CN108365653A - 一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统 - Google Patents

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徐志强
马春秀
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，包含车载电瓶、电压转换电路、带通滤波器模块，所述车载电瓶依次经过电压转换电路、带通滤波器模块连接微控制器模块；车载电瓶包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；本发明通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。

Description

一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统
技术领域
本发明属于智能监控领域，尤其涉及一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统。
背景技术
蓄电池被广泛应用于多种工业领域和人们的日常生活当中，其使用寿命与欠充、过充以及过放密切相关。如何有效保证和提高蓄电池的使用寿命是蓄电池管理系统设计中急需解决的问题。
蓄电池管理系统的设计主要从充电和放电两个方面进行，不同的应用场景所采取的充放电控制策略也各有侧重。目前，充电策略主要采用三段式充电，研究较热的主要是脉冲充电，旨在避免蓄电池欠充与过充；放电策略主要采用设置门限电压的方式，旨在避免蓄电池过放。
开关电源以小型、轻量和高效率等特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。原边反馈开关电源因省去光耦加TL431的结构，节省了系统板上的空间，降低了成本并且提高了系统的可靠性，在电源管理中得以快速发展并广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景的不足提供了一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，包含车载电瓶、电压转换电路、带通滤波器模块，所述车载电瓶依次经过电压转换电路、带通滤波器模块连接微控制器模块；
车载电瓶包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
所述市电通过充电控制电路连接蓄电池，用于控制蓄电池充电；
蓄电池与放电控制电路，用于控制蓄电池放电；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，已经将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
作为本发明一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述带通滤波器模块，包含T型高通滤波器，以及与该T型高通滤波器串联的发夹线共振腔；
所述T型高通滤波器包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一电感，所述第一电容、第二电容、第三电容依次串联，所述第一电感的一端连接在第一电容和第二电容之间，所述第一电感的另一端接地；所述第四电容的一端连接在第二电容和第三电容之间，所述第四电容的另一端通过第二电感接地。
作为本发明一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述电压转换电路，包括前级电压转换电路和与之耦接的后级电压转换电路。
作为本发明一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述前级电压转换电路包括：第一电压保护模块，耦接至供电电压并提供内部转换电压；第一电压转换模块，耦接至第一电压保护模块，根据内部转换电压将输入信号转换为前级输出信号；
作为本发明一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述后级电压转换电路包括：第二电压保护模块，产生第一反相输出信号、第一输出信号、第二反相输出信号与第二输出信号，其中，前级电压转换电路和后级电压转换电路具有多个晶体管，当供电电压的电压值大于晶体管的击穿电压时，电压转换电路保护晶体管的压差小于击穿电压，当供电电压的电压值小于击穿电压时，电压转换电路全幅输出第一反相输出信号、第一输出信号、第二反相输出信号与第二输出信号。
作为本发明一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述充电电流检测模块采用霍尔传感器。
作为本发明一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。
作为本发明一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明的供电模块电路结构简单，器件数量较少，元器件具备高温作业环境要求，体积紧凑，整体散热量较小，适合安装在井下设备细长、封闭的内部空间，实现对高温环境下宽电压、宽频率信号进行调节、限制及保护；
本发明通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。
附图说明
图1是本发明新能源汽车蓄电池充放电监控系统结构原理图；
图2是本发明带通滤波器模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，如图1所示，包含车载电瓶、电压转换电路、带通滤波器模块，所述车载电瓶依次经过电压转换电路、带通滤波器模块连接微控制器模块；
车载电瓶包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
所述市电通过充电控制电路连接蓄电池，用于控制蓄电池充电；
蓄电池与放电控制电路，用于控制蓄电池放电；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，已经将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
如图2所示，所述带通滤波器模块，包含T型高通滤波器，以及与该T型高通滤波器串联的发夹线共振腔；
所述T型高通滤波器包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一电感，所述第一电容、第二电容、第三电容依次串联，所述第一电感的一端连接在第一电容和第二电容之间，所述第一电感的另一端接地；所述第四电容的一端连接在第二电容和第三电容之间，所述第四电容的另一端通过第二电感接地。
所述电压转换电路，包括前级电压转换电路和与之耦接的后级电压转换电路。
所述前级电压转换电路包括：第一电压保护模块，耦接至供电电压并提供内部转换电压；第一电压转换模块，耦接至第一电压保护模块，根据内部转换电压将输入信号转换为前级输出信号；
所述后级电压转换电路包括：第二电压保护模块，产生第一反相输出信号、第一输出信号、第二反相输出信号与第二输出信号，其中，前级电压转换电路和后级电压转换电路具有多个晶体管，当供电电压的电压值大于晶体管的击穿电压时，电压转换电路保护晶体管的压差小于击穿电压，当供电电压的电压值小于击穿电压时，电压转换电路全幅输出第一反相输出信号、第一输出信号、第二反相输出信号与第二输出信号。
所述充电电流检测模块采用霍尔传感器。所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
12 V蓄电池在工作过程中端电压在10.5 V～14.0 V之间变化，单片机AD转换参考电压为5 V，因此需要对采样信号进行线性调理。本设计采用阻值为400 kΩ和100 kΩ，精度为1%的电阻进行分压采样，分压系数k=0.2。
蓄电池充放电电流采用霍尔传感器获取。由于传感器的输出存在2.5 V直流偏置，为消除偏置电压，减少单片机转换与计算时间，使用LM358构建差分电路，获取实际的电流转换电压进行AD采样。
电路噪声和外界干扰的存在使得AD采样信号中混有各种噪声，为提高采样信号信噪比，本文采用巴特沃斯低通滤波器设计方法设计了通带截止频率为100 Hz，阻带截止频率为500 Hz，输出增益为1的二阶有源低通滤波器对信号进行滤波处理。
系统采用PWM方式实现对蓄电池充放电过程的统一管理。根据场效应管的伏安特性可知，在MOS管的饱和区，当VGS固定时，VDS的变化对IDS的影响不大，具有恒流源特性。因此，通过数字PI控制器自适应调整场效应管的栅源电压可以得到设定的恒流输出，实现多段式恒压限流充电管理。放电过程中，蓄电池端电压会从13.1 V逐渐下降至工作截止电压10.5 V，使得蓄电池的输出不稳定。因此，采用PWM脉宽调制的方式对直流负载进行供电，使蓄电池稳定输出。
为防止由于交流电源断开后蓄电池对开关电源电路反向放电，利用二极管的单向导通特性，通过在回路中串接肖特基二极管MBR20100防止蓄电池逆向放电。同时，考虑到蓄电池接入时可能出现反接，造成电路板元件损坏，设计采用MOS管反接保护电路，通过电阻R9和稳压二极管D2提供场效应管的栅源电压。当蓄电池反接时，栅源电压VGS=0，场效应管截止，充电回路被断开。

Claims (8)

1.一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，其特征在于：包含车载电瓶、电压转换电路、带通滤波器模块，所述车载电瓶依次经过电压转换电路、带通滤波器模块连接微控制器模块；
车载电瓶包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
所述市电通过充电控制电路连接蓄电池，用于控制蓄电池充电；
蓄电池与放电控制电路，用于控制蓄电池放电；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，已经将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述带通滤波器模块，包含T型高通滤波器，以及与该T型高通滤波器串联的发夹线共振腔；
所述T型高通滤波器包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一电感，所述第一电容、第二电容、第三电容依次串联，所述第一电感的一端连接在第一电容和第二电容之间，所述第一电感的另一端接地；所述第四电容的一端连接在第二电容和第三电容之间，所述第四电容的另一端通过第二电感接地。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述电压转换电路，包括前级电压转换电路和与之耦接的后级电压转换电路。
4.根据权利要求3所述的一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述前级电压转换电路包括：第一电压保护模块，耦接至供电电压并提供内部转换电压；第一电压转换模块，耦接至第一电压保护模块，根据内部转换电压将输入信号转换为前级输出信号。
5.根据权利要求3所述的一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述后级电压转换电路包括：第二电压保护模块，产生第一反相输出信号、第一输出信号、第二反相输出信号与第二输出信号，其中，前级电压转换电路和后级电压转换电路具有多个晶体管，当供电电压的电压值大于晶体管的击穿电压时，电压转换电路保护晶体管的压差小于击穿电压，当供电电压的电压值小于击穿电压时，电压转换电路全幅输出第一反相输出信号、第一输出信号、第二反相输出信号与第二输出信号。
6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述充电电流检测模块采用霍尔传感器。
7.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。
8.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
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