电动车动力集成数字管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种电动车动力集成数字管理系统，包括由n≥3个电池块串接成的电池组、电机、电机MCU控制器、上位管理机模块、前端控制模块、后端控制模块以及电池信息采集-电量均衡模块，其将传统的、各自相对独立的充电控制器、电机控制器、电池组整合成一个系统。从系统的角度采用主从结构进行集散控制管理，由主MCU控制器进行集中管理，从MCU控制器实施分散控制，主MCU控制器与多个从MCU控制器之间通过总线进行通信联系。是一个集动力电池充电系统、动力电池均衡系统、电机控制系统于一体的车载嵌入式智能系统。通过管理避免电池过充过放，实现电机软起动、速度软提升，达到安全运行，延长电池寿命的目的。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种动力集成数字管理系统，其主要应用于电动车中电池组、电机以及充电器三者之间的集成数字管理。
技术介绍
电动车由动力电池、电机、车体、控制器、充电器等组成。目前市场上电动车的生产更趋于专业化，车上各个零部件都由专门的专业厂家来生产，整车厂家除了生产几种具有公司特色的零部件外就是一个系统集成。也就是说车上的动力电池、充电器、电机、电机控制器等都来自不同厂家的产品。一方面由于动力电池本身一致性差等缺点的存在，以及与之配套使用的不同厂家的充电器性能差异，电池被过充过放现象屡见不鲜。另一方面由于动力电池与之配套的不同厂家电机控制器、电机性能差异，使同一厂家电动车的运行控制性能出现波动。由于使用者的参差不齐，电池进行充电时的电压值离散性较大。因此使串联电池组的使用寿命低于理论值。据现有的文献资料报道，中国专利200610030870. 9公开了一种新型智能电机电池控制系统。该系统在电动车/电动摩托车/电动自行车的电池组、电机、控制器原有连接的关系上，增加了电池块管理系统，并在电机内部设置状态监视和通讯控制模块，控制器也增加了和电池块管理系统及电机的通讯控制模块。正因为没有把电池块的充电器包括在内，所以该系统只能对电池及其放电、电机运行进行管理控制，而无法对电池块的充电进行管理控制。中国专利03110617公开了电动车辆的能源管理系统，该系统虽然包括了电池块的充电器，但该系统只是搜索并监视电池组的状态、驱动马达提供适当的动力、显示系统的运作状态。显然系统不具有对电池组进行均衡的功能，电池组的“木桶效应”依然存在。除此之外，单电池管理系统就不计其数，遗憾的是这些系统不是把电池块及其充电作为一个系统，就是把电池块及其放电作为一个系统。没有正真把电池块、充电器、电机、电机控制器作为一个整体系统来研究。传统电动车的生产是一个系统集成，它把不同生产厂家的自行车零部件整合成一辆电动车。并没有把电动自行车当作一个完整的系统来生产。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提供一种电动车动力集成数字管理系统，其将传统的、各自相对独立的充电控制器、电机控制器、电池组整合成一个系统。从系统的角度采用主从结构进行集散控制管理，由主MCU控制器进行集中管理，从MCU控制器实施分散控制，主MCU控制器与多个从MCU芯片之间通过总线进行通信联系。是一个集动力电池充电系统、动力电池均衡系统、电机控制系统于一体的车载嵌入式智能系统。通过管理避免电池过充过放，实现电机软起动、速度软提升，达到安全运行，延长电池寿命的目的。为实现以上的技术目的，本技术将采取以下的技术方案—种电动车动力集成数字管理系统，包括由n(n ^ 3)个电池块串接成的电池组、上位管理机模块、前端控制模块、后端控制模块、电机MCU控制器、电机以及电池信息采集-电量均衡模块，其中所述上位管理机模块，包括主MCU控制器、显示器、存储器以及时钟芯片；所述前端控制模块，包括前端MCU控制器以及速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块以及通信接口 ；所述后端控制模块，包括后端 MCU控制器、充电控制器、后转向灯控制模块、尾灯控制模块以及通信接口 ；所述充电控制器包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、PWM功率驱动电路、用于分别采集每一电池块的第一电压电流采样电路以及用于采集电池组温度信息的温度测量电路；市电顺序经AC/DC转换电路、DC/DC转换器后与电池组连接，所述后端MCU控制器则通过PWM功率驱动电路与DC/ DC转换器通信连接；所述电机MCU控制器，包括传感器信号电路、PWM发生器、脉冲功率放大器、能量回馈单元、用于分别采集每一电池块的第二电压电流采样电路以及通信接口 ；所述主MCU控制器通过脉冲功率放大器与电机通信连接；所述电池信息采集-电量均衡模块， 包括电池信息均衡MCU控制器、用于分别采集每一电池块的第三电压电流采样电路、模拟量采集输入端口、脉冲控制互补对称均衡电路以及通信连接端口，另外，每两个电池块之间皆分别对应配设一个电池信息采集-电量均衡模块；所述前端MCU控制器、后端MCU控制器、电机MCU控制器以及电池信息均衡MCU控制器分别与主MCU控制器通信连接；所述前端MCU控制器的控制端分别与速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块信号连接；所述后端MCU控制器的控制端与充电控制器、后转向灯控制模块以及尾灯控制模块信号连接，而充电控制器的输出端与电池组连接；所述电机MCU控制器分别与电池组、电机信号连接；所述电池信息均衡MCU控制器的控制端与脉冲控制互补对称均衡电路连接，而脉冲控制互补对称均衡电路的控制端则与其对应的两个电池块连接；所述主MCU控制器对前端MCU控制器、后端MCU控制器、电机MCU控制器以及电池信息均衡MCU控制器所采集信息进行集中管理，所述主MCU控制器根据第一电压电流采样电路以及温度测量电路所反馈的信息，通过后端MCU控制器自动地控制充电控制器的运行；所述主MCU控制器根据第二电压电流采样电路所反馈的信息，通过电机MCU控制器自动地控制电机的运行；所述主MCU控制器根据第三电压电流采样电路所反馈的信息，通过电池信息均衡MCU控制器自动地对相应的电池块进行电量均衡处理。所述电池信息采集-电量均衡模块的脉冲控制互补对称均衡电路包括PWM脉冲输出电路、由Buck-boost变换器和Boost变换器组成的DC/DC变换电路以及电感器，所述 Buck-boost变换器通过电感器与两块电池块相连接；而Boost变换器也通过电感器与前述两块电池块连接，所述主MCU控制器控制根据电压采样电路所采集到的电压信息，指示电池信息均衡MCU控制器，控制PWM脉冲输出电路输出宽度不同的脉冲信号，以分别控制 Buck-boost变换器的开关管Ql或Boost变换器的开关管Q2的工作状态，并通过电感器将两块电池块中电压较高电池块的部分电量转移到电压较低的电池块，MCU控制通过控制 PWM脉冲输出电路所输出的脉冲信号来控制开关管Ql或开关管Q2的导通时间，来确定两块电池块间一次所转移的电量。所述脉冲控制互补对称均衡电路的PWM脉冲输出电路所输出脉冲信号的占空比D =T0N/TS, D的取值范围是0. 5 < D < 0. 88，其中，Ton为开关管Ql或开关管Q2的导通时间，Ts为PWM脉冲输出电路所输出脉冲信号的脉冲周期。所述第一电压电流采样电路、第二电压电流采样电路、第三电压电流采样电路皆5分别通过与电池组内各单块电池相连的采样电阻分压测得电池组的各单块电池电压以及电池组的充电电流。所述充电控制器的DC/DC转换器为带隔离的反激式变换器，该带隔离的反激式变换器由变压器、开关管和阻容二极管组成，电池组充电时，所述主MCU控制器根据电压采样电路所采集到的电池块对应电压信息以及温度测量电路所采集到的电池组温度信息，指示后端MCU控制器，控制PWM功率驱动电路输出的PWM信号脉冲宽度，以控制开关管运行，调节充电电压和电流。根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果1.数字管理系统根据采集到的各种信号进行集中管理，如存储、计算等。为用户提供参数设置、系统状态、电池电压、负载电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电动车动力集成数字管理系统，其特征在于，包括由ｎ≥３个电池块串接成的电池组、上位管理机模块、前端控制模块、后端控制模块、电机ＭＣＵ控制器、电机以及电池信息采集－电量均衡模块，其中：所述上位管理机模块，包括主ＭＣＵ控制器、显示器、存储器以及时钟芯片；所述前端控制模块，包括前端ＭＣＵ控制器以及速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块以及通信接口；所述后端控制模块，包括后端ＭＣＵ控制器、充电控制器、后转向灯控制模块、尾灯控制模块以及通信接口；所述充电控制器包括ＡＣ／ＤＣ转换器、ＤＣ／ＤＣ转换器、ＰＷＭ功率驱动电路、用于分别采集每一电池块的第一电压电流采样电路以及用于采集电池组温度信息的温度测量电路；市电顺序经ＡＣ／ＤＣ转换电路、ＤＣ／ＤＣ转换器后与电池组连接，所述后端ＭＣＵ控制器则通过ＰＷＭ功率驱动电路与ＤＣ／ＤＣ转换器通信连接；所述电机ＭＣＵ控制器，包括传感器信号电路、ＰＷＭ发生器、脉冲功率放大器、能量回馈单元、用于分别采集每一电池块的第二电压电流采样电路以及通信接口；所述主ＭＣＵ控制器通过脉冲功率放大器与电机通信连接；所述电池信息采集－电量均衡模块，包括电池信息均衡ＭＣＵ控制器、用于分别采集每一电池块的第三电压电流采样电路、模拟量采集输入端口、脉冲控制互补对称均衡电路以及通信连接端口，另外，每两个电池块之间皆分别对应配设一个电池信息采集－电量均衡模块；所述前端ＭＣＵ控制器、后端ＭＣＵ控制器、电机ＭＣＵ控制器以及电池信息均衡ＭＣＵ控制器分别与主ＭＣＵ控制器通信连接；所述前端ＭＣＵ控制器的控制端分别与速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块信号连接；所述后端ＭＣＵ控制器的控制端与充电控制器、后转向灯控制模块以及尾灯控制模块信号连接，而充电控制器的输出端与电池组连接；所述电机ＭＣＵ控制器分别与电池组、电机信号连接；所述电池信息均衡ＭＣＵ控制器的控制端与脉冲控制互补对称均衡电路连接，而脉冲控制互补对称均衡电路的控制端则与其对应的两个电池块连接；所述主ＭＣＵ控制器对前端ＭＣＵ控制器、后端ＭＣＵ控制器、电机ＭＣＵ控制器以及电池信息均衡ＭＣＵ控制器所采集信息进行集中管理，所述主ＭＣＵ控制器根据第一电压电流采样电路以及温度测量电路所反馈的信息，通过后端ＭＣＵ控制器自动地控制充电控制器的运行；所述主ＭＣＵ控制器根据第二电压电流采样电路所反馈的信息，通过电机ＭＣＵ控制器自动地控制电机的运行；所述主ＭＣＵ控制器根据第三电压电流采样电路所反馈的信息，通过电池信息均衡ＭＣＵ控制器自动地对相应的电池块进行电量均衡处理。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张其努，贾利忠，陈洁，
申请(专利权)人：吴江合美新能源科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32