汽車電源管理系統的製作方法
2023-06-03 16:15:21 2
專利名稱:汽車電源管理系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種汽車電源管理系統，包括：電流監測電路、電壓監測電路、溫度採集電路、CAN通信電路、主控制系統微控制器電路和從控制系統微控制器電路；電壓監測電路用於監測每個電池的電壓，電壓監測電路通過系統總線連接至從控制系統微控制器電路；電流監測電路用於監測汽車電源系統的電流，電流監測電路通過系統總線連接至主控制系統微控制器電路；溫度採集電路用於採集電池的工作環境溫度，溫度採集電路通過系統總線連接至主控制系統微控制器電路；CAN通信電路設置於主控制系統微控制器電路與從控制系統微控制器電路之間用於提供二者之間的通信連接。利用本實用新型的汽車電源管理系統可實時監控電池組荷電和運行狀態，具有較強的接入性。
【專利說明】
汽車電源管理系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及交通運輸中能源汽車【技術領域】，尤其涉及一種汽車電源管理系統。
【背景技術】
[0002]電池管理系統被用於估測電池的荷電狀態(SOC)，使其維護在合理的範圍內，能夠防止電池因過充放電導致電池壽命下降、引發自然或爆炸等嚴重後果。一方面駕駛員可通過電池管理系統對電池組的運行情況獲得準確認知，另一方面，當電池管理系統檢測到異常情況時，及時發出報警，確保人身安全。
[0003]電池管理系統直接檢測與管理汽車的儲能電池運行的全過程，包括電池的充放電過程管理、電池的溫度檢測、電池電壓的檢測、電池電流的檢測、電量的估計、單體電池故障診斷等幾個方面。電池的充放電過程管理即實時監控電池充放電時的溫度、電壓、電流等參數，在發現異常情況時及時做斷開充電電路，發出報警信息等相應處理。電池溫度監測即對汽車蓄電池單個電池進行溫度監測，依據電池類型設定該型號電池安全溫度等參數範圍，在發現溫度不在安全範圍時做相應處理，並發出報警信息，提示問題電池的位置。電池電壓與電流的檢測即檢測蓄電池各組電壓、電流，依據檢測參數來通過算法判斷電池好壞，並估算SOC。電量的估計即電池剩餘電量SOC的測量，依據電池電量經驗以及所測參數積分計算。單體電池故障診斷即依據所測單個電池溫度、電壓等參數對比其正常參數範圍做出診斷處理。
實用新型內容
[0004]本實用新型目的在於提供一種汽車電源管理系統，可通過對電池的電壓監測和電池組的電流監測，用以提供進一步估算電池的荷電狀態、判斷單體電池的剩餘電量和電池的好壞的依據；通過對電池工作溫度的採集，用來提供進一步判斷電池是否處於正常工作溫度範圍內的依據，若發現溫度超出閥值，發出報警信息。
[0005]本實用新型的上述目的通過獨立權利要求的技術特徵實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特徵。
[0006]為達成上述目的，本實用新型所採用的技術方案如下:
[0007]一種汽車電源管理系統，其特徵在於，包括:電流監測電路、電壓監測電路、溫度採集電路、CAN通信電路以及系統控制電路，系統控制電路包括主控制系統微控制器電路和從控制系統微控制器電路；
[0008]所述電壓監測電路用於監測每個電池的電壓，該電壓監測電路通過系統總線連接至從控制系統微控制器電路；
[0009]所述電流監測電路用於監測汽車電源系統的電流，該電流監測電路通過系統總線連接至主控制系統微控制器電路；
[0010]所述溫度採集電路用於採集電池的工作環境溫度，該溫度採集電路通過系統總線連接至主控制系統微控制器電路；
[0011]所述CAN通信電路設置於主控制系統微控制器電路與從控制系統微控制器電路之間，用於提供多個所述的從控制系統微控制器電路與一個所述的主控制系統微控制器電路的通信連接。
[0012]進一步的實施例中，所述電流監測電路包括一霍爾傳感器模塊、A/D轉換模塊，該霍爾傳感器模塊與A/D轉換模塊相連，獲取來自汽車電池組的電流信號並轉換為電壓信號再進一步通過該A/D轉換為數位訊號，所述A/D轉換模塊被設置成與所述主控制系統微控制器電路相連。
[0013]進一步的實施例中，所述霍爾傳感器模塊採用支持雙量程監測方式的DHAB S/18霍爾傳感器。
[0014]進一步的實施例中，所述電壓監測電路包括MOS管過衝保護電路以及電池監控晶片電路，所述MOS管過衝保護電路與所述電池監控晶片電路相連，所述電池監控晶片電路被設置成與所述從控制系統微控制器電路相連。當電池組中某一電池處於過衝狀態，MOS管過衝保護電路開啟被動均衡。電池監控晶片電路用於監控電池的電壓，每個電池監控晶片可同時在線監控12節電池，測量系統中所有電池所需時間接近13ms，支持堆疊式結構
[0015]進一步的實施例中，所述溫度採集電路包括多個溫度傳感器，所述每個溫度傳感器被設置成通過系統總線與所述主控制系統微控制器電路相連，將採集到的電池工作環境溫度轉換為數位訊號送給所述主控制系統微控制器電路。
[0016]進一步的實施例中，所述溫度傳感器採用DALLAS公司的DS18B20數字溫度傳感器。
[0017]進一步的實施例中，所述CAN通信電路包括多個CAN收發控制電路以及與之對應的數字隔離電路，其中:數字隔離電路與所述從控制系統微控制器電路相連，CAN收發控制電路則與所述主控制系統微控制器電路相連。
[0018]進一步的實施例中，所述CAN通信電路中，CAN收發控制電路採用SN65HVD1040收發器，數字隔離電路採用TI公司的IS07221隔離器。
[0019]進一步的實施例中，所述汽車電源管理系統更加包含一顯示電路，連接至所述主控制系統微控制器電路。例如，可以用於實時顯示前述各個模塊採集到的數據。
[0020]進一步的實施例中，所述汽車電源管理系統更加包含一蜂鳴器，連接至所述主控制系統微控制器電路。例如，可以用於提示駕駛員電壓、電流、溫度、SOC等參數超出正常工作範圍。
[0021]由以上本實用新型的技術方案可知，本實用新型的有益效果在於:
[0022]傳統的汽車電源管理系統只能對有限個電池單元進行測量，電壓監測電路不存在過衝保護電路，溫度採集電路並未採用總線連接，霍爾傳感器將電流信號轉換為電壓信號直接送給控制系統，控制系統採用一級微控制晶片完成，報警信息只是以圖形或文字的形式進行界面顯示。而本實用新型提出的汽車電源管理系統，電壓監測電路與從控制系統微控制器電路通過系統總線例如SPI總線進行通信，從控制系統微控制器電路與主控制系統微控制器電路通過CAN總線進行通信，可以根據實際電池組和電池的數量，方便的對電壓監測電路和從控制系統微控制器電路進行擴增。在電壓監測電路中，本例加入一級MOS管過衝保護電路，用於防止電池過衝損傷後級電壓採集電路。本例採用總線技術將各個分立的溫度傳感器進行互連，並於主控制系統微控制器電路進行通信。對於電流監測電路，本例在霍爾傳感器的後級加入一級A/D轉換電路，進一步提高測量精度。控制系統則採用兩級完成，分別為:主控制系統微控制器電路和從控制系統微控制器電路。當發現電池組的工作溫度或者電壓電流超出正常工作範圍，系統除了提供界面告警顯示外，還會發出高音調的蜂鳴聲，提示駕駛員電池組出現異常。
[0023]應當理解，前述構思以及在下面更加詳細地描述的額外構思的所有組合只要在這樣的構思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的實用新型主題的一部分。另外，所要求保護的主題的所有組合都被視為本公開的實用新型主題的一部分。
[0024]結合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本實用新型教導的前述和其他方面、實施例和特徵。本實用新型的其他附加方面例如示例性實施方式的特徵和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據本實用新型教導的【具體實施方式】的實踐中得知。
【附圖說明】
[0025]附圖不意在按比例繪製。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組成部分可以用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，並非每個組成部分均被標記。現在，將通過例子並參考附圖來描述本實用新型的各個方面的實施例，其中:
[0026]圖1為本實用新型實施例一提供的汽車電源管理系統的結構示意圖；
[0027]圖2為圖1實施例一中的電壓監測電路的結構示意圖；
[0028]圖3為圖1實施例一中的電流監測電路的結構示意圖；
[0029]圖4為圖1實施例一中的溫度採集電路的結構示意圖；
[0030]圖5為圖1實施例一中的CAN通信電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為了更了解本實用新型的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下。
[0032]在本公開中參照附圖來描述本實用新型的各方面，附圖中示出了許多說明的實施例。本公開的實施例不必定意在包括本實用新型的所有方面。應當理解，上面介紹的多種構思和實施例，以及下面更加詳細地描述的那些構思和實施方式可以以很多方式中任意一種來實施，這是因為本實用新型所公開的構思和實施例並不限於任何實施方式。另外，本實用新型公開的一些方面可以單獨使用，或者與本實用新型公開的其他方面的任何適當組合來使用。
[0033]如圖1所示，根據本實用新型的較優實施例，一種汽車電源管理系統，包括:電流監測電路101、電壓監測電路106、溫度採集電路108、CAN通信電路104和控制系統電路，控制系統電路包括主控制系統微控制器電路103和從控制系統微控制器電路105。
[0034]電流監測電路101用於監測汽車電源系統的電流，該電流監測電路101通過系統總線例如SPI總線連接至主控制系統微控制器電路103。
[0035]電壓監測電路103用於監測每個電池的電壓，該電壓監測電路103通過系統總線連接至從控制系統微控制器電路105。
[0036]溫度採集電路108用於採集汽車電池的工作環境溫度，該溫度採集電路108通過系統總線連接至主控制系統微控制器電路103。
[0037]CAN通信電路104設置於主控制系統微控制器電路103與從控制系統微控制器電路105之間，用於提供多個所述的從控制系統微控制器電路105與一個所述的主控制系統微控制器電路103的通信連接。
[0038]結合圖1和圖2所示，電壓監測電路106與汽車內的待測電池組及單個電池單體相連，電壓監測電路106通過例如SPI總線與從控制系統微控制器電路105相連。
[0039]如圖2所示的電壓監測電路106的示例性實現，每個電壓監測電路106包括MOS管過衝保護電路和電池監控晶片兩部分，電池監控晶片電路被設置成與所述從控制系統微控制器電路相連。
[0040]當電池組中某一電池處於過衝狀態，MOS管過衝保護電路開啟被動均衡。電池監控晶片電路用於監控電池的電壓，每個電池監控晶片可同時在線監控12節電池，測量系統中所有電池所需時間接近13ms，支持堆疊式結構。電池監控晶片通過SPI總線將採樣後的電壓信號送給從控制系統微控制器電路105。
[0041]結合圖1、圖3所示，電流監測電路101獲取電池組的總電流並轉換為離散數位訊號再通過例如SPI總線輸入主控制系統微控制器電路103。
[0042]溫度採集電路108則通過溫度傳感器DS18B20所獨有的總線技術與主控制系統微控制器電路103互通，顯示電路102與蜂鳴器107直接與主控制系統微控制器電路103互通，進行圖形顯示。
[0043]如圖3所示的電流監測電路101的示例性實現，電流監測電路101包括一霍爾傳感器模塊、A/D轉換模塊，該霍爾傳感器模塊與A/D轉換模塊相連，獲取來自汽車電池組的電流信號並轉換為電壓信號再進一步通過該A/D轉換為數位訊號，所述A/D轉換模塊被設置成與所述主控制系統微控制器電路相連。
[0044]本例子中，霍爾傳感器用來測量電池組中的電流值，並進一步轉換為電壓值輸出。為提高數據檢測的精度，將霍爾傳感器輸出的電壓接入A/D轉換晶片，將連續電壓信號轉換為離散數位訊號並通過SPI總線送往主控制系統微控制器電路103。
[0045]如圖4所示的溫度採集電路108的示例性實現，溫度採集電路108包括多個溫度傳感器，每個溫度傳感器被設置成通過系統總線與主控制系統微控制器電路103相連，將採集到的電池工作環境溫度轉換為數位訊號送給主控制系統微控制器電路103。
[0046]作為優選，溫度傳感器採用DALLAS公司的DS18B20數字溫度傳感器。例如，溫度傳感器DS18B20被置於汽車的電池單體上，對電池組中單體電池的溫度進行採集，通過DS18B20所支持的總線技術，將若干個DS18B20進行互連並與主控制系統微控制器電路進行通信，若干個溫度傳感器通過系統總線與主控制系統微處理器電路103相連，主控制系統微處理器電路103依據每個溫度傳感器的序列號，進行輪訓訪問，從而獲得每個電池單體的工作溫度。
[0047]如圖5所示的CAN通信電路104，本例中的CAN通信電路104包括多個CAN收發控制電路以及與之對應的數字隔離電路，其中:數字隔離電路與所述從控制系統微控制器電路相連，CAN收發控制電路則與所述主控制系統微控制器電路103相連。
[0048]數字隔離電路用於防止系統受到危險電壓及危險電流的衝擊時不會徹底燒毀。CAN收發控制電路完成多個從控制系統微控制器電路與一個主控制系統微控制器電路通過CAN總線進彳丁通f目。
[0049]作為優選，前述CAN通信電路中，CAN收發控制電路採用SN65HVD1040收發器，數字隔離電路採用TI公司的IS07221隔離器。
[0050]作為優選，結合圖1所示，汽車電源管理系統還更加包含一顯示電路102，連接至主控制系統微控制器電路103，該顯示電路102例如用來顯示電池單體及電池組的SOC、電壓、溫度等參數信息。
[0051]作為優選，結合圖1所示，汽車電源管理系統還更加包含一蜂鳴器107，連接至主控制系統微控制器電路103，該蜂鳴器107例如當電池單體及電池組的工作溫度、剩餘電荷量等參數，有一個參數超出正常工作範圍時，蜂鳴器107就會啟動，發出警告聲。
[0052]雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本實用新型。本實用新型所屬【技術領域】中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本實用新型的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
【權利要求】
1.一種汽車電源管理系統，其特徵在於，包括:電流監測電路、電壓監測電路、溫度採集電路、CAN通信電路以及系統控制電路，系統控制電路包括主控制系統微控制器電路和從控制系統微控制器電路； 所述電壓監測電路用於監測每個電池的電壓，該電壓監測電路通過系統總線連接至從控制系統微控制器電路； 所述電流監測電路用於監測汽車電源系統的電流，該電流監測電路通過系統總線連接至主控制系統微控制器電路； 所述溫度採集電路用於採集電池的工作環境溫度，該溫度採集電路通過系統總線連接至主控制系統微控制器電路； 所述CAN通信電路設置於主控制系統微控制器電路與從控制系統微控制器電路之間，用於提供多個所述的從控制系統微控制器電路與一個所述的主控制系統微控制器電路的通信連接。2.根據權利要求1所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述電流監測電路包括一霍爾傳感器模塊、A/D轉換模塊，該霍爾傳感器模塊與A/D轉換模塊相連，獲取來自汽車電池組的電流信號並轉換為電壓信號再進一步通過該A/D轉換為數位訊號，所述A/D轉換模塊被設置成與所述主控制系統微控制器電路相連。3.根據權利要求2所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述霍爾傳感器模塊採用支持雙量程監測方式的DHAB S/18霍爾傳感器。4.根據權利要求1所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述電壓監測電路包括MOS管過衝保護電路以及電池監控晶片電路，所述MOS管過衝保護電路與所述電池監控晶片電路相連，所述電池監控晶片電路被設置成與所述從控制系統微控制器電路相連。5.根據權利要求1所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述溫度採集電路包括多個溫度傳感器，所述每個溫度傳感器被設置成通過系統總線與所述主控制系統微控制器電路相連，將採集到的電池工作環境溫度轉換為數位訊號送給所述主控制系統微控制器電路。6.根據權利要求5所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述溫度傳感器採用DALLAS公司的DS18B20數字溫度傳感器。7.根據權利要求1所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述CAN通信電路包括多個CAN收發控制電路以及與之對應的數字隔離電路，其中:數字隔離電路與所述從控制系統微控制器電路相連，CAN收發控制電路則與所述主控制系統微控制器電路相連。8.根據權利要求7所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述CAN通信電路中，CAN收發控制電路採用SN65HVD1040收發器，數字隔離電路採用TI公司的IS07221隔離器。9.根據權利要求1-8中任意一項所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述汽車電源管理系統更加包含一顯示電路，連接至所述主控制系統微控制器電路。10.根據權利要求1-8中任意一項所述的汽車電源管理系統，其特徵在於，所述汽車電源管理系統更加包含一蜂鳴器，連接至所述主控制系統微控制器電路。
【文檔編號】B60L11-18GK204279130SQ201420773811
【發明者】劉青 [申請人]鐘山職業技術學院