CN111610454A - 一种锂离子电池组工作状态实时监测系统 - Google Patents

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CN111610454A
CN111610454A CN201910141650.0A CN201910141650A CN111610454A CN 111610454 A CN111610454 A CN 111610454A CN 201910141650 A CN201910141650 A CN 201910141650A CN 111610454 A CN111610454 A CN 111610454A
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ion battery
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苏杰
王顺利
李进
贾先屹
聂常东
钟良涛
阳楚涵
任哲昆
王珂
罗钦文
赵一凡
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Southwest University of Science and Technology
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Southwest University of Science and Technology
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池组工作状态实时监测系统，属于新能源测控领域，是一种基于数电的锂离子电池组工作状态实时监测系统；本发明设计了锂离子电池组单体电压测量电路、电池组总电压测量电路、锂离子电池组充放电电流测量电路、显示电路、主控电路等模块；以STM32为处理器，通过电池单体电压采集、总电压采集、充放电电流采集，编程处理，显示等步骤，实现对锂离子电池状态的获取和显示。通过测量锂离子电池的电压和电流，得到锂离子电池组的输出电压，并且估算锂离子电池组的剩余电量；该方法使用方便，实现简单，实时性好。

Description

一种锂离子电池组工作状态实时监测系统
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池组工作状态实时监测系统，属于新能源测控领域，是一种基于数字电路系统的锂离子电池组工作状态实时监测系统。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、体积小、能量密度高、放电小、安全、环保性能好等优点得到了广泛应用。在许多大功率应用场合中，为了获得足够的电压需要将多个锂离子电池串并联起来，通过对整个电池组的充放电实现对单体的充放电。然而，这种电池组系统却面临许多难关，主要问题有：（1）锂离子电池对充放电过程的稳定性要求很高，一旦出现过充、过放或电路短路等情况时，锂电池温度就会迅速升高，严重影响并破坏电池的性能，导致电池寿命缩短；（2）锂离子电池具有较为平坦充电曲线，因此，需要准确地检测电池的单体电压、总电压和充放电电流；（3）由于电池单体的内部特性存在差异性，所以在充放电过程中可能会出现部分电池过充或者过放的情况，这不仅会影响到电池组的功效，寿命，甚至可能出现爆炸等危险。解决这些问题的前提是要有一款锂离子电池组工作状态实时监测系统。针对锂离子电池组的监测问题，相关研究院校开展了大量持续的探索。现有的锂离子电池组状态监测系统有于Labview平台的监测系统、使用数字信号处理器DSP组成的低功耗系统的软硬件设计和利用蓝牙技术进行无线数据传输的监测系统、基于51系列单片机为主控单元的串联锂离子电池组监测系统等。这些监测系统存在着功耗不理想、精度不理想等问题。
发明内容
本发明针对安全隐患的产生机理与防治措施，提供了一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的设计方法。本发明针对锂离子电池实时系统的状态监测目标，以STM32为处理器，通过电池单体电压采集、总电压采集、充放电电流采集，编程处理，显示等步骤，实现对锂离子电池状态的获取和显示。通过测量锂离子电池的电压和电流，得到锂离子电池组的输出电压，并且估算锂离子电池组的剩余电量。
附图说明
图1 是本发明的总体设计框架。
图2 是本发明对电池组单体电压检测的电路原理图。
图3 是本发明获取电池组总电压的原理图。
图4 是本发明充放电电流获取电路原理图。
图5 是本发明电压显示电路图。
具体实施方式
以下将对本发明的一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的监测方法结合附图进一步的详细描述。
图1中，给出了本发明的整体结构框架，本系统针对锂离子电池组设计5个处理模块，分别是单体电压检测电路、总电压检测电路、充放电电流检测电路、电压显示电路和STM32处理电路。系统工作时，先由单体电压检测电路和总电压检测电路获取锂离子电池组的单体电压和总电压，然后经过充放电电流检测电路获得系统的充放电电流，这些参数送入STM32处理器计算得到锂离子电池组输出电压和剩余电量等状态信息。
图2中，展示了单体电压的测量电路图：用电压传感器测取到每一单体的电压信号后，经过两片LM358组成的处理电路对采集到的信号进行滤波、调幅等处理，以便于被以STM32处理器为核心的数字信号系统采集和处理。
图3中，展示了获取锂离子电池组总电压的电路原理图：本发麻针对锂电池组全电压检测，综合对比各种采样方法效果，使用INA117低功耗零漂移仪表放大器，结合OPA27AJ实施适当比例缩放，实现全电压实时检测。电路中电容起到稳压和消除噪声的作用，为运放提供稳定的直流工作电压。
图4中，展示了充放电电流检测电路：将放大电路、滤波电路和电压转换电路结合起来，得到充放电电流检测电路。放大电路：因为采样的电压信号相当微弱，所以需要将被测电压放大到较大倍数才能满足要求，所以本次设计采用差分放大器二级放大电路来实现。滤波电路:电流测量的精度要求很高，因此在实际的测量过程中，由于电源不够稳定，很可能给测量值带来不必要的干扰，因此必须加上低通滤波器去除干扰信号，再将滤波过后的信号输入到下一环节，即反相放大电路中。
图5中，给出了本发明的电压显示电路，电压显示电路分为三大部分，这三大部分分别为用于输出电压的电压跟随器部分、用于电压大小比较的比较器部分，以及用于稳定电压的集成稳压器部分。电压跟随器电路最核心的器件是MC34080，MC34080D是高压摆率，宽带宽，JEFT输入的运算放大器。比较器电路则采用了2片LM311芯片和一片与非门芯片4011BD，LM311是美国NS公司生产的一种集成芯片，由于其用途十分广泛，故价格也相对较高。
综上所述，本发明针对锂离子电池状态监测目标，权衡兼顾监测实时性和电路拓扑复杂度，提出基于一种锂离子电池组工作状态实时监测系统，为锂离子电池Ah估算SOC提供前提保障。
本发明的以上实施例仅以一种基于Multisim的仿真为例进行了一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的说明，但可以理解的是，本发明所属技术领域的技术人员可对所述的具体实施例做各种修改、补充或采用类似方式替代，并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种锂电池组工作状态实时监测系统，其特征在于，提出了一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的搭建方法，实现了对锂离子电池组进行实时状态监控。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的搭建方法，其特征在于，利用单体电压检测电路、总电压检测电路、充放电电流检测电路、显示电路、STM32主控电路等模块的组成部分组成对锂离子电池组进行实时监测的系统。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的搭建方法，其特征在于，利用两片LM358运算放大器构成的电路拓扑对锂离子电池组单体的电压进行测量。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的搭建方法，其特征在于，利用INA117AM和OPA27AJ芯片构成的电路拓扑对锂离子电池组总电压进行测量。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的搭建方法，其特征在于，利用LM358运算放大器和TL431器件稳定电压的电路拓扑对锂离子电池组充放电电路进行测量。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组工作状态实时监测系统的搭建方法，其特征在于，利用MC34080和LM311为核心器件的电路拓扑对锂离子电池组输出电压进行显示。
CN201910141650.0A 2019-02-26 2019-02-26 一种锂离子电池组工作状态实时监测系统 Pending CN111610454A (zh)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112285473A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 尹永云 一种电动自行车电池过放电检测装置

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