專利名稱：汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車上的電池測(cè)試與管理領(lǐng)域 的測(cè)量系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，它涉及一種汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)。
技術(shù)背景燃料汽車排放的尾氣作為 一種普遍的空氣污染物已經(jīng)逐漸地被人們所關(guān) 注，為了緩解汽車尾氣給空氣污染造成的壓力，動(dòng)力電池作為一個(gè)重要的組成 部分開(kāi)始成為汽車動(dòng)力的一個(gè)主要來(lái)源。對(duì)電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車而言，電 池所處狀況的判斷對(duì)于整車的工作而言至關(guān)重要。為了延長(zhǎng)電池使用壽命，避免電池因過(guò)渡放電而造成不可修復(fù)性的損壞， 達(dá)到使車輛能夠安全穩(wěn)定行駛的目的，我們需要實(shí)時(shí)的了解電池的荷電狀態(tài)(State of Charge,簡(jiǎn)稱S0C )，及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和充放電，從充分發(fā)揮 電池能力和提高安全性兩個(gè)角度對(duì)電池進(jìn)行高效管理，以進(jìn)一步提高整車性能。 目前，傳統(tǒng)上測(cè)量汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)(SOC)的方法有多種，常用的有 Ah (安時(shí))計(jì)量法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法等。
1. Ah計(jì)量法是最通用的荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其原理主要是通過(guò)電流積分來(lái) 累計(jì)放電量，從而計(jì)算荷電狀態(tài)，但應(yīng)用中存在以下主要問(wèn)題(1)電流測(cè)量不準(zhǔn)確將增大計(jì)算誤差，長(zhǎng)時(shí)間的積累將導(dǎo)致計(jì)算誤差會(huì)越 來(lái)越大；(2 )在高溫狀態(tài)和電流波動(dòng)很大的情況下計(jì)算誤差較大，而且需建立充放 電效率公式。
2. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是指利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性和自學(xué)習(xí)特性，對(duì)外部激勵(lì)給出 相應(yīng)的輸出，能夠模擬電池動(dòng)態(tài)特性以預(yù)測(cè)電池的荷電狀態(tài)，其缺點(diǎn)是需要大 量的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，估計(jì)誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響很大。
3. 卡爾曼濾波法是將電池荷電狀態(tài)作為電池狀態(tài)空間模型中的一個(gè)狀態(tài)， 然后利用卡爾曼濾波方程進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，該方法適合于電流變化比較劇烈的電 池荷電狀態(tài)的估計(jì)，其缺點(diǎn)在于對(duì)電池模型準(zhǔn)確性和計(jì)算能力要求高，測(cè)量較 為繁瑣。對(duì)于動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的預(yù)測(cè)方法及測(cè)量系統(tǒng)的研究，已經(jīng)有很多人做了 這方面的工作。經(jīng)檢索得知中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1945345,
公開(kāi)日2007年4月11日，申請(qǐng) 號(hào)200510094755. 3，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為一種混合動(dòng)力汽車電池余量檢測(cè)裝置及 檢測(cè)方法。該申請(qǐng)案公開(kāi)了在CPU中央控制器與電池組之間設(shè)有一負(fù)載模塊，基于電池的電壓與電流值可計(jì)算電阻值。利用充放電電流的積分得到初步的荷 電狀態(tài)，再根據(jù)此時(shí)電池組的電壓、溫度值、以及負(fù)載模塊的電阻值，利用經(jīng) 驗(yàn)公式對(duì)所得的荷電狀態(tài)值進(jìn)行修正。這種系統(tǒng)得到的荷電狀態(tài)值需經(jīng)過(guò)電流積分，即使修正，累計(jì)誤差也較大；另外，在系統(tǒng)中需接入負(fù)載模塊并要考慮 經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)結(jié)果的影響，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，不方便系統(tǒng)擴(kuò)展。經(jīng)檢索得知中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN101098029，
公開(kāi)日2008年1月2日，申請(qǐng) 號(hào)200710105481. 2，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為估計(jì)電池充電狀態(tài)的方法、電池管理系 統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法。該申請(qǐng)案公開(kāi)了利用測(cè)量模型對(duì)電池建立模型，包括傳感器、 預(yù)測(cè)器、數(shù)據(jù)剔除單元和測(cè)量單元，利用累計(jì)充放電電流來(lái)估計(jì)電池的荷電狀 態(tài)，測(cè)量單元根據(jù)測(cè)量模型和與誤差相關(guān)的信息，利用自適應(yīng)濾波器如卡爾曼 濾波器來(lái)執(zhí)行對(duì)估計(jì)的電池荷電狀態(tài)的不斷校正。這種系統(tǒng)對(duì)電池模型準(zhǔn)確性 和計(jì)算能力要求較高，測(cè)量較為繁瑣，系統(tǒng)實(shí)用性不強(qiáng)，只具有局部代表性， 另外，這種系統(tǒng)并沒(méi)有考慮到信號(hào)在汽車中的傳輸問(wèn)題，不適用于汽車控制。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是旨在克服電池內(nèi)部參數(shù)難以取得、測(cè)試建模 困難與測(cè)量不夠準(zhǔn)確等問(wèn)題，提供一種汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)?？?以實(shí)時(shí)反映出動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)，使汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量更加準(zhǔn)確， 方便電池的管理，提高電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的性能。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是釆用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的汽車動(dòng)力電池 荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)中夾處理與傳輸部分組成。所述的數(shù)據(jù)采集部分包括有電壓傳感器、電流傳感器與溫度傳感器。每個(gè)電壓傳感器的輸入端與單節(jié)汽車動(dòng)力電池電線連接，每個(gè)電壓傳感器 的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電線連接。電流傳感器的輸入端與汽車動(dòng)力電池耦合連接，電流傳感器的輸出端與數(shù) 字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電線連接。每個(gè)溫度傳感器與汽車動(dòng)力電池接觸連接，溫度傳感器的輸出端與數(shù)字信 號(hào)處理器的1/0接口電線連接。所述的數(shù)據(jù)中央處理與傳輸部分包括有it據(jù)處理單元和CM傳輸單元。數(shù)據(jù)處理單元采用的是嵌入模糊預(yù)測(cè)算法的型號(hào)為T(mén)MS320LF2407的數(shù)字 信號(hào)處理器，CAN傳輸單元包括有CAN總線收發(fā)器與CAN總線。CAN總線收發(fā)器 的型號(hào)為PCA82C250， CAN總線收發(fā)器的一端與數(shù)字信號(hào)處理器的CAN控制器電 線連接，CAN總線收發(fā)器的另一端與CAN總線電線連接，CAN總線再與汽車的電 子控制單元或主控計(jì)算機(jī)電線連接。技術(shù)方案中所述的每個(gè)電壓傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換 接口電線連接是指每個(gè)型號(hào)為KV20A/P的電壓傳感器的M端與型號(hào)為CD4067的兩個(gè)十六鴻^莫擬開(kāi)關(guān)中的一引腳X電線連接，兩個(gè)十六絲4莫擬開(kāi)關(guān)中的地址碼輸入端與數(shù)字信號(hào)處理器中的1/0接口電線連接，兩個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的OUT/IN引腳與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電線連接；所述的每個(gè)電壓傳感 器的M端與兩個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的一引腳X電線連接是指16個(gè)電壓傳感器的 M端分別與第一個(gè)十六絲^莫擬開(kāi)關(guān)中的X0至X15引腳電線連^妻，另外9個(gè)電壓 傳感器的M端分別與第二個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的X0至X8引腳電線連接，所述 的兩個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的地址碼輸入端與數(shù)字信號(hào)處理器中的I/O接口電線 連接是指第一個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的地址碼引腳A、 B、 C、 D分別與數(shù)字信號(hào)處 理器中的PWM1/I0PA6、 P觀/I0PA7、 P麗7/I0PE1和PWM8/IOPE2引腳電線相連， 第二個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的地址碼引腳A、 B、 C、 D分別與數(shù)字信號(hào)處理器中的 P畫(huà)/I0PE3、 P窗10/IOPE4、 P麗11/I0PE5和P菌12/I0PE6引腳電線相連，所述 的兩個(gè)十六游4莫擬開(kāi)關(guān)中的OUT/IN引腳與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電線 連接是指第一個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的0UT/IN引腳與數(shù)字信號(hào)處理器的ADCINOO 引腳電線相連，第二個(gè)十六路^f莫擬開(kāi)關(guān)中的0UT/IN引腳與數(shù)字信號(hào)處理器的 ADCIN01引腳電線相連；所述的電流傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC 轉(zhuǎn)換接口電連接是指型號(hào)為KT75A/P的電流傳感器的M端與數(shù)字信號(hào)處理器的 ADCIN02引腳電線相連；所述的每個(gè)溫度傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的 1/0接口電線連接是指16個(gè)型號(hào)為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器分成4組，每4 個(gè)數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端DQ連在一根總線上，4根總線分別 與數(shù)字信號(hào)處理器的P麗3/IOPB0、 P麗4/I0PB1、 P麗5/IOPB2、 P麗6/IOPB3引腳 電線連接；所述的CAN總線收發(fā)器的一端與數(shù)字信號(hào)處理器中的CAN控制器相 連接，CAN總線收發(fā)器的另一端與C緒總線電線連接是指CAN總線收發(fā)器的TXD 引腳通過(guò)二極管Dl與數(shù)字信號(hào)處理器的CANTX/I0PC6引腳電線連接，CAN總線 收發(fā)器的RXD引腳通過(guò)電阻R5與數(shù)字信號(hào)處理器的CANRX/I0PC7引腳電線連 接，CAN總線收發(fā)器的CANH、 CANL引腳與CAN總線電線連接。 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是1. 汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)采用模糊預(yù)測(cè)的算法，這種方法能克 服傳統(tǒng)測(cè)量汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)方法的諸多不足之處，對(duì)系統(tǒng)硬件要求較低， 只需讀取電池的外部工作參數(shù)，建模簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，誤差小。2. 汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)采用的數(shù)字信號(hào)處理器，運(yùn)算速度快， 可將對(duì)應(yīng)的模糊預(yù)測(cè)算法應(yīng)用程序?qū)懭肫渲?，利用采集得到的相?yīng)信號(hào)量即可 實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的預(yù)測(cè)，處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、迅速。3. 汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)采用CAN通信方式，抗干擾能力強(qiáng)， 傳輸距離遠(yuǎn)，速度快，在汽車控制中應(yīng)用極其廣泛。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明圖1是汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意框圖；圖2是汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集部分型號(hào)為KV20A/P的霍爾電壓傳感器和型號(hào)為KT75A/P的霍爾電流傳感器與型號(hào)為T(mén)MS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器連接的電路原理圖；圖3是汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集部分型號(hào)為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器與型號(hào)為T(mén)MS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器連接的電路原理圖；圖4是汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理與傳輸部分中型號(hào)為 TMS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器的電^各原理圖；圖5是汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理與傳輸部分中型號(hào)為 PCA82C250的CAN總線收發(fā)器與數(shù)字信號(hào)處理器、CAN總線連接的電路原理圖；圖中Cl至ClO.電容，R1至R7.電阻，XTAL1.晶體振蕩器，SW1.按鍵開(kāi)關(guān)， Dl.二極管,Ll,電感，TMS320LF2407.數(shù)字信號(hào)處理器(簡(jiǎn)稱DSP ) ，DS18B20. 溫度傳感器，KV20A/P,電壓傳感器，KT75A/P.電流傳感器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)(SOC)的測(cè)量系統(tǒng)主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力 汽車的動(dòng)力管理中，用于^r測(cè)電池的剩余電量情況，并將這種情況及時(shí)地傳輸 給汽車的電子控制單元(ECU)或主控計(jì)算機(jī)。比如，混合動(dòng)力汽車的電子控制單 元根據(jù)油門(mén)踏板信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)及電池的荷電狀態(tài)值來(lái)確定對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、 電機(jī)及電池的控制命令，此時(shí)測(cè)試電池的荷電狀態(tài)值有助于在電機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)之 間有效的分配功率，并適時(shí)的對(duì)電池進(jìn)行充放電，提高汽車性能。參閱圖1,汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，它由凄t據(jù)采集部分和數(shù)據(jù) 中央處理與傳輸部分組成。所述的數(shù)據(jù)采集部分包括有電壓傳感器、電流傳感器與溫度傳感器，其中 每個(gè)電壓傳感器的輸入端與單節(jié)汽車動(dòng)力電池是并聯(lián)電線連接，采用型號(hào)為 KV20A/P的霍爾電壓傳感器，每個(gè)電壓傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC 轉(zhuǎn)換接口電連接；電流傳感器的輸入端與汽車動(dòng)力電池的輸出線是耦合連接， 采用型號(hào)為KT75A/P的霍爾電流傳感器，電流傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理 器的ADC轉(zhuǎn)換接口電連接；每個(gè)溫度傳感器與汽車動(dòng)力電池接觸連接，釆用型 號(hào)為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的I/O 接口電線連接。所述的數(shù)據(jù)中央處理與傳輸部分包括有數(shù)據(jù)處理單元和CAN傳輸單元。數(shù) 據(jù)處理單元采用的是嵌入了模糊預(yù)測(cè)算法的數(shù)字信號(hào)處理器，其型號(hào)為T(mén)MS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,簡(jiǎn)稱DSP), CAN 傳輸單元包括有CAN總線收發(fā)器與CAN總線，CAN總線收發(fā)器的型號(hào)為 PCA82C250,CAN總線收發(fā)器的一端與數(shù)字信號(hào)處理器中的CAN控制器電線連接， CAN總線收發(fā)器的另一端與CAN總線電線連接，CAN總線再與汽車的電子控制單 元或主控計(jì)算機(jī)電線連接。為了說(shuō)明具體實(shí)施方式
，下面以采用由25個(gè)單節(jié)電池所組成的汽車動(dòng)力電 池組的車型為例，選用25個(gè)霍爾電壓傳感器、1個(gè)霍爾電流傳感器與16個(gè)數(shù) 字溫度傳感器來(lái)詳細(xì)的描述汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程。參閱圖1與圖2，汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分包括 25個(gè)電壓傳感器、1個(gè)電流傳感器和16個(gè)溫度傳感器，電壓傳感器和電流傳感 器使用型號(hào)為KV20A/P的霍爾電壓傳感器和型號(hào)為KT75A/P的霍爾電流傳感器， 溫度傳感器使用的是型號(hào)為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器。其中25個(gè)單節(jié)電池 之間是串聯(lián)連接成汽車動(dòng)力電池組，每個(gè)電壓傳感器的輸入端與單節(jié)汽車動(dòng)力 電池是并聯(lián)電線連接，1個(gè)霍爾電流傳感器的輸入端與汽車動(dòng)力電池的輸出線 是耦合連接，16個(gè)溫度傳感器與汽車動(dòng)力電池組均勻分布接觸連接。也可以說(shuō) 數(shù)據(jù)采集部分采集的信號(hào)包括25路電壓信號(hào)、1路電流信號(hào)和16路溫度信號(hào)， 電壓模擬信號(hào)與電流模擬信號(hào)連入數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口，溫度數(shù)字 信號(hào)連入數(shù)字信號(hào)處理器的I/O接口。更具體的說(shuō)，單節(jié)電池的電壓模擬信號(hào) 通過(guò)霍爾電壓傳感器來(lái)采集，釆集后的25路電壓;f莫擬信號(hào)首先接入兩個(gè)型號(hào)為 CD4067的十六路模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)輸入端，十六路模擬開(kāi)關(guān)的地址碼輸入端與數(shù) 字信號(hào)處理器的I/O 口相連，十六路模擬開(kāi)關(guān)的OUT/IN端連接數(shù)字信號(hào)處理器 的ADC轉(zhuǎn)換接口，電流模擬信號(hào)流經(jīng)霍爾電流傳感器，輸出連入數(shù)字信號(hào)處理 器的ADC轉(zhuǎn)換接口，利用數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)25路電壓模擬信號(hào)、l路電流模 擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變換。每個(gè)數(shù)字溫度傳感器都有獨(dú)特的地址序列碼，可以 實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器的目的。16個(gè)數(shù)字溫度傳感器分成4 組，每4個(gè)數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端DQ連在一根總線上與數(shù)字 信號(hào)處理器的引腳電線連接，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字溫度量的采集。25個(gè)電壓傳感器輸出端M分別與第一片十六i l4莫擬開(kāi)關(guān)的16個(gè)數(shù)字輸入 端(X0至X15 )和第二片十六路模擬開(kāi)關(guān)的9個(gè)數(shù)字輸入端(X0至X8 )電線連 接；兩片十六路模擬開(kāi)關(guān)的VDD均與+5V電源電線連接，兩片十六路才莫擬開(kāi)關(guān) 的INH、 VSS均與地電線連接；第一片十六絲4莫擬開(kāi)關(guān)的地址碼輸入端A、 B、 C、 D分別與數(shù)字信號(hào)處理器的P畫(huà)l /1 OPA6 、 PWM2 /1 OPA7 、 P麗7 /1OPE1和PWM8 /1OPE2 引腳電線連接，第二片十六路模擬開(kāi)關(guān)的地址碼輸入端A、 B、 C、 D分別與數(shù)字 信號(hào)處理器的P麗9/IOPE3、 P麗10/IOPE4、 P窗11/I0PE5和P麗12/IOPE6引腳電 線連接，兩片十六路模擬開(kāi)關(guān)的OUT/IN端分別與數(shù)字信號(hào)處理器的ADCINOO、ADCIN01引腳電線連接，汽車動(dòng)力電池組的電流流經(jīng)電流傳感器，電流傳感器 的輸出端M與數(shù)字信號(hào)處理器的ADCIN02引腳電線連接。參閱圖3，數(shù)字溫度量的釆集使用16個(gè)型號(hào)為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器， 將它們分為4組，每4個(gè)數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端DQ連在一根 總線上，4根總線分別與數(shù)字信號(hào)處理器的P額3/IOPB0、 P麗4/I0PB1、 P碰5/IOPB2、 P麗6/I0PB3引腳電線連接，16個(gè)數(shù)字溫度傳感器的VDD引腳與+5V 電源電線連接，16個(gè)數(shù)字溫度傳感器的GND引腳為接地連接，電阻R3—端與 四條總線分別電線連接，另一端與+5V電源電線連接。參閱圖4,型號(hào)為T(mén)MS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP )最小應(yīng)用系統(tǒng) 中電阻R1的一端、電容C2的一端與數(shù)字信號(hào)處理器的PLFF1引腳電線連接， Rl的另一端與電容C1的一端電線連接，電容C1、電容C2的另一端與PLFF2引 腳電線連接。數(shù)字信號(hào)處理器的XTAL1/CLK引腳與晶體振蕩器XTAL1和電容C3的一端電 線連接，數(shù)字信號(hào)處理器的XTAL2引腳與晶體振蕩器XTAL1的另一端和電容C4 的一端電線連接，電容C3與電容C4的另一端為接地連接。型號(hào)為;L77^5A的芯片的REF j腳:電容C8的一端電線連接，另一RESET引腳 與電阻R2的一端電線連4妻，RESIN與開(kāi)關(guān)SW1的一端電線連"f妻，SENSE和VCC 引腳與+5V電源電線連接，CTR引腳與電容C9的一端電線連接，GND引腳與電 容C8、電阻R2、電容C9、開(kāi)關(guān)SW1的另一端接地連接。數(shù)字信號(hào)處理器的VDD引腳與電感Ll的一端電線連接，Ll的另一端與電 容CIO、數(shù)字信號(hào)處理器的PLLVCCA引腳電線連接，數(shù)字信號(hào)處理器的VSS引 腳與電容CIO的另一端為接地連接，數(shù)字信號(hào)處理器的VDD與電容C5、電容C6 和型號(hào)為MAX604的芯片的^T出端OUT電線連>|妻，型號(hào)為MAX604的芯片的IN引 腳與麗引腳與+5V電源和電容C7的一端電線連接，型號(hào)為MAX604的芯片的四 個(gè)GND引腳與SET引腳為接地連接，電容C5、電容C6、電容C7的另一端為接 地連接。參閱圖5,數(shù)字信號(hào)處理器的CANTX/I0PC6引腳與二極管Dl的一端電線連 接(這里的二極管Dl采用的是具有快速恢復(fù)能力的型號(hào)為1N5819的肖特基二 極管)，CANRX/I0PC7引腳與電阻R5、 R6的一端電線連接，電阻R5的另一端與 型號(hào)為PCA82C250的CAN總線收發(fā)器的RXD引腳電線連接，電阻R6的另一端為 接地連接，二極管Dl的另一端與電阻R4的一端電線連接并與CAN總線收發(fā)器 的TXD引腳電線連接，電阻R4的另一端接+5V電源，CAN總線收發(fā)器的GND引 腳為接地連接，CAN總線收發(fā)器的VCC引腳與+5V電源電線連接，CAN總線收發(fā) 器的RS引腳與CAN總線的GND電線連接，CAN總線收發(fā)器的CANH、 CANL引腳分別與電阻R7的兩端電線連接，然后電阻R7的兩端再與CAN總線電線連接。 汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)的工作原理汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳 感器釆集得到電池組的電壓模擬量信號(hào)、電流模擬量信號(hào)和溫度數(shù)字量信號(hào)， 將信號(hào)傳入數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),數(shù)字信號(hào)處理器將電壓模擬量信號(hào)與電流 模擬量信號(hào)進(jìn)行A/D變換。數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)嵌入有模糊預(yù)測(cè)算法的程序，該 算法根據(jù)Mamdani模糊推理形式，建立了多輸入單輸出的汽車動(dòng)力電池荷電狀 態(tài)(S0C)的模糊預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)可靠的荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)。數(shù)字信號(hào)處理器分析電 池組的相應(yīng)量值，如電壓、電流和溫度凄t據(jù)，能夠計(jì)算出電池組荷電狀態(tài)的預(yù) 測(cè)值，并將該預(yù)測(cè)值通過(guò)型號(hào)為PCA82C250的CAN總線收發(fā)器安全可靠的傳送 至CAN總線上，供汽車的電子控制單元(ECU)或主控計(jì)算機(jī)處理使用，從而決 定汽車的工作狀態(tài)。本發(fā)明不僅可以應(yīng)用在汽車上，也可以應(yīng)用到其它的交通工具或者應(yīng)用到 其它的產(chǎn)品上。只要這種交通工具或者這種產(chǎn)品使用動(dòng)力電池組，而且需要實(shí) 時(shí)地了解電池組的荷電狀態(tài)(S0C),及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和充放電，就可以應(yīng) 用本發(fā)明。能夠從充分發(fā)揮電池組能力和提高安全性兩個(gè)角度對(duì)電池組進(jìn)行高 效管理，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能。本發(fā)明實(shí)施例中所述的采用25個(gè)電壓傳感器、1個(gè)電流傳感器與16個(gè)溫 度傳感器，這是對(duì)一種車型的動(dòng)力電池組而言，針對(duì)我們所選用的型號(hào)為 TMS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器的引腳數(shù)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的技術(shù)方案完全可擴(kuò)展 到64個(gè)電壓傳感器、1個(gè)電流傳感器與至少是64個(gè)溫度傳感器，也就是說(shuō)， 本發(fā)明技術(shù)方案可以為需要更大的動(dòng)力電池組的交通工具或者其它的產(chǎn)品服 務(wù)。這時(shí)電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器與數(shù)字信號(hào)處理器連接關(guān)系在 實(shí)質(zhì)上都沒(méi)什么變化，各種信號(hào)的流動(dòng)方向也不變，只是電壓傳感器、溫度傳 感器與型號(hào)為CD4067的十六路模擬開(kāi)關(guān)在數(shù)量上的變化，型號(hào)為CD4067的十 六路模擬開(kāi)關(guān)最多要增加到4個(gè)，型號(hào)為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器要分成10 組，每組是7個(gè)左右，每組數(shù)字溫度傳感器的數(shù)量在8個(gè)以內(nèi)為好，超過(guò)8個(gè) 控制精度要受到影響。當(dāng)然。采用電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器的數(shù)量要服從汽車的車 型、其它交通工具或者其它的產(chǎn)品所應(yīng)用的動(dòng)力電池組的具體情況，動(dòng)力電池 組在1節(jié)到64節(jié)，在選用一個(gè)型號(hào)為T(mén)MS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器的情況 下，本發(fā)明技術(shù)方案都可實(shí)時(shí)地反映電池組的荷電狀態(tài)(S0C),對(duì)電池進(jìn)行高 效管理，提高汽車、其它交通工具或者其它產(chǎn)品的性能。這些都在本發(fā)明技術(shù)方 案設(shè)計(jì)意圖的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，它由數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)中央處理與傳輸部分組成；所述的數(shù)據(jù)采集部分包括有電壓傳感器、電流傳感器與溫度傳感器；每個(gè)電壓傳感器的輸入端與單節(jié)汽車動(dòng)力電池電線連接，每個(gè)電壓傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電線連接；電流傳感器的輸入端與汽車動(dòng)力電池耦合連接，電流傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電線連接；每個(gè)溫度傳感器與汽車動(dòng)力電池接觸連接，溫度傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的I/O接口電線連接；所述的數(shù)據(jù)中央處理與傳輸部分包括有數(shù)據(jù)處理單元和CAN傳輸單元；數(shù)據(jù)處理單元采用的是嵌入模糊預(yù)測(cè)算法的型號(hào)為T(mén)MS320LF2407的數(shù)字信號(hào)處理器，CAN傳輸單元包括有CAN總線收發(fā)器與CAN總線，CAN總線收發(fā)器的型號(hào)為PCA82C250，CAN總線收發(fā)器的一端與數(shù)字信號(hào)處理器的CAN控制器電線連接，CAN總線收發(fā)器的另一端與CAN總線電線連接，CAN總線再與汽車的電子控制單元或主控計(jì)算機(jī)電線連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述的每個(gè)電壓傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電線連接是 指每個(gè)型號(hào)為KV20A/P的電壓傳感器的M端與型號(hào)為CD4067的兩個(gè)十六路模擬 開(kāi)關(guān)中的一引腳X電線連接，兩個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的地址碼輸入端與數(shù)字信 號(hào)處理器中的1/0接口電線連接，兩個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的OUT/IN引腳與數(shù)字 信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電線連接。
3. 按照權(quán)利要求2所述的汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述的每個(gè)電壓傳感器的M端與兩個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的一引腳X電線連接是 指16個(gè)電壓傳感器的M端分別與第一個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的XO至X15引腳電 線連接，另外9個(gè)電壓傳感器的M端分別與第二個(gè)十六游4莫擬開(kāi)關(guān)中的XO至 X8引腳電線連接；所述的兩個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的地址碼輸入端與數(shù)字信號(hào)處理器中的<I/0 接口電線連接是指第一個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的地址碼引腳A、 B、 C、 D分別與數(shù) 字信號(hào)處理器中的P麗1/I0PA6、 P麗2/I0PA7、 P麗7/I0PE1和P麗8/IOPE2引腳 電線相連，第二個(gè)十六^I4莫擬開(kāi)關(guān)中的地址碼引腳A、 B、 C、 D分別與數(shù)字信號(hào) 處理器中的P麗9/IOPE3、 P麗10/IOPE4、 P麗11/I0PE5和P麗12/IOPE6引腳電線 相連；所述的兩個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的OUT/IN引腳與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換 接口電線連接是指第一個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的OUT/IN引腳與數(shù)字信號(hào)處理器的ADCINOO引腳電線相連，第二個(gè)十六路模擬開(kāi)關(guān)中的OUT/IN引腳與數(shù)字信號(hào) 處理器的ADCIN01引腳電線相連。
4. 按照權(quán)利要求1所述的汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述的電流傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADC轉(zhuǎn)換接口電連接是指型號(hào) 為KT75A/P的電流傳感器的M端與數(shù)字信號(hào)處理器的ADCIN02引腳電線相連。
5. 按照權(quán)利要求1所述的汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述的每個(gè)溫度傳感器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的1/0接口電線連接是指16 個(gè)型號(hào)為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器分成4組，每4個(gè)數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字 信號(hào)輸入/輸出端DQ連在一根總線上，4根總線分別與數(shù)字信號(hào)處理器的 P麗3/IOPB0、 P麗4/I0PB1、 P観5/I0PB2、 P麗6/IOPB3引腳電線連接。
6. 按照權(quán)利要求1所述的汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述的C緒總線收發(fā)器的一端與數(shù)字信號(hào)處理器中的CAN控制器相連接，CAN 總線收發(fā)器的另一端與CAN總線電線連接是指CAN總線收發(fā)器的TXD引腳通過(guò) 二極管Dl與數(shù)字信號(hào)處理器的CANTX/I0PC6引腳電線連接，CAN總線收發(fā)器的 RXD引腳通過(guò)電阻R5與^:字信號(hào)處理器的CANRX/I0PC7引腳電線連4妄；CAN總 線收發(fā)器的CA冊(cè)、CANL引腳與CAN總線電線連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種汽車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)。旨在克服電池內(nèi)部參數(shù)難以取得、測(cè)試建模困難與測(cè)量不夠準(zhǔn)確等問(wèn)題。它由數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)中央處理與傳輸部分組成。數(shù)據(jù)采集部分包括有電壓傳感器、電流傳感器與溫度傳感器。數(shù)據(jù)中央處理與傳輸部分包括有數(shù)據(jù)處理單元和CAN傳輸單元。數(shù)據(jù)處理單元采用嵌入模糊預(yù)測(cè)算法的數(shù)字信號(hào)處理器，CAN傳輸單元包括CAN總線收發(fā)器與CAN總線。CAN總線收發(fā)器的一端與數(shù)字信號(hào)處理器的CAN控制器電線連接，CAN總線收發(fā)器的另一端與CAN總線電線連接，CAN總線再與汽車的電子控制單元或主控計(jì)算機(jī)電線連接。本發(fā)明可應(yīng)用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和其它產(chǎn)品上的電池測(cè)試與管理領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01M10/48GK101256218SQ20081005057
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者冀群心, 富 劉, 微 吳, 琳 孟, 康文煒, 娟 李, 禹 程, 建 陳, 陳萬(wàn)忠, 韓雙雙 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)