CN206254815U - 电动汽车蓄电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供电动汽车蓄电池管理系统，涉及电池管理系统领域，包括数据采集模块、数据存储模块、触摸显示模块、换算模块、控制器模块、均衡模块、充电模块和无线通信模块。数据采集模块与电池连接；数据采集模块的输出端与控制器模块连接；数据存储模块与控制器模块的数据接口连接；触摸显示模块与控制器模块连接；换算模块有控制器模块的转换接口连接；均衡模块的输入端与控制器模块连接；充电模块的输入端与控制器模块连接；无线通信模块与控制器模块连接。

Description

电动汽车蓄电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及电池管理系统领域，特别是涉及电动汽车蓄电池管理系统。

背景技术

因为能源危机的出现，节能环保的出行方式被国家和政府大力提倡，比如乘坐公共汽车等等，而采用电能作为动力的电动汽车逐渐代替了传统的公交汽车。然而公共汽车的主要供能单位是铝电池，铝电池日常的维护和管理方面要求比较高。

锂电池由于具有体积小、质量轻、电压高、功率大、自放电少以及使用寿命长等优点，逐渐成为动力电池的主流。但是由于锂离子电池具有明显的非线性、不一致性和时变特性，因此在应用时需要进行一定的管理。另外锂电池对充放电的要求很高，当出现过充电、过放电、放电电流过大或电路短路时，会使锂电池温度上升，严重破坏锂电池性能，导致电池寿命缩短。当锂电池串联使用于动力设备中时，由于各单节锂电池间内部特性的不一致，会导致各节锂电池充、放电的不一致。一节性能恶化时，整个电池组的行为特征都会受到此电池的限制，降低整体电池组性能。为使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性能，延长使用寿命，必须要对锂电池在充、放电时进行实时监控，提供过压、过流、温度保护和电池间能量均衡。

但是现有的电池管理系统都没能很好的对电池过压、过流、温度保护和电池间能量均衡进行很好的配置，使得电动汽车蓄电池在工作过程中达不到最好的效果。

实用新型内容

针对上述问题存在的不足，本实用新型提供一种新型电动汽车蓄电池管理系统。

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

电动汽车蓄电池管理系统，包括数据采集模块、数据存储模块、触摸显示模块、换算模块、控制器模块、均衡模块、充电模块和无线通信模块；

所述数据采集模块与电池连接；所述数据采集模块的输出端与控制器模块连接；所述数据存储模块与控制器模块的数据接口连接；所述触摸显示模块与控制器模块连接；所述换算模块有控制器模块的转换接口连接；所述均衡模块的输入端与控制器模块连接；所述充电模块的输入端与控制器模块连接；所述无线通信模块与控制器模块连接。

本实用新型还进一步包括报警电路；所述报警电路的输入端与控制器模块连接。

上述方案中，优选的是数据采集模块包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路；所述电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路的输出端均与控制器模块连接。

上述方案中，优选的是充电模块包括过充保护和充电控制电路；所述过充保护和充电控制电路的输入端均与控制器模块连接。

上述方案中，优选的是换算模块包括内阻计算电路和电量计算电路；所述内阻计算电路和电量计算电路均与控制器模块连接。

上述方案中，优选的是控制器模块主要包括微处理器，所述微处理器使用STM32系列的单片机芯片。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型通过设置有均衡模块，从而使得没节电池在出现次充、放电后，电池组不会失衡，使得电池组供电更加稳定，提高动力电池组的效率与安全；

2.本实用新型接有无线通信模块，可以把电动汽车的电池数据传到用户管理端或者云平台，加强对电池组的管理；

3.本实用新型具有结构简单，检测精度高，安装方便，只要把该系统安装在电池组的电池上就可以使用。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明。

电动汽车蓄电池管理系统，如图1所示，包括数据采集模块、数据存储模块、触摸显示模块、换算模块、控制器模块、均衡模块、充电模块和无线通信模块。本系统安装在锂电池组的内部，以单片机为控制核心，在实现对各节锂电池能量均衡的同时，还可以实现过充、过放、过流、温度保护及短路保护。通过LCD显示电池组的各种状态，并可以通过预留的通信端口读取各节锂电池的历史性能状态。

所述数据采集模块与电池连接；所述数据采集模块的输出端与控制器模块连接；所述数据存储模块与控制器模块的数据接口连接；所述触摸显示模块与控制器模块连接；所述换算模块有控制器模块的转换接口连接；所述均衡模块的输入端与控制器模块连接；所述充电模块的输入端与控制器模块连接；所述无线通信模块与控制器模块连接。

本系统控制器模块采用的微控制器是美国ATMEL公司推出的一种高性能8位单片机ATmega8。该单片机具备AVR高档单片机系列的全部性能和特点，支持在线编程，只需要一条可自制的下载线就可以进行单片机系统的开发。其中ATmega8单片机有6路A/D转换通道，其中有4路为10位精度，在设计中可直接用于电池电压的测量。ATmega8的各项性能使其成为适应性强、灵活性高、成本低的嵌入式高效微控制器，特别适合在开发阶段使用。

在本系统的充电模块中，由于管理系统是随电池组一起放在电池箱内，且充电器是外置的，因此如果增加通信接口和外接充电器形成闭环控制，就会使该管理系统的通用性降低。为实现高通用性，使管理系统和外部的充电器单独工作，本电池管理系统采用间歇式充电法。间歇式充电法是在预充和保持阶段通过间歇地打开和关闭充电回路，等效地改变充电电流的大小，进而实现在预充和保持状态时需要小电流、在正常充电时需要大电流的的性能要求。在对带有管理系统的电池组进行充电时，需要外接与之匹配的恒压电源充电器，对其恒压值U的要求为：U＝4.2V×N+损耗电压，其中N为电池节数。限流值为该动力锂电池的常规充电电流0.3C(C为电池容量)，在进行充电前必须先进行系统的初始化，然后按照间歇式充电法对电池组自动充电。

锂离子电池在充电时要求其端电压控制在4.2V以下，为防止过充损坏电池，要求必须在充电时实时检测各单节锂电池电压。所示的电压采样检测方案。该方案可直接使用微处理器内的10位A/D转换器，不需要另外加入A/D芯片，节省了设计成本。实际电路中的模拟开关采用继电器实现。

动力电池组是由多个单节电池串联组成的电池模块，由于电池个体之间内部特性的差异，若干次充、放电后，电池组会失衡，严重影响动力电池组的效率与安全。另外，电池组在充放电过程中的过充电、过放电、电流过大、温度过高等现象会加剧电池间特性的差异，从而引起单节锂电池之间容量、电压等性能的不平衡，最终导致电池组整体特性的急剧衰退和部分电池的加速损坏。因此在锂电池组合使用时必须要解决各个单节电池在电池组中的平衡问题。

电池组中各节电池电量的均衡可采用电阻均衡、电容均衡、变压器均衡等多种方案。由于本管理系统是针对大容量的动力锂电池组，若采用电阻均衡，均衡速度快但将会有过多的能量白白浪费掉；电容均衡虽然不额外耗能，但是均衡电流一般较小，很难胜任动力锂电池之间的均衡。故本均衡模块采用兼顾效率和速度的变压器均衡方案。在具体设计中直接采用DC/DC开关电源模块。由于开关电源模块具有功耗小、效率高、体积小、质量轻等优点，将其直接作为均衡模块使用是一个很好的选择。在具体使用时，根据检测到的各单节电池的电压值判断是否需要对电池组进行能量均衡。用电池组的整体能量对电压最低节电池进行额外的均衡充电，直到各节电池电压值的差别在系统要求范围之内。

电流是电池容量估计的关键参数，因此对电流采样的精度、抗干扰能力和线性度误差的要求都很高。在本设计中采用LEM公司的闭环电流传感器LTSR25-NP。该元件具有出色的精度、良好的线性度和最佳的反应时间。其额定电流为25A，最高可测80A的电流，满足系统设计的要求。该电流传感器可把充放电电流转换为0V～5V的电压信号，送至单片机的10位A/D转换器进行转换后可测得充放电电流，测量精度为0.2A。

电池管理系统中的温度检测采用的是美国DALLAS半导体公司生产的数字温度传感器DS18B20。它是单片结构，无需外加A/D转换器即可输出9～12位的数字量。通信采用单总线协议，对DS18B20的各种操作通过一条数据线即可完成。因为每个DS18B20都含有唯一的序列码，使每条总线上可同时连接多个DS18B20，这就使得DS18B20连线简单，系统设计灵活，适合用于多点测温系统，特别是与单片机合用构成的温度检测与控制系统。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims (6)

1.电动汽车蓄电池管理系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据存储模块、触摸显示模块、换算模块、控制器模块、均衡模块、充电模块和无线通信模块；

所述数据采集模块与电池连接；所述数据采集模块的输出端与控制器模块连接；所述数据存储模块与控制器模块的数据接口连接；所述触摸显示模块与控制器模块连接；所述换算模块有控制器模块的转换接口连接；所述均衡模块的输入端与控制器模块连接；所述充电模块的输入端与控制器模块连接；所述无线通信模块与控制器模块连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池管理系统，其特征在于：还包括报警电路；所述报警电路的输入端与控制器模块连接。

3.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池管理系统，其特征在于：所述数据采集模块包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路；所述电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路的输出端均与控制器模块连接。

4.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池管理系统，其特征在于：所述充电模块包括过充保护和充电控制电路；所述过充保护和充电控制电路的输入端均与控制器模块连接。

5.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池管理系统，其特征在于：所述换算模块包括内阻计算电路和电量计算电路；所述内阻计算电路和电量计算电路均与控制器模块连接。

6.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池管理系统，其特征在于：所述控制器模块主要包括微处理器，所述微处理器使用STM32系列的单片机芯片。