CN107978808A - 基于在线故障提醒的车用锂电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池制造技术领域，具体的说是一种功耗低、工作可靠的基于在线故障提醒的车用锂电池组，设有锂电池组以及锂电池组控制机构，其特征在于所述锂电池组控制机构包括位于锂电池组壳体内的电池组控制机构、位于车辆驾驶室的本地控制机构以及远程管控机构，其中本地控制机构与电池组控制机构经CAN总线建立数据连接，本地控制机构与远程管控机构经有线通信电路或无线通信模块建立数据连接；本发明与现有技术相比，具有能耗低、工作稳定、能够有效延长电池组使用寿命等显著的优点。

Description

基于在线故障提醒的车用锂电池组
技术领域：
本发明涉及锂电池制造技术领域，具体的说是一种功耗低、工作可靠的基于在线故障提醒的车用锂电池组。
背景技术：
随着社会经济的发展、人类节能环保意识的提高，电动汽车作为新能源汽车越来越成为未来汽车发展的方向。其中，电动汽车的储能系统，例如电池是电动汽车的关键部件。而目前的电动汽车的电池的充电时间通常都比较长，续驶的里程相对比较短，这成为制约电动汽车普及的主要因素。除此之外，锂电池组在工作过程中受环境因素影响大，据研究表明，当锂电池组所处温度过低或过高都会导致锂电池组工作效率下降，造成电动车动力不足；而锂电池组充放电过程中对于电流电压的要求也比较高，过流或过压会造成锂电池组损坏；无论是电池组还是电池包，当受到来自外部的震动(例如跌落测试或者使用时采用这些电池组或电池包的电子装置受到颠簸等)时，都希望电池组能避免单体电池的极耳位移(尤其是沿单体电池排列形成的组合体的长度方向)，因为单体电池的极耳位移、甚至变形会使得单体电池的电连接的可靠性以及使用寿命降低。基于上述问题，车用锂电池组必须配备管理系统，用于对锂电池组的工作状态进行监控和提醒。
发明内容：
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种功耗低、工作可靠的基于在线故障提醒的车用锂电池组。
本发明通过以下措施达到：
一种基于在线故障提醒的车用锂电池组，设有锂电池组以及锂电池组控制机构，其特征在于所述锂电池组控制机构包括位于锂电池组壳体内的电池组控制机构、位于车辆驾驶室的本地控制机构以及远程管控机构，其中本地控制机构与电池组控制机构经CAN总线建立数据连接，本地控制机构与远程管控机构经有线通信电路或无线通信模块建立数据连接；所述电池组控制机构设有单片机以及分别与单片机相连接的温度检测电路、电流采集电路、电压采集电路、通信电路，其中所述电流采集电路包括与电池组内单体电池数量一致且分别与单体电池一一对应连接的单体电池电流采集电路，所述电压采集电路包括与电池组内单体电池数量一致且分别与单体电池一一对应连接的单体电池电压采集电路；所述电池组控制机构还设有低功耗唤醒电路，所述低功耗唤醒电路与单片机相连接，包括PMOS管P1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，其中PMOS晶体管P1的源极和漏极之间反向并联二极管D1，PMOS管P1的栅极同时连接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R1的另一端和PMOS管P1的源极同时连接电源VCC，电阻R1的另一端接入低电平输入信号，PMOS管P1的漏极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端作为唤醒信号输出端，电阻R4的另一端接地。
本发明所述本地控制机构中设有微处理器、位于微处理器内的SOC估算单元、与微处理器相连接的A/D转换电路、与A/D转换电路相连接的锂电池组干路电流检测电路、与微处理器相连接的CAN串口、与微处理器相连接的报警电路、与微处理器相连接的均衡状态显示电路、与微处理器相连接的均衡状态控制电路、与微处理器相连接的单体电池数量检测电路；所述单体电池数量检测电路包括与锂电池组相连并用于将锂电池组中电压高于微处理器中工作电压的节点电压值降低至微处理器工作电压范围内的电压增益模块、用于将电压增益模块输出的多个待检测电压进行选择并将多个待检测电压分时输入至微处理器的电压多路选择模块、用于对电压多路选择模块输入的电压值与电池组中最高节点电压进行比较的电压比较模块、用于根据电压比较模块输出结果判断电池组内单体电池数目的电池数目判断模块。
本发明所述电池组控制机构中还设有与单片机相连接的均衡电路，所述均衡电路设有与单片机相连接的继电器，继电器的另一端分别与两组三极管电路中的三极管基极相连，每组三极管电路均采用两个并联的三极管组成，两个并联的三极管的基极上连接放电电阻，两个并联的三极管的发射极并联并与锂电池组内的单体电池的负极相连接，两个并联三极管的集电极与锂电池组内单体电池的正极相连接，所述三极管采用NPN型。
本发明所述单体电池数量检测电路中设有两路以上相同的电压增益模块，用于获得锂电池组内多个节点电压值。
本发明所述电池组控制机构中电压检测电路设有运算放大器，运算放大器的输出端与线性光耦相连接，线性光耦的反馈端与运算放大器相连接，线性光耦的输出端与电压跟随器电路线连接，完成对锂电池组内单体电池的电压隔离检测。本发明在工作的过程中，位于锂电池组上的电池组控制机构监控并采集锂电池组的电压、电流数据，以及锂电池组所处环境温度数据，并将所采集的数据上传至本地控制机构，所述本地控制机构可以在电池组控制机构上传有效数据时被唤醒，其余时间处于休眠状态，从而降低整个系统的能耗，本地控制机构中设有微处理器、位于微处理器内的SOC估算单元、与微处理器相连接的A/D转换电路、与A/D转换电路相连接的锂电池组干路电流检测电路、与微处理器相连接的CAN串口、与微处理器相连接的报警电路、与微处理器相连接的均衡状态显示电路、与微处理器相连接的均衡状态控制电路、与微处理器相连接的单体电池数量检测电路；工作时，根据接收的数据完成SOC估算，并根据估算结果向子控制器下达均衡控制命令；在电池组控制机构通过均衡电路对相应的单体电池进行均衡处理或进行故障问题上报时，本地控制机构通过均衡状态显示电路指示出当前进行均衡处理的单体电池的数量和位置；本地控制机构与远程控制机构经无线通信模块建立数据沟通，从而完成故障的在线提醒。
本发明与现有技术相比，具有能耗低、工作稳定、能够有效延长电池组使用寿命等显著的优点。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明中低功耗唤醒电路的电路图。
附图3是本发明中电池组控制机构的结构框图。
附图标记：锂电池组1、电池组控制机构2、本地控制机构3、远程管控机构4、单片机5、温度检测电路6、电流采集电路7、电压采集电路8、通信电路9、低功耗唤醒电路10。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如附图所示，本发明提出了一种基于在线故障提醒的车用锂电池组，设有锂电池组1以及锂电池组控制机构，其特征在于所述锂电池组控制机构包括位于锂电池组壳体内的电池组控制机构2、位于车辆驾驶室的本地控制机构3以及远程管控机构4，其中本地控制机构2与电池组控制机构2经CAN总线建立数据连接，本地控制机构3与远程管控机构4经有线通信电路或无线通信模块建立数据连接；所述电池组控制机构2设有单片机5以及分别与单片机5相连接的温度检测电路6、电流采集电路7、电压采集电路8、通信电路9，其中所述电流采集电路包括与电池组内单体电池数量一致且分别与单体电池一一对应连接的单体电池电流采集电路，所述电压采集电路包括与电池组内单体电池数量一致且分别与单体电池一一对应连接的单体电池电压采集电路；所述电池组控制机构还设有低功耗唤醒电路10，所述低功耗唤醒电路与单片机相连接，包括PMOS管P1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，其中PMOS晶体管P1的源极和漏极之间反向并联二极管D1，PMOS管P1的栅极同时连接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R1的另一端和PMOS管P1的源极同时连接电源VCC，电阻R1的另一端接入低电平输入信号，PMOS管P1的漏极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端作为唤醒信号输出端，电阻R4的另一端接地。
本发明所述本地控制机构中设有微处理器、位于微处理器内的SOC估算单元、与微处理器相连接的A/D转换电路、与A/D转换电路相连接的锂电池组干路电流检测电路、与微处理器相连接的CAN串口、与微处理器相连接的报警电路、与微处理器相连接的均衡状态显示电路、与微处理器相连接的均衡状态控制电路、与微处理器相连接的单体电池数量检测电路；所述单体电池数量检测电路包括与锂电池组相连并用于将锂电池组中电压高于微处理器中工作电压的节点电压值降低至微处理器工作电压范围内的电压增益模块、用于将电压增益模块输出的多个待检测电压进行选择并将多个待检测电压分时输入至微处理器的电压多路选择模块、用于对电压多路选择模块输入的电压值与电池组中最高节点电压进行比较的电压比较模块、用于根据电压比较模块输出结果判断电池组内单体电池数目的电池数目判断模块。
本发明所述电池组控制机构中还设有与单片机相连接的均衡电路，所述均衡电路设有与单片机相连接的继电器，继电器的另一端分别与两组三极管电路中的三极管基极相连，每组三极管电路均采用两个并联的三极管组成，两个并联的三极管的基极上连接放电电阻，两个并联的三极管的发射极并联并与锂电池组内的单体电池的负极相连接，两个并联三极管的集电极与锂电池组内单体电池的正极相连接，所述三极管采用NPN型。
本发明所述单体电池数量检测电路中设有两路以上相同的电压增益模块，用于获得锂电池组内多个节点电压值。
本发明所述电池组控制机构中电压检测电路设有运算放大器，运算放大器的输出端与线性光耦相连接，线性光耦的反馈端与运算放大器相连接，线性光耦的输出端与电压跟随器电路线连接，完成对锂电池组内单体电池的电压隔离检测。本发明在工作的过程中，位于锂电池组上的电池组控制机构监控并采集锂电池组的电压、电流数据，以及锂电池组所处环境温度数据，并将所采集的数据上传至本地控制机构，所述本地控制机构可以在电池组控制机构上传有效数据时被唤醒，其余时间处于休眠状态，从而降低整个系统的能耗，本地控制机构中设有微处理器、位于微处理器内的SOC估算单元、与微处理器相连接的A/D转换电路、与A/D转换电路相连接的锂电池组干路电流检测电路、与微处理器相连接的CAN串口、与微处理器相连接的报警电路、与微处理器相连接的均衡状态显示电路、与微处理器相连接的均衡状态控制电路、与微处理器相连接的单体电池数量检测电路；工作时，根据接收的数据完成SOC估算，并根据估算结果向子控制器下达均衡控制命令；在电池组控制机构通过均衡电路对相应的单体电池进行均衡处理或进行故障问题上报时，本地控制机构通过均衡状态显示电路指示出当前进行均衡处理的单体电池的数量和位置；本地控制机构与远程控制机构经无线通信模块建立数据沟通，从而完成故障的在线提醒。
本发明与现有技术相比，具有能耗低、工作稳定、能够有效延长电池组使用寿命等显著的优点。

Claims (5)

1.一种基于在线故障提醒的车用锂电池组，设有锂电池组以及锂电池组控制机构，其特征在于所述锂电池组控制机构包括位于锂电池组壳体内的电池组控制机构、位于车辆驾驶室的本地控制机构以及远程管控机构，其中本地控制机构与电池组控制机构经CAN总线建立数据连接，本地控制机构与远程管控机构经有线通信电路或无线通信模块建立数据连接；所述电池组控制机构设有单片机以及分别与单片机相连接的温度检测电路、电流采集电路、电压采集电路、通信电路，其中所述电流采集电路包括与电池组内单体电池数量一致且分别与单体电池一一对应连接的单体电池电流采集电路，所述电压采集电路包括与电池组内单体电池数量一致且分别与单体电池一一对应连接的单体电池电压采集电路；所述电池组控制机构还设有低功耗唤醒电路，所述低功耗唤醒电路与单片机相连接，包括PMOS管P1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，其中PMOS晶体管P1的源极和漏极之间反向并联二极管D1，PMOS管P1的栅极同时连接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R1的另一端和PMOS管P1的源极同时连接电源VCC，电阻R1的另一端接入低电平输入信号，PMOS管P1的漏极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端作为唤醒信号输出端，电阻R4的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于在线故障提醒的车用锂电池组，其特征在于本地控制机构中设有微处理器、位于微处理器内的SOC估算单元、与微处理器相连接的A/D转换电路、与A/D转换电路相连接的锂电池组干路电流检测电路、与微处理器相连接的CAN串口、与微处理器相连接的报警电路、与微处理器相连接的均衡状态显示电路、与微处理器相连接的均衡状态控制电路、与微处理器相连接的单体电池数量检测电路；所述单体电池数量检测电路包括与锂电池组相连并用于将锂电池组中电压高于微处理器中工作电压的节点电压值降低至微处理器工作电压范围内的电压增益模块、用于将电压增益模块输出的多个待检测电压进行选择并将多个待检测电压分时输入至微处理器的电压多路选择模块、用于对电压多路选择模块输入的电压值与电池组中最高节点电压进行比较的电压比较模块、用于根据电压比较模块输出结果判断电池组内单体电池数目的电池数目判断模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于在线故障提醒的车用锂电池组，其特征在于所述电池组控制机构中还设有与单片机相连接的均衡电路，所述均衡电路设有与单片机相连接的继电器，继电器的另一端分别与两组三极管电路中的三极管基极相连，每组三极管电路均采用两个并联的三极管组成，两个并联的三极管的基极上连接放电电阻，两个并联的三极管的发射极并联并与锂电池组内的单体电池的负极相连接，两个并联三极管的集电极与锂电池组内单体电池的正极相连接，所述三极管采用NPN型。
4.根据权利要求1所述的一种基于在线故障提醒的车用锂电池组，其特征在于所述单体电池数量检测电路中设有两路以上相同的电压增益模块，用于获得锂电池组内多个节点电压值。
5.根据权利要求1所述的一种基于在线故障提醒的车用锂电池组，其特征在于所述电池组控制机构中电压检测电路设有运算放大器，运算放大器的输出端与线性光耦相连接，线性光耦的反馈端与运算放大器相连接，线性光耦的输出端与电压跟随器电路线连接，完成对锂电池组内单体电池的电压隔离检测。
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