CN107346902A - 农机的电池控制单元及其应用 - Google Patents
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Abstract
一电池控制单元，供农机管理监测一电池组，包括一诊断模块和一管理模块，其分别电连接所述电池组，其中所述诊断模块包括最少一诊断芯片，供接收所述电池组的电压讯号以进行过高或过低电压保护和电池等化等功能，其中所述管理模块包括最少一管理芯片，供接收所述电池组的电压、电流、温度，以进行SOC估测、电池循环寿命估测、过电流、过温度保护。
Description
技术领域
本发明涉及电池控制单元，特别涉及一农机的电池控制单元及其应用，其中所述电池控制单元，供于所述农机中以负责对所述电池组进行有效管理和安全监控，以提高所述电池组的使用效率和可靠性同时延伸所述电池组的使用寿命。
背景技术
工业革命时期，蒸气机的问世，加速了人类科技文明的进步。所谓蒸气机是属于外燃机，其中燃料是属于外部燃烧，对锅炉内部的水间接加热产生高温高压水蒸气，再输送到机器去作功，是一种把热能转化为机械能的装置。然而，相对于外燃机而言，内燃机的发明更是被广泛的用于现代，像是汽车、船舶、飞机、农机、火箭等的发动机或引擎基本上都是属于内燃机。所谓内燃机需要藉助于燃料燃烧，根据工作原理的不同可大概的分为往复活塞式内燃机、转子发动机、燃气涡轮发动机、喷气发动机等。然而，内燃机使用的燃料，一般都是碳氢化合物，常见的有汽油、柴油、天然气、煤油等，而这些又称为矿物能源，也是目前人类使用的主要能源特别地是，这就的能源随着不断的开采利用而逐渐减少，更进一步的，因为能源的问题甚至引发了战争。另外，使用矿物能源最大的问题是生态环境的污染，其中矿物能源在燃烧过程中产生大量的CO2、SO2、HC、O3等有毒有害气体，这些不但导致环境的污染还造成人体呼吸系统障碍以及癌症等诸多疾病，同时矿物燃料还造成酸雨增加，对人类的生存环境产生了巨大的负面影响。因此，内燃机的各种运用，虽然带来人类的文明发展快速，但是同时也带来了环境的污染。内燃机的最主要排放物是CO2、水汽和一些颗粒物。进一步地，内燃机还会排放一氧化碳、氮氧化物、硫化物(主要是二氧化硫)和一些未燃烧的碳氢化合物。这些废气对人类的健康造成不利的影响。其中一氧化碳会取代氧和血红素结合，使人体内血液运送氧气的能力降低，使脑部缺氧、晕眩、头痛和呕吐。氮氧化物对呼吸系统的影响最大，它会刺激鼻部、咽喉和气管的粘膜，可能损害肺部的正常功能和引起呼吸系统发炎。低浓度的碳氢化合物会刺激人体的呼吸系统；较高浓度时则可能影响中枢神经系统。粒状污染物吸进体内会刺激呼吸系统，长期则造成慢性呼吸疾病、肺功能变差。
因此，近年来许多新引擎技术不断的被开发出来，不断的改善能源和污染的问题，但是，这大部份的开发重心都是放在汽车工业。然而，人类生存所不可或缺的一大重点是食物，从古至今，粮食问题一直存在，因此现今人们也将科技的发展用于农业上，从手工具到大型机具不断的改良，其中大部份的机具为了自动化和省力大部份的设计都会使用到引擎，而这个引擎使用的燃料通常都是矿物能源所提炼出，也就是汽油、柴油、天然气、煤油等。因此，同样的会有环境污染和能源不足的问题，因此，本发明是采用电动系统在农机，以解决和克服上述问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一农机的电池控制单元，供检测处理相关信息参数后向一控制系统输出电能，其中电能由一电池所提供。
本发明的另一目的在于提供一农机的电池控制单元，供用于所述农机电动系统以负责对所述电池进行有效管理和安全监控，这样可提高所述电池的使用效率和可靠性并延伸所述电池的使用寿命。
本发明的另一目的在于提供一农机的电池控制单元，其中所述电池控制单元又为电池管理系统(Battery Management System,BMS)，其包括诊断模块，以用于过高或过低电压保护。也就是说，所述诊断模块可使所述电池在充放电过程中有更准确的电压侦测。
本发明的另一目的在于提供一农机的电池控制单元，其包括通讯模块，以确保农机在使用状态下信息的取得和处理。
本发明的另一目的在于提供一农机的电池控制单元，其包括管理模块，以用于控管所述电池的电流管理、SOC估测、过电流或过温度保护、电池循环寿命估测。换句话说，可透过所述管理模块来接收信息参数，像是电压、电流、温度等。
为了达到以上目的，本发明提供一电池控制单元，供农机管理监测一电池组，其包括：
一诊断模块和一管理模块，其分别电连接所述电池组，其中所述诊断模块包括至少一诊断芯片，供接收所述电池组的电压讯号以进行过高或过低电压保护，其中所述管理模块包括至少一管理芯片，供接收所述电池组的电压、电流和温度中的至少一种，以进行SOC估测、电池循环寿命估测、过电流、过温度保护中的至少一种管理。
根据本发明的一个实施例，包括一显示单元连接于所述管理模块和诊断模块，以用于显示各种相关数值。
根据本发明的一个实施例，包括一信号处理模块系选自于由摸拟讯号、PWM讯号、CAN总线或I2C串行接口所组成的群组，以确保所述农机在使用状态下信息的取得和处理。
根据本发明的一个实施例，包括一均衡电源模块，其连接于所述管理模块和所述诊断模块。
根据本发明的一个实施例，包括一保护模块，其连接于所述电池组和所述管理模块。
本发明还提供一电池控制单元，供农机管理监测一电池组，包括：
一温度传感器，一均衡电路，一电压采集电路，一电流采集电路，一驱动处理电路，一充放电单元，一短路保护电路，一存储器，一电源电路，一RS232通信驱动，以及一CAN-BUS通信驱动，其分别电连接于一控制单元，并且所述温度传感器，所述均衡电路，所述电压采集电路，所述电流采集电路，所述充放电单元，所述短路保护电路，所述电源电路，其分别电连接于所述电池组，这样透过所述电池控制单元对所述农机电动系统的所述电池组达到有效管理和安全监控。
本发明还提供一电池控制单元，供农机管理监测一电池组，包括：
一控制单元，一电压检测，一温度检测，一保护电路以及一转接模块，其中所述电压检测和所述温度检测分别连接于所述控制单元和所述电池组之间，以用于取得所述电池组的电压和温度并由所述控制单元管控所述电池组的状态，所述保护电路电连接于所述控制单元，所述电压检测，所述温度检测和所述电池组，这样当所述电池组出现异常时，透过所述控制单元和所述保护电路对所述电池组进行调整，所述转接模块连接于所述控制单元，供所述电池控制单元快速安装至所述农机上。
根据本发明的一个实施例，包括电连接于所述电池组的一保护单元，当所述电池组出现异常时，有效地保护所述电池组。
根据本发明的一个实施例，包括电连接于所述电池组的一充电均衡单元，以确保充电时所述电池组内的每个电池电压相等。
根据本发明的一个实施例，包括电连接于所述控制单元的一存储器，以记录相关数据。
根据本发明的一个实施例，其中包括一电量计，其电连接于所述控制单元和所述电池组之间。
本发明还提供一农机，包括：
根据上述的任一项的所述电池控制单元；
一驱动机构；
一控制系统，其连接于所述电池控制单元和所述驱动机构；以及
一机械传动机构，其连接于所述驱动机构，这样透过所述电池控制单元以检测处理农机的相关信息参数后向农机的所述控制系统输出一电能，其中经由所述控制系统检测所述驱动机构并提供可行性的所述信息参数给所述电池控制单元，最后由操作人员根据所述信息参数操作所述机械传动机构以达到所述农机运行和种植的目地。
根据本发明的一个实施例，包括连接所述控制系充的一显示系统，这样所述操作人员通过所述显示系统提供的所述信息参数操作相关的机械传动机构以达到所述农机运行和种植的目地。
根据本发明的一个实施例，所述驱动机构为电机。
根据本发明的一个实施例，所述显示系统为各种显示面板。
根据本发明的一个实施例，所述电池组为可充电电池。
本发明还提供一农机的电池控制单元检测方法，其包括如下步骤：
(S01)检测一电池组状态；
(S02)检测所述电池组电压；
(S03)检测所述电池组温度；以及
(S04)检测所述电池组电流。
根据本发明的一个实施例，步骤(1)，若为充电状态则进行充电均衡设定，若为放电状态则进行步骤(S02)，若为闲置状态则进入休眠状态。
根据本发明的一个实施例，步骤(2)，若过度充电，则进入充电保护设定，若过度放电则进行放电保护设定，若为正常数值则进行步骤(S03)。
根据本发明的一个实施例，步骤(3)，当温度过高则进行充放电保护，若温度在正常数值则进行步骤(S04)。
根据本发明的一个实施例，步骤(4)，当出现过流现象则进行充放电保护。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的一农机配置概念图。
图2是根据本发明的一个优选实施例的一农机的电池控制单元的配置概念图。
图3是根据本发明的一个优选实施例的一农机的电池控制单元的第一替代模式配置概念图。
图4是根据本发明的一个优选实施例的一农机的电池控制单元的第二替代模式配置概念图。
图5是根据本发明的一个优选实施例的一农机的电池控制单元的检测方法流程图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
如图1所示，是根据本发明一优选实施例的一农机的电池控制单元，供管理控制农机运作时电能状态，也就是说，所述电池控制单元对一电池进行有效管理和安全监控，这样可提高所述电池的做用效率和可靠性并延伸所述电池的使用寿命。另外，所述电池控制单元又可称为电池管理系统(Battery Management System,BMS)。透过所述电池控制单元100以检测处理农机的相关信息参数后向农机的一控制系统300输出一电能，其中所述电能经由一电池或一电池组200所提供，其中经由所述控制系统300检测一驱动机构500并提供可行性的所述信息参数给所述电池控制单元100，最后由操作人员通过一显示系统400提供的所述信息参数操作相关的机械传动机构600以达到所述农机运行和种植的目地。另外，值得一提的是，所述控制系统300用于给予所述驱动机构500指令，同时所述驱动机构500通过各机械传动机构600提供各功能700所需动力源。
图1所示，所述电池控制单元100电连接于所述电池200和所述控制系统300之间，这样所述电池控制单元100可以控管所述电池的使用状态，同时将所述电池的所述电能向所述农机的所述控制系统输出。并且，所述控制系统300可检测所述驱动机构500，并将所述驱动机构500的所述信息参数传送至所述电池控制单元100。值得一提的是，所述电池控制单元100电连接于所述显示系统400，这样所述信息参数即可通过所述电池控制单元100传送至所述显示系统400，并经由所述显示系统400显示各种设计数值。特别地，所述驱动机构500电连接于所述控制系统300，并且连接所述机械传动机构600，这样当所述控制系统300对于所述驱动机构500下达操作指令时，所述驱动机构500将提供动力源至所述机械传动机构600，以使所述机械传动机构600达到所述农机预设的各功能700。
值得一提的是，所述农机可实施为垄上栽植机、烟草栽植机、高速插秧机、植保机、手扶式插秧机、电动微耕机等各种农用机型。
根据本发明优选实施例，所述驱动机构500可实施为电机。
根据本发明优选实施例，所述显示系统400可实施为各种显示面板。
根据本发明优选实施例，所述电池组200可实施为可充电电池。
根据本发明优选实施例，如图2所示，所述农机的所述电池控制单元包括一诊断模块101，一管理模块102以及一显示单元103。所述电池组200分别电连接于所述诊断模块101、所述管理模块102以及所述显示单元103，其中所述诊断模块、所述管理模块以及所述显示单元是分别搭配运用，以达到各种的控管，像是数据收集、电池状态估计、能量管理、安全管理、通讯功能、热管理、充电保证功能、故障诊断以及历史资料储存等。
特别地，所述诊断模块包括至少一诊断芯片，供接收所述电池组的电压讯号以进行过高或过低电压保护等功能，其中所述管理模块包括至少一管理芯片，供接收所述电池组的电压、电流、温度，以进行SOC估测、电池循环寿命估测、过电流、过温度保护。
值得一提的，所述数据收集是用以搜集所述农机在工作时的各种状态以及相对应所述电池组在所述农机工作时的所述电池组的状态，各种数据的收集将是对于所述电池制单元100的性能重要指标。所以电池状态估计则包括SOC和SOH等，是农机进行能量与功率控制的动要依据，要求所述农机在使用时随时对所述农机耗能进行计算，以便提供功率配置。所述能量管理是将电流、电压、温度、SOC、SOH等做为输入参数，进行均衡充电、放电过程的监控与管理,因此，值得一提的是所述电池控制单元还包括一均衡电源模块，其连接于所述管理模块102和所述诊断模块101，以确保充电电压的均衡。所述安全管理包括监测电池电压、电流与温度是否超过限制，防止电池过度充电与过度放电，特别是热失控，一般是以直接切断电源、示警、和短路等三种方式进行安全管理。所述通讯功能是利用摸拟讯号、PWM讯号、CAN总线或I2C串行接口等方式。所述热管理是维推电池温度的均衡，并在合理范围对高温电池散热、对低温电池加热。所述充电保证功能是在检测掌握各电池的工作状态后，藉由充电控制将性能有所差异的不同电池进行充放电差别处理，以保证不会有过充或过放电的现象，因此，所述电池控制单元还包括一保护模块，其连接于所述电池组和所述管理模块。所述历史资料储存是对所述电池组的历史状况进行储存，以便往后进行分析判断。
所述电池控制单元进一步包括一通讯模块系选自于由摸拟讯号、PWM讯号、CAN总线或I2C串行接口所组成的群组，以确保农机在使用状态下信息的取得和处理。
根据本发明优选实施例，如图3所示，为所述农机的所述电池控制单元的另一设计模式，其中所述电池控制单元100包括一控制单元11，一温度传感器12，一均衡电路13，一电压采集电路14，一电流采集电路15，一驱动处理电路16，一充放电单元17，一短路保护电路18，一存储器19，一电源电路20，一RS232通信驱动21，以及一CAN-BUS通信驱动22，以上各单元和电路是根据设计需求而连接，以用于所述农机电动系统并负责对所述电池组进行有效管理和安全监控。其中所述电池控制单元对于所述电池组进行的管理包括准确估测SOC，即准确估测所述电池组的荷电状态(State of Charge，SOC)，又称电池剩余电量，并且透过所述电池控制单元保证SOC维持在合理的范围内，防止过度充电或过度放电对于所述电池组造成的损伤，更进一步的随时预报所述电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。
值得一提的是，在所述电池组充放电过程中，即时采集所述电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时提供所述电池状况，挑选出有问题的所述电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为了进一步优化和开发新型电、充电器等提供资料。
根据本发明优选实施例，如图4所示，为所述农机的所述电池控制单元的另二设计模式，其中所述电池控制单元100包括一控制单元11A，一电压检测12A，一温度检测13A，一保护单元14A，一充电均衡单元15A，一存储器16A，一电量计17A，一保护电路18A以及一转接模块19A，以上各单元和电路是根据设计需求而连接，以用于所述农机电动系统并负责对所述电池组进行有效管理和安全监控。其中所述电池控制单元100对于所述电池组200进行的管制包含准确估测SOC，即准确估测所述电池组的荷电状态(State of Charge，SOC)，又称电池剩余电量，并且透过所述电池控制单元保证SOC维持在合理的范围内，防止过度充电或过度放电对于所述电池组造成的损伤，更进一步的随时预报所述电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。
值得一提的是，在所述电池组充放电过程中，即时采集所述电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时提供所述电池状况，挑选出有问题的所述电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为了进一步优化和开发新型电、充电器等提供资料。
本领域的技术人员应理解，上述的各种电池控制单元的设计模式会根据各种不同的需求情况进行调整设计，可能是不同的农机、不同的环境、不同的需求以进行改变设计。特别的是本发明主要是透过所述电池控制单元对所述农机电动系统进行控管，也就是说所述电池控制单元与所述农机的所述电池是结合在一起，以对所述电池的电压、温度、电流进行检测，同时还进行热管理、电池均衡管理、警报提醒、漏电检测、计算剩余容量、放电功率，报告SOC&SOH状态等，并提供所述电池组的优化使用方法，防止电池组滥用和不合理使用，保障其使用的安全性和长寿命，又能最大限度的发挥其性能，实现电池容量和能量利用的高效性。
另外，如图5所示，本发明还提供一农机的电池控制单元检测方法，其包括如下步骤：
(S01)确认一电池组状态；
(S02)确认所述电池组电压；
(S03)确认所述电池组温度；以及
(S04)确认所述电池组电流。
根据步骤(S01)，确认所述电池组是充电状态、放电状态或闲置状态，若为充电状态则进行充电均衡设定，若为放电状态则进行步骤(S02)，若为闲置状态则进入休眠状态。
根据步骤(S02)，确认所述电池组电压，若过度充电，则进入充电保护设定，若过度放电则进行放电保护设定，若为正常数值则进行步骤(S03)。
根据步骤(S03)，确认所述电池组温度，当温度过高则进行充放电保护，若温度在正常数值则进行步骤(S04)。
根据步骤(S04)，确认所述电池组电流，当出现过流现象则进行充放电保护。
本领域的技术人员应理解，上述步骤的先后顺序，可以根据制造工艺的需求进行先后的调整。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (19)
1.一电池控制单元，供农机管理监测一电池组，其特征在于，包括：一诊断模块和一管理模块，其分别电连接所述电池组，其中所述诊断模块包括至少一诊断芯片，供接收所述电池组的电压讯号以进行过高或过低电压保护，其中所述管理模块包括至少一管理芯片，供接收所述电池组的电压、电流和温度中的至少一种，以进行SOC估测、电池循环寿命估测、过电流、过温度保护中的至少一种管理。
2.根据权利要求1所述的电池控制单元，其中包括一显示单元连接于所述管理模块和诊断模块，以用于显示相关数值。
3.根据权利要求1所述的电池控制单元，其中包括一信号处理模块系选自于由摸拟讯号、PWM讯号、CAN总线或I2C串行接口所组成的群组，以确保所述农机在使用状态下信息的取得和处理。
4.根据权利要求2所述的电池控制单元，其中包括一信号处理模块系选自于由摸拟讯号、PWM讯号、CAN总线或I2C串行接口所组成的群组，以确保所述农机在使用状态下信息的取得和处理。
5.根据权利要求1所述的电池控制单元，其中包括一均衡电源模块，其连接于所述管理模块和所述诊断模块。
6.根据权利要求4所述的电池控制单元，其中包括一均衡电源模块，其连接于所述管理模块和所述诊断模块。
7.根据权利要求1所述的电池控制单元，其中包括一保护模块，其连接于所述电池组和所述管理模块。
8.根据权利要求6所述的电池控制单元，其中包括一保护模块，其连接于所述电池组和所述管理模块。
9.一电池控制单元，供农机管理监测一电池组，其特征在于，包括：一温度传感器，一均衡电路，一电压采集电路，一电流采集电路，一驱动处理电路，一充放电单元，一短路保护电路，一存储器，一电源电路，一RS232通信驱动，以及一CAN-BUS通信驱动，其分别电连接于一控制单元，并且所述温度传感器，所述均衡电路，所述电压采集电路，所述电流采集电路，所述充放电单元，所述短路保护电路，所述电源电路，其分别电连接于所述电池组，这样透过所述电池控制单元对所述农机电动系统的所述电池组达到有效管理和安全监控。
10.一电池控制单元，供农机管理监测一电池组，其特征在于，包括：一控制单元，一电压检测，一温度检测，一保护电路以及一转接模块，其中所述电压检测和所述温度检测分别连接于所述控制单元和所述电池组之间，以用于取得所述电池组的电压和温度并由所述控制单元管控所述电池组的状态，所述保护电路电连接于所述控制单元，所述电压检测，所述温度检测和所述电池组，这样当所述电池组出现异常时，透过所述控制单元和所述保护电路对所述电池组进行调整，所述转接模块连接于所述控制单元，供所述电池控制单元快速安装至所述农机上。
11.根据权利要求10所述的电池控制单元，其中包括电连接于所述电池组的一保护单元，当所述电池组出现异常时，有效地保护所述电池组。
12.根据权利要求11所述的电池控制单元，其中包括电连接于所述电池组的一充电均衡单元，以确保充电时所述电池组内的每个电池电压相等。
13.根据权利要求12所述的电池控制单元，其中包括电连接于所述控制单元的一存储器，以记录相关数据。
14.根据权利要求13所述的电池控制单元，其中包括一电量计，其电连接于所述控制单元和所述电池组之间。
15.一农机，其特征在于，包括：
根据权要要求1至14的任一项的所述电池控制单元；
一驱动机构；
一控制系统，其连接于所述电池控制单元和所述驱动机构；以及
一机械传动机构，其连接于所述驱动机构，这样透过所述电池控制单元以检测处理农机的相关信息参数后向农机的所述控制系统输出一电能，其中经由所述控制系统检测所述驱动机构并提供可行性的所述信息参数给所述电池控制单元，最后由操作人员根据所述信息参数操作所述机械传动机构以达到所述农机运行和种植的目地。
16.根据权利要求15所述的农机，其中包括连接所述控制系充的一显示系统，这样所述操作人员通过所述显示系统提供的所述信息参数操作相关的机械传动机构以达到所述农机运行和种植的目地。
17.根据权利要求15所述的农机，其中所述驱动机构为电机。
18.根据权利要求15所述的农机，其中所述显示系统为各种显示面板。
19.根据权利要求15所述的农机，其中所述电池组为可充电电池。
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