CN103000964B - 电池管理系统控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池管理系统控制器，包括电源转换电路、单片机、继电器驱动模块、电池工作状态继电器及待机开关，电源转换电路用于将电池提供的电能分别转换为适合继电器驱动模块和单片机工作的电压；继电器驱动模块根据闭合/断开信号控制继电器闭合或断开；单片机连接继电器驱动模块，用于向继电器驱动模块发送闭合/断开信号，单片机获取电池的电压，在电池电压低于待机阈值时自动发送断开信号，还用于检测市电输入，在检测到时自动发送闭合信号；待机开关连接单片机，用于手动控制单片机发送闭合/断开信号。本发明应用于电流超过100A的电池管理系统中，系统在待机状态下的功耗小于0.6W，极大延长了产品的待机时间，保证了电池的使用寿命及性能。

Description

电池管理系统控制器

技术领域

本发明涉及电能存储系统，特别是涉及一种电池管理系统控制器。

背景技术

传统的较大功率的电池管理系统，例如超过100A工作电流的电池管理系统，控制电池充电、放电是直接通过继电器，因继电器本身工作需要相应的工作电流，所以产品待机功耗均都超过10W以上。因此，在待机状态下会较快消耗电池的能量，缩短电池的工作时间及寿命，影响产品的工作性能。尤其不利于产品的运输（或其它长期非正常使用状态），在运输过程中可能就会消耗完电池的电量。

发明内容

基于此，有必要提供一种待机功耗低的电池管理系统控制器。

一种电池管理系统控制器，包括电源转换电路、单片机、继电器驱动模块、电池工作状态继电器及待机开关单元，所述电源转换电路用于将电池提供的电能分别转换为适合所述继电器驱动模块和单片机工作的电压，并分别传输给所述单片机和继电器驱动模块；所述继电器驱动模块根据闭合/断开信号控制所述继电器闭合或断开；所述单片机连接所述继电器驱动模块，用于向所述继电器驱动模块发送所述闭合/断开信号，所述单片机获取电池的电压，在电池电压低于待机阈值时自动发送所述断开信号，所述单片机还用于检测市电输入，在检测到市电输入时自动发送所述闭合信号；所述待机开关单元连接所述单片机，所述待机开关单元包括待机开关，所述待机开关用于手动控制所述单片机发送所述闭合/断开信号，所述待机开关为其受力移除后会自动弹起的开关。

在其中一个实施例中，所述电源转换电路包括第一稳压芯片和第二稳压芯片，所述第一稳压芯片的电压输入端获取所述电池提供的电能，所述第一稳压芯片的电压输出端输出所述适合继电器驱动模块工作的电压，所述第二稳压芯片的电压输入端连接所述第一稳压芯片的电压输出端，所述第二稳压芯片的电压输出端输出所述适合单片机工作的电压。

在其中一个实施例中，所述待机开关单元还包括第一限流电阻、下拉电阻和储能电容，所述待机开关的一端接地，另一端通过所述下拉电阻连接所述第二稳压芯片的电压输出端、并通过所述第一限流电阻连接所述单片机的待机信号接收引脚，所述储能电容与所述待机开关并联。

在其中一个实施例中，包括市电检测电路，所述单片机检测市电输入是通过所述市电检测电路进行检测；所述市电检测电路包括光耦、上拉电阻和滤波电容，所述光耦的发光器连接市电输入端，所述光耦的受光器的发射极通过所述上拉电阻接地，所述滤波电容与所述上拉电阻并联，所述受光器的集电极连接所述第二稳压芯片的电压输出端，所述受光器的发射极连接所述单片机的市电检测引脚。

在其中一个实施例中，所述继电器驱动模块包括第一驱动电路，所述第一驱动电路包括三极管、第一二极管、第二二极管、偏置电阻、基极电阻及第二限流电阻，所述第一二极管的阳极连接单片机用于发送所述闭合/断开信号的引脚，所述第一二极管的阴极通过所述基极电阻连接所述基极，所述偏置电阻一端连接所述三极管的发射极，另一端连接所述第一二极管的阴极，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极依次串联所述电池工作状态继电器的线圈和第二限流电阻后连接所述第一稳压芯片的输出端，所述第二二极管的阴极连接所述电池工作状态继电器的线圈和第二限流电阻的公共端，所述第二二极管的阳极连接所述集电极。

在其中一个实施例中，还包括充电继电器、放电继电器、逆变器继电器及交流输出继电器，所述继电器驱动模块还包括分别驱动充电继电器、放电继电器、逆变器继电器及交流输出继电器的第二、第三、第四及第五驱动电路，所述第二、第三、第四及第五驱动电路的电路结构与所述第一驱动电路相同。

在其中一个实施例中，还包括连接所述单片机的发光二极管组件，用于指示所述电池工作状态继电器、充电继电器、放电继电器、逆变器继电器及交流输出继电器的工作状态。

在其中一个实施例中，还包括连接所述单片机的蜂鸣器，所述单片机在检测到电池电压不在预设的安全电压范围内时发送报警信号控制所述蜂鸣器发出报警提示。

上述电池管理系统控制器能够降低电池管理系统的待机功耗。本控制器应用于充、放电电流超过100A的电池管理系统中后，系统在待机状态下的功耗小于0.6W，极大延长了产品的待机时间，并可靠地保证了电池的使用寿命及性能。

附图说明

图1是一实施例中太阳能储能发电系统的结构框图；

图2是实施例1中电池管理系统控制器的结构框图；

图3是实施例1中电源转换电路的电路原理图；

图4是实施例1中市电检测电路的结构框图；

图5是实施例1中第一驱动电路的电路原理图；

图6是实施例1中单片机的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明涉及太阳能储能发电系统中的电池管理系统的控制器，整个太阳能储能发电系统的结构框图如图1所示。图2是实施例1中电池管理系统控制器的结构框图，包括电源转换电路110、单片机120、继电器驱动模块130、继电器K1~K5、待机开关单元140。其中继电器K1为交流输出继电器、继电器K2为逆变器继电器，继电器K3为放电继电器，继电器K4为充电继电器，继电器K5为电池工作状态继电器，继电器K1~K5可以采用相同的继电器。需要指出的是，图2所示实施例适用于图1所示的太阳能储能发电系统，在其它实施例中，继电器K1~继电器K4可以部分或全部省略。

电源转换电路110用于将电池提供的电能分别转换为适合继电器驱动模块130和单片机120工作的电压，并分别传输给单片机120和继电器驱动模块130。

单片机120连接继电器驱动模块130，用于向继电器驱动模块130发送闭合/断开信号，继电器驱动模块130根据闭合/断开信号控制各个继电器闭合或断开。单片机120获取电池的电压，在电池电压低于待机阈值时自动发送断开信号，控制继电器驱动模块130断开继电器K5；同时单片机120检测市电输入，在检测到市电输入时自动发送闭合信号，控制驱动模块130控制包括继电器K5在内的所有继电器闭合，系统进入正常工作状态。

待机开关单元140包括待机开关S1，待机开关单元140连接单片机120，可以通过手动按压待机开关S1控制单片机120发送闭合/断开信号。在系统为待机状态下按下待机开关S1，单片机120会检测到工作信号，并发送闭合信号给继电器驱动模块130，控制继电器K5闭合，系统进入正常工作状态，此时再按下待机开关S1，单片机120会检测到待机信号，并发送断开信号给继电器驱动模块130，控制继电器K5断开，系统又进入待机状态。待机开关S1手动控制的优先级要高于单片机120根据电池电压/市电输入进行的自动控制。为了避免误操作，可以设置单片机120，使得系统在正常工作状态下检测到待机信号要向待机状态转换，需要将待机开关S1长按，例如按待机开关S1的时间大于3秒。待机开关S1选用其受力移除后会自动弹起的开关，例如轻触开关、导电橡胶、锅仔开关五金弹片等。

图3是实施例1中电源转换电路的电路原理图，包括第一稳压芯片IC1和第二稳压芯片IC2。第一稳压芯片IC1的电压输入端VIN连接电池，获取电池提供的电能，第一稳压芯片IC1的电压输出端OUT输出适合继电器驱动模块130工作的电压，本实施例中为24V直流电。第二稳压芯片IC2的电压输入端Vin连接第一稳压芯片IC1的电压输出端OUT，第二稳压芯片IC2的电压输出端VO经电感L2后送至5V电压输出端，输出给单片机120。也就是说第二稳压芯片IC2将第一稳压芯片IC1输出的24V电压再降压为5V的电压。本领域技术人员可以根据继电器和单片机120的适合工作电压自主选择适合的稳压芯片，本发明不以此为限。

在图2所示实施例中，待机开关单元140还包括第一限流电阻R6、下拉电阻R7和储能电容C16。待机开关S1的一端接地，另一端通过下拉电阻R7连接电源转换电路110的5V电压输出端、并通过第一限流电阻R6连接单片机120的待机信号接收引脚SW1。储能电容C16与待机开关S1并联。

在该实施例中，电池管理系统控制器还包括市电检测电路，单片机120检测市电输入是通过市电检测电路进行检测。图4是实施例1中市电检测电路的电路原理图，包括光耦U1、上拉电阻R10和滤波电容C15。光耦U1的发光器连接市电输入端J2，光耦的受光器的发射极通过上拉电阻R10接地，滤波电容C15与上拉电阻R10并联，受光器的集电极连接第二稳压芯片IC2的电压输出端。单片机120的市电检测引脚AC CHECK连接受光器的发射极。在图4所示实施例中，市电检测电路还包括电阻R9、二极管D3及二极管D4。二极管D3的阴极连接受光器的阳极A，二极管D3的阳极连接受光器的阴极K。电阻R9接于市电输入端J2的火线上，连接二极管D3的阴极和受光器的阳极A。二极管D4的阳极连接市电检测引脚AC CHECK，二极管D4的阴极连接电源转换电路110的5V电压输出端。

继电器驱动模块130包括第一驱动电路，图5是实施例1中第一驱动电路的电路原理图，包括三极管Q2、第一二极管D6、第二二极管D11、偏置电阻R31、基极电阻R22及第二限流电阻R12。第一二极管D6的阳极连接单片机120用于发送控制继电器K5闭合/断开的信号的引脚SK5，第一二极管D6的阴极通过基极电阻R22连接三极管Q2的基极，偏置电阻R31一端连接三极管Q2的发射极，另一端连接第一二极管D6的阴极。三极管Q2的发射极接地，集电极依次串联继电器K5的线圈和第二限流电阻R12后连接24V电压输出端（即第一稳压芯片IC1的输出端OUT），第二二极管D11的阴极连接继电器K5的线圈和第二限流电阻R12的公共端，第二二极管D11的阳极连接集电极。

对于电池管理系统控制器中包含继电器K1~继电器K4的实施例，继电器驱动模块130中也要对应包括用于控制这些继电器闭合或断开的第二、第三、第四及第五驱动电路。这些驱动电路的电路结构可以与图5所示的第一驱动电路相同。

图6是实施例1中单片机120的电路原理图，在该实施例中，电池管理系统控制器还包括连接单片机120的发光二极管组件，该组件包括5个LED，分别用于指示充电继电器K1、放电继电器K2、逆变器继电器K3、交流输出继电器K4及电池工作状态继电器K5的工作状态。

在该实施例中，电池管理系统控制器还包括连接单片机120的蜂鸣器LS1，单片机120在检测到电池电压不在预设的安全电压范围内时，发送电池工作状态继电器的断开信号控制第一驱动电路断开继电器K5，同时通过引脚SW2发送报警信号控制蜂鸣器LS1发出报警提示。在本实施例中，单片机120每间隔500ms就会检测一次电压。

在其中一个实施例中，单片机120接收温度探头检测的电池温度，当电池温度过高时，单片机120控制继电器驱动模块130关闭前述的所有继电器，以保护产品安全。

上述电池管理系统控制器能够降低电池管理系统的待机功耗。本控制器应用于充、放电电流超过100A的电池管理系统中后，系统在待机状态下的功耗小于0.6W，极大延长了产品的待机时间，并可靠地保证了电池的使用寿命及性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种电池管理系统控制器，其特征在于，包括电源转换电路、单片机、继电器驱动模块、电池工作状态继电器、市电检测电路及待机开关单元，

所述电源转换电路用于将电池提供的电能分别转换为适合所述继电器驱动模块和单片机工作的电压，并分别传输给所述单片机和继电器驱动模块；

所述继电器驱动模块根据闭合/断开信号控制所述继电器闭合或断开；

所述单片机连接所述继电器驱动模块，用于向所述继电器驱动模块发送所述闭合/断开信号，所述单片机获取电池的电压，在电池电压低于待机阈值时自动发送所述断开信号，所述单片机还用于通过所述市电检测电路检测市电输入，在检测到市电输入时自动发送所述闭合信号；

所述待机开关单元连接所述单片机，所述待机开关单元包括待机开关，所述待机开关用于手动控制所述单片机发送所述闭合/断开信号，所述待机开关为其受力移除后会自动弹起的开关。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统控制器，其特征在于，所述电源转换电路包括第一稳压芯片和第二稳压芯片，所述第一稳压芯片的电压输入端获取所述电池提供的电能，所述第一稳压芯片的电压输出端输出所述适合继电器驱动模块工作的电压，所述第二稳压芯片的电压输入端连接所述第一稳压芯片的电压输出端，所述第二稳压芯片的电压输出端输出所述适合单片机工作的电压。

3.根据权利要求2所述的电池管理系统控制器，其特征在于，所述待机开关单元还包括第一限流电阻、下拉电阻和储能电容，所述待机开关的一端接地，另一端通过所述下拉电阻连接所述第二稳压芯片的电压输出端、并通过所述第一限流电阻连接所述单片机的待机信号接收引脚，所述储能电容与所述待机开关并联。

4.根据权利要求2所述的电池管理系统控制器，其特征在于，所述市电检测电路包括光耦、上拉电阻和滤波电容，所述光耦的发光器连接市电输入端，所述光耦的受光器的发射极通过所述上拉电阻接地，所述滤波电容与所述上拉电阻并联，所述受光器的集电极连接所述第二稳压芯片的电压输出端，所述受光器的发射极连接所述单片机的市电检测引脚。

5.根据权利要求2所述的电池管理系统控制器，其特征在于，所述继电器驱动模块包括第一驱动电路，所述第一驱动电路包括三极管、第一二极管、第二二极管、偏置电阻、基极电阻及第二限流电阻，所述第一二极管的阳极连接单片机用于发送所述闭合/断开信号的引脚，所述第一二极管的阴极通过所述基极电阻连接所述基极，所述偏置电阻一端连接所述三极管的发射极，另一端连接所述第一二极管的阴极，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极依次串联所述电池工作状态继电器的线圈和第二限流电阻后连接所述第一稳压芯片的输出端，所述第二二极管的阴极连接所述电池工作状态继电器的线圈和第二限流电阻的公共端，所述第二二极管的阳极连接所述集电极。

6.根据权利要求5所述的电池管理系统控制器，其特征在于，还包括充电继电器、放电继电器、逆变器继电器及交流输出继电器，所述继电器驱动模块还包括分别驱动充电继电器、放电继电器、逆变器继电器及交流输出继电器的第二、第三、第四及第五驱动电路，所述第二、第三、第四及第五驱动电路的电路结构与所述第一驱动电路相同。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统控制器，其特征在于，还包括连接所述单片机的发光二极管组件，用于指示所述电池工作状态继电器、充电继电器、放电继电器、逆变器继电器及交流输出继电器的工作状态。

8.根据权利要求1所述的电池管理系统控制器，其特征在于，还包括连接所述单片机的蜂鸣器，所述单片机在检测到电池电压不在预设的安全电压范围内时发送报警信号控制所述蜂鸣器发出报警提示。