本發明涉及電動車輛電源控制領域，具體涉及一種車載復合電源智能安全控制系統。

背景技術：

面對能源和環境的嚴峻挑戰，新能源汽車的發展引起廣泛的關注。純電動汽車污染噪聲小、結構、控制和維護簡單，逐漸成為新能源汽車中重點發展的車型。超級電容器和蓄電池的優勢可互補，最大程度地彌補蓄電池功率的不足和采用超級電容器回收再生制動能量，在電動車輛領域獲得廣泛應用。然而，要滿足電動車的電壓、能量密度需求，復合電源需成組使用，因此存在充放電均衡問題；同時，由于碰撞、過充、過放等過程中的力學、熱學特性所導致的短路起火等一直是復合電源安全方面的關鍵問題。如何在安全的前提下保持電池組均衡并挖掘復合電源工作效率是實際應用中的難題之一。

技術實現要素：

為解決復合電源在工作過程中存在充放電均衡和安全的問題，本發明提供一種車載復合電源智能安全控制系統。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種車載復合電源智能安全控制系統，所述系統包括復合電源模組，與復合電源模組連接的電池狀態監測系統和單體電池補電系統；與電池狀態監測系統連接的數字隔離與信號傳輸模塊，與數字隔離與信號傳輸模塊和單體電池補電系統連接的主控制器，與主控制器連接的觸摸屏控制系統與碰撞監測保護系統；所述主控制器與復合電源模組之間連接有碰撞斷電驅動電路和觸摸屏控制電路。

優選地，上述電池狀態監測系統包括與數字隔離與信號傳輸模塊連接的電流動態檢測單元，電壓檢測單元以及溫度檢測單元。

優選地，上述電流動態檢測單元對電流進行實時監測，通過can總線傳輸給主控制器單元，完成對復合電源充電和放電狀態的有效監測。

優選地，上述電池狀態監測系統通過電池狀態監測芯片對復合電源模組中的電壓和溫度進行監測。

優選地，上述觸摸屏控制系統由車載電壓變換經過變換后進行供電，通過調節顯示模式進行電池組的整體電量顯示、單體電量顯示、復合電源能量分配模式設置，并通過相應驅動電路控制均衡拓撲結構，實現復合電源的不均衡充放電。

優選地，上述單體電池補電系統通過對單體電池和超級電容器之間的電壓進行匹配，控制相應開關的通斷實現單體電池補電。

優選地，上述碰撞監測防護系統用于車輛發生碰撞時，加速度傳感器及溫度傳感器將監測信號經信號處理電路傳遞給主控制單元，控制器單元依據碰撞識別方法判定車輛發生碰撞的強度，進而選擇是否觸發分斷單元。

優選地，上述主控制器選用tms320f2812型號的控制器進行數據采集、處理和觸摸屏幕的控制。

優選地，上述電流動態檢測單元具體以智能傳感器mm912j637為核心，基于電流阻值為100uω的分流電阻，對電流進行實時監測。

優選地，上述電池狀態監測芯片的型號為ltc6802。

本發明的優點與效果是：

1、本發明是針對目前智能車輛提出的車載控制智能化需求，開發基于車載觸摸屏幕的復合電源智能顯示、補電及防護系統，該系統動態檢測電池狀態，最大限度的提高電池soc估算的精度，實現電源系統的主、被動均衡，并且能夠監測車輛碰撞強度從而采取主動防護措施，為復合電源高效應用提供基礎。

2、本發明充分利用復合電源現有結構和制動回收的能量，在不需要電池組能量的前提下實現單體電池補電，提高電池組均衡性和復合電源能量利用效率。

3、本發明具備觸摸屏智能顯示和管理功能，最大限度實現復合電源主被動均衡，可以提高復合電源的能量利用效率。

4、本發明中的碰撞監測與防護系統，使車輛在發生碰撞時隔離電池單體，能夠最大限度的降低電池組危害性，使用數字隔離單元，比光電隔離更具優勢。

5、本發明使用智能傳感器mc9s12xs128、ltc6802作為電流監測核心部件，實現對復合電源系統的狀態檢測，提高電池監測精度。

附圖說明

圖1示出本發明提供的車載復合電源智能安全控制系統的原理圖；

圖2示出本發明提供的車載復合電源智能安全控制系統中復合電源狀態監測系統原理圖；

圖3示出本發明提供的車載復合電源智能安全控制系統中電流動態監測單元原理圖。

圖4示出本發明提供的車載復合電源智能安全控制系統中電壓、溫度動態監測原理圖。

圖5示出本發明提供的車載復合電源智能安全控制系統中觸摸屏幕控制系統原理圖。

圖6示出本發明提供的車載復合電源智能安全控制系統中超級電容器—單體均衡拓撲結構圖。

圖7示出本發明提供的車載復合電源智能安全控制系統中碰撞監測與防護系統原理圖。

具體實施方式

為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明：

參見圖1所示，本發明提供的一種車載復合電源智能安全控制系統包括高精度復合電源動態監測系統、觸摸屏幕控制系統、超級電容器—單體電池補電系統和碰撞監測與防護系統。動態監測系統實時監測復合電源狀態并通過觸摸屏幕顯示工作狀態，采用觸控方式完成超級電容器—單體電池的補電，被動提高串聯電池組均衡性，當單體電池滿足均衡要求時自動轉入主動均衡模式；碰撞監測與防護系統可實現碰撞保護，提高復合電源的安全性。

本發明實現車載復合電源智能安全控制的方法如下：步驟1，高精度復合電源動態監測系統實時監測電池的電流、電壓和溫度，獲取復合電源的動態工作特性，并以此為依據估計復合電源soc，為觸摸屏顯示、主被動均衡提供必要數據。步驟2，觸摸屏幕控制系統能夠選擇觸摸屏幕顯示模式、復合電源工作模式等。通過輕觸屏幕單體電池，控制系統根據觸摸力、觸摸時間來完成超級電容器—單體電池的補電。步驟3，超級電容器—單體電池補電系統通過控制dc/dc輸入輸出特性來匹配超級電容器—單體電池之間的電壓，實現超級電容器對單體電池補電。補充電量由觸摸屏幕的觸摸力、觸摸時間等參數確定。當單體電池滿足一致性要求時則自動跳入主動均衡模式。步驟4，碰撞監測與防護系統實時采集加速度、溫度信號，通過算法由碰撞強度估算電池損害程度，進而決策是否開啟斷電保護功能。斷電保護功能由控制器、驅動電路和電磁閥電路組成，能夠實現單體和成組之間電量的任意切斷。

圖2為復合電源狀態監測系統原理圖，該系統具體由處理器，與處理器的輸入端連接的dc/dc電壓轉換單元和數字隔離與信號傳輸單元；dc/dc電壓轉換單元連接的車載復合電源，與數字隔離與信號傳輸單元連接的動態電流檢測單元和電壓溫度檢測單元連接；與處理器的輸出端連接的觸摸屏顯示單元。該系統可實現電流動態監測、電壓及溫度動態監測功能，其中控制系統由車載復合電源供電，還可實現在線、離線的電流、電壓監測功能，系統主控制器選用tms320f2812進行數據采集、處理和觸摸屏幕的控制，實現控制器的集成，有效避免資源的浪費。

如圖3所示，電流動態檢測單元由主控單元，與主控單元連接的can收發器，與的can收發器連接的復合電源，與復合電源連接的充電設備，負載以及再生制動系統；該系統以智能傳感器mm912j637為核心，基于電流阻值為100uω的分流電阻，對電流進行實時監測，通過can總線傳輸給主控制器單元，完成對復合電源充電和放電狀態的有效監測。

參見圖4所示，電壓、溫度動態監測系統使用電池專用狀態監測芯片ltc6802對復合電源的電壓和溫度進行監測，此芯片具有數字隔離功能實現控制器與復合電源的有效隔離。復合電源中單體能量源的電壓信號通過rc低通濾波電路連接至ltc6802的c管腳，其中穩壓二極管z的作用為防止芯片輸入電壓高出其最大輸入電壓。主處理器根據ltc6802所采集到的電壓信號確定需要均衡的電池，并通過控制ltc6802的s管腳連接均衡控制電路實現對電池均衡的控制。

參見圖5所示，觸摸屏幕系統顯示系統可實現模式選擇，觸摸控制，觸摸檢測等功能，由車載電壓變換經過dc/dc變換后進行供電，可通過調節顯示模式進行電池組的整體電量顯示、單體電量顯示、復合電源能量分配模式設置，并通過相應驅動電路控制均衡拓撲結構，實現復合電源的不均衡充放電，提高復合電源能量利用效率及均衡性。當選擇單體電量顯示模式時，主控單元通過觸摸屏幕監測電路監測觸摸屏幕觸摸力度、時間等參數，經觸摸屏幕控制電路向系統主控制器發出指令，通過超級電容器—單體均衡拓撲結構實現單體電池補電。

參見圖6所示，觸摸屏控制單元，復合電源檢測系統與主控單元連接，超級電容器組和電池組一端分別與復合電源檢測系統連接，主控單元通過dc/dc連接控制超級電容器組和電池組，主控單元檢測觸摸屏控制信號、超級電容器和電池組的狀態，通過控制dc/dc來匹配單體電池和超級電容器之間的電壓；同時，通過控制相應開關的通斷(若單體電池1需要補電，則打開s1和q2，其他開關處于斷開位置)實現單體電池補電。當單體電壓達到均衡要求時主控制器激發復合電源主動能量管理方法，仍以復合電源模式進行工作。此系統由于采用超級電容器組對單體電池補電，效率高、能量損失小。

參見圖7所示，碰撞監測與防護系統在車輛發生碰撞時，加速度傳感器及溫度傳感器將監測信號經信號處理電路傳遞給主控制單元，控制器單元依據碰撞識別方法判定車輛發生碰撞的強度，進而選擇是否觸發分斷單元。分斷單元采用分組分斷控制策略。如果碰撞閥值超過設定值，則處理器通過驅動電路控制驅動繼電器斷電，數字隔離單元將處理器與監測單元進行隔離，同時儲存該時刻的所有數據，以備事故處理使用。當碰撞解除時同時繼電器閉合，此時動力系統仍然為閉合回路，在碰撞過后仍可實現制動和轉向等操作。通過此種設計，能夠實現任意電池組件的開斷和連接，極大的提高復合電源的安全性能。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。