CN105262170A - 一种分布式动力电池组监测装置 - Google Patents

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高明煜
李钟�
刘雷
何志伟
曾毓
李芸
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王炜焕
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Abstract

本发明公开了一种分布式动力电池组监测装置,包括充电器或负载接口、直流电源接口、第一电感L1、第二电感L2、多个从机、电池组、主机、直流电源线DC+、直流电源线DC-;从机包括第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、从机电源模块、从机微控制器MCU、端电压采集模块、温度采集模块、内阻测量模块和从机直流载波模块;主机包括第五电感L5、第六电感L6、第三电容C3、第四电容C4、主机电源模块、主机微控制器MCU、总电压采集模块、电流采集模块、显示模块、主机直流载波模块,本发明通过在直流电源线上载波实现主机和从机间的信息交互,节约了有限的汽车内部空间,节约了汽车定期维修的时间和成本。

Description

一种分布式动力电池组监测装置
技术领域
本发明涉及动力电池管理领域,特别是一种基于直流载波技术的分布式电池组监测装置。
背景技术
21世纪已经全面进入了新能源开发的重要时代,随着科技的飞速发展,新能源的开发逐渐占据了能源发展的主流位置,尤其是在国际能源竞争和国家防御日趋激烈的情况下,新能源的作用至关重要,特别是现今汽车工业发展迅猛,以传统的石油作为动力带来了石油能源短缺和环境污染等重大问题,近年来汽车工业蓬勃发展,动力电池组监测显得尤为重要;
单个电池电量等性能的研究远远不能满足电动汽车的要求,在实际使用时必须采用单体电池成组集成的应用方式,就目前国内外动力电池组监测技术来看,主要存在以下两种通信形式:(1)一体式主机形式:所有采集电池的电压、温度、内阻等信号通信线需要连接至主机,这将导致汽车内布线星罗棋布,除此之外,汽车在行驶过程中的震动很容易信号通信线连接松动,信号不能完整传输,进而造成动力电池组在线监测故障,其次,这种方法也不便于定期维护和检修;(2)一主多从通信形式:每个单体电池固定安装一个从机,每一个从机采集单体电池的端电压、温度和内阻等信息,然后通过RS485或者CAN总线发送给主机,这种方法也至少需要两根电源线和两根通信线,相比于第一种形式,实用价值有所提高,对于有限的汽车内部空间而言,所需线缆越少越是稳定,因此迫切需要开发和设计一种更少线缆的动力电池组监测装置。
发明内容
针对上述现有技术中存在的上述不足,本发明提供了一种分布式动力电池组监测装置。
为了解决上述技术问题,本发明采用了如下技术方案:
本发明一种分布式动力电池组监测装置,包括充电器或负载接口、直流电源接口、第一电感L1、第二电感L2、从机S1至从机SN、被测1号电池至N号电池、主机、直流电源线DC+、直流电源线DC-;
所述充电器或负载接口的正端与1号电池的正极连接,充电器或负载接口的负端与N号电池的负极连接,N个电池串联,直流电源接口的正端与第一电感L1的一端连接,直流电源接口的负端与第二电感L2的一端连接,第一电感L1的另一端接直流电源线DC+,第二电感L2的另一端接直流电源线DC-,从机S1至从机SN的正端接直流电源线DC+,从机S1至从机SN的负端接直流电源线DC-,主机的正端接直流电源线DC+,主机的负端接直流电源线DC-;每个从机测量对应电池的端电压、温度和内阻,主机测量电池组的总电压和电流。
所述从机S1至从机SN结构相同,下面均简称从机,从机包括第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、从机电源模块、从机微控制器MCU、端电压采集模块、温度采集模块、内阻测量模块和从机直流载波模块,所述的第三电感L3的一端接直流电源线DC+,第三电感L3的另一端与从机电源模块的正端连接,所述的第四电感L4的一端接直流电源线DC-,第四电感L4的另一端与从机电源模块的负端连接,第一电容C1的一端接直流电源线DC-,第一电容C1的另一端与从机直流载波模块的负端连接,所述的第二电容C2的一端接直流电源线DC+,第二电容C2的另一端与从机直流载波模块的正端连接,端电压采集模块的信号输出端、内阻测量模块的信号输出端、温度采集模块的信号输出端与从机微处理器MCU的信号输入端连接,从机直流载波模块与从机微处理器MCU信号连接,从机电源模块为从机上的其他模块供电。
所述主机包括第五电感L5、第六电感L6、第三电容C3、第四电容C4、主机电源模块、主机微控制器MCU、总电压采集模块、电流采集模块、显示模块、主机直流载波模块,所述的第五电感L5的一端接直流电源线DC+,第五电感L5的另一端与主机电源模块的正端连接,所述的第六电感L6的一端接直流电源线DC-,第六电感L6的另一端与主机电源模块的负端连接,第三电容C3的一端接直流电源线DC-,第三电容C3的另一端与主机直流载波模块的负端连接,所述的第四电容C4的一端接直流电源线DC+,第四电容C4的另一端与主机直流载波模块的正端连接,总电压采集模块的信号输出端与主机微处理器MCU的信号输入端连接、电流采集模块的信号输出端与主机微处理器MCU的信号输入端连接,主机微处理器MCU的显示信号输出端与显示模块的信号输入端连接;主机电源模块为主机上的其他模块供电。
本发明采用上述技术方案所具有的有益效果是:提供了一种基于直流载波技术的动力电池组监测装置,装置不仅具有数据采集、监控功能,还具有灵活的通信方式,与传统的电池组监测装置相比,具有智能化、低成本,操作便捷、节约人力等特点。系统通过在直流电源线上载波实现主机和从机间的信息传播与交互,避免了应用场合电池组监测装置的布线错综复杂,只需要两根电源线就能实现将单体电池的监测信息传送到主机,不仅节约了有限的汽车内部空间,也大大降低了汽车在行驶过程中的因为振动造成信号线连接松动引起的安全隐患,同时节约了汽车定期维修的时间和成本,具有较好的实际价值和开阔的应用前景。
附图说明
图1.一种分布式动力电池组监测装置的总体结构图;
图2.从机结构示意图;
图3.主机结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示,一种分布式动力电池组监测装置,包括充电器或负载接口、直流电源接口、第一电感L1、第二电感L2、从机S1至从机SN、被测1号电池至N号电池、主机、直流电源线DC+、直流电源线DC-;充电器或负载接口的正端与1号电池的正极连接,充电器或负载接口的负端与N号电池的负极连接,N个电池串联,直流电源接口的正端与第一电感L1的一端连接,直流电源接口的负端与第二电感L2的一端连接,第一电感L1的另一端接直流电源线DC+,第二电感L2的另一端接直流电源线DC-,从机S1至从机SN的正端接直流电源线DC+,从机S1至从机SN的负端接直流电源线DC-,主机的正端接直流电源线DC+,主机的负端接直流电源线DC-;每个从机测量对应电池的端电压、温度和内阻,主机测量电池组的总电压和电流。
本实施例中,装置的通信线和直流电源线集成一体,即将信号调制到直流电源线DC+和直流电源线DC-上,这样大大减轻了现场布线的困难,每一个单体电池都安装一个从机,从机将采集到的电池端电压、温度和内阻的信息轮流发送给主机,主机从直流电源线DC+和直流电源线DC-上获取每个单体电池的端电压、温度和内阻的信息,同时主机还可以采集电池组总电压和电流,把这些信息汇总、分析和预测,直流电源线DC+和直流电源线DC-作为通信线之外,还作为装置的电源线,需要特别指出的是,直流电源接口的两端分别串联第一电感L1、第二电感L2的感抗至少为1mH,不方便安装电感的场合,也可以采用扣式磁环代替,充电器或负载接口主要是为电池组在充电状态或者放电状态下准备的接口;
从机结构如图2所示,从机包括第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、从机电源模块、从机微控制器MCU、端电压采集模块、温度采集模块、内阻测量模块和从机直流载波模块,所述的第三电感L3的一端接直流电源线DC+,第三电感L3的另一端与从机电源模块的正端连接,所述的第四电感L4的一端接直流电源线DC-,第四电感L4的另一端与从机电源模块的负端连接,第一电容C1的一端接直流电源线DC-,第一电容C1的另一端与从机直流载波模块的负端连接,所述的第二电容C2的一端接直流电源线DC+,第二电容C2的另一端与从机直流载波模块的正端连接,端电压采集模块的信号输出端、内阻测量模块的信号输出端、温度采集模块的信号输出端与从机微处理器MCU的信号输入端连接,从机直流载波模块与从机微处理器MCU信号连接,从机电源模块为从机上的其他模块供电。
本实施例中,直流电源线DC+和直流电源线DC-接入到单体电池上的从机后分为两个流向,一部分经过第三电感L3和第四电感L4隔离转换为从机正常运行所需要的各种电源电压,另一部分经过第一电容C1和第二电容C2耦合得到直流电源线DC+和直流电源线DC-上的载波信号,从机的工作过程描述如下:主机发送对应的ID号给从机,从机直流载波模块解调ID号信息,如果从主机获取的ID号与本地从机ID号匹配,然后从机微处理器MCU将获取端电压采集模块、温度采集模块和内阻采集模块的电池信息,通过串口将信息发送给从机直流载波模块,经过调制、耦合到直流电源线DC+和直流电源线DC-上,否则,从机不响应主机的请求发送指令;
主机结构如图3所示,主机包括第五电感L5、第六电感L6、第三电容C3、第四电容C4、主机电源模块、主机微控制器MCU、总电压采集模块、电流采集模块、7寸TFT液晶屏显示模块、主机直流载波模块,所述的第五电感L5的一端接直流电源线DC+,第五电感L5的另一端与主机电源模块的正端连接,所述的第六电感L6的一端接直流电源线DC-,第六电感L6的另一端与主机电源模块的负端连接,第三电容C3的一端接直流电源线DC-,第三电容C3的另一端与主机直流载波模块的负端连接,所述的第四电容C4的一端接直流电源线DC+,第四电容C4的另一端与主机直流载波模块的正端连接,总电压采集模块的信号输出端与主机微处理器MCU的信号输入端连接、电流采集模块的信号输出端与主机微处理器MCU的信号输入端连接,主机微处理器MCU的显示信号输出端与7寸TFT液晶屏显示模块的信号输入端连接;主机电源模块为主机上的其他模块供电。
本实施例中,直流电源线DC+和直流电源线DC-接入到主机后分为两个流向,一部分经过第五电感L5和第六电感L6隔离转换为主机正常运行所需要的各种电源电压,另一部分经过第三电容R3和第四电容C4耦合得到直流电源线DC+和直流电源线DC-上的载波信号,主机的工作过程描述如下:主机轮流发送ID号给每个从机,每个从机分别将其对应电池的端电压、温度和内阻信息发送给主机,同时,主机微处理器MCU获取总电压采集模块和电流采集模块的电池组信息,将这些信息和从主机直流载波模块获取的每个单体电池的端电压、温度、内阻等电池信息实时显示到7寸TFT液晶屏上,微处理器还可以将这些单体电池的信息或者电池组的信息分析、综合得到动力电池组的电量和电能等信息,并实时显示到液晶屏上,液晶屏还可以设置电池信息报警阈值,向管理者直观地提供存在潜在问题的电池,以便管理者及时做出电池调整的决策。

Claims (3)

1.一种分布式动力电池组监测装置,包括充电器或负载接口、直流电源接口、第一电感L1、第二电感L2、从机S1至从机SN、被测1号电池至N号电池、主机、直流电源线DC+、直流电源线DC-;
其特征在于:所述充电器或负载接口的正端与1号电池的正极连接,充电器或负载接口的负端与N号电池的负极连接,N个电池串联,直流电源接口的正端与第一电感L1的一端连接,直流电源接口的负端与第二电感L2的一端连接,第一电感L1的另一端接直流电源线DC+,第二电感L2的另一端接直流电源线DC-,从机S1至从机SN的正端接直流电源线DC+,从机S1至从机SN的负端接直流电源线DC-,主机的正端接直流电源线DC+,主机的负端接直流电源线DC-;每个从机测量对应电池的端电压、温度和内阻,主机测量电池组的总电压和电流;从机S1至从机SN结构完全相同。
2.根据权利要求1所述的一种分布式动力电池组监测装置,其特征在于:从机包括第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、从机电源模块、从机微控制器MCU、端电压采集模块、温度采集模块、内阻测量模块和从机直流载波模块,所述的第三电感L3的一端接直流电源线DC+,第三电感L3的另一端与从机电源模块的正端连接,所述的第四电感L4的一端接直流电源线DC-,第四电感L4的另一端与从机电源模块的负端连接,第一电容C1的一端接直流电源线DC-,第一电容C1的另一端与从机直流载波模块的负端连接,所述的第二电容C2的一端接直流电源线DC+,第二电容C2的另一端与从机直流载波模块的正端连接,端电压采集模块的信号输出端、内阻测量模块的信号输出端、温度采集模块的信号输出端与从机微处理器MCU的信号输入端连接,从机直流载波模块与从机微处理器MCU信号连接,从机电源模块为从机上的其他模块供电。
3.根据权利要求1所述的一种分布式动力电池组监测装置,其特征在于:所述主机包括第五电感L5、第六电感L6、第三电容C3、第四电容C4、主机电源模块、主机微控制器MCU、总电压采集模块、电流采集模块、显示模块、主机直流载波模块,所述的第五电感L5的一端接直流电源线DC+,第五电感L5的另一端与主机电源模块的正端连接,所述的第六电感L6的一端接直流电源线DC-,第六电感L6的另一端与主机电源模块的负端连接,第三电容C3的一端接直流电源线DC-,第三电容C3的另一端与主机直流载波模块的负端连接,所述的第四电容C4的一端接直流电源线DC+,第四电容C4的另一端与主机直流载波模块的正端连接,总电压采集模块的信号输出端与主机微处理器MCU的信号输入端连接、电流采集模块的信号输出端与主机微处理器MCU的信号输入端连接,主机微处理器MCU的显示信号输出端与显示模块的信号输入端连接;主机电源模块为主机上的其他模块供电。
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