CN109687046A - 一种电池管理系统 - Google Patents

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周敏
魏旭
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Abstract

本发明提供了一种电池管理系统，包括电流检测模块、网络通讯模块、控制模块、电压检测模块、隔离电源模块、功率开关模块、恒流充电模块；所述控制模块连接控制电流检测模块、网络通讯模块、电压检测模块、功率开关模块，所述功率开关模块连接于电池组的输出级，功率开关模块的输入端和输出端各连接有电流检测模块，功率开关模块还有输出支路给控制模块供电，在该输出支路上接有电压检测模块；所述控制模块还独立连接控制有电压检测模块，该电压检测模块中的检测端接入功率开关模块的输入支路。本发明通过采用多传感器融合及以太网远程控制技术，可以实现电池状态及健康状况在线综合管理，确保电池在装备任务执行前实时监控。

Description

一种电池管理系统
技术领域
本发明涉及一种电池管理系统，属于化学电池及电子控制领域。
背景技术
电池是很多装备中最关键核心部件之一，其可靠性、放电性能、性能健康状况对装备承担的任务完成效果至关重要。目前很多装备的电池均采用裸电池的方式，在电池完成装机后，电池性能的检测就成为一个很大难题，每次检测都需要将电池组从产品上拆下来，检测好后又装回去，费力又不安全，拆装过程无形增加了人为因素风险，极大影响系统装备执行任务的可靠性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池管理系统，该电池管理系统通过采用多传感器融合及以太网远程控制技术，可以实现电池状态及健康状况在线综合管理，确保电池在装备任务执行前实时监控。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种电池管理系统，包括电流检测模块、网络通讯模块、控制模块、电压检测模块、隔离电源模块、功率开关模块、恒流充电模块；所述控制模块连接控制电流检测模块、网络通讯模块、电压检测模块、功率开关模块，所述功率开关模块连接于电池组的输出级，功率开关模块的输入端和输出端各连接有电流检测模块，功率开关模块还有输出支路给控制模块供电，在该输出支路上接有电压检测模块；所述控制模块还独立连接控制有电压检测模块，该电压检测模块中的检测端接入功率开关模块的输入支路，控制模块还独立连接控制有电池单体电压检测模块，电池单体电压检测模块的检测端接入至电池组；外部输入分两路分别接至电池组和控制模块，其中接至控制模块的支路上接有隔离电源模块，接至电池组的支路上接有恒流充电模块。
所述电流检测模块、网络通讯模块、电池单体电压检测模块、控制模块、电压检测模块位于同一电路板，所述网络通讯模块设置在电路板的边缘部分，所述电流检测模块、电池单体电压检测模块、电压检测模块在电路板上设置在控制模块的周围且将网络通讯模块和控制模块相隔开。
所述隔离电源模块、功率开关模块、恒流充电模块位于不同层电路板，以堆叠方式安装。
所述控制模块还连接控制有温度检测模块，温度检测模块检测端接至电池组。
所述温度检测模块采用数字温度传感器，检测数据以I2C通讯方式输出。
所述控制模块为FPGA芯片。
所述电流检测模块采用霍尔电流传感器，检测数据以RS-422通讯方式输出。
所述电池单体电压检测模块的数据交互接口采用高频调制变压器隔离，检测数据以I2C通讯方式输出。
所述网络通讯模块以双冗余热备份方式，双通道同时收发数据。
本发明的有益效果在于：首次在同类装备中采用电池管理系统，极大提高电池可靠性，提高装备任务试验成功率；创新地采用了多传感器融合技术，极大提高管理模块的控制精度和检测覆盖范围；首次采用以太网双冗余热备份技术，极大提高管理模块远程控制的可靠性；采用高频调制变压器隔离技术，实现电池与管理模块检测控制电路之间的物理隔离，极大提高管理模块及电池工作安全性；控制模块与恒流充电模块、温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块、电池单体电压检测模块、功率开关模块和网络通讯模块之间采用数字传输，解决传输干扰问题，提高了模块工作的可靠性；采用霍尔电流传感器在线检测电池充电和放电电流，具有隔离性好，精度高的优点。
附图说明
图1是本发明原理示意图；
图2是本发明的安装示意图；
图3是图2的A向侧视图；
图4是本发明中控制模块的控制时序示意图。
图中：1-电流检测模块，2-网络通讯模块，3-电池单体电压检测模块，4-控制模块，5-电压检测模块，6-温度检测模块，7-隔离电源模块，8-功率开关模块，9-恒流充电模块。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图3所示的一种电池管理系统，包括恒流充电模块、隔离电源模块、温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块、电池单体电压检测模块、控制模块、功率开关模块和网络通讯模块。所述恒流充电模块、隔离电源模块、温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块、电池单体电压检测模块、控制模块、功率开关模块、网络通讯模块装配于铝镁合金的电磁屏蔽壳体内。控制模块、功率开关模块和恒流充电模块采用搭积木方式堆叠安装。
所述电流检测模块采用霍尔电流传感器，传感器电流检测数据采用RS-422通讯方式输出。
所述温度检测模块采用数字温度传感器，温度检测数据采用I2C通讯方式输出。
所述控制模块采用FPGA芯片实现，控制模块数据交互接口采用电平变换隔离。
所述单体电压检测模块数据交互接口采用高频调制变压器隔离，检测数据采用I2C通讯方式输出。
所述控制模块、功率开关模块和恒流充电模块采用搭积木方式堆叠安装。可以最大限度利用安装空间，有效解决板间空气对流散热问题。
所述电压检测模块、电池单体电压检测模块、温度检测模块和控制模块设计在同一块PCB印制板上。温度传感器与控制模块采用J30-15TL连接器连接。
所述网络模块采用双冗余热备份方式，双通道同时收发数据，可以显著提高模块通讯可靠性。
各模块的功能如下：
所述恒流充电模块主要完成火工品电池的恒流恒压充电功能。
所述隔离电源模块主要完成外部电源的隔离转换功能。
所述温度检测模块主要完成火工品电池工作温度检测功能。
所述电流检测模块主要完成火工品电池充电、放电电流检测功能。
所述电压检测模块主要完成火工品电池总电压、输出电压和输入电压检测功能。
所述电池单体电压检测模块主要完成8节火工品电池单体电压的检测功能。
所述控制模块主要完成火工品电池管理模块各组成模块的控制、协调、通讯协议处理、检测数据分析和处理功能。
所述功率开关模块主要完成在控制模块的指令控制下完成大功率电子开关的导通和关闭功能。
所述网络模块在控制模块控制下主要完成与外部设备进行数据、信息的交互功能。
本发明的工作原理：
外部设备提供的电源经过接口传输至隔离电源模块和恒流充电模块。隔离电源模块将外部输入电压转换成内部模块工作需要的电源电压值并输送到温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块、电池单体电压检测模块、控制模块、功率开关模块和网络通讯模块，各模块开始工作。
控制模块根据图4所示时序送出的控制信号经接口传输至电压检测模块、电池单体电压检测模块，模块内部的AD芯片依据控制信号开始采集电池电压，电压检测模块、电池单体电压检测模块采集的电池电压和单体电池电压数据，通过接口传输到控制模块的FPGA芯片，FPGA芯片依据控制协议和数据处理规则对收到的电池电压数据进行分析，当检测到电池电压过低后，通过RS-422接口输出控制信号至恒流充电模块，恒流充电模块工作并对电池进行恒压恒流充电，当控制模块接收到电池电压升高到额定值后输出“停止充电”指令给恒流充电模块，模块停止充电。
网络通讯模块通过以太网与外部控制设备通讯，并将接收的指令通过RS-422接口传输给控制模块，当控制模块接收到网络通讯模块传输的“K1导通”信息后，输出“K1导通”指令给功率开关模块。功率开关模块的功率电子开光管导通将电池电压输出。
温度检测模块实时采集温度数据，通过I2C接口将温度数据传输给控制模块，控制模块将温度数据进行分析，当温度值大于保护门限则对火工品电池进行过温保护，并通过网络通讯模块向外部设备传输电池过温保护状态信息。当电流检测模块检测到电池充电或放电电流超过设置的保护门限时，对电池进行过流保护，并通过网络通讯模块向外部设备传输电池过流保护状态信息，当电池单体电压检测模块检测到单体电压超过门限值时，控制模块对电池进行过压保护，并通过网络通讯模块向外部设备传输电池过流保护状态信息。控制模块依据传感器采集的各项数据对电池性能、容量进行分析，并输出电池容量信息，确保外部能实时感知火工品电池的状态、容量等。外部设备通过网络通讯模块可以实时检测到火工品电池的状态并对电池进行操作。

Claims (9)

1.一种电池管理系统，包括电流检测模块(1)、网络通讯模块(2)、控制模块(4)、电压检测模块(5)、隔离电源模块(7)、功率开关模块(8)、恒流充电模块(9)，其特征在于：所述控制模块(4)连接控制电流检测模块(1)、网络通讯模块(2)、电压检测模块(5)、功率开关模块(8)，所述功率开关模块(8)连接于电池组的输出级，功率开关模块(8)的输入端和输出端各连接有电流检测模块(1)，功率开关模块(8)还有输出支路给控制模块(4)供电，在该输出支路上接有电压检测模块(5)；所述控制模块(4)还独立连接控制有电压检测模块(5)，该电压检测模块(5)中的检测端接入功率开关模块(8)的输入支路，控制模块(4)还独立连接控制有电池单体电压检测模块(3)，电池单体电压检测模块(3)的检测端接入至电池组；外部输入分两路分别接至电池组和控制模块(4)，其中接至控制模块(4)的支路上接有隔离电源模块(7)，接至电池组的支路上接有恒流充电模块(9)。
2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述电流检测模块(1)、网络通讯模块(2)、电池单体电压检测模块(3)、控制模块(4)、电压检测模块(5)位于同一电路板，所述网络通讯模块(2)设置在电路板的边缘部分，所述电流检测模块(1)、电池单体电压检测模块(3)、电压检测模块(5)在电路板上设置在控制模块(4)的周围且将网络通讯模块(2)和控制模块(4)相隔开。
3.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述隔离电源模块(7)、功率开关模块(8)、恒流充电模块(9)位于不同层电路板，以堆叠方式安装。
4.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述控制模块(4)还连接控制有温度检测模块(6)，温度检测模块(6)检测端接至电池组。
5.如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于：所述温度检测模块(6)采用数字温度传感器，检测数据以I2C通讯方式输出。
6.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述控制模块(4)为FPGA芯片。
7.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述电流检测模块(1)采用霍尔电流传感器，检测数据以RS-422通讯方式输出。
8.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述电池单体电压检测模块(3)的数据交互接口采用高频调制变压器隔离，检测数据以I2C通讯方式输出。
9.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：所述网络通讯模块(2)以双冗余热备份方式，双通道同时收发数据。
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