CN109061487A - 一种电池管理系统结构及其检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电源管理领域，尤其涉及一种电池管理系统结构及其检测电路。本发明提供一种能够实现电池组管理与控制的管理系统结构，同时基于该结构提供了检测电路，提供了能够进一步提高数据监测内容以及精度，便于进行功能拓展，能够进一步提高其应用范围以及效果。该管理系统运行稳定可靠，能够获得精度在±5以内的SOC估算结果，对提高电池组管理与控制提供了技术基础。

Description

一种电池管理系统结构及其检测电路
技术领域
本发明属于电源管理领域，尤其涉及一种电池管理系统结构及其检测电路。
背景技术
电池管理系统是保证电池组长期稳定运行的重要控制结构，一方面要尽可能的使得电池组内各电池能够充分发挥其性能，保证电池组整体的输出能力，另一方面要能够对电池组整体以及内部单个电池的运行状态进行有效控制，保证输入输出的安全有效，目前的电池管理系统主要集中在微网、科研、汽车等领域，各个管理系统针对的领域以及系统特点各不相同，虽然近年来电池管理系统的技术得到长足发展，但在为信号检测精度、通讯质量以及数据收集检测自己处理等方面仍需改善，使得整个电池管理系统的实际应用还需要大量的实际工作。
发明内容
本发明创造的目的在于，提供一种电池管理系统结构以及基于该管理系统的检测电路。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
一种电池管理系统结构，包括用于作为主控芯片的STM32F103C8T6单片机、用于实现数据获取的数据采集模块、用于实现数据传输的通信模块、用于实现保护控制的保护模块以及用于提供电能的电源模块；
STM32F103C8T6单片机的外部设置有8MHz晶振，8MHz晶振连接在STM32F103C8T6单片机的OSC-IN、OSC-OUT引脚；
数据采集模块包括用于实现并联电池组内单电池电压采集的LTC6802-1，其中LTC6802-1的C1至C10引脚依次连接至并联电池组中电池的正极，其C11、C12以及V+与C10连接，LTC6802-1运行于单芯片模式，其TOS引脚连接至低电平、VMODE引脚连接至高电平，其NMB引脚与引脚VREG连接，其通信引脚通过接+5V上拉电压后与STM32F103C8T6单片机的SPI通信接口连接；还包括串联至放电回路中的电流采样电阻RS1，RS1连接有加法电路，RS1的采样信号通过与+1.5V基准电压叠加后送入STM32F103C8T6单片机的PA6端口；还包括分别于并联电池组中每个电池依次连接的多个DS18B20，DS18B20的信号线接+3.3V的上拉电阻后连接至STM32F103C8T6单片机的PA10端口，各DS18B20的VDD口接3.3V/DC外部电源；
通信模块包括TJA1040总线收发器，TJA1040总线收发器的TXD、RXD口分别与STM32F103C8T6单片机的PA12、PA11连接；还包括用于连接USB接口与STM32F103C8T6单片机的CH340G转接芯片，CH340G的TXD和RXD引脚与STM32F103C8T6单片机的USART2-RX和USART2-TX引脚相连；
保护模块包括受STM32F103C8T6单片机控制的继电器K2，继电器K2与STM32F103C8T6单片机的PB0接口相连，PB0与继电器K2之间连接有NPN三极管；当检测到电压过高时，通过继电器K2切断切断电池组与负载的连接；还包括与并联电池组内单电池相连的DW01芯片。
对上述方案地进一步优化包括，STM32F103C8T6单片机的内部通过寄存器将8MHz信号转换为72MHz系统时钟；8MHz晶振对应的匹配电容为22pF；8MHz晶振还并联有1MΩ的起振电阻；STM32F103C8T6单片机的PA8、PA9端口连接有SD2405ALPI时钟芯片以获取准确的时钟数据，在SD2405ALPI时钟芯片的SCL和SDA接口上分别接有+3.3V的上拉电阻。
对上述方案地进一步优化包括，还包括均衡模块，均衡模块用于电池充电后期进行均衡控制，包括与并联电池组相连的LTC6802-1，LTC6802-1的均衡端口与PMOS管连接，STM32F103C8T6单片机通过控制PMOS管实现均衡控制，其均衡电阻为4.2Ω，最大均衡电流为1A。
对上述方案地进一步优化包括，还包括与RS1外侧采样电路相连的放大器OP07A，RS1的采样信号经过放大器OP07A以及外围电路放大后接入STM32F103C8T6单片机的PA6端口，其放大倍数为10倍。
基于上述电池管理系统结构的检测电路，包括用于实现并联电池组总电压采集的分压电路，包括用于分压的精密电阻R48＝1KΩ和R52＝14KΩ，分压电路的两端与电池组正负极相连，通过R48和R52分压后的分压值经过LMV358进行跟随后连接RC滤波电路然后送入STM32F103C8T6单片机的PA4端口。
对上述方案地进一步优化包括，所述分压电路中还包括用于产生+1.5V基准电压的REF02，并将+1.5V基准电压接入STM32F103C8T6单片机的PA4端口，将分压电路采集的分压值接入STM32F103C8T6单片机的PA5端口。
其有益效果在于：本发明提供了一种功能完善，能够实现电池组管理与控制的管理系统结构，同时基于该结构提供了检测电路，提供了能够进一步提高数据监测内容以及精度，便于进行功能拓展，能够进一步提高其应用范围以及效果。该管理系统运行稳定可靠，能够获得精度在±5以内的SOC估算结果，对提高电池组管理与控制提供了技术基础。
附图说明
图1是本发明的电池管理系统结构原理图；
图2是STM32F103C8T6单片机功能分配接口表；
图3是本发明的电池管理系统中电源结构示意图；
图4是本发明中电压采集的分压电路示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
本发明的一种电池管理系统结构原理如图1所示，其主要结构包括用于作为主控芯片的STM32F103C8T6单片机、用于实现数据获取的数据采集模块、用于实现数据传输的通信模块、用于实现保护控制的保护模块以及用于提供电能的电源模块；特别的，本实施例中还包括存储模块。
STM32F103C8T6单片机的外部设置有8MHz晶振，通过外部晶体振荡器，能够避免始终准确度下降，提高数据的准确性，8MHz晶振连接在STM32F103C8T6单片机的OSC-IN、OSC-OUT引脚；STM32F103C8T6单片机的内部通过相关的寄存器将8MHz信号转换产生72MHz系统时钟；8MHz晶振对应的匹配电容为22pF；8MHz晶振还并联有1MΩ的起振电阻以降低起振难度使其更容易起振；在具体实施过程中，为便于操作以及电路设计，STM32F103C8T6单片机采用BOOT0接低电平的正常启动模式。STM32F103C8T6单片机作为系统控制中心，应当根据相应功能分配接口，其分配表如图2所示。
在本实施例中还需要电源模块以向各不同芯片提供工作电压，为简化系统结构，本实施例中利用电池组进行供电，通过DC-DC降压结构获取±12V电压、+12V电压通过一个LM2596降压结构获得+5V电压，之后通过三端稳压器获取供单片机芯片使用的+3.3V电压，其中12V、5V电压用于其他芯片的供电，其具体电路结构件如图3所示。
为实现系统管理中有关SOC估算以及数据存储等功能，需要提供一个绝对时间以便于后期系统的维护和查询，本实施例中，STM32F103C8T6单片机的PA8、PA9端口连接有SD2405ALPI时钟芯片以获取准确的时钟数据，同时为提高数据的准确性和可靠性，消除误差，在SD2405ALPI时钟芯片的SCL和SDA接口上分别接有+3.3V的上拉电阻。
数据采集模块包括用于实现并联电池组内单电池电压采集的LTC6802-1，其中LTC6802-1的C1至C10引脚依次连接至并联电池组中电池的正极，其C11、C12以及V+与C10连接，V-与电池组负极连接，LTC6802-1运行于单芯片模式，其TOS引脚连接至低电平、VMODE引脚连接至高电平，其NMB引脚与引脚VREG连接，其通信引脚通过接+5V上拉电压后与STM32F103C8T6单片机的SPI通信接口连接。
在本实施例中，LTC6802-1工作在非监测模式下，不需要使用看门狗定时器，也不需要GPIO1、GPIO2引脚，因此将WDTB、GPIO1以及GPIO2引脚拉高。
还包括串联至放电回路中的电流采样电阻RS1，RS1连接有加法电路，RS1的采样信号通过与+1.5V基准电压叠加后送入STM32F103C8T6单片机的PA6端口；还包括分别于并联电池组中每个电池依次连接的多个DS18B20，DS18B20的信号线接+3.3V的上拉电阻后连接至STM32F103C8T6单片机的PA10端口，各DS18B20的VDD口接3.3V/DC外部电源；
由于STM32F103C8T6单片机的内部集成有CAN通信接口，因此可采用TJA1040总线收发器作为驱动CAN控制器与物理总线之间的接口，TJA1040总线收发器的TXD、RXD口分别与STM32F103C8T6单片机的PA12、PA11连接。从简化电路结构，节省开发时间的目的出发，本实施例中采用USB接口转接电路，包括用于连接USB接口与STM32F103C8T6单片机的CH340G转接芯片，CH340G的TXD和RXD引脚与STM32F103C8T6单片机的USART2-RX和USART2-TX引脚相连；同时通过上位机的USB口为CH340G转接芯片充电以简化电路。
保护模块包括受STM32F103C8T6单片机控制的继电器K2，继电器K2与STM32F103C8T6单片机的PB0接口相连，PB0与继电器K2之间连接有NPN三极管；当检测到电压过高时，通过继电器K2切断切断电池组与负载的连接；还包括与并联电池组内单电池相连的DW01芯片。
还包括均衡模块，均衡模块用于电池充电后期进行均衡控制，包括与并联电池组相连的LTC6802-1，LTC6802-1的均衡端口与PMOS管连接，STM32F103C8T6单片机通过控制PMOS管实现均衡控制，其均衡电阻为4.2Ω，最大均衡电流为1A。
为进一步提高上述电池管理系统的功能，使其具备进一步开发的可能以及提高其数据准确度，本发明还提供基于上述电池管理系统结构的检测电路。
如图4所示的，包括用于实现并联电池组总电压采集的分压电路，包括用于分压的精密电阻R48＝1KΩ和R52＝14KΩ，分压电路的两端与电池组正负极相连，通过R48和R52分压后的分压值范围在2V～2.8V左右，为了消除信号中脉冲信号对A/D的影响，采用LMV358对分压值进行跟随后连接RC滤波电路进行滤波。由于单片机芯片自带的参考电压精度过低，因此本发明中还包括用于产生+1.5V基准电压的REF02，并将+1.5V基准电压接入STM32F103C8T6单片机的PA4端口，将分压电路采集的分压值接入STM32F103C8T6单片机的PA5端口。
对上述方案地进一步优化包括，还包括与RS1外侧采样电路相连的放大器OP07A，RS1的采样信号经过放大器OP07A以及外围电路放大后接入STM32F103C8T6单片机的PA6端口，其放大倍数为10倍。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种电池管理系统结构，其特征在于，包括用于作为主控芯片的STM32F103C8T6单片机、用于实现数据获取的数据采集模块、用于实现数据传输的通信模块、用于实现保护控制的保护模块以及用于提供电能的电源模块；
所述STM32F103C8T6单片机的外部设置有8MHz晶振，所述8MHz晶振连接在STM32F103C8T6单片机的OSC-IN、OSC-OUT引脚；
所述数据采集模块包括用于实现并联电池组内单电池电压采集的LTC6802-1，其中LTC6802-1的C1至C10引脚依次连接至并联电池组中电池的正极，其C11、C12以及V+与C10连接，LTC6802-1运行于单芯片模式，其TOS引脚连接至低电平、VMODE引脚连接至高电平，其NMB引脚与引脚VREG连接，其通信引脚通过接+5V上拉电压后与STM32F103C8T6单片机的SPI通信接口连接；还包括串联至放电回路中的电流采样电阻RS1，RS1连接有加法电路，RS1的采样信号通过与+1.5V基准电压叠加后送入STM32F103C8T6单片机的PA6端口；还包括分别于并联电池组中每个电池依次连接的多个DS18B20，DS18B20的信号线接+3.3V的上拉电阻后连接至STM32F103C8T6单片机的PA10端口，各DS18B20的VDD口接3.3V/DC外部电源；
所述通信模块包括TJA1040总线收发器，TJA1040总线收发器的TXD、RXD口分别与STM32F103C8T6单片机的PA12、PA11连接；还包括用于连接USB接口与STM32F103C8T6单片机的CH340G转接芯片，CH340G的TXD和RXD引脚与STM32F103C8T6单片机的USART2-RX和USART2-TX引脚相连；
所述保护模块包括受STM32F103C8T6单片机控制的继电器K2，继电器K2与STM32F103C8T6单片机的PB0接口相连，PB0与继电器K2之间连接有NPN三极管；当检测到电压过高时，通过继电器K2切断切断电池组与负载的连接；还包括与并联电池组内单电池相连的DW01芯片。
2.一种电池管理系统结构，其特征在于，所述所述STM32F103C8T6单片机的内部通过寄存器将8MHz信号转换为72MHz系统时钟；8MHz晶振对应的匹配电容为22pF；8MHz晶振还并联有1MΩ的起振电阻；所述STM32F103C8T6单片机的PA8、PA9端口连接有SD2405ALPI时钟芯片以获取准确的时钟数据，在SD2405ALPI时钟芯片的SCL和SDA接口上分别接有+3.3V的上拉电阻。
3.一种电池管理系统结构，其特征在于，还包括均衡模块，所述均衡模块用于电池充电后期进行均衡控制，包括与并联电池组相连的LTC6802-1，LTC6802-1的均衡端口与PMOS管连接，STM32F103C8T6单片机通过控制PMOS管实现均衡控制，其均衡电阻为4.2Ω，最大均衡电流为1A。
4.根据权利要求1所述一种电池管理系统结构，其特征在于，还包括与RS1外侧采样电路相连的放大器OP07A，RS1的采样信号经过放大器OP07A以及外围电路放大后接入STM32F103C8T6单片机的PA6端口，其放大倍数为10倍。
5.基于电池管理系统结构的检测电路，其特征在于，包括用于实现并联电池组总电压采集的分压电路，包括用于分压的精密电阻R48＝1KΩ和R52＝14KΩ，分压电路的两端与电池组正负极相连，通过R48和R52分压后的分压值经过LMV358进行跟随后连接RC滤波电路再送入STM32F103C8T6单片机的PA4端口。
6.根据权利要求5所述电池管理系统结构的检测电路，其特征在于，所述分压电路中还包括用于产生+1.5V基准电压的REF02，并将+1.5V基准电压接入STM32F103C8T6单片机的PA4端口，将分压电路采集的分压值接入STM32F103C8T6单片机的PA5端口。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Mei Xin

Inventor after: Qi Hui

Inventor after: Feng Wei

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Inventor after: Duan Xiaofeng

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