专利名称：电动汽车磷酸铁锂动力电池检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动汽车动力磷酸铁锂动力电池检测技术领域，具体涉及采用基于磁 耦合隔离器件的CAN总线通信方式和宽供电电压范围的低功耗数字信号控制器芯片，对 电动汽车动力磷酸铁锂动力电池状态检测信号通过CAN总线进行传输的检测装置。
背景技术：
随着世界能源紧缺、环境污染等问题的日益严峻，人们迫切需要一种新型、清洁、高 效、可持续的能源来替代石油产品为汽车提供能量。蓄电池作为一种常见的辅助能源，将 其应用到电动汽车后，电动汽车便成为了一种趋势。磷酸铁锂动力电池由于具有成本低、 电池容量大、跟随负荷输出特性好、无记忆效应等特点成为电动汽车的首�。⒔魑� 动汽车的能量供应部分而得到普及。车载动力磷酸铁锂动力电池在使用过程中需要对它的 状态进行实时的检测，以保证电动汽车系统处于正常的工作状态；当蓄电池在使用过程中 处于过充、过放状态时，将对其性能产生很大的损坏，同时也将缩短蓄电池的使用寿命。
在现有的锂电池检测技术中，专门针对车载磷酸铁锂动力电池的检测装置还很不完 善，主要存在以下问题检测装置的接线太多，电路较复杂，抗干扰能力较差；电压测量 精度不高，对磷酸铁锂动力电池剩余能量预测误差太大，导致不能精确计算磷酸铁锂动力 电池荷电状态；目前使用的CAN总线通信时，电压隔离电路复杂、并需增加供电电路， 造成磷酸铁锂动力电池检测装置的成本较高。
随着电动汽车的快速发展，对电动汽车的核心部分的磷酸铁锂动力电池组系统的检测 也变得越来越重要，尽管本设计针对磷酸铁锂动力电池检测装置进行了研发并实施了相应 的设计策略，但该领域还没有达到完全成熟的地步，仍需要作深入的研究与分析。目前尚 未见到有文献介绍有效的方法或手段来检测电动汽车动力磷酸铁锂动力电池端电压和温 度，从而实现电池状态的检测和传送。
实用新型内容
3本实用新型所解决的技术问题是，提供一种检测误差�。删芳扑懔姿崽Φ� 池荷电状态，电压隔离电路简单，成本低，能对车载磷酸铁锂动力电池的单体电池的端电 压和每节电池的温度进行检测的电动汽车动力磷酸铁锂动力电池检测装置。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是 一种电动汽车磷酸铁锂动力电池 检测装置，其特征在于，包括电压检测�？椋氲ヌ辶姿崽Φ绯氐牡缪故涑龆肆� 接；温度检测�？椋ü匀让舻缱枭厦娴缪沟谋浠佣贸鲎柚档谋浠詈蠓从吵鑫� 度的变化；数字信号控制器�？椋觳獾降牡缪购臀露刃畔⒆鞒龇治雠卸希篷詈� 隔离器件和CAN驱动器，将检测到的信息通过CAN总线上传到液晶显示器。
磁耦合隔离器件，由于CAN总线需要连接到每个电池，电池串连后电压很高，因此必 须将CAN总线与检测装置的MCU隔离，与传统的光耦隔离器件相比采用磁耦隔离器件，可 以减少隔离器件的数量，简化隔离电路；磁耦隔离器件的功耗比光电耦合器件更低，并且 它的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力都比光耦隔离器件更强；
采用宽供电电压范围的数字信号控制器芯片，不需要对电池的端电压进行DC/DC转 换和稳压，而直接由所检测电池提供数字信号控制器的电源，省掉了数字信号控制器供电 电路，降低了磷酸铁锂动力电池检测装置的制造成本。
进一步，所述数字信号控制器�？橛蒬sPIC30F4012以及相应的外围元件组成，具有 模拟量I/0接口、数字量I/0接口、 10位A/D转换功能以及CAN通信功能。
本实用新型采用磁耦合隔离器件实现对隔离电路的简化；采用宽供电电压范围的数字 信号控制器芯片，不再对磷酸铁锂动力电池的端电压进行DC/DC转换和稳压，而直接由所 检测电池提供数字信号控制器电源，简化其数字信号控制器供电电路。大大降低了磷酸铁 锂动力电池检测装置的制造成本，提高了检测信号的稳定性和准确性，实现了高精度、低 功耗的数据采集。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点
(1) 本实用新型在CAN总线通信电路部分，采用了磁耦隔离器件，这与传统的光耦 隔离器件相比具有很大的优掛性，可以减少隔离器件的数量，简化隔离电路；另外磁耦隔 离器件的功耗比光电耦合器件更低，并且它的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能 力都比光耦隔离器件更强。
(2) 本实用新型采用宽供电电压范围的数字信号控制器芯片，不需要对电池的端电 压进行DC/DC转换和稳压，而直接由所检测电池提供数字信号控制器电源，省掉了数字 信号控制器供电电路，提高了检测信号的稳定性和准确性，大大降低了磷酸铁锂动力电池 检测装置的制造成本。(3)本实用新型采用的是16位的数字信号控制器芯片，可以提高电池电压的检测精 度，从而在电池剩余能量估算中减小误差，提高SOC精度。
图1为本实用新型一种磁耦合隔离器件的CAN总线的磷酸铁锂动力电池车载检测装置 的总体结构框图2为本实用新型一种磁耦合隔离器件的CAN总线的磷酸铁锂动力电池车载检测装置 的每节单体磷酸铁锂动力电池检测单元的原理图3为单体磷酸铁锂动力电池电压检测�？樵硗迹� 图4为单体磷酸铁锂动力电池温度检测�？樵硗迹� 图5为CAN通信接口电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明，但并不局限于以下实施例。 如图1所示， 一种基于CAN总线的通信方式检测磷酸铁锂动力电池端电压和温度的 装置，该装置包含16个单体电池检测节点和一个液晶显示节点，它们之间通过CAN总线 进行通信。每个单体电池检测单元釆用低功耗的16位单片机(以下简称数字信号控制 器)、CAN驱动芯片以及CAN驱动芯片与数字信号控制器之间的磁耦合隔离器件构成； 数字信号控制器的工作电压采用磷酸铁锂动力电池直接供电，磁耦合隔离器件则不需供 电，即可构成小型化单体磷酸铁锂动力电池的检测单元；通过磷酸铁锂动力电池端所连数 字信号控制器检测的热敏电阻值，便可计算相应磷酸铁锂动力电池的温度，并可根据直接 测量的磷酸铁锂动力电池的端电压以及从CAN总线送来的磷酸铁锂动力电池电流，便可 计算出其每节磷酸铁锂动力电池的剩余电量和充放电性能参数；避免因使用不当或磷酸铁 锂动力电池温度过高等因素縮短磷酸铁锂动力电池的使用寿命；若发现电池电量小于警戒 阈值，即提醒充电，再利用CAN总线将检测信息发送到整车管理系统，最后再通过整车 控制系统的液晶显示器即可面向用户显示该磷酸铁锂动力电池的状态。
本实施例是基于CAN总线的低成本车载磷酸铁锂动力电池检测装置，检测的对象是由 16节磷酸铁锂动力电池构成的电动车动力磷酸铁锂动力电池组，对每节磷酸铁锂动力电池 的单体电池电压和温度进行检测，检测结果通过CAN总线上传到上层液晶显示器显示，同 时对每节磷酸铁锂动力电池的单体电池电压和温度进行准确的监测，确保磷酸铁锂动力电 池的正常工作，进而实现电动汽车的安全行驶。每单体磷酸铁锂动力电池检测单元包括电压检测�？�、温度检测�？�、数字信号控制 器�？橐约癈AN通信�？�。电压检测�？橛傻ヌ辶姿崽Φ绯氐牡缪故涑龆撕偷缪辜� 测电路输入端连接构成；温度检测�？橛扇让舻缱枋迪郑赐ü匀让舻缱枭厦娴缪沟� 变化从而得出阻值的变化，最后反映出温度的变化，这和传统的在磷酸铁锂动力电池上安 装温度传感器相比，降低了成本；数字信号控制器�？橛蒬sPIC30F4012以及相应的外围 元件组成，具有模拟量1/0接口、数字量I/0接口、 10位A/D转换功能以及CAN通信功能； 数字信号控制器将检测到的电压和温度等信息作出分析判断，分析各个单体磷酸铁锂动力 电池的工作状态，同时将检测到的信息通过CAN总线上传到液晶显示器，确保电动汽车 的正常行驶。
电压和温度检测�？橥üＤ饬渴淙胪ǖ烙胧中藕趴刂破飨嗔缓蠼胧中藕� 控制器的A/D转换�？椋幻康ヌ辶姿崽Φ绯丶觳獾ピ腃AN总线接口通过CAN总 线和上层液晶显示器连接，将各个单体磷酸铁锂动力电池检测单元检测出来的电压和温度 等信息通过CAN总线上传到液晶显示器。
上述磷酸铁锂动力电池电压温度检测�？樵贏/D转换时需要用到外部电压基准 LM385,在对检测结果进行CAN通信上传时将用到CAN收发器PCA82C250以及磁耦隔 离器ADUM1201ARZ。
上述磷酸铁锂动力电池检测单元的主要作用是检测各个单体磷酸铁锂动力电池的电 压以及温度，并判断电压和温度是否在正常工作范围之内，同时通过CAN总线将检测信 息上传至上层显示系统。
本实用新型为一种基于CAN总线的电动汽车车载磷酸铁锂动力电池检测装置，本装 置总体结构由16个检测节点构成，通过CAN总线将各个检测节点检测到的信息上传到液 晶显示器。每一个检测节点与其要检测的单体电池以及相应的检测电路相对应，构成一个 单体电池检测单元。
如图1所示，给出了整个车载磷酸铁锂动力电池检测装置的总体结构框图，每一个单 体电池检测单元在整个装置中作为一个节点，16个单体磷酸铁锂动力电池检测节点通过 CAN总线和液晶显示节点连接在一起，每个检测节点检测到的信息都可以通过CAN总线 上传到液晶显示器进行显示，同时通过CAN总线将整个磷酸铁锂动力电池检测装置还可 以和车上的其它控制系统连接在一起。
如图2所示，给出了车载磷酸铁锂动力电池检测装置的每一检测单元的原理图，单体 磷酸铁锂动力电池的电压温度通过主控芯片dsPIC30F4012的模拟I/O通道采集进来，然后在芯片内部进行A/D转换，A/D转换的精度为10位，A/D转换的电压基准由外部提供， 在本实例中采用的是LM385，提供2.5V的电压基准。检测结果通过CAN总线上传。
磁耦合隔离器件，由于CAN总线需要连接到每个电池，电池串连后电压很高，因此必 须将CAN总线与检测装置的MCU隔离。本实用新型釆用磁耦合隔离器件，与传统的光耦隔 离器件相比采用磁耦隔离器件，可以减少隔离器件的数量，简化隔离电路；磁耦隔离器件 的功耗比光电耦合器件更低，并且它的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力都比 光耦隔离器件更强；
同时，采用宽供电电压范围的数字信号控制器芯片，不需要对电池的端电压进行 DC/DC转j奂和稳压，而直接由所检测电池提供数字信号控制器的电源，省掉了数字信号控 制器供屯rll路，降低了磷酸铁锂动力电池检测装置的制造成本。
如&]3所示，给出了电压检测�？樵硗迹扛龅ヌ辶姿崽Φ绯氐牡缪咕盅� 电阻Rl和R2后从数字信号控制器dsPIC30F4012的AN2引脚采集进来，然后再进行A/D 转换。
如E1所示，给出了温度检测模块原理图，用于温度检测的热敏电阻和两个匹配电阻 R3、 R4以及电容按照上述方式连接后和dsPIC30F4012的AN3、 AN4、 AN5三个引脚相连。 具体实玩方法是通过AN5引脚向整个温度检测�？楣┑纾┑绲牡缪刮觳饬姿崽� 力电池的屯压，由于检测磷酸铁锂动力电池电压是变化的，所以必需对其实时监测，在通 过AN4引脚实现，AN3引脚用来检测热敏电阻上的电压，通过上述电压的检测可以得到 热敏电阻阻值的变化，最终得到磷酸铁锂动力电池温度的变化。整个检测过程采集进来的 都是模投,量，和前面的电压检测一样，都要进行A/D转换。
如B5所示，给出了磷酸铁锂动力电池检测装置的CAN通信接口电路原理图，在本 实例中^用了磁耦隔离器ADUM1201ARZ和CAN收发器PCA82C250，它们的连接在图5 中给出丁^确的标注。本实用新型所采用的磁耦隔离与传统的光耦隔离相比具有很大的优 越性，在CAN通信�？橹兄恍枰黄车墓怦罡衾�6N137需要两片才能够实现CAN 通信隔;.、，另外其功耗仅为光电耦合器的1/10~1/60,它的数字接口具有稳定的性能特征， 具有比光屯耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力，消除了光电耦合
不稳定i':' ':i流传输率，非线性传输，温度和使用寿命等方面的问题。
本玄施例车载磷酸铁锂动力电池检测装置具有如下功能
1、对每一节单体磷酸铁锂动力电池的电压和温度等信息实现实时的检测，即可对磷 酸铁锂/力力FK池的工作状态作出全面的了解。
72、 为了防止过充，在磷酸铁锂动力电池充电过程中实时检测磷酸铁锂动力电池的电 压及温度；为了防止过放，在电动汽车行驶过程中实时检测磷酸铁锂动力电池的电压和温 度。当磷酸铁锂动力电池电压和温度超极限时，声光报警，以避免因过充和过放而影响磷 酸铁锂动力电池的使用寿命。
3、 整个磷酸铁锂动力电池检测装置通过CAN总线和上层显示系统相连，可以将磷酸 铁锂动力电池的工作状态信息即时的传到液晶显示器上显示，通过该CAN总线还将完成 整车控制系统的通信。
该装置实现了对电动汽车车载磷酸铁锂动力电池的信号采集、处理与通信；试验结果 表明，所设计的检测装置性能良好，能保证电动汽车安全行驶，且提高了电动汽车整车的 安全性.高效性、稳定性和可靠性，并有效降低了复杂度和成本。
权利要求1、电动汽车磷酸铁锂动力电池检测装置，其特征在于，包括电压检测�？椋氲ヌ辶姿崽Φ绯氐牡缪故涑龆肆樱晃露燃觳饽？椋ü匀让舻缱枭厦娴缪沟谋浠佣贸鲎柚档谋浠詈蠓从吵鑫露鹊谋浠皇中藕趴刂破髂？椋觳獾降牡缪购臀露刃畔⒆鞒龇治雠卸希篷詈细衾肫骷虲AN驱动器，将检测到的信息通过CAN总线上传到液晶显示器；磁耦合隔离器件，将CAN总线与检测装置的MCU隔离；宽供电电压范围的数字信号控制器芯片，直接由所检测电池提供数字信号控制器的电源。
2、 如权利要求1所述的电动汽车磷酸铁锂动力电池检测装置，其特征在于，所述数 字信号控制器�？橛蒬sPIC30F4012以及相应的外围元件组成，具有模拟量1/0接口、数 字量I/O接口 、 10位A/D转换功能以及CAN通信功能。
3、 如权利要求1所述的电动汽车磷酸铁锂动力电池检测装置，其特征在于，所述电 压、温度检测�？樵贏/D转换时需要用到外部电压基准LM385，在对检测结果进行CAN通 信上传时将用到CAN收发器PCA82C250以及磁耦隔离器ADUM1201ARZ。
4、 如权利要求1所述的电动汽车磷酸铁锂动力电池检测装置，其特征在于，所述磁 耦合隔离器件采用ADUM1201ARZ，每一 CAN节点配一片磁耦隔离器件。
专利摘要本实用新型提供一种电动汽车磷酸铁锂动力电池检测装置，它包括电压检测�？�、温度检测�？楹褪中藕趴刂破髂？椋皇中藕趴刂破髂？榻觳獾降牡缪购臀露刃畔⒆鞒龇治雠卸希篷詈细衾肫骷虲AN驱动器，将检测到的信息通过CAN总线上传到液晶显示器。本实用新型采用磁耦合隔离器件实现对隔离电路的简化；采用宽供电电压范围的数字信号控制器芯片，不再对磷酸铁锂动力电池的端电压进行DC/DC转换和稳压，而直接由所检测电池提供数字信号控制器电源，简化其数字信号控制器供电电路。大大降低了磷酸铁锂动力电池检测装置的制造成本，提高了检测信号的稳定性和准确性，实现了高精度、低功耗的数据采集。
文档编号G01R31/36GK201397383SQ20092012742
公开日2010年2月3日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者刘和平, 杰 向, 薇 姜, 建 崔, 彪 蒋, 力 邓, 郑群英, 马君伟 申请人:重庆大学
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