本发明涉及一种基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，包含：储能单元，由多组高压蓄电池组串联组成；多个CAN子节点，分别与各组高压蓄电池组对应连接，监控并管理对应的高压蓄电池组；CAN母节点，通过CAN总线与各个CAN子节点连接，定时接收各个高压蓄电池组的监控信息，进行分析处理；其中，CAN母节点与上位机连接，该上位机接收CAN母节点对于各组高压蓄电池组的监控信息的分析处理结果，并向母节点发送控制指令，由母节点根据该控制指令对储能单元进行充放电的控制操作。本发明解决高压蓄电池组的分布式管理问题，确保信息采集及传输的可靠性，保证高压蓄电池组的安全性。
1.一种基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，其特征在于，适用于空间环境，包含：储能单元，由多组高压蓄电池组串联连接组成，每组高压蓄电池组由多个锂离子蓄电池单体串联连接组成；
多个CAN子节点，分别与各组高压蓄电池组一一对应连接，监控并管理对应的高压蓄电池组；
CAN母节点，通过CAN总线分别与各个CAN子节点连接，定时接收各个CAN子节点对于各个高压蓄电池组的监控信息，并进行综合分析处理；
其中，所述的CAN母节点与上位机连接，该上位机接收CAN母节点对于各组高压蓄电池组的监控信息的分析处理结果，并向母节点发送控制指令，由母节点根据该控制指令对储能单元进行充放电的控制操作；
电压采集电路，采集对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体的电压数据；
温度采集电路，采集对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体的温度数据；
均衡控制电路，控制对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体在正常使用时保持相同状态；
子节点MCU，分别与电压采集电路、温度采集电路以及CAN母节点连接，接收采集到的各个锂离子蓄电池单体的电压数据和温度数据，并通过CAN总线定时发送至CAN母节点；
母节点MCU，分别与各个CAN子节点以及上位机连接，接收各个CAN子节点采集到的对应的高压蓄电池组中的锂离子蓄电池单体的电压数据和温度数据，并传输至上位机；
BMS单元，与母节点MCU连接，根据母节点MCU接收到的上位机发送的控制指令，对储能单元进行充放电的控制操作；
多个高压开关单元，分别设置在储能单元的充电回路和放电回路中，且与BMS单元连接，由BMS单元控制关闭或断开，实现对储能单元的充电或放电。
2.如权利要求1所述的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，其特征在于，所述的电压采集电路采用差分采样电路，对各个锂离子蓄电池单体进行分压差分放大，获取各个锂离子蓄电池单体的电压数据。
3.如权利要求1所述的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，其特征在于，所述的温度采集电路采用NTC热敏电阻，获取各个锂离子蓄电池单体的温度数据。
4.如权利要求1所述的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，其特征在于，所述的CAN总线采用磁隔离变压器实现隔离通信。
5.如权利要求1所述的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，其特征在于，所述的高压开关单元包含：与BMS单元连接的软启动继电器，以及设置在储能单元的负输出端的分流器。
6.如权利要求1所述的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，其特征在于，所述的高压开关单元包含设置在储能单元的充电回路上的充电开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在充电主正回路上和设置在充电主负回路上的充电继电器，以及对应充电继电器配置的充电熔断器。
7.如权利要求1所述的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，其特征在于，所述的高压开关单元包含设置在储能单元的放电回路上的放电开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在放电主正回路上和设置在放电主负回路上的放电继电器，对应放电继电器配置的放电熔断器，以及设置在放电主正回路上的预放电继电器和预防电电阻。
8.如权利要求1所述的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，其特征在于，所述的高压开关单元包含充放电及软启动的互锁驱动控制开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在放电主负回路上以及设置在充电主正回路上的常闭继电器；由BMS单元控制，在放电期间，断开充电主正回路上的常闭继电器，在充电期间，断开放电主负回路上的常闭继电器，实现充放电的互锁控制。
基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种空间高压蓄电池组的信息管理系统，具体是指一种基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，属于信息管理技术领域。
背景技术
[0002] 针对高压储能设备、动力装备和电动大巴对高压锂离子蓄电池组的应用需求，亟需解决空间高压蓄电池组的信息管理问题。
[0003] 因此，提出一种采用分布式控制方式，通过CAN现场总线技术对分布式节点进行组网，实现高达1000V蓄电池组的信息管理总线组网系统。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，解决高压蓄电池组的分布式管理问题，确保信息采集及传输的可靠性，保证高压蓄电池组的安全性。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，适用于空间环境，包含：储能单元，由多组高压蓄电池组串联连接组成，每组高压蓄电池组由多个锂离子蓄电池单体串联连接组成；多个CAN子节点，分别与各组高压蓄电池组一一对应连接，监控并管理对应的高压蓄电池组；CAN母节点，通过CAN总线分别与各个CAN子节点连接，定时接收各个CAN子节点对于各个高压蓄电池组的监控信息，并进行综合分析处理；其中，所述的CAN母节点与上位机连接，该上位机接收CAN母节点对于各组高压蓄电池组的监控信息的分析处理结果，并向母节点发送控制指令，由母节点根据该控制指令对储能单元进行充放电的控制操作。
[0006] 每个所述的CAN子节点包含：电压采集电路，采集对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体的电压数据；温度采集电路，采集对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体的温度数据；均衡控制电路，控制对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体在正常使用时保持相同状态；子节点MCU，分别与电压采集电路、温度采集电路以及CAN母节点连接，接收采集到的各个锂离子蓄电池单体的电压数据和温度数据，并通过CAN总线定时发送至CAN母节点。
[0007] 其中，所述的电压采集电路采用差分采样电路，对各个锂离子蓄电池单体进行分压差分放大，获取各个锂离子蓄电池单体的电压数据。
[0008] 其中，所述的温度采集电路采用NTC热敏电阻，获取各个锂离子蓄电池单体的温度数据。
[0009] 所述的CAN总线采用磁隔离变压器实现隔离通信。
[0010] 所述的CAN母节点包含：母节点MCU，分别与各个CAN子节点以及上位机连接，接收各个CAN子节点采集到的对应的高压蓄电池组中的锂离子蓄电池单体的电压数据和温度数据，并传输至上位机；BMS单元，与母节点MCU连接，根据母节点MCU接收到的上位机发送的控制指令，对储能单元进行充放电的控制操作；多个高压开关单元，分别设置在储能单元的充电回路和放电回路中，且与BMS单元连接，由BMS单元控制关闭或断开，实现对储能单元的充电或放电。
[0011] 所述的高压开关单元包含：与BMS单元连接的软启动继电器，以及设置在储能单元的负输出端的分流器。
[0012] 所述的高压开关单元包含设置在储能单元的充电回路上的充电开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在充电主正回路上和设置在充电主负回路上的充电继电器，以及对应充电继电器配置的充电熔断器。
[0013] 所述的高压开关单元包含设置在储能单元的放电回路上的放电开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在放电主正回路上和设置在放电主负回路上的放电继电器，对应放电继电器配置的放电熔断器，以及设置在放电主正回路上的预放电继电器和预防电电阻。
[0014] 所述的高压开关单元包含充放电及软启动的互锁驱动控制开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在放电主负回路上以及设置在充电主正回路上的常闭继电器；由BMS单元控制，在放电期间，断开充电主正回路上的常闭继电器，在充电期间，断开放电主负回路上的常闭继电器，实现充放电的互锁控制。
[0015] 综上所述，本发明所提供的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，保证了由长串锂离子蓄电池单体串联组成的储能单元在充电及放电过程中的安全性，有效提高锂离子蓄电池的寿命及可靠性；将大量锂离子蓄电池单体进行分层分组管理，管理方法清晰简单，便于管理及工程实现，保证了实现途径的可靠性。
附图说明
[0016] 图1为本发明中的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统的结构示意图；
[0017] 图2为本发明中的CAN子节点的外部示意图；
[0018] 图3为本发明中的CAN母节点的控制原理图。
具体实施方式
[0019] 以下结合图1～图3，详细说明本发明的一个优选实施例。
[0020] 如图1所示，为本发明所提供的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，适用于空间环境，包含：储能单元，由多组高压蓄电池组串联连接组成；多个CAN子节点，分别与各组高压蓄电池组一一对应连接，监控并管理对应的高压蓄电池组；CAN母节点，通过CAN总线分别与各个CAN子节点连接，定时接收各个CAN子节点对于各个高压蓄电池组的监控信息，并进行综合分析处理；其中，所述的CAN母节点与上位机连接，该上位机接收CAN母节点对于各组高压蓄电池组的监控信息的分析处理结果，并向母节点发送控制指令，由母节点根据该控制指令对储能单元进行充放电的控制操作。
[0021] 每组所述的高压蓄电池组由多个锂离子蓄电池单体串联连接组成。
[0022] 在本发明的一个优选实施例中，所述的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统中设置10组串联连接的高压蓄电池组，每组高压蓄电池组由24个锂离子蓄电池单体串联组成；也就是说，本实施例中由240个锂离子蓄电池单体串联组成储能单元。对应这10组高压蓄电池组，设置10个CAN子节点，且每个CAN子节点分别与各组高压蓄电池组连接，从而对其进行监控并管理。这10个CAN子节点通过CAN总线通信电缆串联连接后与CAN母节点连接，定时将对于各个对应的高压蓄电池组的监控信息传输至母节点，母节点负责对该些监控信息进行综合分析处理并将处理结果传输至上位机。上位机向母节点发送控制指令，由母节点根据该控制指令对高压蓄电池组进行充放电的控制操作。
[0023] 其中，由于10个CAN子节点通过CAN总线通信电缆串联连接后与CAN母节点连接，因此，CAN子节点完全能够根据系统需求进行扩展，而不仅仅只限于上述实施例中所述的设置10个CAN子节点。
[0024] 如图2所示，每个所述的CAN子节点的外部尺寸均有如下要求：在连接电缆和水管之后，该CAN子节点的长度L不能超过850mm，高度H不能超过235mm，两侧未安装连接耳时的宽度W1不能超过795mm，两侧安装有连接耳时的宽度W2不能超过860mm。并且在每个CAN子节点的前端安装有手柄，便于操作。
[0025] 每个所述的CAN子节点包含：电压采集电路，采集对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体的电压数据；温度采集电路，采集对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体的温度数据；均衡控制电路，控制对应的高压蓄电池组中的各个锂离子蓄电池单体在正常使用时保持相同状态；子节点MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，分别与电压采集电路、温度采集电路以及CAN母节点连接，接收采集到的各个锂离子蓄电池单体的电压数据和温度数据，并通过CAN总线定时发送至CAN母节点。
[0026] 其中，所述的电压采集电路采用差分采样电路，对各个锂离子蓄电池单体进行分压差分放大，获取各个锂离子蓄电池单体的电压数据。
[0027] 其中，所述的温度采集电路采用NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)热敏电阻，例如：热敏电阻NTC-100K，获取各个锂离子蓄电池单体的温度数据。
[0028] 其中，所述的子节点MCU采用STM32单片机。
[0029] 在本发明的一个优选实施例中，所设置的10个CAN子节点各自采集对应的高压蓄电池组中的24个锂离子蓄电池单体的电压数据和温度数据，并将采集到的数据通过CAN总线传输至CAN母节点。
[0030] 所述的CAN总线采用磁隔离变压器实现隔离通信，相比现有的其他在轨航天器中均采用非隔离通信，本发明能有效提高数据传输通信过程中的抗干扰性能。
[0031] 如图3所示，所述的CAN母节点包含：母节点MCU，分别与各个CAN子节点以及上位机连接，接收各个CAN子节点采集到的对应的高压蓄电池组中的锂离子蓄电池单体的电压数据和温度数据，并传输至上位机；BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)单元，与母节点MCU连接，根据母节点MCU接收到的上位机发送的控制指令，对储能单元进行充放电的控制操作；多个高压开关单元，分别设置在储能单元的充电回路和放电回路中，且与BMS单元连接，由BMS单元控制关闭或断开，实现对储能单元的充电或放电。
[0032] 其中，所述的母节点MCU采用STM32单片机。
[0033] 所述的高压开关单元包含：与BMS单元连接的软启动继电器SK1，以及设置在储能单元的负输出端的分流器。
[0034] 其中，所述的分流器采用型号为FL2-150A-75mV的分流器进行电流采集，达到-100～100mV的检测范围，误差≤±0.5％FS，可测量±200A的电流。
[0035] 所述的高压开关单元包含设置在储能单元的充电回路上的充电开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在充电主正回路上的充电继电器K3，设置在充电主负回路上的充电继电器K4，以及对应充电继电器配置的充电熔断器。
[0036] 其中，所述的充电继电器K3和K4采用EVR100A-24S型继电器，可防止因继电器粘连而不能正常关断。图3中的K3.1和K4.1分别是充电继电器K3和K4的主触点。
[0037] 其中，所述的充电熔断器采用35A熔断器，由于充电回路可承受35A以下的电流，当充电回路的电流大于35A时，熔断器的保险丝会断开，达到短路安全保护的作用。
[0038] 所述的高压开关单元包含设置在储能单元的放电回路上的放电开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在放电主正回路上的放电继电器K1，设置在放电主负回路上的放电继电器K2，设置在放电主正回路上的预放电继电器SK1.1和预防电电阻RS，以及对应放电继电器配置的放电熔断器。
[0039] 其中，所述的放电继电器K1和K2采用EVR100A-24S型继电器，可防止因继电器粘连而不能正常关断。图3中的K1.1和K2.1分别是放电继电器K1和K2的主触点。
[0040] 其中，所述的预放电继电器SK1.1采用EVR100A-24S型继电器，预放电电阻RS采用RARA IRH120 51R J型的100W功率的电阻，用于在放电初期为载荷预充电，防止载荷容性阻抗瞬间断路。
[0041] 其中，所述的放电熔断器采用额定电流为150A熔断器，由于放电回路可承受180A以下的电流，当放电回路的电流大于180A时，熔断器的保险丝会断开，达到短路安全保护的作用。
[0042] 所述的高压开关单元包含充放电及软启动开关的互锁驱动控制开关单元，与BMS单元连接，具体为：设置在放电主负回路上的常闭继电器K8，以及设置在充电主正回路上的常闭继电器K9；由BMS单元控制，在放电期间，使得充电主正回路上的常闭继电器K9断开，在充电期间，使得放电主负回路上的常闭继电器K8断开，从而实现充放电的互锁控制。
[0043] 所述的高压开关单元均设置过流和过压保护。当流经的电流超过电流设定值的20％，持续时间超过10ms时，BMS单元启动过流保护，在390ms内完成输出切断。并通过断路器外控命令，可以复位并重新工作。
[0044] 另外，如图3所示，所述的CAN母节点中还包含：急停状态检测开关K5；充放电开关状态以及软启开关扩展触点K10-K14以便同时满足BMS对充放电、软启动开关状态检测的需求；外部充放电扩展使能开关K15和K16。
[0045] 进一步，所述的储能单元的正、负输出端上均设置熔断器(FUSE1～FUSE4)，实现系统短路保护。当储能单元的输出电流超过设定电流的1.5倍时，视为短路，熔断器断开而及时切断储能单元的正、负输出，切断时间不超过400ms，且熔断器经更换保险后可重新工作。
[0046] 综上所述，本发明所提供的基于CAN总线的空间高压蓄电池组信息管理总线组网系统，保证了由长串锂离子蓄电池单体串联组成的储能单元在充电及放电过程中的安全性，有效提高锂离子蓄电池的寿命及可靠性；将大量锂离子蓄电池单体进行分层分组管理，管理方法清晰简单，便于管理及工程实现，保证了实现途径的可靠性。
[0047] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
