CN102116847B - 用于电池组的单体电池性能参数采集系统 - Google Patents

用于电池组的单体电池性能参数采集系统 Download PDF

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汤哲
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Abstract

本发明提供了一种用于电池组的单体电池性能参数采集系统，利用专用的电池电压管理芯片及隔离芯片设计电池参数采集板，采集板由中央处理器，电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路、气压采集电路以及通信接口组成，快速采集串行电池组电压、温度、电流、气压等参数，设计中充分考虑电池电压、电流同步，采集板设计好各种通信接口(CAN、串口)，并利用各种通信协议将采集的电池参数传输到集中器上，集中器再将收集到的数据根据实际情况选择光纤或无线将数据发送到计算机上，计算出电池的电量、能量、内阻等参数，并对电池各参数进行分析，将一致性较好的电池进行分组，已达到远程无线电池参数自动采集、评价及分组目的。

Description

用于电池组的单体电池性能参数采集系统
技术领域
本发明涉及一种数据采集系统，特别涉及电池性能参数数据采集系统。
背景技术
各类电池单体电压都比较低，如铅酸电池为2V，镍氢电池为1.2V，锂电为3.6V，在实际应用中需要将单体电池进行串联或并联使用，而一组电池中单体电池性能是否一致，直接影响整组电池性能，因此为电池生产厂家开发一套单体电池组采集系统，采集电池的电压、温度、气压、电流等参数，通过计算机软件分析，将特性及一致性较好电池进行分配，组装成实际需求的电池组尤为重要。
影响电池特性的参数有很多，如电压、电流、温度、气压等。目前，电池采集系统电压采集一般采用的是隔离巡检方式，存在采集速度慢，精度低、采集单体电池数目有限，电流、电压采集不同步等问题，影响电池SOC值、能量、内阻等参数的计算精度，进而影响对电池性能正确分析。另外电池应用到新能源汽车上还处于初级阶段，对新能源汽车运行中的电池单体参数进行采集、分析尤为重要，但由于布线很不方便，利用有线传输来将采集电池的参数传输后台计算机进行分析基本上是不可取的。
发明内容
本发明旨在提供一种数据采集精度高、性能稳定、扩展性好、适于各类采集环境的电池性能参数采集系统。
本发明的实现发案如下：
一种用于电池组的单体电池性能参数采集系统，包括N个电池性能参数采集板、集中器和用于数据处理的计算机，所述的N为自然数；集中器由处理器、CAN通信模块、以太网接口、串行接口以及存储器电路组成，集中器通过CAN通信模块接口或串行接口与采集板连接，通过以太网接口与交换机连接后实现与计算机之间互连；一定数量的电池串联成一套电池组合，每个采集板分别与一套电池组合连接；电池性能参数采集板包括电池性能参数采集电路单元、中央处理器和通信/串口电路，所述电池性能参数采集电路单元包括一个电流、一个温度、一个气压参数采集电路单元和一个以上且相互独立的电压采集电路单元，中央处理器分别与除电压采集电路单元外的其它采集电路单元以及通信/串口电路直接连接；每个电压采集电路单元与中央处理器之间均有一个隔离器件，隔离器件分别与中央处理器和电压采集电路单元连接；每个电压采集电路单元与上述一套电池组合中的由若干个电池组成的电池小组连接。电压采集电路单元采用专用的电池管理芯片(如LTC6802-2)等，并采用隔离器件将电池端电路与中央处理器隔离，快速采集串联电池的电压值。
采集板通过各采集电路单元采集所连接的待测电池组的各电池采集电压、电流、温度、气压等参数，中央处理器以微处理器(包括单片机，如DSP、ARM等)为核心，完成各采集电路单元的参数换算，并根据采集的电压、电流、温度、压力等参数计算出单体电池的SOC、能量及内阻值。集中器将采集到参数根据实际需求选择光纤或无线将数据传输到远端计算机，或直接通过交换机将数据传输到近端计算机，近端计算机与远端计算机将收集到的电池参数进行处理，绘制曲线图，分析出单体电池的性能及一致性，并将性能一致的进行分组。
通过通信接口与计算机互联，并将数据传输到用于数据处理的计算机上，计算机将收集到的电池参数进行处理，绘制曲线图，分析出单体电池的性能及一致性，并将性能一致的进行分组。
为扩展系统的应用环境，所述的用于数据处理的计算机包括近端机和远端机，集中器通过以太网接口与交换机连接，近端机计算机直接与交换机互连，远端计算机通过光纤收发器再与交换机互连。
为使系统可用于不方便布线的远程数据采集传输，所述的集中器通过串行接口与无线数据传输模块无线连接，无线数据模块再与用于数据处理的计算机之间通过串行接口无线连接，所述的无线模块可以是GPRS、3G等。
为提高系统的采集精度，节省系统开支，采集板上的温度采集电路单元由若干温度传感器、若干光耦继电器、译码电路单元和仪器放大电路单元组成，每两个温度传感器连接于一个光耦继电器上，若干继电器再经汇总后，分别与译码电路单元和仪器放大电路单元连接，译码电路单元和仪器放大电路单元经电路汇总后与采集板上的中央处理器连接。工作时中央处理器通过控制译码电路单元分别选通光耦继电器导通某个温度传感器电路与仪器放大电路，经过运放将数据送入中央处理进行处理，利用光耦继电器、仪器放大电路巡回采集各个单体的温度值。
与现有电池采集系统技术相比，本系统具有以下优点：
(1)采用专用的电压集单元(如芯片为LTC6802-2等的单元)，快速采集电池的电压值，并实现与电流采集同步，能够更好的计算出电池的SOC、内阻及能量值，为用户正确评定电池性能提供基础，且电压采集电路单元与处理器采用隔离芯片单凶，保证系统的可靠稳定运行。
(2)系统采用采集板、集中器及远端服务器分级传输方式，采集板与集中器采用有线传输，集中器将收集到参数通过光纤或无线模块传输到远端计算机，不但扩展性好，而且大大节省运行成本。计算机软件利用采集的单体电池，分析出单体的特性，自动将性能一致的电池进行分组。
(3)系统充分利用先进无线传感技术，实现数据的无线、远程传输，因此也适用于不方便布线电池数据采集场合，如运行中的新能源动力电池汽车等。
(4)本发明的系统中采集板上的温度采集电路单元利用光耦继、电器仪器放大电路巡回采集各个单体的温度值，节省了系统的开支，提高了系统的采集精度。
附图说明
图1：本发明实施例1采集系统的原理框线图
图2：本发明采集板的原理框线图
图3：本发明采集板上温度采集电路单元的线路原理图
图4：集中器原理图
具体实施方式
实施例1
一种用于电池组的单体电池性能参数采集系统，其构造原理如图1所示，包括N个电池性能参数采集板、集中器和用于数据处理的近端计算机及远端计算机，所述的N为自然数，可依据应用的需要来确定N值，每个采集板分别与一套由相互串联的电池的组合连接；集中器通过串口101与各采集板连接，通过串行接口102与无线数据传输模块连接，无线数据模块再与用于数据处理的远端计算机通过计算机的串口实现无线连接；近端计算机通过交换机——光纤收发机与远端机实现连接；集中器通过以太网接口103与交换机连接。
上述系统中的集中器构造原理图如图2所示，由处理器、CAN通信模块、以太网接口、串行接口以及存储器电路组成。
上述系统的采集板结构原理框图如图3所示，包括一个电流采集电路单元、一个温度采集电路单元、一个气压参数采集电路单元、N个且相互独立的电压采集电路单元，中央处理器和CAN通信/串口电路，中央处理器分别与除电压采集电路单元外的其它性能参数采集电路单元及CAN通信/串口电路直接连接；中央处理器以微处理器为核心，完成各采集电路单元的参数换算；每个电压采集电路单元采用专用电池管理芯片(如LTC6802-2)等，并采用隔离器件将电池端电路与中央处理器隔离，隔离器件分别与中央处理器和专用电池管理芯片连接；上述与采集板连接的一套电池组合被分成若干组，每个专用电池管理芯片与电池组合的由若干电池组成的电池小组组连接，如图2中，B11B12......B1m为第一组电池小组，它与电池管理芯片1连接，B21B22......B2m为第二组电池小组，它与电池管理芯片2连接，以此类推，至第n组电池小组与电池管理芯片N连接，而由这n组电池小组组成的B套电池组合就是与这块采集板连接的一套完整的电池组合，这些电池全部串联连接，以此快速采集串联电池组的电压值。
采集板上的温度采集电路单元的原理框图如图4所示，由若干温度传感器T1T2……T2n、光耦继电器I1I2……In、译码电路单元和仪器放大电路单元组成，每两个温度传感器连接于一个光耦继电器上，这若干继电器再汇总后，分别与译码电路单元和仪器放大电路单元连接，译码电路单元和仪器放大电路单元经电路汇总后与采集板上的中央处理器连接。工作时，中央处理器通过控制译码电路单元分别选通光耦继电器导通某个温度传感器电路与仪器放大电路，经过运放将数据送入中央处理进行处理，利用光耦继电器、仪器放大电路巡回采集各个单体的温度值。
工作时，采集板通过各采集电路单元来采集所连接的待测电池小组的各电池的电压、电流、温度、气压等参数，中央处理器根据采集的电压、电流、温度、压力等参数计算出单体电池的SOC、能量及内阻值，再通过通信接口与计算机互联，并将数据传输到用于数据处理的近端或远端计算机上，计算机将收集到的电池参数进行处理，绘制曲线图，分析出单体电池的性能及一致性，并将性能一致的进行分组。

Claims (5)

1.一种用于电池组的单体电池性能参数采集系统，其特征在于：包括N个电池性能参数采集板、集中器和用于数据处理的计算机，所述的N为自然数；集中器包括处理器、CAN通信模块、以太网接口、串行接口以及存储器电路，集中器通过CAN通信模块的接口或串行接口与采集板连接，通过以太网接口与交换 机连接后实现与计算机之间的互连；一定数量的电池串联成一套电池组合，每个采集板分别与一套电池组合连接；电池性能参数采集板包括电池性能参数采集电路单元、中央处理器和CAN通信/串口电路，所述电池性能参数采集电路单元包括一个电流、N个温度、N个气压参数采集电路单元和一个以上且相互独立的电压采集电路单元，中央处理器分别与除电压采集部件外的其它采集电路单元以及通信/串口电路直接连接；每个电压采集电路单元与中央处理器之间均有一个隔离器件，隔离器件分别与中央处理器和电压采集电路单元连接；每个电压采集电路单元与所述一套电池组合中的由若干个电池组成的电池小组连接。
2.如权利要求1所述的用于电池组的单体电池性能参数采集系统，其特征在于：所述的数据处理的计算机包括近端机和远端机，集中器通过以太网接口与交换机连接，近端机计算机直接与交换机互连，远端计算机通过光纤收发器再与交换机互连。
3.如权利要求1或2所述的用于电池组的单体电池性能参数采集系统，其特征在于：系统中包括无线数据模块，该无线数据模块通过串行接口与集中器连接，与用于数据处理的计算机通过计算机的串行接口无线连接。
4.如权利要求1或2所述的用于电池组的单体电池性能参数采集系统，其特征在于：所述的温度采集电路单元由若干温度传感器、若干光耦继电器、译码电路单元和仪器放大电路单元组成，每两个温度传感器连接于一个光耦继电器上，若干继电器再汇总后，分别与译码电路单元和仪器放大电路单元连接，译码电路单元和仪器放大电路单元经电路汇总后与采集板上的中央处理器连接。
5.如权利要求3所述的用于电池组的单体电池性能参数采集系统，其特征在于：所述的温度采集电路单元由若干温度传感器、若干光耦继电器、译码电路单元和仪器放大电路单元组成，每两个温度传感器连接于一个光耦继电器上，若干继电器再汇总后，分别与译码电路单元和仪器放大电路单元连接，译码电路单元和仪器放大电路单元经电路汇总后与采集板上的中央处理器连接。
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