CN204089270U

CN204089270U - 一种矿用锂电池智能管理系统

Info

Publication number: CN204089270U
Application number: CN201420516894.5U
Authority: CN
Inventors: 李学哲; 邓永红; 张全柱
Original assignee: North China Institute of Science and Technology
Current assignee: North China Institute of Science and Technology
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2024-09-09

Abstract

本实用新型涉及矿用蓄电池技术领域，它公开了一种矿用锂电池智能管理系统，包括CPU电路、信号检测电路，报警保护电路、EEPROM数据存储电路、电源电路、人机交互电路和CAN通讯电路；所述CPU电路单片机通过所述信号检测电路检测交流恒流源在锂电池两端产生的交流电压的大小；所述信号检测电路包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路和内阻检测电路。本实用新型可以测量锂电池的端电压、电池温度、锂电池放电电流、电池电量等，而且测量数据可在LED上显示、存储、上传PC机，与传统的检测装置相比具有稳定性好、准确性高等优点，同时还有声光报警功能，具有较高的实用价值。

Description

一种矿用锂电池智能管理系统

技术领域

本实用新型涉及矿用蓄电池技术领域，尤其涉及到一种矿用锂电池智能管理系统。

背景技术

随着科学技术的发展和人们生活质量要求的提高，环境问题和可持续发展的问题越来越受到人们的重视。由于石油危机和能源紧缺，蓄电池作为一种储能装置，具有电压稳定、供电可靠、移动方便等优点，在国民生产各个部门应用越来越广泛，如电动交通车辆、煤炭矿山、不间断电源等等。其中，各型蓄电池在煤矿生产中应用越来越广泛，如避难硐室供电电源，矿用电机车供电电源、牵引胶轮机电源等。蓄电池作为重要的煤矿电气装备，其运行状况、可靠性等，直接影响着煤矿生产的安全、效益。

所谓蓄电池智能管理系统是由电力电子技术、微电脑控制技术、检测技术而构成的装置，它与动力电池同步而生，同步发展，它是支撑动力电池应用发展的关键性技术装置。电池管理系统对电池组和电池单元运行状态进行动态监控，精确测量电池的剩余电量，实现对各单体电池的均衡管理，同时对电池进行充放电保护，并使电池工作在最佳状态，达到延长其使用寿命，降低运行成本，提高电池组运行的可靠性。实践表明，当电池组管理不善时，整组电池的性能会在短时间内快速恶化，从而使整个电池组报废。更严重的是电池组在充放电过程中可能产生大量热量导致电池燃烧或者爆炸，直接导致安全事故，所以电池管理系统对动力电池的使用意义重大。

近年来，锂离子蓄电池迅速发展，作为动力源，锂离子蓄电池的完好性、可靠性、可用性是至关重要的。其可用性分两个层面：基本可用性、智能可用性。所谓基本可用性就是使电池在使用过程中能够基本正常的达到蓄电池的固有指标，如1h放电率容量、50-100h放电率容量、充电特性、使用寿命等。而智能可用性则是根据实际应用的放电要求，蓄电池系统能够提供最优的、最佳的使用特性，这需要蓄电池监管控制的管理系统的支撑才能实现，因此对蓄电池进行实时信号采样，从而进行监控管理的重要性不言而喻。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种矿用锂电池智能管理系统，稳定性好、准确性高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种矿用锂电池智能管理系统，其特征在于，包括CPU电路、信号检测电路，报警保护电路、EEPROM数据存储电路、电源电路、人机交互电路和CAN通讯电路；所述信号检测电路、报警保护电路、EEPROM数据存储电路、CAN通讯电路分别与所述CPU电路相连；所述CPU电路包括供电电源、时钟电路和复位电路；所述CPU电路实现键盘读入、数码显示、数据存储、信号检测、报警保护和CAN通讯控制功能；所述CPU电路采用STC12C5A60S2单片机；所述STC12C5A60S2单片机通过所述信号检测电路检测交流恒流源在锂电池两端产生的交流电压的大小；所述信号检测电路包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路和内阻检测电路。

优选的，所述CPU电路单片机采用STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2单片机具有1个时钟/机器周期8051，超强加密，高速、高可靠，低功耗、超低价，强抗静电、强抗干扰等优点。

优选的，所述人机交互电路包括数码显示、按键输入电路和状态指示灯电路，用于完成容量曲线标定和测量参数显示功能。

优选的，所述电流检测电路通过电流传感器配合相应的信号调整电路实现，所述电流传感器采用LT108-S7电流传感器。LT108-S7电流传感器具有出色的精度、良好的线性度、低温漂、最佳的反应时间、宽频带、无插入损失、抗干扰能力强、电流过载能力等优点。

优选的，所述温度检测电路采用PT100温度传感器实现温度检测。PT100温度传感器的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。具有高精度、高稳定、高灵敏等优点。

优选的，所述电源电路为系统提供5V、±15V电压。

更优选的，所述CAN通讯电路采用串行CAN控制芯片TJA1040，实现各电路之间数据共享与通讯。

本实用新型可以测量锂电池的端电压、电池温度、锂电池放电电流、电池电量等，而且测量数据可在LED上显示、存储、上传PC机，与传统的检测装置相比具有稳定性好、准确性高等优点，同时还有声光报警功能，具有较高的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为本实用新型电源电路原理图；

图3为本实用新型CPU电路原理图；

图4为本实用新型电压检测电路原理图；

图5为本实用新型电流检测电路原理图；

图6为本实用新型温度检测电路原理图；

图7为本实用新型内阻检测电路原理图；

图8为本实用新型CAN通讯电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种矿用锂电池智能管理系统，包括CPU电路、信号检测电路，报警保护电路、EEPROM数据存储电路、电源电路、人机交互电路和CAN通讯电路；信号检测电路、报警保护电路、EEPROM数据存储电路、CAN通讯电路分别与CPU电路相连；所述CPU电路包括供电电源、时钟电路和复位电路；CPU电路单片机通过信号检测电路检测交流恒流源在锂电池两端产生的交流电压的大小；信号检测电路包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路和内阻检测电路。人机交互电路包括数码显示、按键输入电路和状态指示灯电路，用于完成容量曲线标定和测量参数显示功能。电源电路为系统提供直流5V和±15V的电压。

结合图2所示，电源电路输入为交流220V电压，输出为直流+15V、-15V和+5V电压。电源电路说明：

(1)大电容E80～E85的作用是滤除纹波；

(2)小电容C80～C85的作用是滤除毛刺，用来提高输出的直流电压的质量；

(3)发光二极管的作用是当电源模块工作时二极管发光，起到指示作用；

(4)三端稳压器MC7815，MC7915和MC7805，分别用于产生+15V，-15V和+5V电源。

结合图3所示，CPU电路单片机采用STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2单片机内部集成了10位ADC模块，转换速度可达250K/S，具有技术成熟可靠、灵活方便、价格低廉等优点，其软硬件资源可以满足设计要求。CPU电路主要实现键盘读入、数码显示、数据存储、信号检测、报警保护和CAN通讯控制等功能。

结合图4所示，电压检测电路的BARS+及BATS-分别连接蓄电池正负两端，并作为该电路的输入信号，经过TL082比例运放，输出单节蓄电池的电压信号，即VDCS，输入给单片机2脚。电压检测电路可以方便的将差动电压信号转换成单端电压信号，供单片机采样处理。电压检测电路的设计放大倍数An＝(1+7R4/7R3)＝(1+1K/1K)＝2。

结合图5所示，电流检测电路通过电流传感器配合相应的信号调整电路实现，电流传感器采用LT108-S7电流传感器，LT108-S7电流传感器具有出色的精度、良好的线性度、低温漂、最佳的反应时间、宽频带、无插入损失、抗干扰能力强、电流过载能力等优点。系统利用LT108-S7电流传感器将0～100A的电流信号转换成0～50mA的信号，电流检测电路将0～50mA的电流信号转换成0～5V电压供单片机采集，单片机根据电压的大小，计算实际电流的大小。电流检测电路设计放大倍数为2，输出单端电压为0-5V，输出电流值IDC接单片机43引脚。

温度检测电路采用PT100温度传感器实现温度检测。锂电池温度发生变化时，安装在其上的PT100温度传感器阻值也随之变化，利用温度检测电路将阻值转换为电压信号，单片机根据电压的大小计算PT100阻值，进而通过查温度曲线，得到实际温度值。结合图6所示，详细说明温度检测电路的原理：集成运放6U1、电阻6R1、6R2组成2mA恒流源电路，T1、T2与PT100的两个引脚相连，2mA电流流过PT100，将阻值转换为电压Vx＝Rx*2mA；Vx通过由6U2组成的差动放大电路，放大10倍，转换成单端电压送单片机采样。

结合图7所示，下面详细说明内阻测量电路原理：STC12C5A60S2单片机产生1K/5V方波，经过转换电路变为1K/100mA交流恒流，做为单节电池内阻测量的激励信号。STC12C5A60S2单片机通过检测电路测量交流电流源在蓄电池两端产生的交流电压的大小，利用欧姆定律，可以计算得到蓄电池内阻大小。根据蓄电池内阻与容量的关系曲线，利用标定和插值等算法，进而得到蓄电池的容量状态。内阻测量电路设计放大倍数为10，内阻测量电路各参数的设计：(1)3R2＝3R3＝100K，限流电阻,增大输入阻抗，对放大倍数没有影响；(2)根据公式Uo＝(1+3R6/3R4)(U2-U1)，得3R4＝1K，3R6＝9K；(3)为了保证共模抑制比,取3R1/3R5＝3R6/3R4，得3R1＝9K，3R5＝1K。

结合图8所示，CAN通讯电路采用串行CAN控制芯片TJA1040，实现模块之间数据共享与通讯。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种矿用锂电池智能管理系统，其特征在于，包括CPU电路、信号检测电路，报警保护电路、EEPROM数据存储电路、电源电路、人机交互电路和CAN通讯电路；所述信号检测电路、报警保护电路、EEPROM数据存储电路、CAN通讯电路分别与所述CPU电路相连；所述CPU电路包括供电电源、时钟电路和复位电路；所述CPU电路实现键盘读入、数码显示、数据存储、信号检测、报警保护和CAN通讯控制功能；所述CPU电路单片机通过所述信号检测电路检测交流恒流源在锂电池两端产生的交流电压的大小；所述信号检测电路包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路和内阻检测电路。

2.根据权利要求1所述的矿用锂电池智能管理系统，其特征在于，所述CPU电路单片机采用STC12C5A60S2单片机。

3.根据权利要求1所述的矿用锂电池智能管理系统，其特征在于，所述人机交互电路包括数码显示、按键输入电路和状态指示灯电路，用于完成容量曲线标定和测量参数显示功能。

4.根据权利要求1所述的矿用锂电池智能管理系统，其特征在于，所述电流检测电路通过电流传感器配合相应的信号调整电路实现，所述电流传感器采用LT108-S7电流传感器。

5.根据权利要求1所述的矿用锂电池智能管理系统，其特征在于，所述温度检测电路采用PT100温度传感器实现温度检测。

6.根据权利要求1所述的矿用锂电池智能管理系统，其特征在于，所述电源电路为系统提供直流5V和±15V的电压。

7.根据权利要求1所述的矿用锂电池智能管理系统，其特征在于，所述CAN通讯电路采用串行CAN控制芯片TJA1040，实现模块之间数据共享与通讯。