CN105044612A - 一种基于can总线的分布式电池监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,包含数据处理中心，以及通过CAN总线与其连接的多个电池监测模块，所述电池监测模块包含微控制器模块、电池电压传感器、电池温度传感器、低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块，所述电池电压传感器、电池温度传感器分别通过依次连接的低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块连接微控制器模块；所述低压回路模块包含依次连接的信号转换电路、电源电路、通讯电路，所述隔离电路模块包含控制隔离电路、电源隔离电路和通讯隔离电路，所述高压隔离电路包含信号处理电路、电源采样电路、信号传输电路。

Description

一种基于CAN总线的分布式电池监测系统

技术领域

本发明涉及一种电池监测系统，尤其涉及一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，属于数据监控领域。

背景技术

蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用。蓄电池是以放电方式输出电能，以充电方式吸收、恢复电能的一种电源。由于蓄电池是一种化学反应装置，内部的化学反应一般不易及时察觉，日常使用中的缺陷不会立即反应出来，因此蓄电池组的保养维护工作是至关重要的。对蓄电池组维护管理不当将直接影响蓄电池组的使用效益和寿命，甚至严重损坏蓄电池组，极端情况下还会导致安全事故。

蓄电池运行状态的监测主要是通过检测蓄电池的电压、电流、温度等同蓄电池性能密切相关的参数，得出当前蓄电池的运行状态信息，然后通过分析处理并和预先设定的蓄电池性能判断标准进行比较，从而诊断出蓄电池的当前健康状态是否良好。在和蓄电池的健康状态密切相关的参数当中，对温度和电流的测量相对来说比较容易实现，对单个电池的电压检测也比较简单，但是要实现对串联在一起的蓄电池组中单体电池电压的准确测量一直是一个难于解决的问题。而电压检测是最直接检测也是最常用的一个参数，也是目前许多电池监控系统普遍采用的检测方法。

早期的蓄电池组在线监测仪采用的多为集中采集与监测的方法，这种方法的缺点是布线多且线路长，既浪费人力物力又容易引入干扰。此外在电力、电信及化工等不同的领域和不同的场合，需要监测的电池的数量不同，少则几十只，多则数百只，因此集中采集、集中监控的方式很难适应各种情况。鉴于上述问题，对于电池组的监测已开始采用分散采集、集中监控的分布式测量系统。随着电子技术和计算机技术的发展，传统的日常维护及测量方法已经被计算机为核心的实时在线测量所取代，通过在线监测蓄电池组的参数，可以及时了解蓄电池组的工作状态、工作特性及蓄电池组的维护情况，而且具有功能多、速度快、测量准确等特点。目前的测量系统大都采用RS232或RS485总线标准，采用这些标准的系统只能是主从式系统．在这些系统中，一般设上位机为主机，由主机发出采集数据命令，前置机依次向主机发送采集数据，而前置机无法主动向主机请求发送数据。

CAN总线是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而推出的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，距离可达l0Km。当信号传输距离达到10Km时，CAN总线仍可提供高达5Kbps的数据传输速率。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点个数在理论上不受限制。CAN总线是一种多主机局部网络系统标准，它具有多主节点、高可靠性及扩充性能好等特点。

例如申请号为“201110189255.3”的一种分布式蓄电池组充电监测系统。现有的装置布线多且线路长,既浪费人力物力又容易引入干扰。本发明通过对正在充电的蓄电池组进行电压信号采集,将采集来的电压信号进行分压处理,并通过模拟开关来轮流选通其中一路电压信号,经主控芯片U1进行A/D转换,并作为从机通过CAN总线向上位机进行分压后的电压数字信号的传输,以供上位机实行数据处理,实现了对蓄电池组运行参数的实时监测,从而得知当前各个所在蓄电池组的充电状态和性能。该发明对任意多个蓄电池组进行实时电压检测并实时传送数据,而且电压信号的传输距离远,利于远程操作,极大地扩充了蓄电池检测技术的数量和范围。

又如申请号为“201310513381.9”的一种基于摄像头的分布式实时能耗监测分析系统，包括图像采集模块、单片机、无线传输模块、电源模块、数据服务器和用户终端，所述的图像采集模块、单片机、无线传输模块、数据服务器和用户终端依次连接，所述的电源模块分别连接图像采集模块、单片机和无线传输模块；图像采集模块根据单片机的控制信号获取待测表具的图像数据并保存，单片机根据设定的数据上传时间间隔读取图像采集模块中的图像数据，并通过无线传输模块将图像数据发送给数据服务器，数据服务器对图像数据进行处理后获得待测表具的能耗数据，并通过用户终端输出能耗数据及用户节能建议。与现有技术相比，本发明具有方便简洁、通用性和稳定性高等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于CAN总线的分布式电池监测系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,包含数据处理中心，以及通过CAN总线与其连接的多个电池监测模块，所述电池监测模块包含微控制器模块、电池电压传感器、电池温度传感器、低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块，所述电池电压传感器、电池温度传感器分别通过依次连接的低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块连接微控制器模块；所述低压回路模块包含依次连接的信号转换电路、电源电路、通讯电路，所述隔离电路模块包含依次连接的控制隔离电路、电源隔离电路和通讯隔离电路，所述高压回路模块包含依次连接的信号处理电路、电源采样电路、信号传输电路。

作为本发明一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

作为本发明一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述电池电压传感器的芯片型号为C200。

作为本发明一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述电池温度传感器的芯片型号为DS18B20。

作为本发明一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述电池电压传感器和电池温度传感器均采用锂电池供电。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明实现较高的采样速率，因为扩展了外部ADC,影响速度的主要因素将仅集中在高压回路中信号调理所允许的信号带宽以及ADC的采样速率，当前电子技术的发展使这两项均可以轻松作到10kHz以上，这意味着测试短暂到0.1ms以上的瞬间电压变化，因此可测量到电压变化的具体细节，并满足电池数据采集需要。

2、本发明由于采用了电压隔离的措施，高压侧对低压侧的影响可以忽略。高压和低压完全隔离，隔离性能仅取决于于隔离器件的性能，使用典型如光耦等可实现ＤＣ高达1000V的隔离。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

具体实施方式如下：

一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,包含数据处理中心，以及通过CAN总线与其连接的多个电池监测模块，所述电池监测模块包含微控制器模块、电池电压传感器、电池温度传感器、低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块，所述电池电压传感器、电池温度传感器分别通过依次连接的低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块连接微控制器模块；所述低压回路模块包含依次连接的信号转换电路、电源电路、通讯电路，所述隔离电路模块包含依次连接的控制隔离电路、电源隔离电路和通讯隔离电路，所述高压回路模块包含依次连接的信号处理电路、电源采样电路、信号传输电路。

其中，所述微控制器模块采用AVR系列单片机，所述电池电压传感器的芯片型号为C200，所述电池温度传感器的芯片型号为DS18B20，所述电池电压传感器和电池温度传感器采用锂电池供电。

AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8V即可工作；AVR单片机保密性能好。

功能实现的前提是在不影响或对电池性能影响小到可以忽略的基础上实现，离开这个前提则监测模块的设计会失去意义，因为在实际应用中往往是多个电池串连在一起应用，一个电池的失效必然导致整个电池包出问题。

监测模块将在上述前提下实现下列功能：接受上层控制器的控制；实现电池数据的采集，准确反应电池的物理参数，如电压，温度；将采集到的数据传送给上层控制器，实现数据共享。监测模块要达到的物理性能在采样速率>10khz的情况下，电压采样：电压采集精度25℃优于0.5%,-40℃～85℃优于1%。温度采样：温度采集精度±2℃，-40℃~85℃。

低压回路包括：信号处理与转换电路，作用是处理来自整车的控制信号，典型如点火信号等，可以根据不同的应用要求设计；电源电路和主芯片电路，作用是给低压回路供电，同时实现监测模块的控制逻辑与数据处理；通讯电路，作用是与上层控制器以及下层的数据采集部分进行通讯，典型上层通讯电路采用CAN协议通讯，下层电路采用SCISPI，I2C等。

隔离电路包括：控制隔离电路，作用是实现低压对高压控制电路的隔离；电源隔离电路，作用是实现低压电源到高压电源的隔离控制；通讯隔离电路，作用是实现高、低压通讯电路电平的隔离并保证正常通讯。

高压回路包括：信号处理，作用是将电池包的电池模块信号、温度传感器以及其他信号转化为可以直接采样的电信号；电源和采样电路，作用是为高压系统工作提供电源，同时对处理后的信号进行采样处理，将模拟信号转化为电压信号；通讯电路，作用为将处理好的数字信号发送出去，同时接受低压回路的控制指令。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,其特征在于：包含数据处理中心，以及通过CAN总线与其连接的多个电池监测模块，所述电池监测模块包含微控制器模块、电池电压传感器、电池温度传感器、低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块，所述电池电压传感器、电池温度传感器分别通过依次连接的低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块连接微控制器模块；所述低压回路模块包含依次连接的信号转换电路、电源电路、通讯电路，所述隔离电路模块包含依次连接的控制隔离电路、电源隔离电路和通讯隔离电路，所述高压回路模块包含依次连接的信号处理电路、电源采样电路、信号传输电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述电池电压传感器的芯片型号为C200。

4.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述电池温度传感器的芯片型号为DS18B20。

5.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述电池电压传感器和电池温度传感器均采用锂电池供电。