电池组的容量及剩余能量。电源管理系统是电动汽车的关键技术之一，其结构从功能上可分为两个层面底层完成数据采集，上层完成数据处理、分析与控制，中间通过通信管道进行数据交换和传输。而蓄电池组工作参数检测系统是电源管理系统中的重要组成部分，处在系统的底层，因此，研究蓄电池组工作状态检测方法对电动汽车的发展具有非常重要的意义。(一)检测方法电动汽车的蓄电池组通常包含几十块甚至上百块单体电池(铅酸电池一般为8～48个单体，锂电池或镍氢电池则可能达到几百个单体)，通常的工作电压在90V～400V之间，工作电流高达几百安。注这里的单体指一个单独检测体或单独的封装体。电池组一般都采用串联方式工作，工作电流与单体电池是一样的，检测比较容易，而端电压的检测则比较麻烦。若只检测电池组的端电压，方法很简单，只需在电池组的两端接上检测电路即可，但这样做是不行的，因为虽然可以得到总的工作电压，但无法判断具体单体电池的端电压，而只要有一块电池出问题就会影响整组电池的正常工作和性能，而且对检测电路精度要求高。另外，整组电池检测很难发现单体电池的缓慢变化，包括单体电池本身的老化和因单体电池一致性问题而带来的积累效应。整组检测无法检测电池及电池组实际容量，无法筛选其中已老化的电池。实用的方法是检测每一个单体电池。但对于串联形成的电池组，要自动检测每个单体电池的端电压所遇到的主要问题是测量参考点的选择以及检测电路与被检测电池组的电隔离问题。电位参考点的选择不仅如上所述影响测量精度，还对测量电路的测量范围提出了很高的要求。而被检测电池组与检测电路的隔离不仅涉及到系统的安全还影响检测电路的复杂度和可实现性。目前采用的主要是集中检测和分布检测两种方法。1、集中检测法集中检测法是用一套检测电路分时检测各个单体电池。检测技术比较直观，为了检测每只电池的电压，需要将每只电池的电压信号引入检测设备(如果蓄电池组由n节单体电池组成，需要引n+1条检测线)，采用多通道切换的技术，即通过开关器件(继电器)把多节单体电池的电压信号切换到同一个差分放大器，经信号处理后用一只A/D转换器进行采样。“开关切换”动态地改变了参考点，保证每次测量都是一个单体电池的端电压；而差分输入则保证了电池组与检测电路不共地，虽然没有做到全隔离，但比共地连接要安全。电池温度的检测一般可采用数字或模拟温度传感器。另外，因电动汽车要求的电流较大(几十到几百安)，所以对电池组充放电电流的检测，一般采用非接触式电流传感器或变送器实现。这种方法主要有以下缺点(1)由于需要把蓄电池组的每节电池电压信号引入检测设备，因此，如果引出的导线发生短路或破损将直接影响蓄电池组的安全。(2)由于引入检测设备的电压信号线较多，且这些信号线必须完全按蓄电池组的电压顺序连接到检测设备上，否则将损坏检测设备，因此，加大了接线难度和复杂度。(3)不适用采用更换电池组方法的实际应用。(4)引线较长，不但容易引入干扰，而且因为较大的线阻而直接影响测量精度。2、分布检测法所谓分布式隔离检测技术，就是将单体电池电压及温度的检测模块化、本地化，然后再通过一定的通讯手段将这些检测模块检测的数据集中起来，最后统一处理。这样做的目的就是要解决集中检测方法所存在的种种问题。原理图见图3。其主要优点是(1)连线简单、性能可靠。(2)省去了多路转换开关。(3)易于达到较高的测量精度。(4)符合汽车电器总线化的趋势。但应用分布式检测技术还必须解决以下几个问题(1)检测模块的功耗不能大，否则将增加蓄电池的“负担”，减少蓄电池组容量；(2)由于检测模块一般直接从被测电池上持续取电，不利于节能和安全。(3)当电池较多时，模块数量也多，使得成本和复杂度提高，并且要求通信总线有较高的带载能力。从功能上看，检测模块主要由检测子模块和通信子模块两大部分组成。检测子模块要完成数据的采集和调理任务，而通信子模块则要沟通与主控电路的信息交流，接收主控电路的指令，上传由检测子模块提供的检测数据。因为汽车电器的发展方向是采用CAN总线技术，所以，通信子模块与主控电路之间应该采用CAN总线连接。这种方法利用分布式模块解决了参考点问题，利用总线通信方式(采用光耦器件)解决了主控机与电池组的隔离问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述
技术介绍
中的不足之处，提供一种集中/分布式电动汽车蓄电池组工作参数检测系统，其整个系统由若干个检测模块通过CAN总线连接而成，检测单元部分模块化、本地化，数据靠总线传输。检测系统加强了组建系统的灵活性和扩充性，增加了系统的可靠性，具有较高的性价比。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种集中/分布式电动汽车蓄电池组工作参数检测系统，其特殊之处在于将全部电池分成若干个小组，每个小组用一个检测模块进行集中式检测，整个系统由若干个检测模块通过CAN总线连接形成分布式结构，各检测模块利用“桥电容”隔离检测电池电压，利用单总线温度传感器检测温度，电流检测模块利用电流变送器检测电流并将数据通过CAN总线上传给主控机，由主控机进行处理并显示出来。上述检测模块包括单片机，其工作流程为(不包括电流检测模块)(1)初始化；(2)查询CAN数据；(3)读温度数据；(4)合上K1；(5)延时10ms；(6)断开K1，合上K2；(7)间隔2ms读三次A/D；(8)断开K2；(9)算出电压平均值；(10)封装数据成帧；(11)CAN发送数据；(12)等待确认，是则返回步骤(2)，否则返回上一步。CAN通信电路主要由微控制器P87C591、CAN总线驱动器82C250和高速光电耦合器6N137三部构成。处理器P87C591通过光耦6N137和驱动器82C250实现数据的接收和发送通信任务，P87C591的TX0和RX0通过高速光耦6N137后与82C250的TXD和RXD相连。电池的温度采集时间为700毫秒，电压数据采集时间定在40毫秒之内，电容的取样与转移时间定为小于50毫秒，采样时刻在充电过程5τ1后执行，电压转移在0.01τ2内完成。检测模块采用光耦继电器控制桥电容方式检测电压，步骤包括MCU首先将双刀单掷开关K1合上，则电池对电容Ci充电，电容端电压很快达到电池端电压，然后MCU断开K1合上K2，从A/D上采集到Ci的端电压，也就是电池的端电压，最后MCU断开K2，从而完成一次采集任务。电流检测模块采用电流变送器检测电流，电流传感器将主电源回路电流信号转换为电压信号送给微处理器，微处理器将数据通过CAN总线传给上位机，上位机处理后在显示屏上显示检测结果，采用DC-DC变换器供电，并直接将其安装在电流传感器上，传感器的输出信号通过双绞线送给微处理器。上述电流检测的流程为(1)初始化；(2)给A/D转换器发转换指令；(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集中／分布式电动汽车蓄电池组工作参数检测系统，其特征在于：将全部电池分成若干个小组，每个小组用一个检测模块进行集中式检测，整个系统由若干个检测模块通过ＣＡＮ总线连接形成分布式结构，各检测模块利用“桥电容”隔离检测电池电压，利用单总线温度传感器检测温度，利用电流变送器检测电流并将数据通过ＣＡＮ总线上传给主控机，由主控机进行处理并显示出来。采用在模块上设置硬件开关或跳线产生模块地址数据，然后由ＭＣＵ通过Ｉ／Ｏ口读入并存放在ＲＡＭ中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马建，张卫钢，蹇小平，任贺宇，钱定军，穆丹，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]