CN104065141A - 大规模电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的大规模电池管理系统，包括至少一个采集电池组中各单体电池电压的电压采集电路、用于采集电池组工作温度的温度采集电路、用于采集电池组充放电电流信息的电流采集电路以及中央控制电路MCU；所述电压采集电路的输出端与中央控制电路MCU电连接，所述温度采集电路的输出端与中央控制电路MCU电连接，所述电流采集电路与中央控制电路MCU电连接；各电压采集电路以菊链的方式电连接；能够对大规模蓄电池进行有效监测及管理，并且可靠性高，保证大规模蓄电池能够持久稳定运行，并且系统的结构得到简化，减小体积，并且能够降低使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种大规模电池管理系统。
背景技术
在电动汽车中，蓄电池都是通过多个单体电池组成的电池组向外供电，为了保证蓄电池能够持续稳定的工作，需要对蓄电池的各单体电池进行实时跟踪监测，比如电池温度，电池电压及充放电电流等参数，因此需要电池管理系统对蓄电池进行检测，尤其是对于矿井中，由于煤矿锂电池行业标准的要求，需要单体电池的容量不大于100Ah，为了保证井下作业的要求，因此需要大规模的电池来满足，而现有电池的管理系统主要针对于小规模的蓄电池组，如采用现有的电池管理系统，则需要多个小规模电池管理系统进行管理，使得对大规模蓄电池的监测的可靠性降低，而且系统结构复杂，体积大，而且也大大增加了使用成本。
因此，需要提出一种新型的电池管理系统，能够对大规模蓄电池进行有效监测及管理，并且可靠性高，保证大规模蓄电池能够持久稳定运行，并且系统的结构得到简化，减小体积，并且能够降低使用成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种大规模电池管理系统，能够对大规模蓄电池进行有效监测及管理，并且可靠性高，保证大规模蓄电池能够持久稳定运行，并且系统的结构得到简化，减小体积，并且能够降低使用成本。
本发明提供的大规模电池管理系统，包括至少一个采集电池组中各单体电池电压的电压采集电路、用于采集电池组工作温度的温度采集电路、用于采集电池组充放电电流信息的电流采集电路以及中央控制电路MCU；
所述电压采集电路的输出端与中央控制电路MCU电连接，所述温度采集电路的输出端与中央控制电路MCU电连接，所述电流采集电路与中央控制电路MCU电连接；各电压采集电路以菊链的方式电连接。
进一步，所述电流采集电路包括电阻R1、光耦U1、光耦U2、熔断器F1、二极管D1、二极管D2、发光二极管DS1、发光二极管DS2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、MOS管Q1、MOS管Q2、电容C1、稳压管DZ1、稳压管DZ2、保险丝F5、电池组接口P3、充电接口P4、放电接口P5以及霍尔传感器U3；
所述电阻R1的一端接+5V电源，另一端与光耦U1的发光二极管的正极连接，光耦U1的发光二极管的负极与中央控制电路MCU的放电控制I/O口连接，光耦U1的三极管的集电极通过熔断器接电池组正极V-BAT,光耦U1的三极管的集电极还与光耦U2的三极管集电极连接，光耦U1的三极管发射极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与发光二极管DS1的正极连接，发光二极管DS1的负极通过电阻R2与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q1的栅极通过电阻R5与MOS管Q1的源极连接，MOS管Q1的栅极还与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极与MOS管Q1的源极连接，MOS管的源极与稳压管DZ1的正极连接，稳压管DZ1的负极接地，MOS管Q1的漏极与放电接口P5的负极DCH-GND连接；
光耦U2的发光二极管的正极通过电阻R7接+5V电源，光耦U2的发光二极管的负极与中央控制电路MCU的充电控制I/O口连接，光耦U2的三极管的发射极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与发光二极管DS2的正极连接，发光二极管DS2的负极通过电阻R3与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的栅极通过电阻R4与MOS管Q2的源极连接，MOS管Q2的栅极还与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与MOS管Q2的源极连接，MOS管Q2的源极与蓄电池的充电接口P4的负极CH-GND连接，MOS管Q2的漏极与稳压管DZ2负极连接，稳压管DZ2的正极接地；
电池组接口P3的正极通过保险丝F5与放电接口P3和充电接口P4的正极V-Bat连接，电池组接口P4的负极GND-BAT通过霍尔传感器U3的原边接地；
所述霍尔传感器U3的副边电源与+5V电源连接，霍尔传感器U3的输出端通过电阻R6与中央控制电路MCU的AD口连接，电阻R6与中央控制电路MCU的公共连接点通过电容C1接地。
进一步，所述温度采集电路包括DS18B20传感器，所述温度采集电路的个数与电池组中单体电池个数相等且一一对应设置，所述温度采集电路还包括温度传感器接口J1和模拟开关MC14051，所述D218B20传感器通过温度传感器接口J1与模拟开关MC14051连接，模拟开关MC14051的输出端与中央控制电路MCU连接。
进一步，所述电压采集电路为LTC6803电压采集芯片及其接口电路。
进一步，所述中央控制电路MCU为STC12C5A60S2芯片及接口电路。
进一步，所述电压采集电路与中央控制电路MCU通过SPI总线连接。
本发明的有益效果：本发明的大规模电池管理系统，能够对大规模蓄电池进行有效监测及管理，并且可靠性高，保证大规模蓄电池能够持久稳定运行，并且系统的结构得到简化，减小体积，并且能够降低使用成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的电流采集电路原理图
图3为本发明的电压采集电路的原理图。
图4为本发明的中央控制电路原理图。
图5为本发明的温度采集电路原理图。
具体实施方式
图1为本发明的原理框图，图2为本发明的电流采集电路原理图，图3为本发明的电压采集电路的原理图，图4为本发明的中央控制电路原理图，图5为本发明的温度采集电路原理图；如图所示，本发明提供的大规模电池管理系统，包括至少一个采集电池组中各单体电池电压的电压采集电路、用于采集电池组工作温度的温度采集电路、用于采集电池组充放电电流信息的电流采集电路以及中央控制电路MCU；
所述电压采集电路的输出端与中央控制电路MCU电连接，所述温度采集电路的输出端与中央控制电路MCU电连接，所述电流采集电路与中央控制电路MCU电连接；各电压采集电路以菊链的方式电连接，电压采集电路采用菊链式的连接方式，能够大大减小系统的电气连接的复杂程度，利于本系统小型化，而且本系统能够达到对96个单体电池的监控。
本实施例中，所述电流采集电路包括电阻R1、光耦U1、光耦U2、熔断器F1、二极管D1、二极管D2、发光二极管DS1、发光二极管DS2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、MOS管Q1、MOS管Q2、电容C1、稳压管DZ1、稳压管DZ2、保险丝F5、电池组接口P3、充电接口P4、放电接口P5以及霍尔传感器U3；
所述电阻R1的一端接+5V电源，另一端与光耦U1的发光二极管的正极连接，光耦U1的发光二极管的负极与中央控制电路MCU的放电控制I/O口连接，光耦U1的三极管的集电极通过熔断器接电池组正极V-BAT,光耦U1的三极管的集电极还与光耦U2的三极管集电极连接，光耦U1的三极管发射极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与发光二极管DS1的正极连接，发光二极管DS1的负极通过电阻R2与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q1的栅极通过电阻R5与MOS管Q1的源极连接，MOS管Q1的栅极还与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极与MOS管Q1的源极连接，MOS管的源极与稳压管DZ1的正极连接，稳压管DZ1的负极接地，MOS管Q1的漏极与放电接口P5的负极DCH-GND连接；
光耦U2的发光二极管的正极通过电阻R7接+5V电源，光耦U2的发光二极管的负极与中央控制电路MCU的充电控制I/O口连接，光耦U2的三极管的发射极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与发光二极管DS2的正极连接，发光二极管DS2的负极通过电阻R3与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的栅极通过电阻R4与MOS管Q2的源极连接，MOS管Q2的栅极还与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与MOS管Q2的源极连接，MOS管Q2的源极与蓄电池的充电接口P4的负极CH-GND连接，MOS管Q2的漏极与稳压管DZ2负极连接，稳压管DZ2的正极接地；
电池组接口P3的正极通过保险丝F5与放电接口P3和充电接口P4的正极V-Bat连接，电池组接口P4的负极GND-BAT通过霍尔传感器U3的原边接地；
所述霍尔传感器U3的副边电源与+5V电源连接，霍尔传感器U3的输出端通过电阻R6与中央控制电路MCU的AD口连接，电阻R6与中央控制电路MCU的公共连接点通过电容C1接地。
通过上述的电路，能够对电池组的电流信息进行实时监控，包括充电电流以及放电电流的实时监控，从而蓄电池能够持久稳定的运行。
本实施例中，所述温度采集电路包括DS18B20传感器，所述温度采集电路的个数与电池组中单体电池个数相等且一一对应设置，所述温度采集电路还包括温度传感器接口J1和模拟开关MC14051，所述DS18B20传感器通过温度传感器接口J1与模拟开关MC14051连接，模拟开关MC14051的输出端与中央控制电路MCU的I/O口连接，通过上述结构，节省了温度采集电路对中央控制电路MCU的接口的占用，节约了中央处理电路MCU有限的I/O接口资源，而且利于本系统的小型化。
本实施例中，所述电压采集电路为LTC6803电压采集芯片及其接口电路，如图2所示，图2中给出的为每个LTC6803电压采集芯片对一组为8个单体电池进行监控的电路图，并且能够对电压高于每组电池的平均电压的单体电池进行电压均衡，在充电过程中，中央控制电路MCU通过单体电池的电压与平均单体电池电压进行比较，通过控制图2中SI2351DS的MOS管的通断实现，将电池电压高于平均电压20mV单体电池进行分流，从而达到电压均衡的目的。
本实施例中，所述中央控制电路MCU为STC12C5A60S2芯片及接口电路，处理速度快，能够满足电池管理系统的信息采集、通信、处理以及控制等方面的严格要求，当然，为了满足对监测参数的读取，本系统还设置有与中央控制电路MCU连接的LCD显示屏接口。
本实施例中，所述电压采集电路与中央控制电路MCU通过SPI总线连接，能够提高本系统的通信效率，从而提高本系统的相应速率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种大规模电池管理系统，其特征在于：包括至少一个采集电池组中各单体电池电压的电压采集电路、用于采集电池组工作温度的温度采集电路、用于采集电池组充放电电流信息的电流采集电路以及中央控制电路MCU；
所述电压采集电路的输出端与中央控制电路MCU电连接，所述温度采集电路的输出端与中央控制电路MCU电连接，所述电流采集电路与中央控制电路MCU电连接；各电压采集电路以菊链的方式电连接。
2.根据权利要求1所述大规模电池管理系统，其特征在于：所述电流采集电路包括电阻R1、光耦U1、光耦U2、熔断器F1、二极管D1、二极管D2、发光二极管DS1、发光二极管DS2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、MOS管Q1、MOS管Q2、电容C1、稳压管DZ1、稳压管DZ2、保险丝F5、电池组接口P3、充电接口P4、放电接口P5以及霍尔传感器U3；
所述电阻R1的一端接+5V电源，另一端与光耦U1的发光二极管的正极连接，光耦U1的发光二极管的负极与中央控制电路MCU的放电控制I/O口连接，光耦U1的三极管的集电极通过熔断器接电池组正极V-BAT,光耦U1的三极管的集电极还与光耦U2的三极管集电极连接，光耦U1的三极管发射极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与发光二极管DS1的正极连接，发光二极管DS1的负极通过电阻R2与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q1的栅极通过电阻R5与MOS管Q1的源极连接，MOS管Q1的栅极还与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极与MOS管Q1的源极连接，MOS管的源极与稳压管DZ1的正极连接，稳压管DZ1的负极接地，MOS管Q1的漏极与放电接口P5的负极DCH-GND连接；
光耦U2的发光二极管的正极通过电阻R7接+5V电源，光耦U2的发光二极管的负极与中央控制电路MCU的充电控制I/O口连接，光耦U2的三极管的发射极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与发光二极管DS2的正极连接，发光二极管DS2的负极通过电阻R3与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的栅极通过电阻R4与MOS管Q2的源极连接，MOS管Q2的栅极还与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与MOS管Q2的源极连接，MOS管Q2的源极与蓄电池的充电接口P4的负极CH-GND连接，MOS管Q2的漏极与稳压管DZ2负极连接，稳压管DZ2的正极接地；
电池组接口P3的正极通过保险丝F5与放电接口P3和充电接口P4的正极V-Bat连接，电池组接口P4的负极GND-BAT通过霍尔传感器U3的原边接地；
所述霍尔传感器U3的副边电源与+5V电源连接，霍尔传感器U3的输出端通过电阻R6与中央控制电路MCU的AD口连接，电阻R6与中央控制电路MCU的公共连接点通过电容C1接地。
3.根据权利要求2所述大规模电池管理系统，其特征在于：所述温度采集电路包括DS18B20传感器，所述温度采集电路的个数与电池组中单体电池个数相等且一一对应设置，所述温度采集电路还包括温度传感器接口J1和模拟开关MC14051，所述D218B20传感器通过温度传感器接口J1与模拟开关MC14051连接，模拟开关MC14051的输出端与中央控制电路MCU的I/O口连接。
4.根据权利要求3所述大规模电池管理系统，其特征在于：所述电压采集电路为LTC6803电压采集芯片及接口电路。
5.根据权利要求4所述大规模电池管理系统，其特征在于：所述中央控制电路MCU为STC12C5A60S2芯片及接口电路。
6.根据权利要求5所述大规模电池管理系统，其特征在于：所述电压采集电路与中央控制电路MCU通过SPI总线连接。
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