CN203787975U - 车载动力锂电池均衡与管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的车载动力锂电池均衡与管理系统，涉及电动汽车锂电池监控技术领域，旨在解决传统电动汽车锂电池存在充放电的不均衡，进而影响锂电池寿命等技术问题。本实用新型之主控单片机模块（11）的输出端口连接液晶显示模块（12），其输入输出端口一连接外围控制模块端口（13），其输入输出端口二分别连接数组锂电池均衡子系统，每个子系统由顺顺序连接的CAN总线通讯模块一（10A）、单片机模块一（7A）、光耦模块一（6A）、DS2438电池管理芯片模块一（4A）、电池模块一（2A）和均衡模块一（15A）构成。

Description

车载动力锂电池均衡与管理系统

技术领域

本实用新型专利涉及电动汽车锂电池监控技术领域，尤其涉及一种锂电池均衡和CAN总线通信的锂电池监控系统。

背景技术

动力电池是电动汽车的重要能源组成部分，近年来，电动汽车技术有了很大的突破，以锂电池为动力的电动自行车，混合动力汽车，燃料电池汽车等受到市场越来越多的关注，在短途低速，城市公交，城市出租车和旅游景区等特定区域，电动汽车得到广泛应用。但是电动汽车的普及程度还不是很高，制约电动汽车的关键因素是车载动力电池的技术相对落后，虽然世界各国都在潜心研制高性能车载电池，取得了一定的成效。但仍与期望目标存在较大差距，动力电池难以达到 “低成本”、“高容量”及“高安全性”等要求。

发明内容

本实用新型旨在解决传统电动汽车锂电池存在充放电的不均衡等技术问题，以提供一种充放电均衡、稳定性好、安全性高、可延长锂电池使用寿命的车载动力锂电池均衡与管理系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型的车载动力锂电池均衡与管理系统，主控单片机模块11的输入输出端口连接液晶显示模块12，其输入输出端口一连接外围控制模块端口13，其输入输出端口二通过CAN总线通讯分别连接数组锂电池均衡管理子系统；每个子系统由顺序连接的CAN总线通讯模块一10A、单片机模块一7A、光耦模块一6A、DS2438电池管理芯片模块一4A、电池模块一2A和均衡模块一15A构成；其中CAN总线通讯模块一10A由CAN总线控制器一8A和CAN收发器一9A构成，CAN总线控制器一8A通过端口与CAN收发器一9A连接，通过CAN收发器一9A与网络中的其他CAN模块通讯；光耦模块一6A由6n317光耦一5A和6n317光耦二5B构成，光耦一5A和6n317光耦二5B组成光耦模块的两个输入输出端口；DS2438电池管理芯片模块一4A由DS2438电池管理芯片一3A和DS2438电池管理芯片二3B构成，两个DS2438电池管理芯片管理两个电池，两个DS2438电池管理芯片的通讯端口直接与光耦模块一6A一端连接；电池模块一2A由相互串联的电池一1A和电池二1B构成，电池一1A和电池二1B在电路中通过一个电阻相连，电池一1A的正极连接电阻一端，电阻的另一端连接电池二1B的负极；CAN收发器一9A通过CAN收发器端口连接到主控单片机模块11的端口二 ，CAN收发器一9A与CAN网络中的其它CAN模块通讯；CAN总线控制器一8A的一端的数组接口直接连接到单片机模块一7A的数组IO端口，另一端通过接口连接到CAN收发器一9A；单片机模块一7A通过IO口直接连接到光耦模块一6A的一端，光耦模块一6A的另一个端口直接连接到DS2438电池管理芯片模块一4A的一个通讯端口；DS2438电池管理芯片模块一4A连接电池模块一2A，电池一1A为DS2438电池管理芯片模块的两块DS2438电池管理芯片供电，电池一1A的负极连接一个电阻，该电阻的两端接入到DS2438电池管理芯片一3A的电流测量输入端的两个端口，用于测量通过电阻的电流电量，电池一1A的正极接入到DS2438电池管理芯片一3A的电压检测端，DS2438电池管理芯片二3B连接电池二1B，电池二1B的负极通过一个电阻与电池一1A的正极相连；电池一1A和电池二1B均与均衡模块一15A相连接, 均衡模块一15A由并联的电感和电容式继电器构成，均衡模块一15A有多个电池接入端口，电池一1A的正负极接入均衡模块一15A中的一个端口，电池二1B的正负极接入到均衡模块一15A中的另一个端口。

本实用新型的车载动力锂电池均衡与管理系统，其中所述所述的均衡模块一15A由并联的电感和电容式继电器构成。

 本实用新型车载动力锂电池均衡与管理系统的有益效果：

 1.可对电动汽车锂电池进行有效管理：通过DS2438电池管理芯片对其进行实时监测管理；

 2.采用电容均衡法实现单体电池间的电压一致；

 3.通过CAN总线实现该系统和汽车主控制台的通信。

附图说明

图1 本实用新型之原理示意图

图中标号说明：

 1A 电池一、1B 电池二、1C 电池三、1D 电池四、2A 电池模块一、2B 电池模块二、3A DS2438电池管理芯片一、3B DS2438电池管理芯片二、3C DS2438电池管理芯片三、3D DS2438电池管理芯片四、4A DS2438电池管理芯片模块一、4B DS2438电池管理芯片模块二、5A 6n317光耦一、5B 6n317光耦二、5C 6n317光耦三、5D 6n317光耦一四、6A 光耦模块一、6B 光耦模块二、7A 单片机模块一、7B 单片机模块二、8A CAN总线控制器一、 8B CAN总线控制器二、9A CAN收发器一、9B CAN收发器二、10A CAN总线通讯模块一、10B CAN总线通讯模块二、11 主控单片机模块、12 液晶显示模块、13 外围控制模块端口、14 主控台模块、15A 均衡模块一、15B 均衡模块二

 具体实施方式

本实用新型详细结构、应用原理、作用与功效，参照附图1，通过如下实施方式予以说明。

本实用新型的车载动力锂电池均衡与管理系统，主控单片机模块11的输入输出端口连接液晶显示模块12，其输入输出端口一连接外围控制模块端口13，其输入输出端口二通过CAN总线通讯分别连接数组锂电池均衡管理子系统；

 每个子系统由顺序连接的CAN总线通讯模块一10A、单片机模块一7A、光耦模块一6A、DS2438电池管理芯片模块一4A、电池模块一2A和均衡模块一15A构成；

 其中CAN总线通讯模块一10A由CAN总线控制器一8A和CAN收发器一9A构成，CAN总线控制器一8A通过端口与CAN收发器一9A连接，通过CAN收发器一9A与网络中的其他CAN模块通讯；

 光耦模块一6A由6n317光耦一5A和6n317光耦二5B构成，光耦一5A和6n317光耦二5B组成光耦模块的两个输入输出端口；

 DS2438电池管理芯片模块一4A由DS2438电池管理芯片一3A和DS2438电池管理芯片二3B构成，两个DS2438电池管理芯片管理两个电池，两个DS2438电池管理芯片的通讯端口直接与光耦模块一6A一端连接；

 电池模块一2A由相互串联的电池一1A和电池二1B构成，电池一1A和电池二1B在电路中通过一个电阻相连，电池一1A的正极连接电阻一端，电阻的另一端连接电池二1B的负极；

 CAN收发器一9A通过CAN收发器端口连接到主控单片机模块11的端口二 ，CAN收发器一9A与CAN网络中的其它CAN模块通讯；

 CAN总线控制器一8A的一端的数组接口直接连接到单片机模块一7A的数组IO端口，另一端通过接口连接到CAN收发器一9A；

 单片机模块一7A通过IO口直接连接到光耦模块一6A的一端，光耦模块一6A的另一个端口直接连接到DS2438电池管理芯片模块一4A的一个通讯端口；

 DS2438电池管理芯片模块一4A连接电池模块一2A，电池一1A为DS2438电池管理芯片模块的两块DS2438电池管理芯片供电，电池一1A的负极连接一个电阻，该电阻的两端接入到DS2438电池管理芯片一3A的电流测量输入端的两个端口，用于测量通过电阻的电流电量，电池一1A的正极接入到DS2438电池管理芯片一3A的电压检测端，DS2438电池管理芯片二3B连接电池二1B，电池二1B的负极通过一个电阻与电池一1A的正极相连；

 电池一1A和电池二1B均与均衡模块一15A相连接, 均衡模块一15A由并联的电感和电容式继电器构成，均衡模块一15A有多个电池接入端口，电池一1A的正负极接入均衡模块一15A中的一个端口，电池二1B的正负极接入到均衡模块一15A中的另一个端口。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：使用DS2438电池管理芯片作为采集电池参数的芯片，其对电池电压、电流、温度检测，对电池过压、欠压、充电过流以及短路保护等功能，其具有1-Wire总线系统配置、独立序列号等特性。将该芯片用于锂电池能量监测与管理系统，将大大简化测量电路，且便于系统的测量与通讯。采用开关电容均衡的方法，均衡电路使用继电器作为开关器件。均衡实现分三个阶段：①升压阶段：电压高的电池与储能电感并联，电容不接入回路，电池向储能电感储能，储能电感感应电势增加；②充电阶段：电容接入回路，电池电压与储能电感感应电势叠加，一起向电容充电，电容电压高于电池电压；③放电阶段：电容接入回路，向电压低的电池放电。从而实现单体电池的均衡。提出了复合剩余电量预测法，即结合安时法、开路电压法对动力电池的实际容量进行预测并加以补偿，达到准确预测电池的剩余容量。使用CAN总线与主控制台通信，方便车主第一时间了解汽车的锂电池情况。

均衡模块对锂电池间充放电平衡控制，其通过从电压高电池向储能电感储能，再向电容充电，电容再低电压电池充电达到均衡。

一组光耦模块含有两个6n317光耦。采用光耦模块隔离，DS2438电池管理芯片模块与单片机模块之间接光耦模块以解决DS2438电池管理芯片与单片机模块通讯障碍。

电池组内的两个单体电池通过一个电阻连接。DS2438电池管理芯片模块与单片机模块采用1-wire协议通讯。

DS2438电池管理芯片模块由其中一块DS2438电池管理芯片供电，两个DS2438电池管理芯片分别检测电池组内的两个单体电池，两个DS2438电池管理芯片的数据端口接入到光耦模块的同一端，一组DS2438电池管理芯片模块与单片机模块通讯只需一组光耦模块。

单片机模块和与SJA1000 CAN总线控制器连接。SJA1000 CAN总线控制器与82C250CAN CAN收发器连接。多组单片机模块和总控单片机模块通过CAN总线通讯模块接入到CAN通讯网络中。电池状态等信息由单片机模块收集通过CAN总线通讯模块与主控单片机模块通讯。

主控单片机模块汇总电池信息。液晶模块显示主控台收集的电池信息供用户直观的查看电池状态。外围控制模块端口用于主控台控制其它外围信息而设立的端口，保证了本系统与其他控制系统的高度统一和集成。

综上所述，本实用新型车载动力锂电池均衡与管理系统具有充放电均衡、稳定性好、安全性高、可延长锂电池使用寿命等诸多技术特点。

Claims (2)

1.车载动力锂电池均衡与管理系统，其特征在于：主控单片机模块（11）的输入输出端口连接液晶显示模块（12），其输入输出端口一连接外围控制模块端口（13），其输入输出端口二通过CAN总线通讯分别连接数组锂电池均衡管理子系统；每个子系统由顺序连接的CAN总线通讯模块一（10A）、单片机模块一（7A）、光耦模块一（6A）、DS2438电池管理芯片模块一（4A）、电池模块一（2A）和均衡模块一（15A）构成；其中CAN总线通讯模块一（10A）由CAN总线控制器一（8A）和CAN收发器一（9A）构成，CAN总线控制器一（8A）通过端口与CAN收发器一（9A）连接，通过CAN收发器一（9A）与网络中的其他CAN模块通讯；光耦模块一（6A）由6n317光耦一（5A）和6n317光耦二（5B）构成，光耦一（5A）和6n317光耦二（5B）组成光耦模块的两个输入输出端口；DS2438电池管理芯片模块一（4A）由DS2438电池管理芯片一（3A）和DS2438电池管理芯片二（3B）构成，两个DS2438电池管理芯片管理两个电池，两个DS2438电池管理芯片的通讯端口直接与光耦模块一（6A）一端连接；电池模块一（2A）由相互串联的电池一（1A）和电池二（1B）构成，电池一（1A）和电池二（1B）在电路中通过一个电阻相连，电池一（1A）的正极连接电阻一端，电阻的另一端连接电池二（1B）的负极；CAN收发器一（9A）通过CAN收发器端口连接到主控单片机模块（11）的端口二 ，CAN收发器一（9A）与CAN网络中的其它CAN模块通讯；CAN总线控制器一（8A）的一端的数组接口直接连接到单片机模块一（7A）的数组IO端口，另一端通过接口连接到CAN收发器一（9A）；单片机模块一（7A）通过IO口直接连接到光耦模块一（6A）的一端，光耦模块一（6A）的另一个端口直接连接到DS2438电池管理芯片模块一（4A）的一个通讯端口；DS2438电池管理芯片模块一（4A）连接电池模块一（2A），电池一（1A）为DS2438电池管理芯片模块的两块DS2438电池管理芯片供电，电池一（1A）的负极连接一个电阻，该电阻的两端接入到DS2438电池管理芯片一（3A）的电流测量输入端的两个端口，用于测量通过电阻的电流电量，电池一（1A）的正极接入到DS2438电池管理芯片一（3A）的电压检测端，DS2438电池管理芯片二（3B）连接电池二（1B），电池二（1B）的负极通过一个电阻与电池一（1A）的正极相连；电池一（1A）和电池二（1B）均与均衡模块一（15A）相连接, 均衡模块一（15A）由并联的电感和电容式继电器构成，均衡模块一（15A）有多个电池接入端口，电池一（1A）的正负极接入均衡模块一（15A）中的一个端口，电池二（1B）的正负极接入到均衡模块一（15A）中的另一个端口。

2.根据权利要求1所述的车载动力锂电池均衡与管理系统，其特征在于： 所述的均衡模块一（15A）由并联的电感和电容式继电器构成。