发明授权：一种适用于新能源汽车的电池管理主系统及其控制方法

1.一种适用于新能源汽车的电池管理主系统的控制方法,该系统包括MCU模块、电源管理模块、电流检测模块、液晶显示模块、整组电压及绝缘性能测量模块、热管理模块、时钟模块和存储模块,所述MCU模块与所述电源管理模块连接,所述电源管理模块为所述电流检测模块、所述液晶显示模块、所述整组电压及绝缘性能测量模块、所述热管理模块、所述时钟模块和所述存储模块供电,所述电流检测模块连接到所述MCU模块的第一A/D转换通道,所述热管理模块连接到所述MCU模块的第二A/D转换通道,所述存储模块连接到所述MCU模块的第一SPI通道,所述时钟模块连接到所述MCU模块的第二SPI通道,所述整组电压及绝缘性能测量模块连接到所述MCU模块的第三SPI通道,所述液晶显示模块连接到所述MCU模块的RS232通信通道,所述MCU模块还设有多路CAN通道,所述MCU模块的前三路所述CAN通道上各分别串行连接有4个采集模块；所述MCU模块为XC2287芯片,所述MCU模块设有五路CAN通道,第四路所述CAN通道外接整车控制器、充电机以及OBD诊断接口,第五路所述CAN通道作为预留通道；所述电源管理模块包括电源EMI滤波电路和低功耗处理电路；所述电源EMI滤波电路包括EMI滤波器(L1)、第一二极管(VD1)、第二二极管(VD2)、第一电阻(R1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3),汽车电池电源直接接入所述第一二极管(VD1)的正极,经所述第一二极管(VD1)的负极输出到所述EMI滤波器(L1)的输入端,且所述EMI滤波器(L1)的输入端之间并接有所述第二二极管(VD2)、所述第一电阻(R1)和所述第一电容(C1),所述EMI滤波器(L1)的输出端之间并接有所述第二电容(C2)和所述第三电容(C3)；所述低功耗处理电路包括电压转换电路和输出控制电路；所述电压转换电路包括电压转换芯片NCV4274、自恢复二极管(FI)、第四电容(C4)、第五电容(C5)和第六电容(C6),经所述电源EMI滤波电路滤波处理后的电压连接到所述自恢复二极管(FI),经所述自恢复二极管(FI)接入所述电压转换芯片NCV4274的输入端,且所述自恢复二极管(FI)和所述电压转换芯片NCV4274的输入端之间并接有所述第四电容(C4)和所述第五电容(C5),所述电压转换芯片NCV4274的输出端上并接有所述第六电容(C6)；所述输出控制电路包括第一MOSEFT管(VT1)、第二MOSEFT管(VT2)、第三MOSEFT管(VT3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第九电阻(R9),所述MCU模块的控制信号+12V_EN经过所述第六电阻(R6)接入所述第二MOSEFT管(VT2)的栅极,且所述第二MOSEFT管(VT2)的栅极与地之间连接有所述第七电阻(R7),经所述电源EMI滤波电路滤波处理后的12V电压+12VOUT连接到所述第一MOSEFT管(VT1)源极,同时经过所述第四电阻(R4)连接到第一MOSEFT管(VT1)栅极,所述第一MOSEFT管(VT1)栅极经过第五电阻(R5)与所述第二MOSEFT管(VT2)漏极连接,所述MCU模块的控制信号+12V_EN控制所述第二MOSEFT管(VT2)的截止和导通,决定加载到所述第一MOSEFT管(VT1)栅极的电压,进而控制所述第一MOSEFT管(VT1)的输出+12VP,经电压转换芯片NCV4274输出的低电压+5V接入所述第三MOSEFT管(VT3)的源极,并经所述第九电阻(R9)连接到所述第三MOSEFT管(VT3)的栅极,所述MCU模块的控制信号+5V_EN经过所述第八电阻(R8)接入所述第三MOSEFT管(VT3)的栅极,用以控制所述第三MOSEFT管(VT3)的截止和导通,控制电源+5VP输出,所述电源管理模块将经所述电源EMI滤波电路滤波处理后的12V电压+12VOUT,由所述第一MOSEFT管(VT1)和所述第二MOSEFT管(VT2)的截止和导通控制输出供电给所述电流检测模块、所述液晶显示模块和所述热管理模块；所述电源管理模块将经过所述电压转换电路转化的5V电压,由所述第三MOSEFT管(VT3)的截止和导通控制输出+5VP供电给所述MCU模块、所述整组电压及绝缘性能测量模块、所述时钟模块和所述存储模块；所述电流检测模块包括参考电源电路和电流检测电路；所述参考电源电路包括第十一电容(C11)、第十三电阻(R13)、TL431B、第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)、第十二电容(C12)、第十三电容(C13)和第十四电容(C14),经所述电源EMI滤波电路滤波和所述低功耗处理电路处理后的12V电压+12VOUT接入所述第十一电容(C11)和所述第十三电阻(R13)组成的滤波电路,输入到所述TL431B的输入端,所述TL431B的输出端并接所述第十四电阻(R14)和所述第十五电阻(R15),输出电压的两端并接有所述第十三电容(C13)和所述第十四电容(C14)；所述电流检测电路包括第八十电阻(R80)、第八十一电阻(R81)、第八十二电阻(R82)、第八十三电阻(R83)、第四十八电容(C48)、第四十九电容(C49)、第五十电容(C50)和第五十一电容(C51),所述第八十电阻(R80)和所述第四十八电容(C48)组合成RC滤波器,所述第八十一电阻(R81)和所述第四十九电容(C49)组合成RC滤波器,所述第八十二电阻(R82)和所述第五十电容(C50)组合成RC滤波器,所述第八十三电阻(R83)和所述第五十一电容(C51)组合成RC滤波器；所述液晶显示模块包括液晶模块电源变换电路和RS232通信电路；所述液晶模块电源变换电路包括升压芯片GS3362、三极管(VT5)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)和第一百一十三电阻(R113),经所述电源EMI滤波电路滤波处理和所述低功耗处理电路后的12V电压+12VOUT接入所述三极管(VT5)的集电极,输入到所述升压芯片GS3362的输入端,所述升压芯片GS3362的输出端输出升压后的电压；所述RS232通信电路包括用于将标准的TTL电平转换成RS232电平的MAX2232芯片及其外围电路；所述整组电压及绝缘性能测量模块包括总电压测量电路和绝缘性能测量电路；所述总电压测量电路包括DCDC隔离、第七十电容(C70)、第七十一电容(C71)、第七十二电容(C72)、第七十三电容(C73)、第八十九电阻(R89)、第九十电阻(R90)、数字隔离器ADUM1401和A/D采集芯片ADS7844,所述第八十九电阻(R89)和所述第九十电阻(R90)串接后组成分压网络,分压后的电池包电压输入所述A/D采集芯片ADS7844,所述A/D采集芯片ADS7844的输出端通过SPI通信接口输出采集值给所述MCU模块；所述绝缘性能测量电路包括用于控制并入和断开的第一光电耦合器(N27)和第二光电耦合器(N28),第八十七电阻(R87),第八十八电阻(R88)、第九十一电阻(R91)、第九十二电阻(R92)、第九十三电阻(R93)和第九十四电阻(R94),所述第一光电耦合器(N27)包括第一光耦开关和第二光耦开关,所述第二光电耦合器(N28)包括第三光耦开关；所述热管理模块包括负载驱动电路,所述负载驱动电路包括功率控制芯片BTS5235及其外围电路,所述功率控制芯片BTS5235的输入端接入量控制输出端的输出量,所述功率控制芯片BTS5235的输出端接入负载；所述时钟模块为所述MCU模块设有专门的硬件看门狗电路,所述硬件看门狗电路,由自动备用电池切换芯片SP690A和74HC1组成,经过所述电源管理模块处理的5V电源接到SP690A的VCC端,第五十一电容(C51)接到SP690A的VCC对电源滤波；SP690A的输出端VOUT连接到时钟芯片PCA21125的VDD进行供电,74HC1的输出端连接到MCU模块的复位端,来自所述MCU模块的PWM控制信号WATCH_DOG给SP690A喂狗,SP690A自带硬件看门狗功能,RST引脚输出复位信号给74HC1的INA端,MCU模块的控制引脚DIS_W_DOG连接到74HC1的输入INB端,第六十一电阻(R61)为上拉电阻,接到经过所述电源管理模块处理的5V电源和74HC1的INB引脚间,第五十四电容(C54)为滤波电容,接到74HC1的VCC引脚和地之间,第六十二电阻(R62)为下拉电阻,接到74HC1的输出引脚OUTY和地之间；其特征在于：包括以下步骤：(1)通过点火钥匙开关切换档位或插入充电机插头,两种方式给系统上电,启动MCU模块；(2)MCU模块进行变量定义及其初始化；(3)启动电源管理模块,给所述存储模块,所述时钟模块,隔离A/D转换模块,CAN模块,功率控制模块,液晶显示模块上电；(4)外围设备的初始化及其状态的设定,包括设置电流检测模块、液晶显示模块、整组电压及绝缘性能测量模块、热管理模块、时钟模块和存储模块以及采集模块；(5)读存储模块,得到所述MCU模块所需要的SOC、SOE估计脉谱和OBD诊断内容,并得到整个电池组SOC和SOE初始值SOCinit、SOEinit,总电池组整组最大可用容量Qmax,各单体电池单体最大可用容量Qimax,静置时间t,静置是指当电池组充放电电流绝对值小于50mA；(6)读时钟模块,得到系统时钟；(7)在时钟模块的设置下,每10毫秒转换一次,通过与第三SPI通道连接的整组电压及绝缘性能测量模块得到整个电池组总电压值,通过与第一A/D转换通道连接的电流检测模块得到电池组充放电电流值；(8)检测绝缘电阻时,采用在静置条件下,500毫秒检测一次,1秒求一次绝缘估计电阻值,当第一个500毫秒时候,自MCU模块的控制信号CELL0_EN有效时,第一个光耦开关闭合,整个电池组的电压加到整个电阻测量网络中,其中VGND是汽车上搭铁地,绝缘检测主要测量动力整组电池正极和负极对搭铁地的电阻Rhigh-gnd和Rlow-gnd,测量过程如下：来自MCU模块的控制信号CLONE无效的时候,第二光耦开关打开,第八十七电阻(R87)并入电阻网络,这时候,通过ASD7844测量第九十一电阻(R91)两端的电压VR91,自MCU模块的控制信号CLONE有效的时候,第二光耦开关闭合,第八十七电阻(R87)从电阻网络中短路,这时候,通过ASD7844测量第九十一电阻(R91)两端的VR911电压；同理,来自MCU模块的控制信号CLTWO无效的时候,第三光耦开关打开,第九十三电阻(R93)并入电阻网络,这时候,通过ASD7844测量第九十二电阻(R92)两端的电压VR92,来自MCU模块的控制信号CLTWO有效时候,第三光耦开关闭合,第九十三电阻(R93)从电阻网络中短路,这时候,通过ASD7844测量第九十二电阻(R92)两端的电压VR921；进而,得到电阻Rhigh-gnd和Rlow-gnd；(9)第一路CAN通道是否接收到数据,如果接收到数据,则分类处理数据,第一路CAN通道最多接收4个子采集系统的数据,每个子采集系统有最多12路单体电压、8路温度、整组电压和半组电压以及6802的状态信息和报警信息,否则,跳到(10)；(10)第二路CAN通道是否接收到数据,如果接收到数据,则分类处理数据,第二路CAN通道最多接收4个子采集系统的数据,每个子采集系统有最多12路单体电压、8路温度、整组电压和半组电压以及6802的状态信息和报警信息,否则,跳到(11)；(11)第三路CAN通道是否接收到数据,如果接收到数据,则分类处理数据,第三路CAN通道最多接收4个子采集系统的数据,每个子采集系统有最多12路单体电压、8路温度、整组电压和半组电压以及6802的状态信息和报警信息,否则,跳到(12)；(12)估计电池包荷电状态(State Of Charge),简称为SOC；在上一次估算所得SOC即SOCINIT基础上进行安时积分,公式如下： 其中,SOC0＝SOCINIT,I为电池包充放电电流,放电时电流值取负值,充电时电流值取正值,CE＝QMAX；(13)根据SOE估计脉谱估算SOE；(14)驱动第四路CAN通道与MCU模块进行交互；(15)根据采集的温度、电压、电流信息对电池充放电过程进行热管理、功率管理、安全管理；(16)针对电池充放电过程的数据和工况进行诊断,记录故障码并采取对应措施；(17)存储电池包充放电数据和OBD诊断内容；(18)启动串口,将电压、电流、SOC和报警信息送到液晶显示模块；(19)若系统充电过程中按下修复性充电按钮,系统启动修复性充电功能控制充电过程,从而实现对电池包荷电状态SOC的修正,充电过程如下：a)系统控制电池静置2小时以上,采集各单体电池端电压,通过查SOC-OCV表得到各单体电池SOCiint；b)对电池进行充电至充电截止电压,或保证充电量大于电池包容量的二分之一,通过安时积分计算得到充电量ΔAH充；c)静置2小时以上,采集各单体电池端电压,通过查SOC-OCV表得到各单体电池SOCiend；d)根据各单体电池SOCiint、充电量ΔAH充、各单体电池SOCiend,对电池充放电过程中电流积分计算所得的SOC结果进行修正；(20)若系统充电完成后检测到系统静置,即充电电流小于50mA,电池组进行放电均衡,硬件实现由采集模块来实现,软件控制策略由主控系统实现,均衡终止条件为各单体电池电压差小于0.05V。