CN102375125A - 一种智能型电动汽车电池检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池检测技术领域，具体的说是一种智能型电动汽车电池检测器，其特征在于其由两个以上的单体检测器组成，单体检测器内设有单片机，电源电路，信号采集电路，通信电路，上位机电源检测电路，地址编码电路，其中通信电路由隔离电路及与其相连接的电平转换电路构成，地址编码电路由两位以上二进制选择开关构成，上位机电源检测电路由隔离电路及与其相连接的电源检测电路构成，隔离电路由光电耦合器及电阻构成，单片机分别与电源电路、信号采集电路、通信电路、上位机电源检测电路相连接，本发明具有电路简单，成本低，体积小等显著的优点。

Description

一种智能型电动汽车电池检测器

技术领域

本发明涉及电池检测技术领域，具体的说是一种智能型电动汽车电池检测器。 

背景技术

在倡导“低碳绿色环保”经济的大环境下，发展电动汽车是汽车工业的大趋势，而要广泛地推广应用电动汽车，最主要的困难在于高性能动力源技术未能得到有效的解决，现有电池产品难以满足电动汽车对寿命、动力性能等的要求。 

现阶段电动汽车的动力电源一般采用把多个单体铅酸电池串联起来组成电池组，以达到给汽车电动机提供直流高压电源的目的，然而，当多达几十个单体铅酸电池串联起来进行充电和放电时，由于各个单体电池特性的差异性，尤其经过多次的充放电周期以后，往往会出现个别电池发热、鼓包，直至损坏，无法正常充放电的情况，为了解决这些问题，电动汽车的电池组通常要配置电池管理系统，对每块单体电池进行监控，并通过通信线路，把各个单体电池的工作参数上传到上位控制器，由上位计算机进行集中管理和处理，发出报警和控制信号。 

但当数十个单体铅酸电池串联起来时，要测量每个单体电池的电压等工作参数，测量电路也要串联起来，这就给电动汽车的电池管理系统带来了两个重要问题：第一，当数十个测量电路串联起来以后，要和上位机实现通信，必须解决各个测量电路之间的隔离问题；第二，数十个测量模块的在线长期工作，对电池电量的消耗很大。为了解决这两个问题，现在已经提出了许多解决方案。 

现有技术的电池检测器中，采用继电器隔离电路的，可靠性比较差，采用压频振荡器、光电耦合器隔离电路的，成本一般比较高，采用运算放大器、线性光电耦合器隔离电路的，电路结构复杂且成本高，采用多路模拟开关电路的，较大的分压电阻大大地降低了测量精度，这些方法都有功耗高，通信适应性差，电路复杂，不便于应用推广等诸多缺点。 

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提出一种结构合理、使用方便，生产成本低，功耗低，易于和上位机匹配的智能型电动汽车电池检测器。 

本发明可以通过以下措施达到： 

一种智能型电动汽车电池检测器，其特征在于其由两个以上的单体检测器组成，单体检测器内设有

用于控制单体检测器工作状态的单片机，

用于为单体检测器提供电源的电源电路，

用于采集待检测电池的电压、温度信息的信号采集电路，

用于实现单片机与外部上位机串行通信的通信电路，

用于检测外部电源开关状态的上位机电源检测电路，

用于对每个单体检测器赋予唯一确定的地址码的地址编码电路，

其中通信电路由隔离电路及与其相连接的电平转换电路构成，地址编码电路由两位以上二进制选择开关构成，上位机电源检测电路由隔离电路及与其相连接的电源检测电路构成，隔离电路由光电耦合器及电阻构成，单片机分别与电源电路、信号采集电路、通信电路、上位机电源检测电路相连接。

本发明中所述单片机内带有模数转换电路，能够实现对输入信号的模数转换。 

本发明中所述单体检测器内的电源电路是由电容及稳压器构成的，用于给单片机以及其外围电路提供电源。 

本发明中所述单体检测器内的信号采集电路由电压检测电路和温度检测电路构成，在使用时，用于采集与该单体检测器相连接的电池的电压、温度等参数。 

本发明在使用时，两个以上单体检测器的检测信号输入端与待检测电动汽车电源中的多组电池分别连接，同时，两个以上单体检测器分别经其内部的上位机电源检测电路、通信电路与上位机相连接，使电动汽车电源中的每组铅酸电池对应一个单体检测器，其中位于单体检测器中的电源电路和位于信号采集电路中的电池电压检测电路直接与待检测铅酸蓄电池的正负极相连接，单体检测器内的地址编码电路为每组单体检测器设定唯一确定的地址码，检测开始后，单体检测器内的上位机电源检测电路首先进行上位机电源开关状态的检测，当检测到上位机电源为开通状态，单体检测器进入信息检测状态，当检测到上位机电源为关闭状态，单片机控制单体检测器进入低功耗状态，当单体检测器处于信息检测状态时，单片机通过通信电路实时接收上位机发送的命令，该命令信息为与两个以上单体检测器唯一对应的地址码，两个以上单体检测器分别接受到命令信息后，将其与各自存储器内经地址编码电路唯一设定的地址码相比较，当比较信息不一致，单体检测器不进行应答，当比较信息一致，该单体检测器通过信号采集电路采集待检测电池组的电压、温度信息，并将所采集信息进行初步处理后经过通信电路反馈给上位机，完成对电池的检测，在此过程中，单体检测器内的上位机电源检测电路实时检测上位机电源的开关状态，一旦上位机电源处于关闭状态，单体检测器内的单片机即进入低功耗状态，从而达到防止铅酸电池内电能消耗过大，提高检测装置的可靠性等效果。 

本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）使用本发明的一种智能型电池检测器，电池组不管处于充电状态还是放电状态，各个单体电池的检测器都能互相隔离，安全工作，解决了单体电池电压和温度的实时精确采集问题，且与上位计算机通过标准串行接口交换信息，和上位机的匹配容易实现，（2）使用本发明的一种智能型电池检测器，当上位机电源开关关闭时，各个单体电池的检测器处于微功耗省电状态，节省了电池电能的消耗，（3）本发明所述一种智能型电动汽车电池检测器，电路简单，成本低，体积小，可以方便地附加在电池的外壳上，电池编号容易，便于推广应用和批量生产。 

附图说明：

附图1为本发明的一种实施状态示意图。

附图2为本发明中单体检测器的结构示意图。 

附图3为本发明中一种单体检测器的电路原理图。 

附图标记：单体检测器1、单片机2、电源电路3、信号采集电路4、通信电路5、上位机电源检测电路6、地址编码电路7、隔离电路8、电平转换电路9、电源检测电路10、上位机11、电压检测电路12、温度检测电路13。 

具体实施方式：

    下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

附图1给出本发明的一种实施状态示意图，在图中以28个单体电池组成的电池组为例，加以说明，28个单体检测器1与上位机11之间的串行通信采用485总线，使上位机下挂28个单体检测器1，组成分布式电池管理系统，如图所示上位机11只有4根连线和下位检测器也即单体检测器1连接，分别是：电源正（+5V），电源地（GND），A，B。工作时，这28个单体检测器1除了地址编码不同且在电池组中地址不重复外，电路软硬件完全相同，除了采用485总线的串行通信外，本发明的实施方案也可采用其它串行通信总线来实施，例如CAN总线或LIN总线等。 

如附图2所示，单体检测器1内设有单片机2、电源电路3、信号采集电路4、通信电路5、上位机电源检测电路6以及地址编码电路7，单片机2分别与电源电路3、信号采集电路4、通信电路5、上位机电源检测电路6以及地址编码电路7相连接，本发明中所述单片机2内带有模数转换电路，能够实现对信息的模数转换。 

在具体实施过程中，单片机2可优先采用低功耗单片机，如附图3所示，低功耗单片机U1是检测器的主要控制芯片，除具有内部的ROM，RAM，晶振等功能电路外，还具有AD转换输入和UART串行通信接口，单片机U1在AD转换中断服务程序中，完成对电池电压和电池温度的采样处理，进行求平均值运算，在响应上位计算机发来的串行通信中断的服务程序中，把收到的地址数据与自己的地址编码进行比较，如果相等，则把通过AD转换测量得来的电池电压和电池温度发回给上位单片机，反之如果不相等，则不理会上位计算机的请求，继续进行检测电池电压和电池温度的工作，当上位计算机的电源关断以后，单片机U1 记录当前的参数，进入微功耗省电方式，直到上位计算机的电源重新打开，单片机U1又重新进入正常的工作状态。 

如附图3中所示，本发明中所述单体检测器1内的电源电路3可以由电容E1、电容C1、电容E2、电容C2及稳压器VR构成的，用于给单片机U1以及其外围电路提供电源，其中稳压器VR选用小型塑封稳压器7805。 

本发明中所述单体检测器1内的信号采集电路4由电压检测电路12和温度检测电路13构成，用于在工作时实现对待检测的电池组的电压信息和温度信息进行采集，其中如附图3所示，温度检测电路13可以由电阻R2、热敏电阻RT、电容C5以及稳压管ZD1组成，其输出的电压信号送入单片机2的AD输入端进行模数转换，电压检测电路12可以由电阻R3、R4，电容C6和稳压管ZD2组成，其输出的分压信号送入单片机2的AD输入端进行模数转换，在对电池的电压、温度参数采集的过程中，电压检测电路12中的稳压管ZD2和温度检测电路中的稳压管ZD1均能起到稳压保护作用。 

本发明中所述单体检测器1内的通信电路5由隔离电路8与电平转换电路9构成，使单片机2与上位机11之间可以以串行通信方式实现数据交换，如附图3所示，可以由电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R12、电阻R13 、电阻R14，光电耦合器U2、光电耦合器U3，电平转换电路U4，组成485串行通信电路。 

本发明中所述单体检测器1内的上位机电源检测电路6由隔离电路8和电源检测电路10构成，在具体实施过程中，如附图3所示，上位机电源检测电路6可以由电阻R11，光电耦合器U3组成。 

本发明中的地址编码电路7可以由二进制选择开关ADDS组成，在28组待检测电池的情况下，如附图3所示，地址编码电路7采用五位二进制选择开关ADDS组成，每个单体检测器1内的地址编码电路7为该单体检测器1设定唯一确定的地址码，该地址码存入单片机内。 

本发明还设有上电复位电路，如附图3所示，复位电路由电阻R1、电容E4、电容C4组成，用于实现上电自动复位功能。 

本发明在使用时，地址编码电路7对电动汽车电源中的多组电池采用二进制编码方式一一进行编码，并将编码信息分别送入与各组电池相连接的单体检测器1内的单片机2内进行存储，工作时，单片机2通过与其相连接的电压检测电路12和温度检测电路13采集与该单体检测器1相连接的电池的电压、温度等信息，并将该信息经过初步处理后存储起来，当单片机2通过与其相连接的通信电路5得到上位机11关于某组电池的编码信息时，将该信息与地址编码电路7中的设定数据进行比较，若二者相符，则将该组电池的电压、温度等信息通过通信电路发送给上位机11，若二者不相符，则该单体检测器1不对上位机11的命令进行应答，继续保持信息接收状态，从而实现上位机11对电动汽车电源中各组电池的工作状况准确、可靠的检测，此外，在此过程中单片机2还通过上位机电源检测电路6实时检测上位机的电源开、关情况，上位机电源为开通状态时，单片机2进行上述检测工作，当上位机11的电源为关闭状态，单片机2切换进入低功耗工作状态，有效节省能源，延长整个检测装置的使用寿命。 

本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）使用本发明的一种智能型电池检测器，电池组不管处于充电状态还是放电状态，各个单体电池的检测器都能互相隔离，安全工作，解决了单体电池电压和温度的实时精确采集问题，且与上位计算机通过标准串行接口交换信息，和上位机的匹配容易实现，（2）使用本发明的一种智能型电池检测器，当上位机电源开关关闭时，各个单体电池的检测器处于微功耗省电状态，节省了电池电能的消耗，（3）本发明所述一种智能型电动汽车电池检测器，电路简单，成本低，体积小，可以方便地附加在电池的外壳上，电池编号容易，便于推广应用和批量生产。 

Claims (1)

1.一种智能型电动汽车电池检测器，其特征在于其由两个以上的单体检测器组成，单体检测器内设有

用于控制单体检测器工作状态的单片机，

用于为单体检测器提供电源的电源电路，

用于采集待检测电池的电压、温度信息的信号采集电路，

用于实现单片机与外部上位机串行通信的通信电路，

用于检测外部电源开关状态的上位机电源检测电路，

用于对每个单体检测器赋予唯一确定的地址码的地址编码电路，

其中通信电路由隔离电路及与其相连接的电平转换电路构成，地址编码电路由两位以上二进制选择开关构成，上位机电源检测电路由隔离电路及与其相连接的电源检测电路构成，隔离电路由光电耦合器及电阻构成，单片机分别与电源电路、信号采集电路、通信电路、上位机电源检测电路相连接。

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