CN106816926A - 一种基于计量芯片的电池充放电管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于计量芯片的电池充放电管理系统，包括：数据采集模块，控制模块和通信模块，数据采集模块中的电压采样电路和电流采样电路采集电池的电压、电流数据，并将采集到的电压及电流值输送至数据采集模块的计量芯片U1，通过计量芯片U1计算电池的充放电电流、充放电功率、充放电电量，控制模块实时的从计量芯片U1读取电池的充放电电流、充放电功率、充放电电量，控制模块中的可编程微控制器U2读取计量芯片U1采集到的充放电电量，充放电电流、充放电功率，采集电子开关芯片U4温度数据，并精确控制电子开关芯片U4对电池进行充电放电和散热，通过通信模块可以实现与外部设备的数据交换。

Description

一种基于计量芯片的电池充放电管理系统及方法

技术领域

本发明涉及电池充放电技术领域，具体涉及一种基于计量芯片的电池充放电管理系统及方法。

背景技术

在基站供电系统中，为了确保通信稳定性，基站除了配备常规的市电电源，还会配备充电电池作为电源。以前的标准基站中一般配有两组蓄电池，两组蓄电池互为备用，当其中一组蓄电池损坏时，另一组蓄电池可继续发挥作用；近年来，随着基站建设要求的进一步提高，为标准基站配备多组蓄电池已成为一种新的发展趋势，配备多组蓄电池的方案不仅可以起到前述的互为备用的效果，而且可以大幅提高基站在主电源中断后的续航能力，提高基站的抗电力中断能力。

由于蓄电池会不断地自放电，因此，在蓄电池不发挥应急供电作用的期间，需要不断地对蓄电池进行充电，以保证蓄电池始终处于充满电状态；现有技术中，在对多组蓄电池进行管理时，一般采用来自同一直流电源的直流输出来对多组蓄电池进行充电，现有技术中基站虽然配备了蓄电池，但只考虑了市电异常断电时由蓄电池给基站设备供电的场景，蓄电池的充电和放电状态主要由蓄电池自身依据蓄电池电压和电源输出电压的电压差进行控制，智能化程度低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于计量芯片的电池充放电管理系统及方法，通过数据采集模块、控制模块和通信模块之间的配合可以对电池进行智能且精准的充放电管理。

为实现上述方案，本发明提供了一种基于计量芯片的电池充放电管理系统，包括：数据采集模块、控制模块和通信模块；所述数据采集模块包括一个计量芯片U1、一个电压采样电路和一个电流采样电路，所述电压采样电路为差分采样电路，包括电阻R1、R2、R3和电容C1、C2，所述电阻R2串联在电池的正极，电阻R3与电阻R2串联，电容C2与电阻R3并联，电容C2与电阻R3并联后一端连接到电压采集线的P极，另一端接地，电容C1与电阻R1并联后一端连接到电压采集线的N极，另外一端接地；所述电流采样电路为电流差分采样电路，包括电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9和电容C3、C4，所述电阻R4的一端与电池负极连接，另外一端与电容C3连接，电阻R5与电阻R4并联，电阻R5的一端与电池负极连接，另外一端与电容C3连接，所述电容C3的一端与电阻R4、R5连接，另外一端与电流采集线的P极连接；电阻R6与电阻R4、R5并联，所述电阻R6的一端与电池负极连接，另外一端与R9连接，所述电阻R9的另外一端与电容C4连接，电阻R8与R9并联，电阻R8的一端与电阻R6连接，另外一端与电容C4连接，所述电容C4的一端与电阻R8、R9连接，另外一端与电流采集线的N极连接，电阻R7的一端与R5连接，另外一端与R8连接；所述计量芯片U1的1脚与电流采集线的P极连接，所述计量芯片U1的2脚与电流采集线的N极连接，所述计量芯片U1的5脚与电压采集线的N极连接，所述计量芯片U1的6脚与电压采集线的P极连接，所述计量芯片U1的7脚接地，所述计量芯片U1的12脚接电源；所述控制模块包括可编程微控制器U2和可控电子开关芯片U4，所述可编程微控制器U2的1、2、3、4脚分别与计量芯片U1的11、10、9、8脚连接，所述可编程微控制器U2的10脚连接电源，U2的14脚与电子开关连接，所述电子开关芯片U4的1脚与电阻R6连接，2脚与电子开关连接，3脚接地；所述通信模块包括485电路芯片U3，所述485电路芯片U3的1、4脚分别与可编程微控制器U2的11、13脚连接，所述485电路芯片U3的2、3脚并联后与可编程微控制器U2的12脚连接，所述485电路芯片U3的8脚接电源，5脚接地；所述485电路芯片U3的6、7脚接分别与485总线的P极和N极连接。

本基于计量芯片的电池充放电管理系统工作原理为：由电压采样电路和电流采样电路组成的数据采集模块采集电池的电压、电流数据，并将采集到的电压及电流值输送至计量芯片U1，通过计量芯片U1计算电池的充放电电量、充放电电流、充放电功率、充放电电压，计算得到的充放电电量及电池温度输入至控制模块，控制模块中的可编程微控制器U2读取采集到的充放电电量、充放电电流、充放电功率数据，同时控制模块采集电子开关芯片U4的温度，并精确控制电子开关芯片U4对电池进行充电放电和散热。可编程微控制器U2将控制数据传输至485电路芯片U3，485电路芯片U3通过485总线上的通信接口与外部设备模块交互，把采集到的数据传输到外部设备模块，并受外部模块控制。通过数据采集模块采集到的数据，控制模块可以高效准确获取电池的电压、电流、充电电量、放电电量、充放电电量，同时控制模块采集模块温度，在电池放电的时候可以根据电池的电压、电流以及充电电量，对电池进行有效的放电控制，防止电池过度放电，保护电池，延长电池的寿命；在电池充电的时候，根据充电电流、电压和充电电量，对电池充电量进行有效准确的判断，对电池充电进行精准控制，可以防止过度充电，保护电池，提高充电效率。

优选的，所述电阻R2为单个电阻组成或者由多个电阻串联而成。可以根据电池的容量实际确定。

优选的，所述电容C1、C2、C3和C4均为精密电阻电容。

优选的，所述芯片U1为集成模数转换器的计量芯片。

本发明还提供了一种基于计量芯片的电池充放电管理方法，其特征在于具体包括如下步骤：

S1、数据采集模块通过电压采集电路和电流采集电路采集电池的电压及电流值，并将采集到的电压及电流值输送至计量芯片U1，通过计量芯片U1计算电池的充放电电量、充放电电流、充放电电压、充放电功率；

S2、控制模块根据数据采集模块计算所得的数据通过电子开关芯片U4控制电池充电量或者放电量及充放电时间；

S3、通信模块接收控制模块的信息并通过485电路芯片U3和485总线实现与外部设备的数据交换。

本发明相较于现有技术的有益效果在于：本基于计量芯片的电池充放电管理系统通过数据采集模块精准采集电池的电压、电流，并可以精确计算电池的充放电电量、充放电电流、充放电电压、充放电功率，控制模块通过读取数据采集模块的数据，可以精确的获取电池的电压、电流、充电电量、放电电量，同时控制模块采集模块温度，在电池放电的时候可以根据电池的电压、电流以及充电电量，对电池进行有效的放电控制，防止电池过度放电，保护电池，延长电池的寿命；在电池充电的时候，根据充电电流、电压和充电电量，对电池充电量进行有效准确的判断，对电池充电进行精准控制，可以防止过度充电，保护电池，提高充电效率，从而实现电池智能且精准的充放电管理。

附图说明

图1是本发明中各个模块的电路连接示意图。

图2是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例1：一种基于计量芯片的电池充放电管理系统。

参照图1所示，一种基于计量芯片的电池充放电管理系统，包括数据采集模块、控制模块和通信模块；所述数据采集模块包括一个计量芯片U1、一个电压采样电路和一个电流采样电路，所述电压采样电路为电压差分采样电路，包括电阻R1、R2、R3和电容C1、C2，所述电阻R2串联在电池的正极，电阻R3与电阻R2串联，电容C2与电阻R3并联，电容C2与电阻R3并联后一端连接到电压采集线的P极，另一端接地，电容C1与电阻R1并联后一端连接到电压采集线的N极，另外一端接地；所述电流采样电路为电流差分采样电路，包括电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9和电容C3、C4，所述电阻R4的一端与电池负极连接，另外一端与电容C3连接，电阻R5与电阻R4并联，电阻R5的一端与电池负极连接，另外一端与电容C3连接，所述电容C3的一端与电阻R4、R5连接，另外一端与电流采集线的P极连接；电阻R6与电阻R4、R5并联，所述电阻R6的一端与电池负极连接，另外一端与R9连接，所述电阻R9的另外一端与电容C4连接，电阻R8与R9并联，电阻R8的一端与电阻R6连接，另外一端与电容C4连接，所述电容C4的一端与电阻R8、R9连接，另外一端与电流采集线的N极连接，电阻R7的一端与R5连接，另外一端与R8连接；所述芯片U1为集成模数转换器的计量芯片，所述计量芯片U1的1脚与电流采集线的P极连接，所述计量芯片U1的2脚与电流采集线的N极连接，所述集成模数转换器的计量芯片U1的5脚与电压采集线的N极连接，所述计量芯片U1的6脚与电压采集线的P极连接，所述计量芯片U1的7脚接地，所述计量芯片U1的12脚接电源；所述控制模块包括可编程微控制器U2和可控电子开关芯片U4，所述可编程微控制器U2的1、2、3、4脚分别与计量芯片U1的11、10、9、8脚连接，所述可编程微控制器U2的10脚连接电源，U2的14脚与电子开关连接，所述电子开关芯片U4的1脚与电阻R6连接，2脚与电子开关连接，3脚接地；所述通信模块包括485电路芯片U3，所述485电路芯片U3的1、4脚分别与可编程微控制器U2的11、13脚连接，所述485电路芯片U3的2、3脚并联后与可编程微控制器U2的12脚连接，所述485电路芯片U3的8脚接电源，5脚接地；所述485电路芯片U3的6、7脚接分别与485总线的P极和N极连接。所述电阻R2为单个电阻组成或者由多个电阻串联而成，可以根据电池的容量实际确定。所述电容C1、C2、C3和C4均为精密电阻电容。

本基于计量芯片的电池充放电管理系统工作原理为：由电压采样电路和电流采样电路组成的数据采集模块采集电池的电压、电流数据，并将采集到的电压及电流值输送至集成模数转换器的计量芯片U1，通过计量芯片U1计算电池的充放电电量、充放电电流、充放电电压、充放电功率，计算得到的充放电电量、充放电电流、充放电电压、充放电功率输入至控制模块，控制模块中的可编程微控制器U2读取采集到的充放电电量、充放电电流、充放电电压、充放电功率，并采集模块温度数据，并精确控制电子开关芯片U4对电池进行充电放电和散热。可编程微控制器U2将控制数据传输至485电路芯片U3，485电路芯片U3通过485总线上的通信接口与外部设备模块交互，把采集到的数据传输到外部设备模块，并受外部模块控制。通过数据采集模块采集到的数据，控制模块可以高效准确获取电池的电压、电流、充电电量、放电电量和模块温度，在电池放电的时候可以根据电池的电压、电流以及充电电量，对电池进行有效的放电控制，防止电池过度放电，保护电池，延长电池的寿命；在电池充电的时候，根据充电电流、电压和充电电量，对电池充电量进行有效准确的判断，对电池充电进行精准控制，可以防止过度充电，保护电池，提高充电效率。

实施例2：一种基于计量芯片的电池充放电管理方法。

参照图2所示，一种基于计量芯片的电池充放电管理方法，具体包括如下步骤：

S1、数据采集模块通过电压采集电路和电流采集电路采集电池的电压及电流值，并将采集到的电压及电流值输送至集成模数转换器的计量芯片U1，通过计量芯片U1计算电池的充放电电量、充放电电流、充放电电压、充放电功率；

S2、控制模块根据数据采集模块计算所得的数据通过电子开关芯片U4控制电池充电量或者放电量及充放电时间；

S3、通信模块接收控制模块的信息并通过485电路芯片U3和485总线实现与外部设备的数据交换。

本基于计量芯片的电池充放电管理方法在电池放电的时候可以根据电池的电压、电流以及充电电量，对电池进行有效的放电控制，防止电池过度放电，保护电池，延长电池的寿命；在电池充电的时候，根据充电电流、电压和充电电量，对电池充电量进行有效准确的判断，对电池充电进行精准控制，可以防止过度充电，保护电池，提高充电效率，从而实现电池智能且精准的充放电管理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于计量芯片的电池充放电管理系统，其特征在于包括：数据采集模块、计量模块、控制模块和通信模块；

所述数据采集模块包括一个计量芯片U1、一个电压采样电路和一个电流采样电路，所述电压采样电路为差分采样电路，包括电阻R1、R2、R3和电容C1、C2，所述电阻R2串联在电池的正极，电阻R3与电阻R2串联，电容C2与电阻R3并联，电容C2与电阻R3并联后一端连接到电压采集线的P极，另一端接地，电容C1与电阻R1并联后一端连接到电压采集线的N极，另外一端接地；所述电流采样电路为电流差分采样电路，包括电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9和电容C3、C4，所述电阻R4的一端与电池负极连接，另外一端与电容C3连接，电阻R5与电阻R4并联，电阻R5的一端与电池负极连接，另外一端与电容C3连接，所述电容C3的一端与电阻R4、R5连接，另外一端与电流采集线的P极连接；电阻R6与电阻R4、R5并联，所述电阻R6的一端与电池负极连接，另外一端与R9连接，所述电阻R9的另外一端与电容C4连接，电阻R8与R9并联，电阻R8的一端与电阻R6连接，另外一端与电容C4连接，所述电容C4的一端与电阻R8、R9连接，另外一端与电流采集线的N极连接，电阻R7的一端与R5连接，另外一端与R8连接；所述计量芯片U1的1脚与电流采集线的P极连接，所述计量芯片U1的2脚与电流采集线的N极连接，所述计量芯片U1的5脚与电压采集线的N极连接，所述计量芯片U1的6脚与电压采集线的P极连接，所述计量芯片U1的7脚接地，所述计量芯片U1的12脚接电源；

所述控制模块包括可编程微控制器U2和可控电子开关芯片U4，所述可编程微控制器U2的1、2、3、4脚分别与计量芯片U1的11、10、9、8脚连接，所述可编程微控制器U2的10脚连接电源，U2的14脚与电子开关连接，所述电子开关芯片U4的1脚与电阻R6连接，2脚与电子开关连接，3脚接地；

所述通信模块包括485电路芯片U3，所述485电路芯片U3的1、4脚分别与可编程微控制器U2的11、13脚连接，所述485电路芯片U3的2、3脚并联后与可编程微控制器U2的12脚连接，所述485电路芯片U3的8脚接电源，5脚接地；所述485电路芯片U3的6、7脚接分别与485总线的P极和N极连接。

2.如权利要求1所述的基于计量芯片的电池充放电管理系统，其特征在于：所述电阻R2为单个电阻组成或者由多个电阻串联而成。

3.如权利要求1所述的基于计量芯片的电池充放电管理系统，其特征在于：所述电容C1、C2、C3和C4均为精密电阻电容。

4.如权利要求1所述的基于计量芯片的电池充放电管理系统，其特征在于：所述芯片U1为集成模数转换器的计量芯片。

5.一种基于如权利要求1所述的基于计量芯片的电池充放电管理系统的管理方法，其特征在于具体包括如下步骤：

S1、数据采集模块通过电压采集电路和电流采集电路采集电池的电压及电流值，并将采集到的电压及电流值输送至计量芯片U1，通过计量芯片U1计算电池的充放电电流、充放电功率、充放电电量；

S2、控制模块根据数据采集模块计算所得的数据通过电子开关芯片U4控制电池充电量或者放电量及充放电时间；

S3、通信模块接收控制模块的信息并通过485电路芯片U3和485总线实现与外部设备的数据交换。

S4、外部设备通过总线控制基于计量芯片的电池充放电管理系统实现充放电控制。