CN108001265A - 一种设有串口通信检测的电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设有串口通信检测的电池管理系统，包括电池管理单元、电源模块和外接电源，电池管理单元包括智能电池充电控制模块、串口通信检测模块和电池报警显示模块，电源模块分别与智能电池充电控制模块、串口通信检测模块、电池报警显示模块连接；串口通信检测模块包括MCS‑51单片机和若干ASIC芯片，MCS‑51单片机与ASIC芯片之间设置有电平转换电路模块，MCS‑51单片机与智能电池充电控制模块连接，且智能电池充电控制模块与电池报警显示模块连接在一起，采用串口通信检测和单片机智能控制，可实时跟踪检测蓄电池的充电状态，调节充电方式，智能四段式充电保证充入足够的电量，避免出现欠充电和过充电，符合节能减排。

Description

一种设有串口通信检测的电池管理系统
技术领域
本发明涉及电动汽车电池管理技术领域，具体为一种设有串口通信检测的电池管理系统。
背景技术
在能源危机日益严重的今天，全球汽车工业面临金融危机、能源危机和环境保护等问题的巨大挑战，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成广泛的共识，目前，我国已出台许多政策扶持和引导电动汽车行业的快速发展，以加速提高国内电动汽车产业的竞争力，缩短其成熟期。
电动汽车通常由电池管理系统管理电池箱中的动力电池为电动汽车供电，动力电池根据不同的整车需求，单体数从几十个到上百串不等，其对动力电池的监控和管理必须放在动力电池系统首要考虑的对象之一，其每个单体的电压等必须进行实时通信，现有技术中，电池管理系统较为成熟的通信技术方案，主要使用CAN通信电路作为电池管理系统的通信电路，CAN电路具有如下特点：监视与控制能力强，可靠性与故障容限高，实时响应性好，报文长度小，体系结构与协议的复杂性简单，通信速率高，对环境的要求低，抗干扰能力强，可靠性高等优点，但此种通信电路运用到电池管理系统中存在成本高，电路复杂等缺点。
而且，现有电动车蓄电池电量充满后不能彻底与电源自动断电，会导致能源的巨大浪费，不正确的充电方式使得徐电磁的使用寿命大大缩短，造成不必要的资源浪费，而对废旧电池的处理不当对环境也会产生巨大的破坏；再者，目前传统的电动汽车充满电后还需要人工断电，而且充电时间较长，给消费者带来极大不便和烦恼，由于电动汽车所需的充电时间较长，所以人们大都选择在夜里对其充电，而一整夜的充电又会导致电动汽车出现过充电现象，也会对蓄电池的寿命造成影响，严重时，还可能发生火灾等事故，给人们造成一定的经济损失。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种设有串口通信检测的电池管理系统，采用串口通信检测和单片机智能控制，可实时跟踪检测蓄电池的充电状态，调节充电方式，智能四段式充电保证充入足够的电量，避免出现欠充电和过充电，符合节能减排，且能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种设有串口通信检测的电池管理系统，包括电池管理单元、电源模块和外接电源，所述电源模块是由若干蓄电池组组成的，所述电池管理单元包括智能电池充电控制模块、串口通信检测模块和电池报警显示模块，所述电源模块分别与智能电池充电控制模块、串口通信检测模块、电池报警显示模块连接，所述外接电源分别与电源模块、智能电池充电控制模块连接；
所述串口通信检测模块包括MCS-51单片机和若干ASIC芯片，所述ASIC芯片分别与蓄电池组连接，所述MCS-51单片机与ASIC芯片连接，且所述MCS-51单片机与ASIC芯片之间设置有电平转换电路模块，所述MCS-51单片机与智能电池充电控制模块连接，且所述智能电池充电控制模块与电池报警显示模块连接在一起。
作为本发明一种优选的技术方案，所述智能电池充电控制模块包括STC系列单片机、信号采样电路、自动断电电路和充电电路模块，所述充电电路模块包括恒流充电电路、恒压充电电路和浮充充电电路，所述STC系列单片机与电池报警显示模块连接，所述信号采样电路设置在MCS-51单片机与STC系列单片机之间，所述自动断电电路、恒流充电电路均与外接电源连接，且所述浮充充电电路与电源模块连接在一起。
作为本发明一种优选的技术方案，所述STC系列单片机分别与自动断电电路、恒流充电电路、恒压充电电路、浮充充电电路连接，且所述恒流充电电路与恒压充电电路之间、所述恒压充电电路与浮充充电电路之间均通过电线连接在一起。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电池报警显示模块包括电池电量显示屏和充电指示灯。
作为本发明一种优选的技术方案，所述STC系列单片机采用的是STC12C5410AD单片机，且在STC12C5410AD单片机内置有A/D转换器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电源模块与STC系列单片机之间设置有三端稳压集成电路。
作为本发明一种优选的技术方案，所述充电电路模块采用四段式充电，分别为电池预充电阶段、脉冲快速充电阶段、补足充电阶段和浮充充电阶段。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过设置串口通信检测模块，实现了对该电池管理系统中蓄电池进行实时监测的功能，可及时发现蓄电池的充电状态，了解蓄电池的工作性能，从而可对电动汽车进行实时分析，提高了电动汽车正常工作时的安全性能，而且，采用串口实现通信检测，使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本；通过智能电池充电控制模块的设置，一方面，可在对电动汽车充满电后及时断电，节约了电能，体现了节能理念，而且，可自动断电，减少了人工断电的麻烦；另一方面，采用智能四段式充电，更有利于保护、修复电池，延长了蓄电池的使用寿命，一定程度上保护了环境，体现了减排的理念；再者，实现了快速充电功能，只需2-3个小时就可充满，给人们的使用带来了极大的方便，整体上来看，该设有串口通信检测的电池管理系统，功能齐全，硬件电路简单，外围器件较少，成本较低，利于普及，符合节能减排的现代发展理念，方便消费者使用，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明的串口通信检测模块流程示意图；
图2为本发明的整体工作流程示意图；
图3为本发明的信号采样电路示意图；
图4为本发明的自动断电电路示意图；
图5为本发明的电平转换电路模块示意图。
图中：1-电池管理单元；2-电源模块；3-外接电源；4-蓄电池组；5-智能电池充电控制模块；6-串口通信检测模块；7-电池报警显示模块；8-A/D转换器；9-三端稳压集成电路；
501-STC系列单片机；502-信号采样电路；503-自动断电电路；504-充电电路模块；
5041-恒流充电电路；5042-恒压充电电路；5043-浮充充电电路；
601-MCS-51单片机；602-ASIC芯片；603-电平转换电路模块；
701-电池电量显示屏；702-充电指示灯。
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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：
如图1至图5所示，本发明公开了一种设有串口通信检测的电池管理系统，包括电池管理单元1、电源模块2和外接电源3，所述电源模块2是由若干蓄电池组4组成的，蓄电池组4是由若干蓄电池单体串联组成的，通过外接电源3为电源模块2充电，充电后的电源模块2可为电池管理单元1供电，使其正常工作，而电池管理单元1实现了对电源模块2中蓄电池的电能存储进行实时监测，从而避免出现过充电或者是欠充电的现象发生，延长了电源模块2的使用寿命，同时也大大提高了电动汽车在使用过程中的安全可靠性能。
所述电池管理单元1包括智能电池充电控制模块5、串口通信检测模块6和电池报警显示模块7，智能电池充电控制模块5用来控制蓄电池组4的充断电，串口通信检测模块6的设置实现了蓄电池组4与电动汽车上设备之间的通信联系，通过串口通信检测模块6可对蓄电池组4的工作状态进行检测，从而可对蓄电池组4的工作性能做出研究，采用串口方式实现数据通信，使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，通过电池报警显示模块7的设置，可直接显示出蓄电池组4的充电情况，使得人们可及时对电动汽车进行充电或者是断电处理，避免电动汽车的电源模块2过充电或欠充电，而过充电或欠充电都会影响电源模块2的使用寿命，所述电源模块2分别与智能电池充电控制模块5、串口通信检测模块6、电池报警显示模块7连接，电源模块2为智能电池充电控制模块5、串口通信检测模块6和电池报警显示模块7供电，所述外接电源3分别与电源模块2、智能电池充电控制模块5连接。
所述串口通信检测模块6包括MCS-51单片机601和若干ASIC芯片602，MCS-51单片机601本身具有一个全双工的串行接口，因此只要配以电平转换的驱动电路、隔离电路就可以组成一个简单可行的通信接口了，所述ASIC芯片602分别与蓄电池组4连接，通过ASIC芯片602采集对应蓄电池组4的单体电压和温度，然后传送给MCS-51单片机，两个ASIC芯片602之间的数据交付采用菊花链通信，通过串口通信和菊花链通信的共同作用，使得该电池管理系统的通信方式更加灵活，通信过程中的抗干扰能力也大大增强，菊花链是一种信号传输的连接形式，常用的有菊花链总线，菊花链中断等，通俗的讲，信号(总线信号或中断信号)是以串行的方式从一个设备依次传到下一个设备的，信号有点儿像串联电路中的电流，菊花链模式使用堆叠电缆将几台交换机以环路的方式组建成一个堆叠组，但是最后一根从上到下的堆叠电缆只是冗余备份作用，从第一台交换机到最后一台交换机数据包还是要历经中间所有交换机，采用菊花链通信最大的好处就是可以利用有限的信号传输线连接多台设备，共享同一服务，而且不存在总线竞争和阻塞等问题，因为再某设备把信号传递给下一个设备之前，可以修改这个信号；如果它也需要服务时，就截住这个信号，“私自挪用”了。
所述MCS-51单片机601与ASIC芯片602连接，且所述MCS-51单片机601与ASIC芯片602之间设置有电平转换电路模块603，因为MCS-51单片机601的串口是TTL电平的，而ASIC芯片602的串口是RS232电平的，二者电气规范不一致，所以两者之间必须有一个电平转换电路，电平转换电路模块603就是为实现这一功能而设置的，该电平转换电路模块603采用的是专用芯片MAX232，MAX232的引脚如图5所示，MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平，可实现电平转换功能，所述MCS-51单片机601与智能电池充电控制模块5连接，且所述智能电池充电控制模块5与电池报警显示模块7连接在一起。
所述智能电池充电控制模块5包括STC系列单片机501、信号采样电路502、自动断电电路503和充电电路模块504，其中，信号采样电路502如图3所示，自动断电电路503如图4所示，所述充电电路模块504包括恒流充电电路5041、恒压充电电路5042和浮充充电电路5043，所述STC系列单片机501与电池报警显示模块7连接，所述信号采样电路502设置在MCS-51单片机601与STC系列单片机501之间，所述自动断电电路503、恒流充电电路5041均与外接电源3连接，且所述浮充充电电路5043与电源模块2连接在一起，该智能电池充电控制模块5通过对蓄电池组4状态的检测，使充电转入不同的充电阶段，通过一定的算法，改变PWM的输出脉冲宽度，实现各个不同阶段的充电，暂停充电和终止充电的控制。
智能电池充电控制模块5的工作原理如下：
通过信号采样电路502收集MCS-51单片机601采集到的蓄电池组4的电池电压信号，然后传送到STC系列单片机501内部，与STC系列单片机501内部设定的参考值不断比较，STC系列单片机501根据采集到的信息判断充电方式，当电池电压低于设定的电压vg时采用小电流恒流充电，此时需使用恒流充电电路5041，当电池电压大于vg时采用正负脉冲充电，当电池电压升至补足充电电压阈值时采用恒压充电电路5042方式充电，所述电池报警显示模块7包括电池电量显示屏701和充电指示灯702，当通过电池报警显示模块7采集到的信号显示电池充电充到95％时，充电指示灯702由红色跳转为绿色，此时在由STC系列单片机501会通过浮充充电电路5043定时一个小时浮充，浮充过后STC系列单片机501就会发出断电命令通过自动断电电路503将由继电器控制的外接电源3断开。
其中，脉冲快速充电法的原理如下：
根据马斯三定律，在充电过程中，当充电电流接近蓄电池固有的微量析气充电曲线时，适时地对电池进行反向大电流瞬间放电，以消除电池的极化现象，可以提高蓄电池的充电接受能力，也就是说通过反向大电流放电，可以使蓄电池的可接受电流曲线不断右移同时其陡度不断增大，从而大大提高充电速度，缩短充电时间，采用正负脉冲技术，有效去除硫化、极化，控制电池温升减少失水，不仅实现快速充电而且延长电池使用寿命，对已硫酸盐化而导致失效的电池具有一定的修复作用。
所述STC系列单片机501分别与自动断电电路503、恒流充电电路5041、恒压充电电路5042、浮充充电电路5043连接，通过STC系列单片机501对蓄电池组4中电池剩余电量的分析，使得充电方式进入自动断电电路503、恒流充电电路5041、恒压充电电路5042或浮充充电电路5043这几个阶段，且所述恒流充电电路5041与恒压充电电路5042之间、所述恒压充电电路5042与浮充充电电路5043之间均通过电线连接在一起。
所述STC系列单片机501采用的是STC12C5410AD单片机，且在STC12C5410AD单片机内置有A/D转换器8，STC12C5410AD单片机是高速/低功耗的新一代增强型8051单片机，具有价格低廉、控制简单方便的优点，在该单片机中内置的A/D转换器8可以方便的进行信号采样，可使硬件软件都变得简单容易，且可输出PWM波，外围电路简单，编程方便且存储空间大，抗干扰性能强。
所述电源模块2与STC系列单片机501之间设置有三端稳压集成电路9，三端稳压集成电路9采用的是LM7805，LM7805只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端，它的样子像是普通的三极管，采用TO-220的标准封装，三端稳压集成电路9的设置使得STC系列单片机501系统电源更加稳定可靠，从而使得STC系列单片机501的控制工作受到了保护。
所述充电电路模块504采用四段式充电，分别为电池预充电阶段、脉冲快速充电阶段、补足充电阶段和浮充充电阶段，通过对蓄电池组4充电前的残余电量的检测，使得该充电电路模块504进入不同的充电阶段，电池预充电阶段是为了避免影响电池的寿命要先对蓄电池组4实行稳定小电流充电，使电池电压上升；脉冲快速充电阶段采用分级定电流脉冲快速充电法，将电流分级，开始时采用大电流，随着电压逐渐升高，电流等级开始降低，使充电电流的脉冲幅度和宽度随蓄电池端电压的升高而分级减小，这样可以消除充电接近充满时易出现的振荡现象及过充电问题，只用2-3个小时就可充满；补足充电阶段采用恒压充电，使电池容量快速恢复，当电流下降至某一阈值时，转入浮充充电阶段；浮充充电阶段主要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量，给电池不断补充电荷，这样可使电池总处于充足电状态。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种设有串口通信检测的电池管理系统，其特征在于：包括电池管理单元(1)、电源模块(2)和外接电源(3)，所述电源模块(2)是由若干蓄电池组(4)组成的，所述电池管理单元(1)包括智能电池充电控制模块(5)、串口通信检测模块(6)和电池报警显示模块(7)，所述电源模块(2)分别与智能电池充电控制模块(5)、串口通信检测模块(6)、电池报警显示模块(7)连接，所述外接电源(3)分别与电源模块(2)、智能电池充电控制模块(5)连接；
所述串口通信检测模块(6)包括MCS-51单片机(601)和若干AS I C芯片(602)，所述ASI C芯片(602)分别与蓄电池组(4)连接，所述MCS-51单片机(601)与AS I C芯片(602)连接，且所述MCS-51单片机(601)与AS I C芯片(602)之间设置有电平转换电路模块(603)，所述MCS-51单片机(601)与智能电池充电控制模块(5)连接，且所述智能电池充电控制模块(5)与电池报警显示模块(7)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种设有串口通信检测的电池管理系统，其特征在于：所述智能电池充电控制模块(5)包括STC系列单片机(501)、信号采样电路(502)、自动断电电路(503)和充电电路模块(504)，所述充电电路模块(504)包括恒流充电电路(5041)、恒压充电电路(5042)和浮充充电电路(5043)，所述STC系列单片机(501)与电池报警显示模块(7)连接，所述信号采样电路(502)设置在MCS-51单片机(601)与STC系列单片机(501)之间，所述自动断电电路(503)、恒流充电电路(5041)均与外接电源(3)连接，且所述浮充充电电路(5043)与电源模块(2)连接在一起。
3.根据权利要求2所述的一种设有串口通信检测的电池管理系统，其特征在于：所述STC系列单片机(501)分别与自动断电电路(503)、恒流充电电路(5041)、恒压充电电路(5042)、浮充充电电路(5043)连接，且所述恒流充电电路(5041)与恒压充电电路(5042)之间、所述恒压充电电路(5042)与浮充充电电路(5043)之间均通过电线连接在一起。
4.根据权利要求1所述的一种设有串口通信检测的电池管理系统，其特征在于：所述电池报警显示模块(7)包括电池电量显示屏(701)和充电指示灯(702)。
5.根据权利要求2所述的一种设有串口通信检测的电池管理系统，其特征在于：所述STC系列单片机(501)采用的是STC12C5410AD单片机，且在STC12C5410AD单片机内置有A/D转换器(8)。
6.根据权利要求2所述的一种设有串口通信检测的电池管理系统，其特征在于：所述电源模块(2)与STC系列单片机(501)之间设置有三端稳压集成电路(9)。
7.根据权利要求2所述的一种设有串口通信检测的电池管理系统，其特征在于：所述充电电路模块(504)采用四段式充电，分别为电池预充电阶段、脉冲快速充电阶段、补足充电阶段和浮充充电阶段。
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