CN108036873A - 一种基于ntc温度检测的电池管理系统 - Google Patents

一种基于ntc温度检测的电池管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于NTC温度检测的电池管理系统，包括外部温度检测单元、控制处理单元、内部温度检测单元和锂电池系统，外部温度检测单元和内部温度检测单元对锂电池系统进行温度检测，外部温度检测单元检测的数据信号经过信号转换单元进行转换之后传输到控制处理单元，内部温度检测单元与控制处理单元电性连接，控制处理单元输出端电性连接有远程通信单元，外部温度检测单元包括若干个外部NTC温度传感器，内部温度检测单元具体由若干个DS18B20智能温度传感器组成，通过NTC温度传感器进行高精度和高灵敏度的温度测量，同时利用内外温度检测相互结合的方式进行温度检测，提高了检测结果的准确性，有利于电池的有效管理。

Description

一种基于NTC温度检测的电池管理系统
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，具体为一种基于NTC温度检测的电池管理系统。
背景技术
电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟，电动汽车的种类包括纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)、燃料电池汽车(FCEV)，目前的电动汽车主要采用锂电池作为动力源，但是一般会采用多个锂电池叠加使用以满足要求。
尽管电池生产工艺进步迅速，但电池单体之间差异不会消除，其差异性不但不会随电池的使用趋于消失，相反还会在这个工程中不断加剧。以电池容量为例，当电池组中有电流通过时，容量大的单体总是处于小电流浅充浅放的状态，而容量小的单体总是处于大电流过充过放的阶段。前者有利于电池寿命延长，后者则会导致电池寿命缩短。除了影响寿命外，过充还会带来更大的安全威胁。过充中锂电池正极材料结构会发生变化使电解液分解，析出金属锂并释放大量气体，如果冲破电池壳体，锂与空气直接接触会导致电池燃烧，甚至爆炸。对电池组来讲，性能最差的单体电池决定着电池组的性能，因此对于电池组的均衡管理显得尤为重要。
电动汽车电池管理系统(BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等，对于汽车电池的使用和工作起着有着重要的作用。
随着现在电池的使用日益普遍，对电池的管理变得越来越重要，目前的电池管理系统主要存在以下问题：
(1)由于电池在长期使用的过程中，不同的电池会产生不同程度的损耗，同时在使用时不同的电池也会产生不同程度的发热，因此需要对每一个单独的电池进行温度检测，以便于及时做好充分的准备，避免单个电池的过度损耗对其它电池产生影响。
(2)同时，由于现在的温度检测方式大都是单一的外部检测，而电池在工作时，内部温度和外部温度有时候会不一致，导致检测结果不符合整体的要求，不能及时了解到电池整体的情况，不利于电池的有效管理，影响电池的使用。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于NTC温度检测的电池管理系统，通过NTC温度传感器进行高精度和高灵敏度的温度测量，便于对电池的温度进行精确测量，同时利用内外温度检测相互结合的方式进行温度检测，提高了检测结果的准确性，有利于电池的有效管理，对电池系统起到保护作用，延长电池的使用寿命，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：一种基于NTC温度检测的电池管理系统，包括外部温度检测单元、控制处理单元、内部温度检测单元和锂电池系统，所述外部温度检测单元和内部温度检测单元对锂电池系统进行温度检测，所述外部温度检测单元检测的数据信号经过信号转换单元进行转换之后传输到控制处理单元内部，所述内部温度检测单元与控制处理单元电性连接，所述控制处理单元输出端电性连接有远程通信单元；
所述锂电池系统由若干个串联的电池组成，所述外部温度检测单元包括若干个设置在单个锂电池的外部NTC温度传感器，所述外部NTC温度传感器通过和滤波电路电性连接进行滤波处理，所述滤波电路通过信号放大器将信号放大之后，所述信号放大器与信号转换单元电性连接进行信号传输，所述内部温度检测单元具体由若干个安装在电池内部并测量电池内部温度的DS18B20智能温度传感器组成。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信号转换单元包括电性连接的模数转换器和三态缓冲器，所述信号放大器将放大之后的信号传输到模数转换器进行信号转换，所述三态缓冲器进行数据缓冲之后将数据传输到控制处理单元。
作为本发明一种优选的技术方案，所述控制处理单元采用MSP430F149单片机作为核心控制器件，所述MSP430F149单片机输出端连接有液晶显示屏和数模转换器，所述数模转换器输出端电性连接有信号发射器，且所述MSP430F149单片机采用外接电源进行供电。
作为本发明一种优选的技术方案，所述DS18B20智能温度传感器的工作电源由VDD引脚接入，其VDD端用3～5.5V电源供电。
作为本发明一种优选的技术方案，所述远程通信单元包括用于完成远程信号传输的GSM通信模块、用于接收外部信号的数据接收模块以及用于存储数据的数据存储模块，且所述数据存储模块分别与GSM通信模块、数据接收模块电性连接进行数据存储。
作为本发明一种优选的技术方案，所述DS18B20智能温度传感器主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码(CRC)发生器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述控制处理单元输出端电性连接有保护电路安全的安全单元和降低锂电池系统整体温度的散热单元。
作为本发明一种优选的技术方案，所述控制处理单元输入端连接有用于测试电池电压和电流的测试单元，且所述控制处理单元输出端电性连接有充放电电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用外部NTC温度传感器对分别对锂电池系统的单个电池分别进行温度检测，便于及时了解每一个单个电池的外部温度，避免局部温度过高或者过低带来的不良影响，从而全面连接整个锂电池系统的工作温度情况，提高检测结果的准确性。
(2)本发明采用外部温度检测单元和内部温度检测单元相结合的方式，分别从内部和外部对锂电池系统的每一个独立电池进行单独的温度检测，利用内外结合的方式便于全面了解电池的工作温度，从而有利于整个电池管理系统对锂电池系统的有效管理，起到了良好的保护作用。
(3)同时，本发明采用远程通信单元实现远程通信，从而实现远程控制，同时配合安全单元和散热单元进行保护，有效避免出现安全问题。
附图说明
图1为本发明的整体流程示意图；
图2为本发明的DS18B20智能温度传感器内部结构示意图；
图3为本发明远程通信单元的结构示意图。
图中：1-外部温度检测单元；2-控制处理单元；3-内部温度检测单元；4-锂电池系统；5-信号转换单元；6-远程通信单元；7-DS18B20智能温度传感器；8-安全单元；9-散热单元；10-充放电电路；11-测试单元；
101-外部NTC温度传感器；102-滤波电路；103-信号放大器；
201-MSP430F149单片机；202-液晶显示屏；203-数模转换器；204-信号发射器；205-外接电源；
501-模数转换器；502-三态缓冲器；
601-GSM通信模块；602-数据接收模块；603-数据存储模块。
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。
实施例：
如图1至图3所示，本发明提供了一种基于NTC温度检测的电池管理系统，包括外部温度检测单元1、控制处理单元2、内部温度检测单元3和锂电池系统4，所述外部温度检测单元1和内部温度检测单元3对锂电池系统4进行温度检测，所述内部温度检测单元3与控制处理单元2电性连接，所述控制处理单元2输出端电性连接有远程通信单元6；
所述锂电池系统4由若干个串联的电池组成，所述外部温度检测单元1包括若干个设置在单个锂电池的外部NTC温度传感器101，所述外部NTC温度传感器101通过和滤波电路102电性连接进行滤波处理，所述滤波电路102通过信号放大器103将信号放大之后，所述信号放大器103与控制处理单元2电性连接进行信号传输，外部NTC温度传感器101直接对电池的外部温度进行检测，检测之后的温度数据通过滤波电路102进行滤波处理，有效滤除多余的干扰信号，之后经过信号放大器103进行信号放大之后，经过信号转换单元5进行转换传输到信号转换单元5内部，之后通过信号转换单元5转换之后传输到控制处理单元2，进行数据分析处理。
NTC温度传感器的优点：灵敏度高，这使得热敏电阻感应温度变化非常小；精度高，热敏电阻同时提供高绝对精度和互换性；费用低，耐用性强：由于其封装方式，热敏电阻非常坚固；灵活性强：热敏电阻可以配置成各种各样的物理形式，包括非常小的封装；密封性好：玻璃封装提供了一种密封封装，消除湿气引起传感器故障；且表面贴装：广泛的尺寸和耐公差可供选择。
所述信号转换单元5包括电性连接的模数转换器501和三态缓冲器502，所述信号放大器103将放大之后的信号传输到模数转换器501进行信号转换，所述三态缓冲器502进行数据缓冲之后将数据传输到控制处理单元2，在信号转换单元5进行信号转换时，先通过模数转换器501将检测到的模拟信号转换为数字信号，之后经过三态缓冲器502的缓冲处理，保证数据传输更加顺利，避免数据信号之间的干扰。
所述内部温度检测单元3具体由若干个安装在电池内部并测量电池内部温度的DS18B20智能温度传感器7组成，同时利用多个DS18B20智能温度传感器7对电池内部进行温度的直接检测，从电池的内部进行温度检测，同时检测之后的数据直接传输到控制处理单元2内部进行分析处理。
所述DS18B20智能温度传感器7主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码(CRC)发生器，64位光刻ROM的排列是：开始8位是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码，光刻R0M的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这可实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的，暂存存储器包含了8个连续字节，前2个字节是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个字节是温度的高8位，第3个和第4个字节是TH、TL的易失性拷贝，第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这3个字节的内容在每一次上电复位时被刷新，第6、7、8个字节用于内部计算，第9个字节是冗余检验字；
其工作原理如下：
高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，DS18B20测量温度原理停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
利用外部温度检测单元1检测电池的外部温度，利用内部温度检测单元3检测电池的内部温度，内外结合的方式进行温度检测，提高检测结果的准确性，有利于精准把握整个锂电池系统4的温度情况，避免局部温度出现过高的情况而产生危险，从而有效避免安全事故的发生，同时便于整个电池管理系统对锂电池系统进行有效管理，延长整个电池系统的工作时间和使用寿命。
所述DS18B20智能温度传感器7的工作电源由VDD引脚接入，其VDD端用3～5.5V电源供电，保证DS18B20智能温度传感器7的正常工作，DS18B20智能温度传感器7在检测到温度数据之后，可将被测温度直接转换成计算机能识别的数字信号输出，温度值不需要经电桥电路先获取电压模拟量，再经信号放大和A/D转换成数字信号，解决了传统温度传感器存在的因参数不一致性，在更换传感器时会因放大器零漂而必须对电路进行重新调试的问题，使用方便，提高了测试精度，检测之后的数据直接传输到控制处理单元2，控制处理单元2对外部温度检测单元1和内部温度检测单元3的数据进行分析检测。
所述控制处理单元2采用MSP430F149单片机201作为核心控制器件，利用MSP430F149单片机201作为核心控制器，利用MSP430F149单片机201的低功耗，有效减少损耗，同时所述MSP430F149单片机201输出端连接有液晶显示屏202和数模转换器203，液晶显示屏202直接输出检测到的数据信号并显示，所述数模转换器203输出端电性连接有信号发射器204，同时数模转换器203将分析之后的数据信号转换为模拟信号，通过信号发射器204发射出去并传输到电动汽车的车载控制系统，从而实现数据交互，且所述MSP430F149单片机201采用外接电源205进行供电。
所述远程通信单元6包括用于完成远程信号传输的GSM通信模块601、用于接收外部信号的数据接收模块602以及用于存储数据的数据存储模块603，且所述数据存储模块603分别与GSM通信模块601、数据接收模块602电性连接进行数据存储，同时利用远程通信单元6进行远程通信，利用GSM通信模块601的信息接收与传递，实现和远程服务端的信息交流，同时数据接收模块602接收MSP430F149单片机201检测到的温度数据并传输到数据存储模块603进行存储，且数据存储模块603也存储来自GSM通信模块601的通信信息，便于及时调用，且数据存储模块603具体可以采用云存储或者SD卡存储的方式进行存储。
所述控制处理单元2输出端电性连接有保护电路安全的安全单元8和降低锂电池系统4整体温度的散热单元9，安全单元8利用过压保护电路和限流器等电路保护设备对电池的充放电系统进行良好的保护，避免能出现过压或者短路的情况，保护整个电路，且利用散热单元9进行散热处理，有效降低电池的温度，起到一定的保护作用。
所述控制处理单元2输入端连接有用于测试电池电压和电流的测试单元11，且所述控制处理单元2输出端电性连接有用于锂电池系统4充放电的充放电电路10，同时利用测试大暖10具体测量电池的工作电流和电压，避免出现危险情况。
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 (8)

1.一种基于NTC温度检测的电池管理系统，其特征在于：包括外部温度检测单元(1)、控制处理单元(2)、内部温度检测单元(3)和锂电池系统(4)，所述外部温度检测单元(1)和内部温度检测单元(3)对锂电池系统(4)进行温度检测，所述外部温度检测单元(1)检测的数据信号经过信号转换单元(5)进行转换之后传输到控制处理单元(2)内部，所述内部温度检测单元(3)与控制处理单元(2)电性连接，所述控制处理单元(2)输出端电性连接有远程通信单元(6)；
所述锂电池系统(4)由若干个串联的电池组成，所述外部温度检测单元(1)包括若干个设置在单个锂电池的外部NTC温度传感器(101)，所述外部NTC温度传感器(101)通过和滤波电路(102)电性连接进行滤波处理，所述滤波电路(102)通过信号放大器(103)将信号放大之后，所述信号放大器(103)与信号转换单元(5)电性连接进行信号传输，所述内部温度检测单元(3)具体由若干个安装在电池内部并测量电池内部温度的DS18B20智能温度传感器(7)组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于NTC温度检测的电池管理系统，其特征在于：所述信号转换单元(5)包括电性连接的模数转换器(501)和三态缓冲器(502)，所述信号放大器(103)将放大之后的信号传输到模数转换器(501)进行信号转换，所述三态缓冲器(502)进行数据缓冲之后将数据传输到控制处理单元(2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于NTC温度检测的电池管理系统，其特征在于：所述控制处理单元(2)采用MSP430F149单片机(201)作为核心控制器件，所述MSP430F149单片机(201)输出端连接有液晶显示屏(202)和数模转换器(203)，所述数模转换器(203)输出端电性连接有信号发射器(204)，且所述MSP430F149单片机(201)采用外接电源(205)进行供电。
4.根据权利要求1所述的一种基于NTC温度检测的电池管理系统，其特征在于：所述DS18B20智能温度传感器(7)的工作电源由VDD引脚接入，其VDD端用3～5.5V电源供电。
5.根据权利要求1所述的一种基于NTC温度检测的电池管理系统，其特征在于：所述远程通信单元(6)包括用于完成远程信号传输的GSM通信模块(601)、用于接收外部信号的数据接收模块(602)以及用于存储数据的数据存储模块(603)，且所述数据存储模块(603)分别与GSM通信模块(601)、数据接收模块(602)电性连接进行数据存储。
6.根据权利要求1所述的一种基于NTC温度检测的电池管理系统，其特征在于：所述DS18B20智能温度传感器(7)主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码(CRC)发生器。
7.根据权利要求1所述的一种基于NTC温度检测的电池管理系统，其特征在于：所述控制处理单元(2)输出端电性连接有保护电路安全的安全单元(8)和降低锂电池系统(4)整体温度的散热单元(9)。
8.根据权利要求1所述的一种基于NTC温度检测的电池管理系统，其特征在于：所述控制处理单元(2)输入端连接有用于测试电池电压和电流的测试单元(11)，且所述控制处理单元(2)输出端电性连接有充放电电路(10)。
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