CN107017670B - 一种电池组监控系统及其监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池组监控系统,包括电池包和无线接收端,所述电池包中包括有电池组、BMS主控单元、电流检测电阻、MOSFET管、温度检测探头和无线发射端,所述电池组、电流检测电阻、MOSFET管串联,所述电池组由多个电池单体之间相互电连接而成,且设置有正极连接端和负极连接端,所述温度检测探头有多个,分别贴合于电池组和MOSFET管表面;所述BMS主控单元上集成有控制模块、数据存储模块、以及模数转换模块,所述模数转换模块与控制模块连接,所述数据存储模块与控制模块连接,所述控制模块连接MOSFET管。同时,本发明还公开了上述电池组监控系统的监控方法。本发明旨在解决现有电池管理系统中存在温度状态监控不足、模块设置不合理和状态信息不直观的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池组监控系统及其监控方法。
背景技术
目前,各种电动运输装置已在人们生活中得到普遍应用,二次电池存在下面的一些缺点,如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的,不同类型的电池特性亦相差很大。现有的电池组管理系统虽然能够一定程度上检测电流和电压状态,但对于MOSFET管等电子元件的温度情况监控不足,或仅检测电池组温度,忽视了其对于电池功能的影响,电池管理系统的模块设置不合理,将发热量大的MOSFET管,电流检测电阻与其他功能模块集成,容易造成电池管理系统其他功能模块的工作失灵;另一方面,现有的电池管理系统较为封闭,使用者难以直观了解电池的使用状态和电池的损耗情况,出现问题也难以及时发现。
发明内容
针对现有电池管理系统中存在温度状态监控不足、模块设置不合理和状态信息不直观的问题,本发明提供一种电池组监控系统及其方法,合理设置集成模块,避免BMS主控单元温度过高;能够实现对电池组电压、电流、温度的全面监控,设置多种保护模式对电池组进行保护,同时将信息通过无线方式传输到无线接收端,使用者可通过无线接收端直观了解电池组的实时状态和损耗情况。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
提供一种电池组监控系统,包括电池包和无线接收端,所述电池包中包括有电池组、BMS主控单元、电流检测电阻、MOSFET管、温度检测探头和无线发射端,所述电池包还包括有正极连接端和负极连接端,所述电池组、电流检测电阻、MOSFET管串联于所述正极连接端和负极连接端之间,所述电池组由多个电池单体之间相互电连接而成;
所述BMS主控单元上集成有控制模块、数据存储模块、以及电流模数转换器、温度模数转换器、电压模数转换模块;
所述电压模数转换模块分别与电池组和控制模块连接,用于将获取的电池组电压模拟信号转换为电压数字信号,并将所述电压数字信号传输至控制模块;
所述电流模数转换器分别与电流检测电阻和控制模块连接,用于将获取的电流模拟信号转换为电流数字信号,并将所述电流数字信号传输至控制模块;
所述温度检测探头有多个,分别贴合于电池组和MOSFET管表面;
所述温度模数转换器分别与温度检测探头和控制模块连接,用于将温度检测探头获取的温度模拟信号转换为温度数字信号,并将所述温度数字信号传输至控制模块;
所述控制模块与数据存储模块连接,控制模块将得到的电压数字信号、电流数字信号和温度数字信号进行存储;
所述控制模块连接MOSFET管,控制模块对获取的电压数字信号、电流数字信号和温度数字信号进行逻辑运算,根据逻辑运算结果来控制MOSFET管的通断;
所述控制模块与无线发射端连接,控制模块调取数据储存模块中的数据传输到无线发射端中,无线发射端将数据传输到无线接收端;
进一步的,所述电池包还包括有铝制外壳,所述电池组和BMS主控单元封装于铝制外壳中,所述无线发射端设置于铝制外壳外,且无线发射端与BMS主控单元通过I2C协议有线连接通讯。
进一步的,所述无线发射端包括蓝牙发射模块、GPRS发射模块、红外发射模块中的一种或多种。
进一步的,所述无线接收端为移动接收电子装置,移动接收电子装置设置有将接收数据转换成可读界面的软件。
进一步的,所述电压模数转换模块包括电压平衡电路和电压检测模数转换器,所述电压检测模数转换器分别与电压平衡电路和控制模块连接,所述电压平衡电路并联连接到各个单体电池上,电压平衡电路采集电池组和单体电池的电压模拟信号,并转入电压检测模数转换器中,电压检测模数转换器将电压模拟信号转换为电压数字信号传输至控制模块。
进一步的,所述MOSFET管包括充电MOSFET管和放电MOSFET管,所述控制模块连接充电MOSFET管和放电MOSFET管,以控制充电MOSFET管和放电MOSFET管的通断。
进一步的,所述电池组监控系统还包括多个用于显示电量和电池状态的LED灯,所述BMS主控单元上还集成有LED控制端口,所述LED灯连接至所述LED控制端口。
进一步的,所述电池组监控系统还设置有显示器,所述BMS主控单元上集成有显示控制端口,所述显示器连接至所述显示控制端口,将电池的状态信息传输到显示器上进行显示。
一种电池组监控方法,采用如上所述的电池组监控系统,包括以下步骤:
步骤一:参数设定,设定参数包括:电压参数、电流参数、温度参数、时间参数;
步骤二:
数据采集,通过温度检测探头采集电池组和MOSFET管的温度模拟信号,温度模数转换器将温度模拟信号转换为温度数字信号;通过电压模数转换模块采集电池组的电压模拟信号并转换为电压数字信号;通过电流检测电阻采集电流的模拟信号,电流模数转换器将电流模拟信号转换成电流数字信号;
步骤三:数据储存和电池保护,控制模块将步骤二中得到的温度数字信号、电压数字信号和电流数字信号转入数据储存模块进行存储,同时控制模块进行逻辑运算,所述逻辑运算包括将温度数字信号、电压数字信号和电流数字信号与设定的电压参数、电流参数、温度参数进行对比,当电池组的温度、MOSFET管温度、电池组电压、电流超过或低于设定参数时,控制模块控制MOSFET管通断,从而进行电池保护;
步骤四:控制模块调取数据储存模块中的数据传输到无线发射端中,无线发射端将数据传输到无线接收端,无线接收端接收显示电池的状态信息。
进一步的,所述步骤三中,所述电池保护包括电流保护、电压保护和温度保护,控制模块将进行电池保护的类型和/或保护次数记录存储到数据存储模块中。
进一步的,所述步骤二中,所述电压模数转换模块包括电压平衡电路和电压检测模数转换器,所述电压检测模数转换器分别与电压平衡电路和控制模块连接,所述电压平衡电路并联连接到各个单体电池上,电压平衡电路采集电池组和单体电池的电压模拟信号,并转入电压检测模数转换器中,电压检测模数转换器将电压模拟信号转换为电压数字信号传输至控制模块;
进一步的,所述步骤一中,设定参数包括:过压值、过压恢复值、过压保护延时、过压保护恢复时间;欠压值、欠压恢复值、欠压保护延时、欠压保护恢复时间;充电高温保护值、充电高温保护恢复值、充电高温保护延时、充电低温保护值、充电低温保护恢复值、充电低温保护延时;放电高温保护值、放电高温保护恢复值、放电高温保护延时、放电低温保护值、放电低温保护恢复值、放电低温保护延时;充电过流值、充电过流延时、充电过流恢复时间;放电过流值、放电过流延时、放电过流恢复时间;堵转过流值、堵转过流延时、堵转过流恢复时间;平衡开启电压;平衡开启压差;充电截止电流;自放电率;静置关机时间;静置关机电压;
所述步骤三中,所述电流保护包括充电过流保护、放电过流保护和短路保护;所述电压保护包括过压保护和欠压保护;所述温度保护包括充电温度保护和放电温度保护;
所述MOSFET管包括充电MOSFET管和放电MOSFET管;过压保护:当充电时检测到单体电池电压超过过压值并且持续时间超过过压保护延时,则过压保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护后,当所有单体电池的电压恢复到过压恢复值或检测到放电电流,则过压保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
充电过流保护:当充电时检测到电流超过充电过流值并且持续时间超过充电过流延时,则充电过流保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护时间若超过充电过流恢复时间或检测到放电电流,则充电过流保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
充电温度保护:当充电时检测到温度超出充电高温保护值和充电低温保护值之间的范围,并且温度超出充电高温保护值的持续时间超过充电高温保护延时或低于充电低温保护值的持续时间超过充电低温保护延时,则充电温度保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护后若温度恢复到充电低温保护恢复值和充电高温保护恢复值的范围之内,则充电温度保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
欠压保护:当放电时检测到单体电池电压超过欠压值并且持续时间超过欠压保护延时,则欠压保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护后,若所有单体电池的电压恢复到欠压恢复值或检测到充电电流,则欠压保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
放电过流保护:当放电时检测到电流超过放电过流值并且持续时间超过放电过流延时,则放电过流保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护时间超过过流恢复时间后,若放电电流低于放电过流值或检测到充电电流,则放电过流保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
放电温度保护:当放电时检测到温度超出放电高温保护值和放电低温保护值之间的范围,并且温度超出放电高温保护值的持续时间超过放电高温保护延时或低于放电低温保护值的持续时间超过放电低温保护延时,则放电温度保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护后若温度恢复到放电低温保护恢复值和放电高温保护恢复值的范围之内,则放电温度保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
短路保护:当放电时检测到电流超过堵转过流值并且持续时间超过堵转过流延时,则短路保护触发,控制模块控制充电MOSFET管和放电MOSFET管关闭,保护时间超过堵转过流恢复时间后,短路保护解除,控制模块控制充电MOSFET管和放电MOSFET管开启。
进一步的,所述电池组监控系统还包括多个用于显示电量和电池状态的LED灯,所述BMS主控单元上还集成有LED控制端口,所述LED灯连接至所述LED控制端口;所述LED灯包括第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯和第四LED灯;
充电时:
第一LED灯闪烁:表示电量小于25%;
第二LED灯闪烁:表示电量小于50%;
第三LED灯闪烁:表示电量小于75%;
第四LED灯闪烁:表示电量大于75%;
所有LED灯闪烁:表示电量检测系统故障;
非充电时:
第二LED灯闪烁:表示充电器故障;
第三LED灯闪烁:表示长时间未充电;
第四LED灯闪烁:表示预充电超时;
第三LED灯、第四LED灯闪烁:表示单体电池间电压不平衡;
第一LED灯、第二LED灯闪烁:表示载入错误,发生充电过流保护、放电过流保护或短路保护;
第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯闪烁:表示处理器故障。
本电池组监控系统将控制模块、数据存储模块和多个模数转换模块集成到同一BMS主控单元上,能够有效缩小该电池组监控系统的体积,提高处理效率,同时将发热量较大的MOSFET管和电流检测电阻设置于BMS主控单元外部,避免BMS主控单元的温度过高导致的功能故障;
在电池组和MOSFET管上均设置有温度检测探头,可实时检测电池组、充电MOSFET管和放电MOSFET管的温度状态,使得使用者对电池组的运行状态有更加全面的了解,该系统还能通过检测到的温度状态采取相应的保护措施;
设置了无线发射端和无线接收端,BMS主控单元对电池的状态信息进行检测,同时根据状态信息对电池进行保护,将电池状态信息以及电池进行过压保护、充电过流保护、充电温度保护、欠压保护、放电过流保护、放电温度保护和短路保护等信息、次数传输到无线发射端,再由无线接收端接收,使用者能够及时了解电池状态和电池的损耗程度。
附图说明
图1是本发明提供的一种电池组监控系统的电路连接框图。
说明书附图中的附图标记如下:
1、电池组;2、BMS主控单元;21、电压模数转换模块;22、控制模块;23、数据存储模块;24、电流模数转换器;25、温度模数转换器;26、智能电池通讯端口;3、无线发射端;4、无线接收端;5、电流检测电阻;6、MOSFET管;7、温度检测探头。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1所示,本发明公开了一种电池组监控系统,包括电池包和无线接收端,所述电池包中包括有电池组1、BMS主控单元2(BMS即BATTERY MANAGEMENT SYSTEM的缩写,电池管理系统)、电流检测电阻5、MOSFET管6(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor的缩写,金属-氧化物半导体场效应晶体管)、温度检测探头7和无线发射端3,所述电池包还包括有正极连接端和负极连接端,所述电池组1、电流检测电阻5、MOSFET管6串联于所述正极连接端和负极连接端之间,所述电池组1由多个电池单体之间相互电连接而成;
所述BMS主控单元2上集成有控制模块22、数据存储模块23、以及电流模数转换器24、温度模数转换器25、电压模数转换模块21;
将控制模块22、数据存储模块23以及相应的模数转换模块集成到同一BMS主控单元2上,能够有效缩小该电池组监控系统的体积,提高处理效率,同时将发热量较大的MOSFET管6和电流检测电阻5设置于BMS主控单元2外部,避免BMS主控单元2的温度过高导致的功能故障。
所述电压模数转换模块21分别与电池组1和控制模块22连接,用于将获取的电池组1电压模拟信号转换为电压数字信号,并将所述电压数字信号传输至控制模块22;
所述电流模数转换器24分别与电流检测电阻5和控制模块22连接,用于将获取的电流模拟信号转换为电流数字信号,并将所述电流数字信号传输至控制模块22;
所述温度检测探头7有多个,分别贴合于电池组1和MOSFET管6表面,可实时检测电池组1和MOSFET管6的温度状态,使得使用者对电池组1的运行状态有更加全面的了解,以便系统根据温度状态采用相应保护措施;优选所诉温度检测探头采用NTC探头,即热敏电阻探头;
所述温度模数转换器25分别与温度检测探头7和控制模块22连接,用于将温度检测探头7获取的温度模拟信号转换为温度数字信号,并将所述温度数字信号传输至控制模块22;
所述控制模块22与数据存储模块23连接,控制模块22将得到的电压数字信号、电流数字信号和温度数字信号进行存储;
所述控制模块22连接MOSFET管6,控制模块22对获取的电压数字信号、电流数字信号和温度数字信号进行逻辑运算,根据逻辑运算结果来控制MOSFET管6的通断;
所述控制模块22与无线发射端3连接,控制模块22调取数据储存模块23中的数据传输到无线发射端3中,无线发射端3将数据传输到无线接收端4
所述控制模块22与无线发射端3连接,所述无线发射端3与无线接收端4通过无线通讯方式进行数据传输;BMS主控单元2对电池的状态信息进行检测,同时根据状态信息对电池进行保护,将电池状态信息以及电池进行保护的信息、次数传输到无线发射端3,再由无线接收端4接收,使用者能够及时了解电池状态和电池的损耗程度;
在本实施例中,所述电池包还包括有铝制外壳,所述电池组1和BMS主控单元2封装于铝制外壳中,所述无线发射端3设置于铝制外壳外,且无线发射端3与BMS主控单元2通过I2C协议有线连接通讯,BMS主控单元2上设置有智能电池通讯端口26,通过智能电池通讯端口26与无线发射端3进行连接,所述铝制外壳有良好的导热性,通过所述铝制外壳可促进电池包的散热,也能够起到防静电的作用,同时铝制外壳对内部电池组进行包裹,可起到防爆的作用,另一方面,为了避免铝制外壳对无线通讯的屏蔽作用,本发明将无线发射端3设置于铝制外壳的外部,无线发射端3与内部的BMS主控单元2通过有线方式连接,有效解决了外壳的屏蔽问题,同时也避免了外部电磁因素对于电池包内部的干扰。使得该电池组监控系统更加稳定。
所述无线发射端3包括蓝牙发射模块、GPRS发射模块(GPRS即General PacketRadio Service的缩写,通用分组无线服务技术)、红外发射模块中的一种或多种,优选采用蓝牙发射模块,所述无线接收端也设置相应的接收模块,需要说明的是,采用蓝牙发射模块、GPRS发射模块、红外发射模块仅是本发明的优选实施方式,其他实现同种功能的无线数据传输方式也应包括在本发明的保护范围之内。
所述无线接收端4为移动接收电子装置,包括智能手机和平板电脑,移动接收电子装置设置有将接收数据转换成可读界面的软件,使用者通过无线接收端对电池信息进行接收,电池的状态信息包括:电池状态、总电压、各串电压、充/放电电流、电池温度、环境温度、FCC(电池满充容量)、SOC(剩余容量百分比)、RC(剩余容量)、SOH(电池健康度),使用者通过数据了解电池的状态信息。
本发明在BMS主控单元2上设置模数转换模块将检测得到的电流、电压、温度模拟信号转化成数字信号进行进一步逻辑运算,具体的,所述模数转换模块包括电流模数转换器24、温度模数转换器25、电压模数转换模块21;
所述电流模数转换器24连接所述电流检测电阻5,以测量流经电流检测电阻5的电流,所述电流模数转换器24优选采用电量计;
所述温度模数转换器25连接温度检测探头7,以测量电池组1和MOSFET管6温度;
所述电压模数转换模块21上集成了电压平衡电路和电压检测模数转换器,所述电压检测模数转换器分别与电压平衡电路和控制模块连接,所述电压平衡电路并联连接到各个单体电池上,所述电压检测模数转换器同时检测电池组的电压和单体电池的电压。
在本实施例中,所述MOSFET管6包括充电MOSFET管和放电MOSFET管,所述控制模块连接控制充电MOSFET管和放电MOSFET管。
作为一种优选的实施方式,所述电池组监控系统还包括多个用于显示电量和电池状态的LED灯(LED即light-emitting diode的缩写,发光二极管),所述BMS主控单元2上还集成有LED控制端口(未图示),通过LED控制端口与所述LED灯(未图示)连接,通过控制不同的LED灯亮起来显示电池组的剩余电量或故障情况,使得使用者更加直观了解电池状态。
作为一种优选的实施方式,所述电池组监控系统还设置有显示器,所述BMS主控单元上集成有显示控制端口,所述显示器连接至所述显示控制端口,将电池的状态信息传输到显示器上进行显示,优选采用OLED显示器(OLED即organic light-emitting diode的缩写,有机发光二极管)。
本发明还公开了一种电池组监控方法,采用如上所述的电池组监控系统,包括以下步骤:
步骤一:参数设定,设定参数包括:电压参数、电流参数、温度参数、时间参数;
步骤二:
数据采集,通过温度检测探头采集电池组和MOSFET管的温度模拟信号,温度模数转换器将温度模拟信号转换为温度数字信号;通过电压模数转换模块采集电池组的电压模拟信号并转换为电压数字信号;通过电流检测电阻采集电流的模拟信号,电流模数转换器将电流模拟信号转换成电流数字信号;
步骤三:数据储存和电池保护,控制模块将步骤二中得到的温度数字信号、电压数字信号和电流数字信号转入数据储存模块进行存储,同时控制模块进行逻辑运算,所述逻辑运算包括将温度数字信号、电压数字信号和电流数字信号与设定的电压参数、电流参数、温度参数进行对比,当电池组的温度、MOSFET管温度、电池组电压、电流超过或低于设定参数时,控制模块控制MOSFET管通断,从而进行电池保护;
步骤四:控制模块调取数据储存模块中的数据传输到无线发射端中,无线发射端将数据传输到无线接收端,无线接收端接收显示电池的状态信息。
所述步骤三中,所述电池保护包括电流保护、电压保护和温度保护,控制模块将进行电池保护的类型和/或保护次数记录存储到数据存储模块中。
具体的,所述步骤二中,所述电压模数转换模块包括电压平衡电路和电压检测模数转换器,所述电压检测模数转换器分别与电压平衡电路和控制模块连接,所述电压平衡电路并联连接到各个单体电池上,电压平衡电路采集电池组和单体电池的电压模拟信号,并转入电压检测模数转换器中,电压检测模数转换器将电压模拟信号转换为电压数字信号传输至控制模块。
具体的,所述步骤一中,设定参数包括:过压值、过压恢复值、过压保护延时、过压保护恢复时间;欠压值、欠压恢复值、欠压保护延时、欠压保护恢复时间;充电高温保护值、充电高温保护恢复值、充电高温保护延时、充电低温保护值、充电低温保护恢复值、充电低温保护延时;放电高温保护值、放电高温保护恢复值、放电高温保护延时、放电低温保护值、放电低温保护恢复值、放电低温保护延时;充电过流值、充电过流延时、充电过流恢复时间;放电过流值、放电过流延时、放电过流恢复时间;堵转过流值、堵转过流延时、堵转过流恢复时间;平衡开启电压;平衡开启压差;充电截止电流;自放电率;静置关机时间;静置关机电压;
所述步骤三中,所述电流保护包括充电过流保护、放电过流保护和短路保护;所述电压保护包括过压保护和欠压保护;所述温度保护包括充电温度保护和放电温度保护;
所述MOSFET管包括充电MOSFET管和放电MOSFET管;过压保护:当充电时检测到单体电池电压超过过压值并且持续时间超过过压保护延时,则过压保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护后,当所有单体电池的电压恢复到过压恢复值或检测到放电电流,则过压保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
充电过流保护:当充电时检测到电流超过充电过流值并且持续时间超过充电过流延时,则充电过流保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护时间若超过充电过流恢复时间或检测到放电电流,则充电过流保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
充电温度保护:当充电时检测到温度超出充电高温保护值和充电低温保护值之间的范围,并且温度超出充电高温保护值的持续时间超过充电高温保护延时或低于充电低温保护值的持续时间超过充电低温保护延时,则充电温度保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护后若温度恢复到充电低温保护恢复值和充电高温保护恢复值的范围之内,则充电温度保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
欠压保护:当放电时检测到单体电池电压超过欠压值并且持续时间超过欠压保护延时,则欠压保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护后,若所有单体电池的电压恢复到欠压恢复值或检测到充电电流,则欠压保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
放电过流保护:当放电时检测到电流超过放电过流值并且持续时间超过放电过流延时,则放电过流保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护时间超过过流恢复时间后,若放电电流低于放电过流值或检测到充电电流,则放电过流保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
放电温度保护:当放电时检测到温度超出放电高温保护值和放电低温保护值之间的范围,并且温度超出放电高温保护值的持续时间超过放电高温保护延时或低于放电低温保护值的持续时间超过放电低温保护延时,则放电温度保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护后若温度恢复到放电低温保护恢复值和放电高温保护恢复值的范围之内,则放电温度保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
短路保护:当放电时检测到电流超过堵转过流值并且持续时间超过堵转过流延时,则短路保护触发,控制模块控制充电MOSFET管和放电MOSFET管关闭,保护时间超过堵转过流恢复时间后,短路保护解除,控制模块控制充电MOSFET管和放电MOSFET管开启。
作为本发明的一种优选的实施方式,所述电池组监控系统还包括多个用于显示电量和电池状态的LED灯,所述BMS主控单元上还集成有LED控制端口,所述LED灯连接至所述LED控制端口;所述LED灯包括第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯和第四LED灯;
充电时:
第一LED灯闪烁:表示电量小于25%;
第二LED灯闪烁:表示电量小于50%;
第三LED灯闪烁:表示电量小于75%;
第四LED灯闪烁:表示电量大于75%;
所有LED灯闪烁:表示电量检测系统故障;
非充电时:
第二LED灯闪烁:表示充电器故障;
第三LED灯闪烁:表示长时间未充电;
第四LED灯闪烁:表示预充电超时;
第三LED灯、第四LED灯闪烁:表示单体电池间电压不平衡;
第一LED灯、第二LED灯闪烁:表示载入错误,发生充电过流保护、放电过流保护或短路保护;
第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯闪烁:表示处理器故障。
当电池组出现故障时,通过LED灯能够更加直观的表示电池出现故障的原因,方便维修人员进行维修,减少了检查故障的时间,提高维修效率。
以下通过具体的实施例对本发明公开的电池组监控方法进行说明:
实施例
以10S电池组为例,本实施例采用的电池组监控系统与上述一致,不再进行赘述,该10S电池组的监控方法包括以下步骤:
步骤一:参数设定,往BMS主控单元中输入参数:过压值4250mV;过压恢复值4050mV;过压保护延时2s;过压保护恢复时间;欠压值2800mV;欠压恢复值3250mV;欠压保护延时3s;欠压保护恢复时间;充电高温保护值45℃、充电高温保护恢复值40℃、充电高温保护延时2s、充电低温保护值0℃、充电低温保护恢复值3℃、充电低温保护延时2s;放电高温保护值60℃、放电高温保护恢复值55℃、放电高温保护延时2s、放电低温保护值-20℃、放电低温保护恢复值-15℃、放电低温保护延时2s;充电过流值4000mA;充电过流延时3s;充电过流恢复时间30s;放电过流值40A;放电过流延时5s;放电过流恢复时间30s;堵转过流值110A;堵转过流延时200us;堵转过流恢复时间30s;平衡开启电压;平衡开启压差;充电截止电流;自放电率;静置关机时间;静置关机电压;
步骤二:数据采集,
通过温度检测探头采集电池组和MOSFET管的温度模拟信号,再由温度模数转换器转换成温度数字信号;
通过电流检测电阻采集电池组的电流模拟信号,再由电流模数转换器转换成电流数字信号;
通过电压平衡电路采集电池组的电压模拟信号,再由电压模数转换器转换成电压数字信号;
步骤三:数据储存和电池保护,将得到的数字信号转入控制模块中进行逻辑运算,并将数据存储于数据储存模块中,
当充电时检测到温度范围超出0℃~45℃并且时间超过2秒,充电温度保护被触发,充电MOSFET管将被关断;保护后如果温度恢复到3℃~40℃以内,保护被解除;
当放电时检测到温度范围超出-20℃~60℃并且时间超过2秒,放电温度保护被触发,放电MOSFET管关闭;保护后如果温度范围恢复到-15℃~55℃以内,保护被解除;
当充电时检测到电流达到4000mA并且时间超过3秒,充电过流保护被触发,充电MOSFET管关闭;保护后如果延时时间超过30秒或检测到放电电流,保护被解除;
当放电时检测到电流超过40A并且时间超过5秒,放电过流保护被触发,放电MOSFET管关闭;保护后如果在30秒后检测平均电流低于40A或检测到充电电流,保护被解除;
当放电时检测到放电电流超出110A并且时间超过200uS,短路保护被触发,充电MOSFET管、放电MOSFET管被关断;30秒后保护被解除。
当充电时检测到某一单节电芯电压达到4250mV并且时间超2秒,过压保护被触发,充电MOSFET管关闭;保护后如果所有电芯电压恢复到4050mV或检测到放电电流,保护被解除;
当放电时检测到某一单节电芯电压低于2800mV并且时间超过3秒,欠压保护被触发,放电MOSFET管关闭;保护后如果所有电芯电压恢复到3250mV以上或检测到充电电流,保护被解除;
控制模块对其类型和次数进行记录,并存储到数据储存模块中;
步骤四:无线接收端通过无线发射端与BMS主控单元无线通讯,调取数据储存模块中的数据进行显示,无线接收端显示电池的实时状态和历史信息。
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的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种电池组监控系统,其特征在于,包括电池包和无线接收端,所述电池包中包括有电池组、BMS主控单元、电流检测电阻、MOSFET管、温度检测探头、无线发射端及显示器,所述电池包还包括有正极连接端、负极连接端和铝制外壳,所述电池组、电流检测电阻、MOSFET管串联于所述正极连接端和负极连接端之间,所述电池组和所述BMS主控单元封装于所述铝制外壳中,所述无线发射端设置于所述铝制外壳外,且所述无线发射端与所述BMS主控单元通过I2C协议有线连接通讯,所述电池组包括多个电连接的单体电池;
所述BMS主控单元上集成有控制模块、数据存储模块、以及电流模数转换器、温度模数转换器、电压模数转换模块及显示器控制端口;
所述电压模数转换模块分别与电池组和控制模块连接,用于将获取的电池组电压模拟信号转换为电压数字信号,并将所述电压数字信号传输至控制模块;
所述电流模数转换器分别与电流检测电阻和控制模块连接,用于将获取的电流模拟信号转换为电流数字信号,并将所述电流数字信号传输至控制模块;
所述温度检测探头有多个,分别贴合于电池组和MOSFET管表面;
所述温度模数转换器分别与温度检测探头和控制模块连接,用于将温度检测探头获取的温度模拟信号转换为温度数字信号,并将所述温度数字信号传输至控制模块;
所述控制模块与数据存储模块连接,控制模块将得到的电压数字信号、电流数字信号和温度数字信号进行存储;所述控制模块连接MOSFET管,控制模块对获取的电压数字信号、电流数字信号和温度数字信号进行逻辑运算,根据逻辑运算结果来控制MOSFET管的通断;
所述控制模块与无线发射端连接,控制模块调取数据储存模块中的数据传输到无线发射端中,无线发射端将数据传输到无线接收端;
所述显示控制端口与所述显示器连接,将电池的状态信息传输到所述显示器上进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种电池组监控系统,其特征在于,所述无线发射端包括蓝牙发射模块、GPRS发射模块、红外发射模块中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种电池组监控系统,其特征在于,所述无线接收端为移动接收电子装置,移动接收电子装置设置有将接收数据转换成可读界面的软件。
4.根据权利要求1所述的一种电池组监控系统,其特征在于,所述电压模数转换模块包括电压平衡电路和电压检测模数转换器,所述电压检测模数转换器分别与电压平衡电路和控制模块连接,所述电压平衡电路并联连接到各个单体电池上,电压平衡电路采集电池组和单体电池的电压模拟信号,并转入电压检测模数转换器中,电压检测模数转换器将电压模拟信号转换为电压数字信号传输至控制模块。
5.根据权利要求1所述的一种电池组监控系统,其特征在于,所述MOSFET管包括充电MOSFET管和放电MOSFET管,所述控制模块分别连接充电MOSFET管和放电MOSFET管,以控制充电MOSFET管和放电MOSFET管的通断。
6.根据权利要求1所述的一种电池组监控系统,其特征在于,所述电池组监控系统还包括多个用于显示电量和电池状态的LED灯,所述BMS主控单元上还集成有LED控制端口,所述LED灯连接至所述LED控制端口。
7.一种电池组监控方法,其特征在于,采用如权利要求1~6中任意一项所述的电池组监控系统,包括以下步骤:
步骤一:参数设定,设定参数包括:电压参数、电流参数、温度参数、时间参数;
步骤二:数据采集,通过温度检测探头采集电池组和MOSFET管的温度模拟信号,温度模数转换器将温度模拟信号转换为温度数字信号;通过电压模数转换模块采集电池组的电压模拟信号并转换为电压数字信号;通过电流检测电阻采集电流的模拟信号,电流模数转换器将电流模拟信号转换成电流数字信号;
步骤三:数据储存和电池保护,控制模块将步骤二中得到的温度数字信号、电压数字信号和电流数字信号转入数据储存模块进行存储,同时控制模块进行逻辑运算,所述逻辑运算包括将温度数字信号、电压数字信号和电流数字信号与设定的电压参数、电流参数、温度参数进行对比,当电池组的温度、MOSFET管温度、电池组电压、电流超过或低于设定参数时,控制模块控制MOSFET管通断,从而进行电池保护;
步骤四:控制模块调取数据储存模块中的数据传输到无线发射端中,无线发射端将数据传输到无线接收端,无线接收端接收显示电池的状态信息。
8.根据权利要求7所述的一种电池组监控方法,其特征在于,所述步骤三中,所述电池保护包括电流保护、电压保护和温度保护,控制模块将进行电池保护的类型和/或保护次数记录存储到数据存储模块中。
9.根据权利要求8所述的一种电池组监控方法,其特征在于,
所述步骤二中,所述电压模数转换模块包括电压平衡电路和电压检测模数转换器,所述电压检测模数转换器分别与电压平衡电路和控制模块连接,所述电压平衡电路并联连接到各个单体电池上,电压平衡电路采集电池组和单体电池的电压模拟信号,并转入电压检测模数转换器中,电压检测模数转换器将电压模拟信号转换为电压数字信号传输至控制模块。
10.根据权利要求9所述的一种电池组监控方法,其特征在于,
所述步骤一中,设定参数包括:过压值、过压恢复值、过压保护延时、过压保护恢复时间;欠压值、欠压恢复值、欠压保护延时、欠压保护恢复时间;充电高温保护值、充电高温保护恢复值、充电高温保护延时、充电低温保护值、充电低温保护恢复值、充电低温保护延时;放电高温保护值、放电高温保护恢复值、放电高温保护延时、放电低温保护值、放电低温保护恢复值、放电低温保护延时;充电过流值、充电过流延时、充电过流恢复时间;放电过流值、放电过流延时、放电过流恢复时间;堵转过流值、堵转过流延时、堵转过流恢复时间;平衡开启电压;平衡开启压差;充电截止电流;自放电率;静置关机时间;静置关机电压;
所述步骤三中,所述电流保护包括充电过流保护、放电过流保护和短路保护;所述电压保护包括过压保护和欠压保护;所述温度保护包括充电温度保护和放电温度保护;
所述MOSFET管包括充电MOSFET管和放电MOSFET管;过压保护:当充电时检测到单体电池电压超过过压值并且持续时间超过过压保护延时,则过压保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护后,当所有单体电池的电压恢复到过压恢复值或检测到放电电流,则过压保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
充电过流保护:当充电时检测到电流超过充电过流值并且持续时间超过充电过流延时,则充电过流保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护时间若超过充电过流恢复时间或检测到放电电流,则充电过流保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
充电温度保护:当充电时检测到温度超出充电高温保护值和充电低温保护值之间的范围,并且温度超出充电高温保护值的持续时间超过充电高温保护延时或低于充电低温保护值的持续时间超过充电低温保护延时,则充电温度保护触发,控制模块控制充电MOSFET管关闭;保护后若温度恢复到充电低温保护恢复值和充电高温保护恢复值的范围之内,则充电温度保护解除,控制模块控制充电MOSFET管开启;
欠压保护:当放电时检测到单体电池电压超过欠压值并且持续时间超过欠压保护延时,则欠压保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护后,当所有单体电池的电压恢复到欠压恢复值或检测到充电电流,则欠压保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
放电过流保护:当放电时检测到电流超过放电过流值并且持续时间超过放电过流延时,则放电过流保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护时间超过过流恢复时间后,若放电电流低于放电过流值或检测到充电电流,则放电过流保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
放电温度保护:当放电时检测到温度超出放电高温保护值和放电低温保护值之间的范围,并且温度超出放电高温保护值的持续时间超过放电高温保护延时或低于放电低温保护值的持续时间超过放电低温保护延时,则放电温度保护触发,控制模块控制放电MOSFET管关闭;保护后若温度恢复到放电低温保护恢复值和放电高温保护恢复值的范围之内,则放电温度保护解除,控制模块控制放电MOSFET管开启;
短路保护:当放电时检测到电流超过堵转过流值并且持续时间超过堵转过流延时,则短路保护触发,控制模块控制充电MOSFET管和放电MOSFET管关闭,保护时间超过堵转过流恢复时间后,短路保护解除,控制模块控制充电MOSFET管和放电MOSFET管开启。
11.根据权利要求7所述的一种电池组监控方法,其特征在于,所述电池组监控系统还包括多个用于显示电量和电池状态的LED灯,所述BMS主控单元上还集成有LED控制端口,所述LED灯连接至所述LED控制端口;所述LED灯包括第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯和第四LED灯;
充电时:
第一LED灯闪烁:表示电量小于25%;
第二LED灯闪烁:表示电量小于50%;
第三LED灯闪烁:表示电量小于75%;
第四LED灯闪烁:表示电量大于75%;
所有LED灯闪烁:表示电量检测系统故障;
非充电时:
第二LED灯闪烁:表示充电器故障;
第三LED灯闪烁:表示长时间未充电;
第四LED灯闪烁:表示预充电超时;
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