CN105006848A - 一种智能动力锂离子电池维护系统 - Google Patents

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袁学庆
刘利
辛荣健
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Abstract

本发明涉及一种智能动力锂离子电池维护系统，包括维护控制系统以及与其连接的维护充电系统；维护充电系统用于对多支单体电池的并充维护以及安全保护，同时监测电池组维护过程中的数据信息和状态信息。维护控制系统通过CAN通讯监控维护充电系统，接收其采集的电池组数据信息和维护状态信息并实时存储。本发明所述的动力锂离子电池维护系统，运用隔离的CAN通讯网络构建分布式的控制系统，能够实现对多个电池组同时维护充电，充电效率高，容量一致性好。

Description

一种智能动力锂离子电池维护系统
技术领域
本发明属于动力电池管理系统领域，具体说是一种动力锂离子电池组的维护系统。
背景技术
随着电动车、混合动力工具的发展，各种动力电池得到广泛应用。锂电池以其体积小，自放电率低，能量密度高，循环使用寿命长等优点，成为最有前景的动力电池。在应用过程中，为了满足用电设备对于供电电压的要求，一般将多个动力锂离子电池串联成组使用，电池组长时间使用后，各个单体电池容量的差异性会越来越大，影响电池的循环使用寿命和性能。
现有的动力锂电池维护措施多采用串充维护或人工对每支单体电池进行定期维护。串充维护，单体电池间的容量均一性差，人工操作又很繁琐，而且操作过程中可能出现不及时切断充电回路导致电池过充，过热等安全性问题。
发明内容
本发明目的是提供一种智能分布式动力锂离子电池维护系统，能够对锂电池组进行自动维护与监测，以克服上述锂电池维护存在的问题。
本发明为实现上述目的所采用的术方案是：一种智能动力锂离子电池维护系统，包括维护控制系统以及与其连接的维护充电系统；
维护控制系统用于通过CAN通讯监控维护充电系统，接收其采集的多个单体电池数据信息和维护过程中的单体电池状态信息并实时存储，并控制维护充电系统的运行；
维护充电系统用于对多个单体电池的并充维护和安全保护，以及监测电池组维护过程中的单体电池电压、电池组总电压、维护充电电流等数据信息、状态信息和故障信息。
所述维护控制系统包括电源模块以及与其连接的MCU模块、触摸屏、存储模块、通讯模块；通讯模块通过CAN网络与触摸屏和多个维护充电系统连接；
MCU模块与通讯模块、存储模块、触摸屏连接，用于处理维护充电系统和触摸屏发来的数据信息，通过逻辑判断控制维护充电系统运行，并将维护监测信息通过触摸屏显示；
所述维护充电系统包括LCU模块、通讯模块、采集模块、维护电源模块、安全保护模块和供电电源模块；
供电电源模块与其它模块连接；LCU模块与通讯模块、采集模块、安全保护模块、维护管理模块连接，用于根据采集模块采集的单体电池状态信息进行逻辑判断，控制维护管理模块对多个单体电池的并充维护及安全保护；
通讯模块用于LCU模块与维护控制系统通讯，接收维护控制系统的指令传递给LCU模块，以及向维护控制系统发送电池组维护过程中的采集数据、状态信息和故障信息；
采集模块用于连接单体电池并采集单体电池电压、温度和维护充电电流。
所述维护管理模块由多个维护电源模块组成；每个维护电源模块均独立连接单体电池；维护电源模块包括：充电电源P1的正极依次串联熔断器F1、二极管D1、单体电池、二极管D2、电流传感器后与N_MOSFET的D极连接，N_MOSFET的S极与充电电源P1的负极连接，G极与LCU模块连接。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明所述的动力锂离子电池维护系统，运用隔离的CAN通讯网络构建分布式的控制系统，能够实现对多个单体电池并充维护，也可以实现多个电池组的同时维护充电，充电效率高，容量一致性好。
2.本发明提供一种维护充电系统，本系统通过隔离的CAN通讯网络与维护控制系统通讯，提供维护充电电源，能够监测维护充电过程，且具有自我保护功能。每一个维护充电系统都是独立的，具有很强的可扩展性。
3.本发明提供一种可实现人机交互的动力锂电池维护系统，能够通过触摸屏来控制电池组维护过程，显示维护过程信息，大大简化了电池组维护操作，提供了人机交互的平台。
附图说明
图1为本发明的智能动力锂电池维护系统框架图。
图2为智能动力锂电池维护控制系统框架图。
图3为智能动力锂电池维护充电系统框架图。
图4为维护电源模块原理示意图。
图5为维护管理模块原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明提供了一种智能动力锂离子电池维护系统，其包括维护控制系统1和维护充电系统2。该动力锂离子电池维护系统能够对每支单体电池电压、温度、电流进行监测，并根据监测信息对每一支单体电池进行自动充电维护，提高电池容量的一致性。维护控制系统1通过CAN通讯网络与多个维护充电系统2形成分布式控制网络，能够对每个维护充电系统进行控制，并将维护信息通过触摸屏进行人机交互。该动力锂电池维护系统能够实现串联并充电池间的相互隔离，简化了锂电池维护操作，提高了维护充电的效率。
如附图1所示，本发明所述的智能动力锂离子电池维护系统是一种分布式控制系统，维护控制系统1(简称BMCU)和维护充电系统2(简称LMCU)通过CAN通讯连接；维护控制系统1是智能动力锂离子电池维护系统的主控系统，能够通过触摸屏实现人机交互，用于监控每个维护充电系统，通过CAN通讯网络控制每一个LMCU的工作，同时接收每一个LMCU的采集数据信息和状态信息，并实时存储。维护充电系统2是智能动力锂离子电池维护系统的从控系统，用于对单体电池的并充维护，充电保护，运行数据信息和状态信息的监控。
如图2所示，本发明所提出的维护控制系统1包括MCU模块3，通讯模块6，触摸屏4，存储模块5和电源模块7。电源模块7与MCU模块3，通讯模块6，触摸屏4，存储模块5和电源模块7电性连接，为各个模块的工作提供工作电源。MCU模块3是维护控制系统的核心，用于处理维护充电系统和触摸屏发来的数据信息，通过逻辑判断控制维护充电系统运行和触摸屏的显示。它与通讯模块6、存储模块5和触摸屏4连接，用于处理维护充电系统2和触摸屏4发来的数据信息，通过逻辑判断控制维护充电系统2运行，并将维护监测信息通过触摸屏4显示，存储维护过程中监测的数据信息，状态信息和报警信息。通讯模块6通过CAN网络与MCU模块3、触摸屏4和维护充电系统2进行数据信息的传递。
触摸屏4用于实现人机交互，可以通过触摸屏的设置来控制整个维护系统的运行，并且能够通过触摸屏显示当前系统的状态信息。存储模块5用于存储电池组维护过程中的数据信息，状态信息和故障信息，存储模块5属于非挥发性记忆模块，与MCU模块连接，能够进行非易失性的存储读写，存储速度快，可以对锂电池维护系统的数据信息和状态信息进行存储，并在管理系统掉电的情况下存储信息不会丢失，可以永久性存储锂电池维护系统的数据信息。
本发明所提出的存储模块5为非挥发性记忆模块，与MCU模块3连接，能够进行非易失性的存储读写，并且存储速度快，可以对锂电池维护系统的数据信息和状态信息进行存储，并在系统掉电的情况下存储信息不会丢失，可以永久性存储锂离子电池维护系统的数据信息。
如图3所示，本发明所提出的所述维护充电系统2包括LCU模块8，通讯模块9，采集模块10，维护管理模块12，安全保护模块11和供电电源模块13。
供电电源模块13与其它模块电性连接，为其提供工作电源。LCU模块8是维护充电系统的核心，它与通讯模块9、采集模块10、安全保护模块11和维护管理模块12电性连接，能够根据采集模块10采集的数据信息进行逻辑判断，控制维护管理模块对单体电池的并充维护以及相应的保护动作。LCU模块8根据采集模块10的数据信息自动控制维护管理模块12中每个维护电源模块的开启与关闭，并按着故障等级，通过逻辑运算发出保护信号，对维护充电模块2提供安全保护。
通讯模块9用于与维护控制系统1通讯，接收维护控制系统1的指令传递给LCU模块8，以及向维护控制系统1发送采集信息、状态信息和故障信息。采用隔离通讯，以实现所有维护充电系统独立运行，隔离CAN通讯芯片采用ADM3053；能够发送充电维护过程中采集的电池电压、温度、电流的数据信息以及维护过程中的状态信息和故障信息，同时接收维护控制系统发来的控制指令。本发明所提出的通讯模块，由于维护系统是对电池组的并充维护，所以所有通讯模块采用隔离通讯，将每个维护充电系统2独立，成为一个可组合的维护充电单元。
采集模块10用于采集单体电池电压，温度和维护电流，为其他模块提供基础数据支撑。采集模块10由差分放大器和AD组成，采集信号经过差分放大器被调整到LCU模块(8)AD输入的电压范围，再由AD模块对其采样得到采样数据，采集信号包括充电电流、单体电池温度和电压。
安全保护模块11用于维护过程中的安全保护，防止电池过压、超温、短路等故障的发生。LCU模块8按等级使能保护控制信号，安全保护模块11产生相应的保护动作。维护管理模块12用于对单体电池进行充电，且具有自我保护功能，以防止维护充电过程中安全性问题的发生。安全保护模块11根据LCU模块8按着故障等级，经过逻辑判断发出的控制信号来控制维护电源模块12的Q1，防止电池过压、超温、短路等故障的发生。
如图5所示，本发明所提出的维护管理模块12包括8个独立的维护电源模块，用于的单体电池进行并充维护，维护电源模块如图4所示，维护电源模块由充电电源P1，熔断器F1，二极管D1和D2，精密电阻Rr和N_MOSFET Q1组成。P1用于提供5V/5A充电电源，它的正极与F1一端连接，负极与Q1的S极连接；熔断器F1起到过流保护的作用，一旦维护充电电流大于设定的限流值Imax，则自动熔断；二极管D1和D2用于防止充电反流，D1的正极端与F1连接，负极端与单体电池正极端连接；D2的正极端与单体电池负极端连接，负极端与精密电阻Rr一端连接；精密电阻Rr串接在回路中，用于充电电流的采集，一端与D2负极端连接，另一端与Q1的D级连接；N_MOSFET Q1用于控制维护电源模块12对外输出的通断，它的S极与充电电源P1的负极连接，D极与精密电阻Rr的连接，G极与LCU模块8连接。
本发明所提出的维护充电系统2根据采集模块10采集的单体电池电压信息判断接入的单体电池数目以及接入的通道，然后控制需要开启的维护电源，对单体电池进行充电维护。
本发明所提出的维护控制系统1可以通过触摸屏实现人机交互，显示维护系统的监控信息，并可以控制维护系统的运行，同时提供维护系统配置功能，能够根据实际情况人为配置维护系统的各类限值，例如过压保护限值、过温保护限值，充电截止电压等，拓展了维护系统的应用范围，也使得其更加人性化。

Claims (4)

1.一种智能动力锂离子电池维护系统，其特征在于：包括维护控制系统(1)以及与其连接的维护充电系统(2)； 
维护控制系统(1)用于通过CAN通讯监控维护充电系统(2)，接收其采集的多个单体电池数据信息和维护过程中的单体电池状态信息并实时存储，并控制维护充电系统(2)的运行； 
维护充电系统(2)用于对多个单体电池的并充维护和安全保护，以及监测电池组维护过程中的单体电池电压、电池组总电压、维护充电电流等数据信息、状态信息和故障信息。 
2.根据权利要求1所述的一种智能动力锂离子电池维护系统，其特征在于所述维护控制系统(1)包括电源模块(7)以及与其连接的MCU模块(3)、触摸屏(4)、存储模块(5)、通讯模块(6)；通讯模块(6)通过CAN网络与触摸屏(4)和多个维护充电系统(2)连接； 
MCU模块(3)与通讯模块(6)、存储模块(5)、触摸屏(4)连接，用于处理维护充电系统(2)和触摸屏(4)发来的数据信息，通过逻辑判断控制维护充电系统(2)运行，并将维护监测信息通过触摸屏(4)显示。
3.根据权利要求1所述的一种智能动力锂离子电池维护系统，其特征在于所述维护充电系统(2)包括LCU模块(8)、通讯模块(9)、采集模块(10)、维护电源模块(12)、安全保护模块(11)和供电电源模块(13)； 
供电电源模块(13)与其它模块连接；LCU模块(8)与通讯模块(9)、采集模块(10)、安全保护模块(11)、维护管理模块(12)连接，用于根据采集模块(10)采集的单体电池状态信息进行逻辑判断，控制维护管理模块(12)对多个单体电池的并充维护及安全保护； 
通讯模块(9)用于LCU模块(8)与维护控制系统(1)通讯，接收维护控制系统(1)的指令传递给LCU模块(8)，以及向维护控制系统(1)发送电池组维护过程中的采集数据、状态信息和故障信息； 
采集模块(10)用于连接单体电池并采集单体电池电压、温度和维护充电电 流。 
4.根据权利要求3所述的一种智能动力锂离子电池维护系统，其特征在于所述维护管理模块(12)由多个维护电源模块组成；每个维护电源模块(12)均独立连接单体电池；维护电源模块包括：充电电源P1的正极依次串联熔断器F1、二极管D1、单体电池、二极管D2、电流传感器后与N_MOSFET的D极连接，N_MOSFET的S极与充电电源P1的负极连接，G极与LCU模块(8)连接。 
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