CN206099446U - 一种分布式电池管理系统 - Google Patents

Abstract

一种分布式电池管理系统，包括主控单元、显示单元、从控单元，所述主控单元包括第一控制模块、电流信息采集模块、总线通信模块、数据存储模块，第一控制模块分别连接电流信息采集模块、第一CAN接口、数据存储模块，第一控制模块通过RS232串行接口与电脑连接，第一CAN接口连接CAN总线。所述从控单元为多个，每一个从控单元均包括第二控制模块、监控模块、均衡电路、第二CAN接口，第二控制模块分别连接监控模块、均衡电路、第二CAN接口，第二CAN接口连接CAN总线。所述显示单元包括第三控制模块、第三CAN接口、触摸屏，第三控制模块连接第三CAN接口，第三CAN接口连接CAN总线。本实用新型一种分布式电池管理系统，能准确地测量电池信息并实现各种功能的状态估计、安全保护、能量控制、信息管理。

Description

一种分布式电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及电池管理系统技术领域，特别是一种分布式电池管理系统。

背景技术

电池是作为电动汽车动力源的一个关键部件，直接决定了车辆的性能，随着技术的不断改进和创新，电池技术得到了快速的发展，其中，锂离子电池具有更好的性能被认为是最有希望的动力源。虽然电池技术取得了很大的进步，但在实际应用中仍存在一些问题。一方面，根据电池的固有特性，过充电和过放电会降低电极的有效活性物质，将会降低电池的性能，甚至一些严重的情况下可能引发火灾和爆炸。另一方面，为满足电动汽车的功率要求，电池通常采用串联的方式，但是，由于制造厂生产和技术水平较低，电池不可避免的存在不一致性等；随着充放电循环次数的增加，单体电池间的不一致性越来越严重。这种不一致性导致了各单体电池在充电和放电深度不同，这将降低电池组的整体能源效率，为了防止过充电或过放电，当有单体电池电压进入危险范围时整个电池组必须停止工作。此外，电池的寿命受放电深度的影响，单体电池往往在深充放电阶段由于短板效应会加速老化。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种分布式电池管理系统，能准确地测量电池信息并实现各种功能的状态估计、安全保护、能量控制、信息管理。

本实用新型采取的技术方案为：

一种分布式电池管理系统，包括主控单元、显示单元、从控单元，所述主控单元包括第一控制模块、电流信息采集模块、总线通信模块、数据存储模块，第一控制模块分别连接电流信息采集模块、第一CAN接口、数据存储模块，第一控制模块通过RS232串行接口与电脑连接，第一CAN接口连接CAN总线。

所述从控单元为多个，每一个从控单元均包括第二控制模块、监控模块、均衡电路、第二CAN接口，第二控制模块分别连接监控模块、均衡电路、第二CAN接口，第二CAN接口连接CAN总线。

所述显示单元包括第三控制模块、第三CAN接口、触摸屏，第三控制模块连接第三CAN接口，第三CAN接口连接CAN总线，触摸屏和第三控制模块通过串行通信接口USART进行通信连接。

所述数据存储模块、电流信息采集模块通过SPI串行总线与第一控制模块通信连接。

所述数据存储模块为SD卡，用于存储电池信息。

所述电流信息采集模块为霍尔电流传感器。

所述监控模块为电池监控芯片LTC6802，用于检测单体电池的电压和电池的温度。在电压检测时为了抑制电压的高频噪声信号，所述监控模块的电压监测的每一个输入引脚连接到一个低通滤波器，它可以消除电压的高频信号，使数据采集更稳定更可靠。

所述监控模块连接热敏电阻、固定值电阻、A/D转换器，热敏电阻和固定值电阻串联在一起，形成一个分压器，热敏电阻用于将温度信号转换成电压信号，然后通过A/D转换器获得温度值，并通过SPI总线将检测结果发送到从控单元中的第二控制模块。

所述均衡电路根据从控单元的第二控制模块接收的信号，执行电池间的均衡。

所述显示单元包括中断输入引脚，可以通过中断和触摸实现人机交互。

所述第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块均为低功耗STM32单片机。

所述低功耗STM32单片机集成CAN控制器模块，外部设有CAN总线收发器。

本实用新型一种分布式电池管理系统，技术效果如下：

1：主控单元的任务是：根据电流信息采集模块的电流信号和通过CAN总线从从控单元同步接收到的单体电压和温度信息，为BMS制定各种控制策略。

2：显示单元的作用是将电池状态信息实时地反馈给用户，如电压、电流、温度、剩余容量等。当有安全问题时，及时发出警报，以确保电池组能安全、有效地使用。

3：采用分布式结构，使系统具有更好的可扩展性和可移植性，并可实现实时采集数据、状态估计、安全能量管理、电池信息显示和存储等功能。

附图说明

图1是本实用新型系统结构示意图。

图2是本实用新型均衡电路控制电路图一。

图3是本实用新型均衡电路控制电路图二。

具体实施方式

如图1所示，一种分布式电池管理系统，包括主控单元、显示单元、从控单元，所述主控单元包括第一控制模块、电流信息采集模块、总线通信模块、数据存储模块，第一控制模块分别连接电流信息采集模块、第一CAN接口、数据存储模块，第一控制模块通过RS232串行接口与电脑连接，第一CAN接口连接CAN总线。

所述从控单元为多个，每一个从控单元均包括第二控制模块、监控模块、均衡电路、第二CAN接口，第二控制模块分别连接监控模块、均衡电路、第二CAN接口，第二CAN接口连接CAN总线；

所述显示单元包括第三控制模块、第三CAN接口、触摸屏，第三控制模块连接第三CAN接口，第三CAN接口连接CAN总线，触摸屏和第三控制模块通过串行通信接口USART进行通信连接。

所述数据存储模块、电流信息采集模块通过SPI串行总线与第一控制模块通信连接。

所述电流信息采集模块利用霍尔电流传感器检测电流，原理是通过霍尔传感器检测电流信号，通过精密电阻转换成电压信号，再通过单片机的模数转换A/D获得数字信号，最后通过主控单元的操作可以获得电流值，由于充电和放电的电流方向是相反的，并且A/D的输入只允许正向电压，添加电压调零电路、运算放大器检测负电流。电压和零电压信号的叠加，通过运算放大器进行处理，再传送到单片机。

所述监控模块为电池监控芯片LTC6802，用于检测单体电池的电压和电池的温度；所述监控模块的电压监测的每一个输入引脚连接到一个低通滤波器；所述监控模块连接热敏电阻、固定值电阻、A/D转换器，热敏电阻和固定值电阻串联在一起，形成一个分压器，热敏电阻用于将温度信号转换成电压信号，然后通过A/D转换器获得温度值，并通过SPI总线将检测结果发送到从控单元中的第二控制模块。

所述均衡电路根据从控单元的第二控制模块接收的信号，执行电池间的均衡。本实用新型采用主动均衡，当双刀双掷开关St转向2和4的位置时DC-DC变换器工作，由继电器开关S0-Sn和开关S选出最高和最低的电压的单体电池，然后将高电压的单体电池中的能量转移到低电压单体电池中去，如图2所示。

如图3所示，当双刀双掷开关St转向1和3的位置时辅助电池工作，并将辅助电池中的能量均衡的传输到单体电池中去。MOSFET的作用是调节均衡电流，保护网络是用来防止电池短路所造成的开关故障。MOSFET和开关电路由光电耦合器驱动，驱动信号是均衡控制单元的电平信号。

显示单元配备了一个触摸屏和中断输入引脚，可以通过中断和触摸实现人机交互。

所述第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块均为低功耗STM32单片机，STM32有广泛的内部和外部资源，适合应用于高性能和低成本的嵌入式系统。

CAN总线具有高可靠性、快速通信和有效成本的特点，是应用最广泛的现场总线之一。STM32单片机集成CAN控制器模块，但CAN总线驱动能力有限，因此，需要外部CAN总线收发器来实现差分发送和接收功能。本实用新型使用3.3V电压的SN65HVD230的CAN总线收发器。

数据存储模块用SD卡进行数据存储，通过SPI接口与单片机进行数据交换。使用SD卡记录数据，数据的内容包括电池组的总电压，电流，单体电池电压，SOC，均衡电流，平衡电池数等信息。电池故障后，可以通过历史数据分析并发现故障的原因，同时，记录历史数据也有助于评估电池的健康状况。

Claims (8)

1.一种分布式电池管理系统，包括主控单元、显示单元、从控单元，其特征在于：所述主控单元包括第一控制模块、电流信息采集模块、总线通信模块、数据存储模块，第一控制模块分别连接电流信息采集模块、第一CAN接口、数据存储模块，第一控制模块通过RS232串行接口与电脑连接，第一CAN接口连接CAN总线；所述从控单元为多个，每一个从控单元均包括第二控制模块、监控模块、均衡电路、第二CAN接口，第二控制模块分别连接监控模块、均衡电路、第二CAN接口，第二CAN接口连接CAN总线；所述显示单元包括第三控制模块、第三CAN接口、触摸屏，第三控制模块连接第三CAN接口，第三CAN接口连接CAN总线，触摸屏和第三控制模块通过串行通信接口USART进行通信连接。

2.根据权利要求1所述一种分布式电池管理系统，其特征在于：所述数据存储模块、电流信息采集模块通过SPI串行总线与第一控制模块通信连接。

3.根据权利要求1或2所述一种分布式电池管理系统，其特征在于：所述数据存储模块为SD卡，用于存储电池信息。

4.根据权利要求1所述一种分布式电池管理系统，其特征在于：所述电流信息采集模块为霍尔电流传感器。

5.根据权利要求1所述一种分布式电池管理系统，其特征在于：所述监控模块为电池监控芯片LTC6802，用于检测单体电池的电压和电池的温度；所述监控模块的电压监测的每一个输入引脚连接到一个低通滤波器；所述监控模块连接热敏电阻、固定值电阻、A/D转换器，热敏电阻和固定值电阻串联在一起，形成一个分压器，热敏电阻用于将温度信号转换成电压信号，然后通过A/D转换器获得温度值，并通过SPI总线将检测结果发送到从控单元中的第二控制模块。

6.根据权利要求1所述一种分布式电池管理系统，其特征在于：所述均衡电路根据从控单元的第二控制模块接收的信号，执行电池间的均衡；均衡电路由：双刀双掷开关、DC-DC变换器、开关电路、MOSFET连接组成。

7.根据权利要求1所述一种分布式电池管理系统，其特征在于：所述显示单元包括中断输入引脚。

8.根据权利要求1所述一种分布式电池管理系统，其特征在于：所述第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块均为低功耗STM32单片机。