一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的電池管理系統(tǒng)及方法
【專利說明】一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的電池管理系統(tǒng)及方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電池管理系統(tǒng)及方法，具體涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的電池管理系統(tǒng)及方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]在新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，電池組通常作為常用的電能儲(chǔ)存和輸出關(guān)鍵部件，在進(jìn)行大功率的輸出和儲(chǔ)能時(shí)，電池組通常需要上百片甚至幾百片單電池串聯(lián)組成，開發(fā)電池組的管理系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)其參數(shù)和狀態(tài)、提高電池的可靠性和耐久性具有重要意義。目前，電池管理系統(tǒng)主要采用主從結(jié)構(gòu)，檢測(cè)從板與檢測(cè)主板(綜合管理但也)通過有線方式如CAN總線、RS485總線等進(jìn)行通信，多個(gè)檢測(cè)從板與檢測(cè)主板之間需要大量布線，這樣加大了電池組安裝布置的復(fù)雜性，一旦其中一個(gè)檢測(cè)從板與檢測(cè)主板之間的通信連接線出現(xiàn)脫落會(huì)降低了電池管理系統(tǒng)整體的可靠性；若采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)從板與檢測(cè)主板之間的通信，既可以免去大量布線的繁瑣，又可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)從板之間的模塊化擴(kuò)展，從而提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和通信的電池管理系統(tǒng)，通過在電池組的數(shù)據(jù)采集單元與綜合管理單元采用基于Zigbee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)電池組數(shù)據(jù)的采集和狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，省去大量布線的麻煩，同時(shí)提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和模塊化設(shè)計(jì)。具有智能、高效、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:包括輸入輸出單元、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集單元和綜合管理單元；
所述的輸入輸出單元包括由η片電池串聯(lián)組成的電池組，電池組其正負(fù)極分別經(jīng)過第一二極管Dl和第一開關(guān)Kl后通過高壓輸出端口與外部用電設(shè)備相連向外供電；充電機(jī)的正負(fù)極通過充電端口分別經(jīng)過第二二極管D2和第二開關(guān)Κ2后與電池組的正負(fù)極相連對(duì)其進(jìn)行充電；
所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集單元包括m個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊，各個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)應(yīng)采集電池組中10片單電池的電壓、電流和溫度，記錄它們的充電和放電時(shí)間，分別綜合利用安時(shí)法和開路電壓法估算它們的荷電狀態(tài)SOC和健康狀態(tài)S0H，利用基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與綜合管理單元相連進(jìn)行通信；
所述的綜合管理單元接收來自無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集單元的各種數(shù)據(jù)，采集電池組的輸出總電壓和電流，控制第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2的導(dǎo)通與關(guān)斷，分別利用第一 CAN網(wǎng)絡(luò)和第二 CAN網(wǎng)絡(luò)與整車控制器和充電器控制器相連進(jìn)行通信，利用USB模塊和SCI模塊與上位機(jī)通信顯示上述各個(gè)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，通過IXD進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示，通過GPRS向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送上述數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，若電池組中某一個(gè)電池的輸出電壓、充放電電流、溫度、荷電狀態(tài)SOC值和健康狀態(tài)SOH值超出所設(shè)定的閾值時(shí)，綜合管理單元進(jìn)行聲光報(bào)警提不O
[0008]作為優(yōu)選，所述的輸入輸出單元由電池組、電壓傳感器V1、電流傳感器Al、第一二極管Dl和第二二極管D2、第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2構(gòu)成；電池組的正極分別與第一二極管Dl的正極和第二二極管D2的負(fù)極相連，第一二極管Dl的負(fù)極作為高壓輸出端口的正極，電池組的負(fù)極與電流傳感器Al串聯(lián)后分為兩路，一路與第一開關(guān)Kl的輸入端相連，同時(shí)與電池組的正極之間并聯(lián)電壓傳感器VI，另一路與第二開關(guān)K2的輸入端相連，第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2的輸出端分別作為高壓輸出端口和充電端口的負(fù)極。
[0009]作為優(yōu)選，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集單元包括m個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊;m個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊中的A/D轉(zhuǎn)換電路分別采集電池組中它們各自對(duì)應(yīng)的10片單電池的正負(fù)極輸出電壓，m個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊分別與設(shè)置在其對(duì)應(yīng)電池組中10片單電池表面上的溫度傳感器輸出端相連讀取其溫度值，m個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊分別利用時(shí)鐘電路分別記錄其對(duì)應(yīng)的電池組中10片單電池的充放電時(shí)間，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接收綜合管理單元采集的電流傳感器Al的值，綜合利用安時(shí)法和開路電壓法估算各個(gè)單電池的荷電狀態(tài)SOC值和健康狀態(tài)SOH值，將各個(gè)單電池的電壓、溫度、荷電狀態(tài)SOC值和健康狀態(tài)SOH值通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給綜合管理單元。
[0010]作為優(yōu)選，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊由電源電路、多路選擇開關(guān)、譯碼電路、差分放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、I/O擴(kuò)展接口、10片DS18B20、CC2530核心模塊、JTAG接口、時(shí)鐘電路、收發(fā)天線、復(fù)位電路、撥碼開關(guān)和LED構(gòu)成；10片單電池作為一個(gè)整體，其對(duì)應(yīng)的正負(fù)極輸出端依次通過多路選擇開關(guān)、差分放大電路和濾波電路后與每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊的A/D轉(zhuǎn)換電路相連，CC2530核心模塊通過I/O 口與譯碼電路相連控制多路選擇開關(guān)的分時(shí)導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)10路電池電壓的采集，每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊通過I/O擴(kuò)展接口與10片單電池表面安裝的溫度傳感器DS18B20的輸出端相連讀取其溫度值，各個(gè)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊利用時(shí)鐘電路記錄對(duì)應(yīng)10片單電池的充放電時(shí)間，利用基于CC2530核心模塊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接收來自綜合管理單元采集的電流傳感器Al的值，綜合利用安時(shí)法和開路電壓法進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算估算各個(gè)單電池的荷電狀態(tài)SOC值和健康狀態(tài)SOH值，并基于CC2530核心模塊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將對(duì)應(yīng)的10片單電池的電壓、溫度、荷電狀態(tài)SOC值和健康狀態(tài)SOH值發(fā)送給綜合管理單元。
[0011]作為優(yōu)選，所述的綜合管理單元由車載電源、第一 DC/DC、第二 DC/DC、協(xié)調(diào)器控制模塊、上位機(jī)構(gòu)成；車載電源的輸出端分別與第一 DC/DC和第二 DC/DC的輸入端相連；第一DC/DC的輸出端分別與m個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊的供電端相連為它們供電；第二DC/DC的輸出端與協(xié)調(diào)器控制模塊的供電端相連；協(xié)調(diào)器控制模塊通過USB模塊和SCI模塊與上位機(jī)相連進(jìn)行通信，通過第一 CAN網(wǎng)絡(luò)與整車控制器相連進(jìn)行通信，通過第二 CAN網(wǎng)絡(luò)與充電機(jī)控制器相連進(jìn)行通信，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與電壓傳感器Vl和電流傳感器Al的輸出端相連采集數(shù)據(jù)，通過GPRS向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送上述數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，通過I/O輸出模塊與第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2的信號(hào)控制端相連。
[0012]作為優(yōu)選，所述的協(xié)調(diào)器控制模塊由電源模塊、微控制器MCU、Zigbee模塊、第一CAN模塊、第二 CAN模塊、時(shí)鐘模塊、USB模塊、SCI模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LCD模塊、GPRS模塊、I/o輸出模塊和聲光報(bào)警電路構(gòu)成，電源模塊的輸入端與綜合管理單元中第一 DC/DC的輸出端相連；微控制器MCU通過Zigbee模塊分別與m個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方式相連進(jìn)行通信；A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與電壓傳感器Vl和電流傳感器Al的信號(hào)輸出端相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與微控制器MCU相連實(shí)現(xiàn)電池組電壓和電流信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；微控制器MCU通過I/O輸出模塊與聲光報(bào)警電路相連實(shí)現(xiàn)異常情況時(shí)通過I/O輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)報(bào)警；微控制器MCU通過I/O 口和數(shù)據(jù)線與GPRS模塊相連，GPRS模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連進(jìn)行通信發(fā)送電池組所有電池的電壓、電流、溫度、荷電狀態(tài)SOC值、健康狀態(tài)SOH值、電池組的總電壓V1、電池組的荷電狀態(tài)SOC值，以及發(fā)送第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2的導(dǎo)通與關(guān)閉狀態(tài)；微控制器MCU還可通過USB模塊或SCI模塊與現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)相連發(fā)送電池組所有單電池的電壓、電流、溫度、荷電狀態(tài)SOC值、健康狀態(tài)SOH值、電池組的總電壓V1、電池組的荷電狀態(tài)SOC值，以及發(fā)送第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2的導(dǎo)通