CN207459757U - 基于非接触式储能电池监测的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于非接触式储能电池监测的控制装置，包括一组发射探头、一组接收探头、微控制器；所述发射探头与外部的高频脉冲发射电路电性连接，所述接收探头与高频脉冲接收电路电性连接；所述发射探头和接收探头分别安装在电池组的储能电池单体的两端；所述发射探头和接收探头均与微控制器相连接。本实用新型所述的储能电池监测的控制装置通过非接触式储能电池检测技术，并结合温度检测提高了锂电池的SOC以及SOH的检测精度；不需要对原有的储能电池生产包装技术进行变更，只需要在储能电池单体的两侧粘贴探头即可。

Description

基于非接触式储能电池监测的控制装置

技术领域

本实用新型涉及光伏并离网发电以及储能领域，尤其涉及一种基于非接触式储能电池监控的控制装置。

背景技术

对于储能充放电控制器来说，能够时刻准确可靠地知晓储能电池的状态是非常重要的，包括储能电池的SOC(蓄电池荷电状态)，SOH(蓄电池的健康状态)。如何利用SOC数据准确的控制储能电池的充电过程以及放电过程，以及如何利用SOH数据准确的判断储能电池的使用寿命，并且对储能电池的故障能进行及时的报警是目前行业上亟待解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于非接触式储能电池监控的控制装置，可以提高储能电池SOC以及SOH的在线检测精度，提高储能电池使用的可靠性和安全性，延长储能电池的使用寿命。

为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于非接触式储能电池监测的控制装置，包括一组发射探头、一组接收探头、微控制器；所述发射探头与外部的高频脉冲发射电路电性连接，所述接收探头与高频脉冲接收电路电性连接；所述发射探头和接收探头分别安装在电池组的储能电池单体的两端；所述发射探头和接收探头均与微控制器相连接。

作为优选，本实用新型所述的电池组为16串50AH的三元锂电池组。

作为优选，所述发射探头和接收探头均为非接触式检测探头。

作为优选，所述微控制器包括用于在线监测储能电池单体的SOC和SOH的第一主控芯片和用于监测储能电池单体充放电状态的第二主控芯片；所述第一主控芯片通过P1接口与发射探头和接收探头相连接；所述第二主控芯片通过UART串口进行通讯。

作为优选，所述第一主控芯片采用32位ARM微控制器的STM32F103R8T6控制芯片，所述第二主控芯片采用32位ARM微控制器的STM32F030C8T6控制芯片。

作为优选，微控制器还包括第一采集芯片和第二采集芯片，所述第一采集芯片和第二采集芯片串接在一起，每个采集芯片负责8串电池单体的电压监控采集，并通过SPI通讯口连接到第二主控芯片。

作为优选，微控制器还包括第一通讯隔离芯片和第二通讯隔离芯片，所述第一通讯隔离芯片和第二通讯隔离芯片将第一采集芯片和第二采集芯片之间进行隔离设置。

作为优选，微控制器还包括两组MOS开关管，一组MOS开关管用于控制储能电池组的充电，另一组MOS开关管用于控制储能电池组的充电。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型所述的储能电池监测的控制装置通过非接触式储能电池检测技术，并结合温度检测，提高锂电池的SOC以及SOH的检测精度；不需要对原有的储能电池生产包装技术进行变更，只需要在储能电池单体的两侧粘贴探头即可。

2、本实用新型所述的储能电池监测的控制装置集成了BMS功能，并且具有均衡功能，能提供对储能电池完善，准确以及智能的监控与保护；同时本控制装置可接入多路充电电源，方便不同场合的应用。

附图说明

图1为本实用新型基于非接触式储能电池监控的控制装置的结构原理图；

图2为本实用新型所述的第一主控芯片的内部示意图；

图3为本实用新型所述的第二主控芯片的内部示意图；

图4为本实用新型所述的16选1的模拟开关的结构示意图；

图5为本实用新型所述的第一通讯隔离芯片和第一采集芯片的连接示意图；

图6为本实用新型所述的第二通讯隔离芯片和第二采集芯片的连接示意图；

图7为本实用新型所述的MOS开关管的连接示意图；

附图标记中：1-发射探头；2-接收探头；3-微控制器；4-储能电池单体，U1、第一主控芯片，U2、第二主控芯片，U3、16选1的模拟开关，U4、第一通讯隔离芯片，U5、第一采集芯片，U6、第二通讯隔离芯片，U7、第二采集芯片，T1～T8、MOS开关管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在详细介绍本实用新型之前，首先指出本实施例中所介绍的储能对象针对的是16串50AH的三元锂电池组，用于构建48V的储能系统。

参见图1至7所示，本实用新型实施例提供一种基于非接触式储能电池监测的控制装置，包括一组发射探头1、一组接收探头2、微控制器3；所述发射探头1与外部的高频脉冲发射电路(图中未标示)电性连接，所述接收探头2与高频脉冲接收电路(图中未标示)电性连接；其中，发射探头1和接收探头2分别安装在电池组的储能电池单体4的两端；所述发射探头1和接收探头2均与微控制器3相连接。

本实施例中的微控制器3具有BMS(储能电池管理系统)功能，通过专用监控芯片，本储能充放电控制器可以实时检测每一个单体储能电池的电压，并且提供充电均衡功能，过充保护功能，过放保护功能，以及过流短路保护功能；本实施例中，储能电池监测的控制装置采用的是非接触式储能电池检测探头一端为发射端(即发射探头1)，另一端为接收端(即接收探头2)，微控制器3会定时在探头的发射端发射高频检测脉冲，脉冲信号穿透储能电池后，抵达探头的接收端，通过高频脉冲接收电路进行信号保持后，微控制器3会采集该信号，并结合采集的电池单体温度型号，进行分析计算，得出每个电池单体的状态。通过在储能电池的两侧安装的非接触式检测探头，储能充放电控制器控制其中的发射探头发射一个高频脉冲，脉冲穿透储能电池后，储能充放电控制器在接收探头的一端接收并保持一个电压信号，通过AD采集口采集这个电压信号，再结合采集的该节储能电池的温度信号，通过运算后得出该锂电池的SOC和SOH数据以及状态。SOC的精度最高可达1％，而SOH可以估算储能电池的寿命，以及检查储能电池内部是否有鼓包，漏液等危险故障。储能充放电控制器集成有BMS，能检测每一节锂电池的单体电压，并且能够进行被动式均衡控制，保证在使用时每节单体电池的一致性。储能充放电控制器设计有充放电控制功能，可接入太阳能，市电或者车载电源进行充电，同时提供充电过流过压保护以及放电过流过低压保护。

参见图2至3所示，所述微控制器3包括用于在线监测储能电池单体的SOC和SOH的第一主控芯片(即图中的U1)和用于监测储能电池单体充放电状态的第二主控芯片(即图中的U2)；其中，第一主控芯片通过P1接口与发射探头1和接收探头2相连接；所述第二主控芯片U2与第一主控芯片U1之间通过UART串口进行通讯。作为本实用新型实施例的优选结构，U1采用32位ARM微控制器STM32F103R8T6作为非接触式储能电池监测的主控芯片，U1通过P1接口连接16路非接触器储能电池检测探头，实时在线监测16节三元储能电池单体的SOC和SOH。U2采用32位ARM微控制器STM32F030C8T6作为BMS以及充放电管理的主控芯片。

参见图4所示，所述微控制器3还包括16选1的模拟开关(即图中的U3)，16节三元锂电池单体的温度的温度型号是通过16选1的模拟开关U3来进行采集，最后，第二主控芯片U2通过AIN0通道采集到16节三元锂电池单体的温度。

参见图5至6所示，本实施例中还包括第一采集芯片和第二采集芯片(即图中的U5和U7)，其中，第一采集芯片和第二采集芯片均为BMS采集芯片，每个芯片负责8接电池单体的电压监控采集(也就是说U5和U7分别负责8接电池单体的电压监控)，并通过SPI通讯口连接到第二主控芯片(即U2)。参见图5至6所示，所述微控制器3还包括第一通讯隔离芯片和第二通讯隔离芯片(即图中的U4和U6)，因为在使用的过程中，U5和U7是串接使用的，其工作的电位不一致，因此SPI通讯必须经过U4和U6隔离后，方可一起连接到U2的SPI通讯口。

参见图7所示，微控制器3还包括两组MOS开关管，一组MOS开关管用于控制储能电池组的充电，另一组MOS开关管用于控制储能电池组的充电。在本实施例中，T1～T8为8个大功率MOS开关管，用来控制储能电池组的充放电，其中T1、T3、T5、T7并接后起充电控制的作用，T2、T4、T6、T8并接后起放电控制的作用。RS1和RS2并接后为充放电限流电阻。当第二主控芯片U2检测到充电过流或者充电过压时，会关闭充电管的驱动，当第二主控芯片U2检测到放电过流或者放电电压过低时，会关闭放电管的驱动。同时，当第二主控芯片U2通过第一采集芯片U5和第二采集芯片U7检测到16节电池单体之间有电压不均衡时，会通过SPI口发送命令打开对应的均衡开关，开始锂电池均衡功能，此均衡功能为被动式均衡，均衡电流可达100mA。第一主控芯片U1和第二主控芯片U2通过UART串口进行通讯，其中第二主控芯片U2为储能充放电控制器的主控芯片。

本实用新型所述的储能电池监测的控制装置通过非接触式储能电池检测技术，并结合温度检测，与常用的库伦电量估算法相比，提高了锂电池的SOC以及SOH的检测精度；不需要对原有的储能电池生产包装技术进行变更，只需要在储能电池单体的两侧粘贴探头即可，通过集成的BMS功能，具有均衡功能，能提供对储能电池完善，准确以及智能的监控与保护；同时本控制装置可接入多路充电电源，方便不同场合的应用。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于非接触式储能电池监测的控制装置，其特征在于：包括一组发射探头、一组接收探头、微控制器；所述发射探头与外部的高频脉冲发射电路电性连接，所述接收探头与高频脉冲接收电路电性连接；所述发射探头和接收探头分别安装在电池组的储能电池单体的两端；所述发射探头和接收探头均与微控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的基于非接触式储能电池监测的控制装置，其特征在于：电池组为16串50AH的三元锂电池组。

3.根据权利要求2所述的基于非接触式储能电池监测的控制装置，其特征在于：所述发射探头和接收探头均为非接触式检测探头。

4.根据权利要求2所述的基于非接触式储能电池监测的控制装置，其特征在于：所述微控制器包括用于在线监测储能电池单体的SOC和SOH的第一主控芯片和用于监测储能电池单体充放电状态的第二主控芯片；所述第一主控芯片通过P1接口与发射探头和接收探头相连接；所述第二主控芯片通过UART串口进行通讯。

5.根据权利要求4所述的基于非接触式储能电池监测的控制装置，其特征在于：所述第一主控芯片采用32位ARM微控制器的STM32F103R8T6控制芯片，所述第二主控芯片采用32位ARM微控制器的STM32F030C8T6控制芯片。

6.根据权利要求4所述的基于非接触式储能电池监测的控制装置，其特征在于：微控制器还包括第一采集芯片和第二采集芯片，所述第一采集芯片和第二采集芯片串接在一起，每个采集芯片负责8串电池单体的电压监控采集，并通过SPI通讯口连接到第二主控芯片。

7.根据权利要求6所述的基于非接触式储能电池监测的控制装置，其特征在于：微控制器还包括第一通讯隔离芯片和第二通讯隔离芯片，所述第一通讯隔离芯片和第二通讯隔离芯片将第一采集芯片和第二采集芯片之间进行隔离设置。

8.根据权利要求6所述的基于非接触式储能电池监测的控制装置，其特征在于：微控制器还包括两组MOS开关管，一组MOS开关管用于控制储能电池组的充电，另一组MOS开关管用于控制储能电池组的充电。