CN102114788B - 电动车动力集成数字管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车动力集成数字管理系统，包括由n≥3个电池块串接成的电池组、电机、电机MCU控制器、上位管理机模块、前端控制模块、后端控制模块以及电池信息采集-电量均衡模块，其将传统的、各自相对独立的充电控制器、电机控制器、电池组整合成一个系统。从系统的角度采用主从结构进行集散控制管理，由主MCU控制器进行集中管理，从MCU控制器实施分散控制，主MCU控制器与多个从MCU控制器之间通过总线进行通信联系。是一个集动力电池充电系统、动力电池均衡系统、电机控制系统于一体的车载嵌入式智能系统。通过管理避免电池过充过放，实现电机软起动、速度软提升，达到安全运行，延长电池寿命的目的。

Description

电动车动力集成数字管理系统

技术领域

本发明涉及一种动力集成数字管理系统，其主要应用于电动车中电池组、电机以及充电器三者之间的集成数字管理。

背景技术

电动车由动力电池、电机、车体、控制器、充电器等组成。目前市场上电动车的生产更趋于专业化，车上各个零部件都由专门的专业厂家来生产，整车厂家除了生产几种具有公司特色的零部件外就是一个系统集成。也就是说车上的动力电池、充电器、电机、电机控制器等都来自不同厂家的产品。一方面由于动力电池本身一致性差等缺点的存在，以及与之配套使用的不同厂家的充电器性能差异，电池被过充过放现象屡见不鲜。另一方面由于动力电池与之配套的不同厂家电机控制器、电机性能差异，使同一厂家电动车的运行控制性能出现波动。由于使用者的参差不齐，电池进行充电时的电压值离散性较大。因此使串联电池组的使用寿命低于理论值。

据现有的文献资料报道，中国专利200610030870.9公开了一种新型智能电机电池控制系统。该系统在电动车/电动摩托车/电动自行车的电池组、电机、控制器原有连接的关系上，增加了电池块管理系统，并在电机内部设置状态监视和通讯控制模块，控制器也增加了和电池块管理系统及电机的通讯控制模块。正因为没有把电池块的充电器包括在内，所以该系统只能对电池及其放电、电机运行进行管理控制，而无法对电池块的充电进行管理控制。中国专利03110617公开了电动车辆的能源管理系统，该系统虽然包括了电池块的充电器，但该系统只是搜索并监视电池组的状态、驱动马达提供适当的动力、显示系统的运作状态。显然系统不具有对电池组进行均衡的功能，电池组的“木桶效应”依然存在。除此之外，单电池管理系统就不计其数，遗憾的是这些系统不是把电池块及其充电作为一个系统，就是把电池块及其放电作为一个系统。没有正真把电池块、充电器、电机、电机控制器作为一个整体系统来研究。

传统电动车的生产是一个系统集成，它把不同生产厂家的自行车零部件整合成一辆电动车。并没有把电动自行车当作一个完整的系统来生产。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种电动车动力集成数字管理系统，其将传统的、各自相对独立的充电控制器、电机控制器、电池组整合成一个系统。从系统的角度采用主从结构进行集散控制管理，由主MCU控制器进行集中管理，从MCU控制器实施分散控制，主MCU控制器与多个从MCU芯片之间通过总线进行通信联系。是一个集动力电池充电系统、动力电池均衡系统、电机控制系统于一体的车载嵌入式智能系统。通过管理避免电池过充过放，实现电机软起动、速度软提升，达到安全运行，延长电池寿命的目的。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种电动车动力集成数字管理系统，包括由n(n≥3)个电池块串接成的电池组、上位管理机模块、前端控制模块、后端控制模块、电机MCU控制器、电机以及电池信息采集-电量均衡模块，其中：所述上位管理机模块，包括主MCU控制器、显示器、存储器以及时钟芯片；所述前端控制模块，包括前端MCU控制器以及速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块以及通信接口；所述后端控制模块，包括后端MCU控制器、充电控制器、后转向灯控制模块、尾灯控制模块以及通信接口；所述充电控制器包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、PWM功率驱动电路、用于分别采集每一电池块的第一电压电流采样电路以及用于采集电池组温度信息的温度测量电路；市电顺序经AC/DC转换电路、DC/DC转换器后与电池组连接，所述后端MCU控制器则通过PWM功率驱动电路与DC/DC转换器通信连接；所述电机MCU控制器，包括传感器信号电路、PWM发生器、脉冲功率放大器、能量回馈单元、用于分别采集每一电池块的第二电压电流采样电路以及通信接口；所述主MCU控制器通过脉冲功率放大器与电机通信连接；所述电池信息采集-电量均衡模块，包括电池信息均衡MCU控制器、用于分别采集每一电池块的第三电压电流采样电路、模拟量采集输入端口、脉冲控制互补对称均衡电路以及通信连接端口，另外，每两个电池块之间皆分别对应配设一个电池信息采集-电量均衡模块；所述前端MCU控制器、后端MCU控制器、电机MCU控制器以及电池信息均衡MCU控制器分别与主MCU控制器通信连接；所述前端MCU控制器的控制端分别与速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块信号连接；所述后端MCU控制器的控制端与充电控制器、后转向灯控制模块以及尾灯控制模块信号连接，而充电控制器的输出端与电池组连接；所述电机MCU控制器分别与电池组、电机信号连接；所述电池信息均衡MCU控制器的控制端与脉冲控制互补对称均衡电路连接，而脉冲控制互补对称均衡电路的控制端则与其对应的两个电池块连接；所述主MCU控制器对前端MCU控制器、后端MCU控制器、电机MCU控制器以及电池信息均衡MCU控制器所采集信息进行集中管理，所述主MCU控制器根据第一电压电流采样电路以及温度测量电路所反馈的信息，通过后端MCU控制器自动地控制充电控制器的运行；所述主MCU控制器根据第二电压电流采样电路所反馈的信息，通过电机MCU控制器自动地控制电机的运行；所述主MCU控制器根据第三电压电流采样电路所反馈的信息，通过电池信息均衡MCU控制器自动地对相应的电池块进行电量均衡处理。

所述电池信息采集-电量均衡模块的脉冲控制互补对称均衡电路包括PWM脉冲输出电路、由Buck-boost变换器和Boost变换器组成的DC/DC变换电路以及电感器，所述Buck-boost变换器通过电感器与两块电池块相连接；而Boost变换器也通过电感器与前述两块电池块连接，所述主MCU控制器控制根据电压采样电路所采集到的电压信息，指示电池信息均衡MCU控制器，控制PWM脉冲输出电路输出宽度不同的脉冲信号，以分别控制Buck-boost变换器的开关管Q1或Boost变换器的开关管Q2的工作状态，并通过电感器将两块电池块中电压较高电池块的部分电量转移到电压较低的电池块，MCU控制通过控制PWM脉冲输出电路所输出的脉冲信号来控制开关管Q1或开关管Q2的导通时间，来确定两块电池块间一次所转移的电量。

所述脉冲控制互补对称均衡电路的PWM脉冲输出电路所输出脉冲信号的占空比D＝T_ON/T_s，D的取值范围是：0.5＜D＜0.88，其中，T_ON为开关管Q1或开关管Q2的导通时间，T_s为PWM脉冲输出电路所输出脉冲信号的脉冲周期。

所述第一电压电流采样电路、第二电压电流采样电路、第三电压电流采样电路皆分别通过与电池组内各单块电池相连的采样电阻分压测得电池组的各单块电池电压以及电池组的充电电流。

所述充电控制器的DC/DC转换器为带隔离的反激式变换器，该带隔离的反激式变换器由变压器、开关管和阻容二极管组成，电池组充电时，所述主MCU控制器根据电压采样电路所采集到的电池块对应电压信息以及温度测量电路所采集到的电池组温度信息，指示后端MCU控制器，控制PWM功率驱动电路输出的PWM信号脉冲宽度，以控制开关管运行，调节充电电压和电流。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1.数字管理系统根据采集到的各种信号进行集中管理，如存储、计算等。为用户提供参数设置、系统状态、电池电压、负载电流和电压、行驶路程累计、剩余电量估计、续航路程估计、弱势电池的识别提示、补充电提醒等信息。

2.电池信息采集-电量均衡模块通过电压采样电路以采集电池组的各个对应电池块的电压电流信息，根据各电池块的荷电状态，按照保证电池荷电状态一致性的原则，由智能算法及时进行自动均衡：避免因某一弱势电池的存在，而出现某一电池过充电和影响单次续航里程。其根据电感电流不能突变这一基本原理，把电压偏高电池上的能量搬移到电压偏低的电池上，使组中各电池上的能量保持均衡。

3.电机控制器同样根据电池的当前荷电状态，智能地控制电机的运行电流，实现电机的软起动，速度的软提升，避免某一电池出现过放电。当电机处在发电状态时，可将电机所发出的电回馈给电池组。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是前端控制模块的原理框图；

图3是后端控制模块的原理框图；

图4是电机控制模块的原理框图；

图5是电池信息采集-电量均衡模块的原理框图；

图6是充电控制模块的组成框图；

图7是后端控制模块控制的流程图；

图8是后端控制模块中充电控制器AC/DC转换电路的结构框图；

图9是后端控制模块中充电控制器DC/DC转换器的原理图；

图10是后端控制模块中充电控制器的PWM功率驱动电路的原理图；

图11是本发明对于n块电池组成的铅酸电池组进行电量均衡控制的结构示意图；

图12是电池信息采集-电量均衡模块的结构示意图；

图13是图12中开关管Q1工作时的等效电路图；

图14是图12中开关管Q2工作时的等效电路图；

其中MCUk中的k＝3、4、5……n。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1至5所示，本发明所述的电动车动力集成数字管理系统，包括由n(n≥3)个电池块串接成的电池组、上位管理机模块、前端控制模块、后端控制模块、电机MCU控制器、电机以及电池信息采集-电量均衡模块，其中：所述上位管理机模块，包括主MCU控制器、显示器、触控屏、蜂鸣/语音提示电路、存储器、时钟芯片以及通信接口；所述前端控制模块，包括前端MCU控制器以及速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块以及通信接口；所述后端控制模块，包括后端MCU控制器、充电控制器、后转向灯控制模块、尾灯控制模块以及通信接口；所述充电控制器包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、PWM功率驱动电路、用于分别采集每一电池块的第一电压电流采样电路以及用于采集电池组温度信息的温度测量电路；市电顺序经AC/DC转换电路、DC/DC转换器后与电池组连接，所述后端MCU控制器则通过PWM功率驱动电路与DC/DC转换器通信连接；所述电机MCU控制器，包括传感器信号电路、PWM发生器、脉冲功率放大器、能量回馈单元、用于分别采集每一电池块的第二电压电流采样电路以及通信接口；所述主MCU控制器通过脉冲功率放大器与电机通信连接；所述电池信息采集-电量均衡模块，包括电池信息均衡MCU控制器、用于分别采集每一电池块的第三电压电流采样电路、模拟量采集输入端口、脉冲控制互补对称均衡电路以及通信连接端口，另外，每两个电池块之间皆分别对应配设一个电池信息采集-电量均衡模块；所述前端MCU控制器、后端MCU控制器、电机MCU控制器以及电池信息均衡MCU控制器分别与主MCU控制器通信连接；所述前端MCU控制器的控制端分别与速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块信号连接；所述后端MCU控制器的控制端与充电控制器、后转向灯控制模块以及尾灯控制模块信号连接，而充电控制器的输出端与电池组连接；所述电机MCU控制器分别与电池组、电机信号连接；所述电池信息均衡MCU控制器的控制端与脉冲控制互补对称均衡电路连接，而脉冲控制互补对称均衡电路的控制端则与其对应的两个电池块连接；所述主MCU控制器对前端MCU控制器、后端MCU控制器、电机MCU控制器以及电池信息均衡MCU控制器所采集信息进行集中管理，所述主MCU控制器根据第一电压电流采样电路以及温度测量电路所反馈的信息，通过后端MCU控制器自动地控制充电控制器的运行；所述主MCU控制器根据第二电压电流采样电路所反馈的信息，通过电机MCU控制器自动地控制电机的运行；所述主MCU控制器根据第三电压电流采样电路所反馈的信息，通过电池信息均衡MCU控制器自动地对相应的电池块进行电量均衡处理。

如图6至10所示，本发明所述充电控制器包括AC/DC转换电路、DC/DC转换器、PWM功率驱动电路、第一电压电流采样电路以及温度测量电路，市电顺序经AC/DC转换电路、DC/DC转换器后与电池组连接，所述后端MCU控制器则通过PWM功率驱动电路与DC/DC转换器连接，并与电压电流采集电路连接；所述主MCU控制器根据第一电压电流采样电路所采集到的电池块对应电压电流信息以及温度测量电路所采集到的电池组温度信息，指示后端MCU控制器，控制PWM功率驱动电路输出脉冲信号，自动调节DC/DC转换器对电池组的充电电压，直到电池组各组内电池块电压皆≥阀值a时，停止充电。所述电压采样电路通过与电池组内各单块电池相连的采样电阻分压测得电池组的各单块电池电压，以及电池组的充电电流。所述充电控制器的DC/DC转换器为带隔离的反激式变换器，该带隔离的反激式变换器由变压器、开关管和阻容二极管组成，电池组充电时，所述主MCU控制器根据第一电压电流采样电路所采集到的电池块对应电压信息以及温度测量电路所采集到的电池组温度信息，指示后端MCU控制器，控制PWM功率驱动电路输出的PWM信号脉冲宽度，以控制开关管运行，调节充电电压和电流。具体地说，当未接入市电，且电池组放电时，主MCU控制器根据第一电压电流采样电路所测量的电池组内各电池块电压情况，以进行电池组内各电池块的剩余电量估计，当电池组内的任一组内电池块电压低于其额定值的90％时，在主MCU控制器的控制下，语音提示电路接通；而当电池组内的任一组内电池块电压低于其额定值的87.5％时，在主MCU控制器的控制下，语音提示电路以及蜂鸣电路接通，提醒对电池组进行充电；当接入市电对电池组充电时，给出可充电信号，市电顺序经AC/DC转换电路、DC/DC转换器后与电池组连接，主MCU控制器根据温度测量电路所测量的电池组温度以及第一电压电流采样电路所采集的电池组各组内电池块电压，自动调节DC/DC转换器对电池组的充电电压和充电电流，直到电池组各组内电池块电压皆≥阀值a时，停止充电。所述各个阀值可根据用户要求由用户自己设置，也可根据所充电电池的型号由系统自动设置。还包括温度报警电路和风扇电路，电池组放电过程中，当温度测量电路所测量的电池组温度≥阀值d时，在主MCU控制器的控制下，温度报警电路和风扇电路接通。电池块充电过程中，当主MCU控制器接收到的电池组温度≥阀值b，且电池组的任一组内电池块电压≥阀值c时，主MCU控制器指示后端MCU控制器降低PWM功率驱动电路输出的PWM信号脉冲宽度，以减小DC/DC转换器对电池组的充电电流。使电池组内的组内电池块在小电流浮充状态下进行自均衡，直到电池组内的所有电池块的电压都大于等于阀值1充电器停止充电为止。

如图8所示，所述充电控制器的AC/DC转换电路由整流电路和滤波电路组成，图中交流市电220V经过由二极管组成的桥式全波整流电路，输出脉动直流电压，再经过电容滤波器，输出约311V的直流电压。

如图9所示，所述充电控制器的DC/DC电路是由一个带隔离的反激式变换器，该变换器是由变压器、开关管和阻容二极管电路组成的buckboost电路。图中开关管Q3由后端MCU控制器控制PWM功率驱动电路输出的PWM信号驱动，信号的脉冲宽度则根据被充电池组内电池的荷电状态所要求的充电电压和电流来决定。

充电时，接入市电220V后，交流220V电压通过交流滤波电路，经二极管桥式整流器转换成脉动直流电压，再经直流滤波输出较稳定的约310V直流电压。并给前端MCU控制器一个市电存在可充电信号。其中交流滤波电路一方面滤除市电网中的高频干扰，另一方面阻止后级DC/DC变换器产生的高频脉冲进入电网。

如图11至13所示，本发明所述电池信息采集-电量均衡模块，包括电池信息均衡MCU控制器、用于分别采集每一电池块的第二电压电流采样电路、模拟量采集输入端口、脉冲控制互补对称均衡电路以及通信连接端口，所述脉冲控制互补对称均衡电路包括PWM脉冲输出电路、由Buck-boost变换器和Boost变换器组成的DC/DC变换电路以及电感器，且Buck-boost变换器通过电感器与所述的两块电池BAT1和BAT2相连接，其中一块电池BAT1为Buck-boost变换器的电源，另一块电池BAT2为Buck-boost变换器负载；而Boost变换器也通过电感器与两块电池BAT1和BAT2串联连接，其中前述第一块电池BAT1为boost变换器的负载，前述另一块电池BAT2为boost变换器电源。图中所述Buck-boost变换器和Boost变换器均通过同一电感器分别与相邻的电池连接；所述主MCU控制器控制根据第二电压电流采样电路所采集到的电压信息，指示电池信息均衡MCU控制器，控制PWM脉冲输出电路输出宽度不同的脉冲信号，以分别控制Buck-boost变换器的开关管Q1或Boost变换器的开关管Q2的工作状态，并通过电感器将两块电池块中电压较高电池块的部分电量转移到电压较低的电池块，电池信息均衡MCU控制器通过控制PWM脉冲输出电路所输出的脉冲信号来控制开关管Q1或开关管Q2的导通时间，来确定两块电池块间一次所转移的电量。所述PWM脉冲输出电路所输出脉冲信号的占空比D＝T_ON/T_s，D的取值范围是：0.5＜D＜0.88，其中，T_ON为开关管Q1或开关管Q2的导通时间，T_s为PWM脉冲输出电路所输出脉冲信号的脉冲周期。

图11公开了本发明对于n块电池组成的铅酸电池组进行电量均衡控制的结构示意图，其基本模块均衡电路简单、使用方便、扩展容易。一个基本均衡模块可以对两块电池进行均衡，三块电池需要两个基本均衡模块，依次类推，理论上n块电池需要用n-1个均衡模块。对3块及以上电池使用时，基本均衡模块应采取交联连接。

如图12所示，Q1为P沟道MOSFET管，Q2为N沟道MOSFET管，D1和D2为肖特基续流管，L1为储能电感。C3和C4为隔离电容。input_a和input_b为恒频PWM脉冲输入端。若要求两块电池BAT1与BAT2的电压差在规定的ΔU以内，就会有三种情况出现：情况1，两块电池BAT1与BAT2的电压差在规定的ΔU以内，Q1和Q2都不工作；情况2，当U_BAT1大于U_BAT2+ΔU时，则要求Q1工作，在PWM脉冲的控制下把电池BAT1上的电量搬一点到电池BAT2上。此时电池BAT1就是供电的电源，电池BAT2是储能的负载。此时电路就是一个典型的Buckboost变换器。Q1在电池信息MCU控制器的控制下工作在开关状态，当Q1饱和导通时BAT1通过Q1向电感器L1提供储能；当Q1截止时由于电感电流不能突变，电感器L1中的储能通过续流管D2向BAT2充电；情况3，当U_BAT2大于U_BAT1+ΔU时，则要求Q2工作，在PWM脉冲的控制下把电池BAT2上的电量搬一点到电池BAT1上。此时电池BAT2就是供电的电源，电池BAT1是储能的负载。此时电路就是一个典型的boost变换器。Q2在电池信息MCU控制器的控制下工作在开关状态，当Q2饱和导通时BAT2通过Q2向电感器L1提供储能；当Q2截止时由于电感电流不能突变，电感器L1中的储能通过续流管D1向BAT1充电。

占空比D的确定：设D＝T_ON/T_s为驱动PWM脉冲输出电路的稳态控制时开关管导通的占空比，T_ON为开关管Q1或开关管Q2的导通时间，T_s为PWM的脉冲周期。

根据Q1工作时的简化电路图13可知，该电路实际上就是一个典型的Buckboost变换器。其输出电压既可以大于它的输入电压，也可以小于它的输入电压，是一种升降压变换器，且输出与输入具有相反的极。因此，可以知道该电路的输出电压与输入电压的关系为：

$U_{\mathrm{bat}2}=-\frac{D{U}_{\mathrm{bat}1}}{1-D}--\left(1\right)$

由(1)式可得：

$\frac{U_{\mathrm{bat}2}}{U_{\mathrm{bat}1}}=-\frac{D}{1-D}=-\frac{1}{\frac{1}{D}-1}--\left(2\right)$

根据(2)式，要使(U_bat2/U_bat1)＞1，必须使D＞1/2。

根据Q2工作时的简化电路图14可知，该电路实际上就是一个典型的Boost变换器。其输出电压总是大于它的输入电压，是一种升压变换器，因此由Boost变换器原理，参见张占松等编的《开关电源的原理和设计》，可以知道该电路的输出电压与输入电压的关系为：

$U_{\mathrm{bat}}=\frac{U_{\mathrm{bat}2}}{1-D}--\left(3\right)$

由(3)得：

$\frac{U_{\mathrm{bat}}}{U_{\mathrm{bat}2}}=\frac{1}{1-D}--\left(4\right)$

由于式中U_bat＝U_bat1+U_bat2，而(U_bat/U_bat2)＝1+(U_bat1/U_bat2)，故要使(U_bat1/U_bat2)＞1，只要(U_bat/U_bat2)≥2，就能保证电能的转移，即D≥1/2。根据电路的实际要求有：0.5≤D＜0.88。

综上分析，可知本发明所述PWM脉冲输出的使Q1或Q2饱和导通的脉冲占空比D取值范围为：0.5＜D＜0.88。

本发明所述均衡器的工作原理如下：

如图12所示，假定电池BAT1与BAT2之间的电压差允许在ΔU伏特以内，ΔU的取值根据电池和用户需要来设定，取值范围一般介于0.1V～0.5V之间，当两块电池的电压差大于ΔU时，均衡电路就开始工作。主MCU控制器通过电压采样电路检测在线两块电池的电压。若两块电池BAT1与BAT2的电压差在规定的ΔU以内，开关管Q1和Q2都不工作。当电池BAT1的电压U_BAT1大于电池BAT2的电压U_BAT2与ΔU之和时，如图3所示，则要求开关管Q1工作，主MCU控制器指示电池信息MCU控制器通过PWM脉冲输出电路给开关管Q1输出PWM脉冲信号。在PWM脉冲信号的控制下把电池BAT1上的电量搬移到电池BAT2上。此时电池BAT1就是供电的电源，电池BAT2是储能的负载。此时图12等效为图13所示电路就是一个典型的Buckboost变换器。开关管Q1在电池信息MCU控制器的控制下工作在开关状态，当开关管Q1饱和导通时，电池BAT1通过开关管Q1向电感器L1提供储能；当开关管Q1截止时，由于电感器电流不能突变，电感器L1中的储能通过续流管D2向电池BAT2充电。控制开关管Q1工作的时间就能控制从电池BAT1搬移到电池BAT2上的电量。当电池BAT2的电压U_BAT2大于电池BAT1的电压U_BAT1与ΔU之和时，图12等效为如图14所示，要求开关管Q2工作，主MCU控制器指示电池信息MCU控制器通过PWM脉冲输出电路给开关管Q2输出PWM脉冲。在PWM脉冲的控制下，把电池BAT2上的电量搬移到电池BAT1上。此时电池BAT2就是供电的电源，电池BAT1是储能的负载。此时图14所示的电路就是一个典型的boost变换器。开关管Q2在电池信息MCU控制器的控制下工作在开关状态，当开关管Q2饱和导通时，电池BAT2通过开关管Q2向电感器L1提供储能；当开关管Q2截止时，由于电感器电流不能突变，电感器L1中的储能通过续流管D1向电池BAT1充电。同样控制开关管Q2工作的时间，就能控制从电池BAT2搬移到电池BAT1上的电量。

具体地说，本发明设置了一个主MCU控制器，多个从MCU控制器。从系统的角度采用主从结构进行集散控制管理，由主MCU控制器进行集中管理，从MCU控制器实施分散控制，主MCU控制器与多个从MCU控制器之间通过总线进行通信联系。是一个集动力电池充电系统、动力电池均衡系统、电机控制系统于一体的车载嵌入式智能系统。通过管理避免电池过充过放，实现电机软起动、能量回馈、速度软提升，达到安全运行，延长电池寿命的目的。由从MCU控制器采集的信号通过CAN总线传送到主MCU控制器中，由主MCU控制器统一管理控制各从MCU控制器的工作状态。并且根据当前的信息和历史记录，进行电池组剩余电量的估计，给出电池荷电状态指示、续航路程估计和弱势电池提示等信息。各从MCU控制器模块则依据本系统采集的信号，在主MCU控制器的统一指挥下，运行各自的功能要求。本发明的主要应用范围：二轮、三轮和四轮电动车。如电动自行车、电动摩托车、高尔夫球车、社区巡逻车等。

Claims (5)

1.一种电动车动力集成数字管理系统，其特征在于，包括由n≥3个电池块串接成的电池组、上位管理机模块、前端控制模块、后端控制模块、电机MCU控制器、电机以及电池信息采集-电量均衡模块，其中：

所述上位管理机模块，包括主MCU控制器、显示器、存储器以及时钟芯片；

所述前端控制模块，包括前端MCU控制器以及速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块以及通信接口；

所述后端控制模块，包括后端MCU控制器、充电控制器、后转向灯控制模块、尾灯控制模块以及通信接口；所述充电控制器包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、PWM功率驱动电路、用于分别采集每一电池块的第一电压电流采样电路以及用于采集电池组温度信息的温度测量电路；市电顺序经AC/DC转换电路、DC/DC转换器后与电池组连接，所述后端MCU控制器则通过PWM功率驱动电路与DC/DC转换器通信连接；

所述电机MCU控制器，包括传感器信号电路、PWM发生器、脉冲功率放大器、能量回馈单元、用于分别采集每一电池块的第二电压电流采样电路以及通信接口；所述主MCU控制器通过脉冲功率放大器与电机通信连接；

所述电池信息采集-电量均衡模块，包括电池信息均衡MCU控制器、用于分别采集每一电池块的第三电压电流采样电路、模拟量采集输入端口、脉冲控制互补对称均衡电路以及通信连接端口，另外，每两个电池块之间皆分别对应配设一个电池信息采集-电量均衡模块；

所述前端MCU控制器、后端MCU控制器、电机MCU控制器以及电池信息均衡MCU控制器分别与主MCU控制器通信连接；所述前端MCU控制器的控制端分别与速度调节模块、刹车控制模块、电笛控制模块、前转向控制模块、前照灯控制模块信号连接；所述后端MCU控制器的控制端与充电控制器、后转向灯控制模块以及尾灯控制模块信号连接，而充电控制器的输出端与电池组连接；所述电机MCU控制器分别与电池组、电机信号连接；所述电池信息均衡MCU控制器的控制端与脉冲控制互补对称均衡电路连接，而脉冲控制互补对称均衡电路的控制端则与其对应的两个电池块连接；

所述主MCU控制器对前端MCU控制器、后端MCU控制器、电机MCU控制器以及电池信息均衡MCU控制器所采集信息进行集中管理，所述主MCU控制器根据第一电压电流采样电路以及温度测量电路所反馈的信息，通过后端MCU控制器自动地控制充电控制器的运行；所述主MCU控制器根据第二电压电流采样电路所反馈的信息，通过电机MCU控制器自动地控制电机的运行；所述主MCU控制器根据第三电压电流采样电路所反馈的信息，通过电池信息均衡MCU控制器自动地对相应的电池块进行电量均衡处理。

2.根据权利要求1所述电动车动力集成数字管理系统，其特征在于，所述电池信息采集-电量均衡模块的脉冲控制互补对称均衡电路包括PWM脉冲输出电路、由Buck-boost变换器和Boost变换器组成的DC/DC变换电路以及电感器，所述Buck-boost变换器通过电感器与两块电池块相连接；而Boost变换器也通过电感器与前述两块电池块连接，所述主MCU控制器控制根据第三电压电流采样电路所采集到的电压信息，指示电池信息均衡MCU控制器，控制PWM脉冲输出电路输出宽度不同的脉冲信号，以分别控制Buck-boost变换器的开关管Q1或Boost变换器的开关管Q2的工作状态，并通过电感器将两块电池块中电压较高电池块的部分电量转移到电压较低的电池块，电池信息均衡MCU控制器通过控制PWM脉冲输出电路所输出的脉冲信号来控制开关管Q1或开关管Q2的导通时间，来确定两块电池块间一次所转移的电量。

3.根据权利要求2所述电动车动力集成数字管理系统，其特征在于，所述脉冲控制互补对称均衡电路的PWM脉冲输出电路所输出脉冲信号的占空比D＝T_ON/T_s，D的取值范围是：0.5＜D＜0.88，其中，T_ON为开关管Q1或开关管Q2的导通时间，T_s为PWM脉冲输出电路所输出脉冲信号的脉冲周期。

4.根据权利要求1所述电动车动力集成数字管理系统，其特征在于，所述第一电压电流采样电路、第二电压电流采样电路、第三电压电流采样电路皆分别通过与电池组内各单块电池相连的采样电阻分压测得电池组的各单块电池电压以及电池组的充电电流。

5.根据权利要求1所述电动车动力集成数字管理系统，其特征在于，所述充电控制器的DC/DC转换器为带隔离的反激式变换器，该带隔离的反激式变换器由变压器、开关管Q3和阻容二极管组成，电池组充电时，所述主MCU控制器根据第一电压电流采样电路所采集到的电池块对应电压信息以及温度测量电路所采集到的电池组温度信息，指示后端MCU控制器，控制PWM功率驱动电路输出的PWM信号脉冲宽度，以控制开关管Q3运行，调节充电电压和电流。

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