CN111030245A - 一种铅酸电池管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅酸电池管理系统及其控制方法，包括：MCU主控单元、监测单元、保护单元与驱动单元，所述监测单元、保护单元与驱动单元均与外接电池连接，所述监测单元与驱动单元均与MCU主控单元连接，保护单元与驱动单元连接，所述监测单元用于监测电池的电压及电流，所述驱动单元用于外接电池的充放电，所述保护单元用于外接电池的充电保护，所述MCU主控单元用于调控整个铅酸电池管理系统。本发明采用上述结构，能够使整个串联的电池系统处于平衡状态，延长电池的使用寿命。

Description

一种铅酸电池管理系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电池管理系统技术领域，具体是一种铅酸电池管理系统及其控制方法。

背景技术

市场上低速电动车的飞速发展，其保有量越来越大，此电动车使用铅酸电池为动力电池，随着时间的推移，铅酸电池损坏严重，研究发现其损坏和充电方式及不平衡工作模式关系很大,目前实际是多节铅酸电池串联充电，串联放电，当其中一节或者多节电池有差异时候，此电池在充电、放电过程中出现过度充电、过度放电等异常情况，时间长了，会造成此电池的损坏,为了使所有电池始终工作于平衡状态，一旦某一节或者多节电池出现差压，系统工作使各节电池差压最小，使各节电池保持平衡。

发明内容

为了使串联的铅酸电池处于平衡的工作状态，本发明提供了一种铅酸电池管理系统及其控制方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种铅酸电池管理系统，包括：MCU主控单元、监测单元、保护单元与驱动单元，所述监测单元、保护单元与驱动单元均与外接电池连接，所述监测单元与驱动单元均与MCU主控单元连接，保护单元与驱动单元连接，所述监测单元用于监测电池的电压及电流，所述驱动单元用于外接电池的充放电，所述保护单元用于外接电池的充电保护，所述MCU主控单元用于调控整个铅酸电池管理系统。

本发明通过监测单元获取电池的状态然后利用MCU控制MOS管的调制进而改变驱动电路的电压实现对低电压或低电流电池充电，使整个系统处于一个平衡的工作状态以延长整个系统的使用寿命；保护单元则可以对电池进行保护，防止过度充电。

进一步地，作为优选技术方案，所述监测单元包括分压滤波电路，所述分压滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容与第二电容，所述第一电阻的一端与外接电池连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻、第一电容与第三电阻的一端连接于同一点，所述第二电阻的另一端与第一电容的另一端、第二电容的一端连接于同一点，所述第三电阻的另一端与第二电容的另一端连接于同一点并接入MCU主控单元。

进一步地，作为优选技术方案，所述驱动电路包括变压器的原边电路、放大电路及与电池节数相同的副边电路，所述副边电路包括第三二极管、第四二极管、第一副边线圈、第二副边线圈、第四电容与第五电容，所述第三二极管的负极、第四二极管的负极、第四电容的一端与第五电容的一端均与外接电池的负极连接，所述第三二极管的正极与第一副边线圈的异名端连接，所述第四二极管的正极与第二副边线圈的同名端连接，所述第一副边线圈的同名端、第二副边线圈的异名端、第四电容的另一端与第五电容的另一端均与外接电池的正极连接；所述原边电路包括变压器的原边线圈、第一定值电容、第二定值电容、第三定值电容、第四定值电容、第六电容、第七电容、第十电容、第十一电容、第七电阻、第八电阻及MOS管组，所述MOS管组包括第五电阻、第六电阻及MOS管，所述第五电阻的一端、第六电阻的一端与MOS管的栅极连接在同一点，所述第五电阻的另一端与MOS管的源极连接在同一点；所述第三定值电容的负极、第四定值电容的负极、第七电容的一端与第八电阻的一端连接，所述第一定值电容的正极、第二定值电容的正极、第六电容的一端、第七电阻的一端与MOS管的漏极连接并接入MCU主控单元，所述第三定值电容的正极、第四定值电容的正极、第七电容的另一端、第八电阻的另一端、第一定值电容的负极、第二定值电容的负极、第六电容的另一端、第七电阻的另一端与原边线圈的同名端连接，原边线圈的异名端、第一组MOS管组的源极与第二组MOS管组的漏极连接于同一点，所述第十电容的两端分别与第一组MOS管组的漏极和第二组MOS管组的漏极连接，所述第十一电容的两端分别与第二组MOS管组的漏极和第二组MOS管组的源极连接，两组MOS管组的第六电阻的另一端均与放大电路连接，所述放大电路输出端与MCU主控单元连接。

进一步地，作为优选技术方案，所述放大电路包括八脚芯片、第五二极管、第八电容、第九电容、第九电阻及第十电阻，所述芯片的VCC脚、第五二极管的正极与第九电容连接在同一点，二极管的负极荷芯片的VB脚均接于BMB，芯片的VS脚串联第八电容后接BMB，芯片的VS脚串联第九电阻后与原边线圈的异名端接于同一点，所述两组MOS管组的第六电阻分别接于芯片的HO脚及LO脚，芯片的IN脚与SD脚均与MCU主控单元连接，芯片的COM脚串联第十电阻后与MCU主控单元连接。

进一步地，作为优选技术方案，所述保护单元包括第一二极管、第二二极管、第三电容与第四电阻，所述第一二极管的负极与第一副边线圈的异名端连接，第二二极管的负极与第二副边线圈的同名端连接，所述第一二极管的正极与第三电容一端连接，所述第三电容的另一端与所述第四电阻连接于同一点再与外接电池连接，所述第四电阻的另一端与所述第二二极管的正极连接，所述第一二级管的正极与所述第二二极管的正极连接于同一点。

一种铅酸电池管理系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、在MCU中预设一个比较值A；

S2、监测单元监测每节电池的电压U并将其传回MCU；

S3、MCU根据每节电池电压U计算电池的均衡平方和B；

S4、MCU比较B的大小，若B大于0且小于A时，MCU输出占空比为50％的脉冲信号控制MOS管从而改变驱动电路的电压继而对低电压电池充电；若B大于等于A且小于等于3600时，MCU输出占空比为(66-B/100)％的脉冲信号控制MOS管从而改变驱动电路的电压继而对低电压电池充电。

进一步地，作为优选技术方案，所述均衡平方和B的计算公式为B＝(U₁-U_总/n)^2+(U₂-U_总/n)^2+……+(U_n-U_总/n)^2，其中U₁为第一节电池电压，U₂为第二节电池电压，……，U_n为第n节电池的电压，U_总为总电压，n为电池节数且为大于0的正整数。

本发明相比于现有技术，具有的有益效果是根据监测到的电池状态计算电池的压差，利用压差计算均衡平方和，然后根据均衡平方和利用MCU控制MOS管从而改变变压器的电压实现对问题电池的针对性充电，使整个系统处于一个平衡状态，从而延长电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的部分原边电路及放大电路；

图3为本发明的部分副边电路及保护电路；

图4为本发明的部分电池监测单元；

图5为MCU主控单元部分电路图；

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，以六节串联电池其总电压为60V为例，本发明较佳实施例所示的一种铅酸电池管理系统，包括：MCU主控单元、监测单元、保护单元与驱动单元；如图4所示，所述监测单元所述监测单元包括分压滤波电路，所述分压滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容与第二电容，所述第一电阻的一端与外接电池连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻、第一电容与第三电阻的一端连接于同一点，所述第二电阻的另一端与第一电容的另一端、第二电容的一端连接于同一点，所述第三电阻的另一端与第二电容的另一端连接于同一点并接入MCU主控单元。在本实施例中每节电池对应两个分压滤波电路，第一电阻分别接电池的正极和负极，由于第一节电池接近0V使得MCU不好监测其电压值，在该节电池负极所对应的分压滤波电路中多加一个偏置电压以便MCU监测，监测出结果后减去增加的偏置电压即可。

如图2、图3所示，所述驱动电路包括变压器的原边电路、放大电路及与电池节数相同的副边电路，所述副边电路包括第三二极管、第四二极管、第一副边线圈、第二副边线圈、第四电容与第五电容，所述第三二极管的负极、第四二极管的负极、第四电容的一端与第五电容的一端均与外接电池的负极连接，所述第三二极管的正极与第一副边线圈的异名端连接，所述第四二极管的正极与第二副边线圈的同名端连接，所述第一副边线圈的同名端、第二副边线圈的异名端、第四电容的另一端与第五电容的另一端均与外接电池的正极连接；所述原边电路包括变压器的原边线圈、第一定值电容、第二定值电容、第三定值电容、第四定值电容、第六电容、第七电容、第十电容、第十一电容、第七电阻、第八电阻及MOS管组，所述MOS管组包括第五电阻、第六电阻及MOS管，所述第五电阻的一端、第六电阻的一端与MOS管的栅极连接在同一点，所述第五电阻的另一端与MOS管的源极连接在同一点；所述第三定值电容的负极、第四定值电容的负极、第七电容的一端与第八电阻的一端连接，所述第一定值电容的正极、第二定值电容的正极、第六电容的一端、第七电阻的一端与MOS管的漏极连接并接入MCU主控单元，所述第三定值电容的正极、第四定值电容的正极、第七电容的另一端、第八电阻的另一端、第一定值电容的负极、第二定值电容的负极、第六电容的另一端、第七电阻的另一端与原边线圈的同名端连接，原边线圈的异名端、第一组MOS管组的源极与第二组MOS管组的漏极连接于同一点，所述第十电容的两端分别与第一组MOS管组的漏极和第二组MOS管组的漏极连接，所述第十一电容的两端分别与第二组MOS管组的漏极和第二组MOS管组的源极连接，两组MOS管组的第六电阻的另一端均与放大电路连接，所述放大电路输出端与MCU主控单元连接。

优选地，所述放大电路包括八脚芯片、第五二极管、第八电容、第九电容、第九电阻及第十电阻，八脚芯片的型号为IRS2104,所述芯片的VCC脚、第五二极管的正极与第九电容连接在同一点，二极管的负极荷芯片的VB脚均接于BMB，芯片的VS脚串联第八电容后接BMB，芯片的VS脚串联第九电阻后与原边线圈的异名端接于同一点，所述两组MOS管组的第六电阻分别接于芯片的HO脚及LO脚，芯片的IN脚与SD脚均与MCU主控单元连接，芯片的COM脚串联第十电阻后与MCU主控单元连接。

如图3所示，所述保护单元包括第一二极管、第二二极管、第三电容与第四电阻，所述第一二极管的负极与第一副边线圈的异名端连接，第二二极管的负极与第二副边线圈的同名端连接，所述第一二极管的正极与第三电容一端连接，所述第三电容的另一端与所述第四电阻连接于同一点再与外接电池连接，所述第四电阻的另一端与所述第二二极管的正极连接，所述第一二级管的正极与所述第二二极管的正极连接于同一点。保护单元可以防止电池过度充电。

本发明通过监测单元获取电池的电压和电流，然后利用MCU控制MOS管的调制进而改变驱动单元的电压，实现对低电压或低电流电池充电，使整个系统处于一个平衡的工作状态以延长整个系统的使用寿命；保护单元则可以对电池进行保护，防止过度充电。

一种铅酸电池管理系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、在MCU中预设一个比较值A；

S2、监测单元监测每节电池的电压U并将其传回MCU；

S3、MCU根据每节电池电压U计算电池的均衡平方和B；

S4、MCU比较B的大小，若B大于0且小于A时，MCU输出占空比为50％的脉冲信号控制MOS管从而改变驱动电路的电压继而对低电压电池充电；若B大于等于A且小于等于3600时，MCU输出占空比为(66-B/100)％的脉冲信号控制MOS管从而改变驱动电路的电压继而对低电压电池充电。

具体的，所述均衡平方和B的计算公式为B＝(U₁-U_总/n)^2+(U₂-U_总/n)^2+……+(U_n-U_总/n)^2，其中U₁为第一节电池电压，U₂为第二节电池电压，……，U_n为第n节电池的电压，U_总为总电压，n为电池节数且为大于0的正整数。

如上所述，可较好的实现本发明。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铅酸电池管理系统，其特征在于，包括：MCU主控单元、监测单元、保护单元与驱动单元，所述监测单元、保护单元与驱动单元均与外接电池连接，所述监测单元与驱动单元均与MCU主控单元连接，保护单元与驱动单元连接，所述监测单元用于监测电池的电压及电流，所述驱动单元用于外接电池的充放电，所述保护单元用于外接电池的充电保护，所述MCU主控单元用于调控整个铅酸电池管理系统。

2.根据权利要求1所述的一种铅酸电池管理系统，其特征在于，所述监测单元包括分压滤波电路，所述分压滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容与第二电容，所述第一电阻的一端与外接电池连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻、第一电容与第三电阻的一端连接于同一点，所述第二电阻的另一端与第一电容的另一端、第二电容的一端连接于同一点，所述第三电阻的另一端与第二电容的另一端连接于同一点并接入MCU主控单元。

3.根据权利要求1所述的一种铅酸电池管理系统，其特征在于，所述驱动电路包括变压器的原边电路、放大电路及与电池节数相同的副边电路，所述副边电路包括第三二极管、第四二极管、第一副边线圈、第二副边线圈、第四电容与第五电容，所述第三二极管的负极、第四二极管的负极、第四电容的一端与第五电容的一端均与外接电池的负极连接，所述第三二极管的正极与第一副边线圈的异名端连接，所述第四二极管的正极与第二副边线圈的同名端连接，所述第一副边线圈的同名端、第二副边线圈的异名端、第四电容的另一端与第五电容的另一端均与外接电池的正极连接；所述原边电路包括变压器的原边线圈、第一定值电容、第二定值电容、第三定值电容、第四定值电容、第六电容、第七电容、第十电容、第十一电容、第七电阻、第八电阻及MOS管组，所述MOS管组包括第五电阻、第六电阻及MOS管，所述第五电阻的一端、第六电阻的一端与MOS管的栅极连接在同一点，所述第五电阻的另一端与MOS管的源极连接在同一点；所述第三定值电容的负极、第四定值电容的负极、第七电容的一端与第八电阻的一端连接，所述第一定值电容的正极、第二定值电容的正极、第六电容的一端、第七电阻的一端与MOS管的漏极连接并接入MCU主控单元，所述第三定值电容的正极、第四定值电容的正极、第七电容的另一端、第八电阻的另一端、第一定值电容的负极、第二定值电容的负极、第六电容的另一端、第七电阻的另一端与原边线圈的同名端连接，原边线圈的异名端、第一组MOS管组的源极与第二组MOS管组的漏极连接于同一点，所述第十电容的两端分别与第一组MOS管组的漏极和第二组MOS管组的漏极连接，所述第十一电容的两端分别与第二组MOS管组的漏极和第二组MOS管组的源极连接，两组MOS管组的第六电阻的另一端均与放大电路连接，所述放大电路输出端与MCU主控单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种铅酸电池管理系统，其特征在于，所述放大电路包括八脚芯片、第五二极管、第八电容、第九电容、第九电阻及第十电阻，所述芯片的VCC脚、第五二极管的正极与第九电容连接在同一点，二极管的负极荷芯片的VB脚均接于BMB，芯片的VS脚串联第八电容后接BMB，芯片的VS脚串联第九电阻后与原边线圈的异名端接于同一点，所述两组MOS管组的第六电阻分别接于芯片的HO脚及LO脚，芯片的IN脚与SD脚均与MCU主控单元连接，芯片的COM脚串联第十电阻后与MCU主控单元连接。

5.根据权利要求3所述的一种铅酸电池管理系统，其特征在于，所述保护单元包括第一二极管、第二二极管、第三电容与第四电阻，所述第一二极管的负极与第一副边线圈的异名端连接，第二二极管的负极与第二副边线圈的同名端连接，所述第一二极管的正极与第三电容一端连接，所述第三电容的另一端与所述第四电阻连接于同一点再与外接电池连接，所述第四电阻的另一端与所述第二二极管的正极连接，所述第一二级管的正极与所述第二二极管的正极连接于同一点。

6.根据权利要求1～5任一所述的一种铅酸电池管理系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在MCU中预设一个比较值A；

S2、监测单元监测每节电池的电压U并将其传回MCU；

S3、MCU根据每节电池电压U计算电池的均衡平方和B；

S4、MCU比较B的大小，若B大于0且小于A时，MCU输出占空比为50％的脉冲信号控制MOS管从而改变驱动电路的电压继而对低电压电池充电；若B大于等于A且小于等于3600时，MCU输出占空比为(66-B/100)％的脉冲信号控制MOS管从而改变驱动电路的电压继而对低电压电池充电。

7.根据权利要求6所述的一种铅酸电池管理系统的控制方法，其特征在于，所述均衡平方和B的计算公式为B＝(U₁-U_总/n)^2+(U₂-U_总/n)^2+……+(U_n-U_总/n)^2，其中U₁为第一节电池电压，U₂为第二节电池电压，……，U_n为第n节电池的电压，U_总为总电压，n为电池节数且为大于0的正整数。

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