CN208078707U - 车载磷酸铁锂蓄电池保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机动车车载电源保护技术领域，特别涉及一种车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，包含处理器和数据采集处理模块，数据采集处理模块包含分别与处理器电连接的充电管理模块、电压取样模块、温度取样模块、电流检测模块、总开关电路模块及对外接口电路模块；所述的充电管理模块包含两个与处理器电连接的充电管理电路，两个充电管理电路分别对应与主、辅磷酸铁锂电池组电连接。本实用新型设计科学、合理，在机动车辆运行过程中可对车载磷酸铁锂蓄电池进行平衡充电，并对车用电气设备提供能源支持；提供了多种接口方式输出电池状态信息；可有效提升车载蓄电池的安全性，通过均衡充电有效延长电池组的使用寿命，同时适配现有的车辆蓄电池接口。

Description

车载磷酸铁锂蓄电池保护系统

技术领域

本实用新型涉及机动车车载电源保护技术领域，特别涉及一种车载磷酸铁锂蓄电池保护系统。

背景技术

现有的大部分机动车的动力还是基于燃料发动机，其车载蓄电池都是采用传统的铅酸蓄电池。铅酸蓄电池具有放电电流大，安全性高，成本低等优点；同时，汽车铅酸蓄电池在使用过程中具有电池自放电率高、寿命短、无有效保护、容量衰减、废电池污染环境等特点。磷酸铁锂电池作为锂电池的二代产品，本身物理性能稳定，同时，磷酸铁锂电池能量质量比高、放电电流大、循环寿命长、自放电小、使用安全、无毒、无污染、没有记忆效应等优点，可完全替代铅酸蓄电池作为燃油机动车的车载蓄电池。由于采用高热稳定性材料和缜密工艺设计，再配合电池保护系统的过压、欠压、过流、过充、温度监控等保护功能，不爆炸不起火，电池安全和可靠性大为增强。然而，现有汽车电池管理系统需要转化接口元件，无法实现车载电源主、辅电池组的切换，且硬件布置繁琐，效率低，系统参数实时显示直观性差。

发明内容

针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，设计科学、合理，结构简单，有效提升车载蓄电池安全性和稳定可靠性，延长电池组使用寿命。

按照本实用新型所提供的设计方案， 一种车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，包含处理器和数据采集处理模块，数据采集处理模块包含分别与处理器电连接的充电管理模块、电压取样模块、温度取样模块、电流检测模块、总开关电路模块及对外接口电路模块；所述的充电管理模块包含两个与处理器电连接的充电管理电路，两个充电管理电路分别对应与主、辅磷酸铁锂电池组电连接。

上述的，所述的电压取样模块包含分压电阻及与分压电阻电连接的电压跟随器，电压跟随器输出端与处理器电连接。

上述的，电流检测模块为采用霍尔元件的电流检测电路。

上述的，温度取样模块为采用四个桥壁电阻组成的温度检测电路，四个桥壁电阻中，有一个桥壁电阻为热敏电阻。

上述的，总开关电路模块包含开关元件及与开关元件电连接的驱动电路。

优选的，所述的开关元件为晶闸管，或为可控硅。

上述的，所述的充电管理电路包含将输入总电压均衡分配至电池组每节电池的电压分配芯片，所述的电压分配芯片与处理器电连接。

上述的，所述的对外接口电路模块包含依次与处理器电连接的Can总线接口电路、232接口电路和485接口电路。

上述的，所述的处理器采用带有输入输出接口和模数转换接口的芯片，该芯片内含有存储器和计数器。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简单，设计科学、合理，在机动车辆运行过程中可对车载磷酸铁锂蓄电池进行平衡充电，并对车用电气设备提供能源支持；系统支持设置1块或主副2块磷酸铁锂电池组进行工作，各电池组均有电压取样模块动态调节电池组内部各电池充放电电流达到均衡充电的效果；系统同时对充、放电电流、电池组温度进行实时监测，当检测到异常时可切断电池电源保护车辆安全，同时本系统还提供了多种接口方式输出电池状态信息；本实用新型可有效提升车载蓄电池的安全性，通过均衡充电有效延长电池组的使用寿命，同时适配现有的车辆蓄电池接口。

附图说明：

图1为实施例中系统原理示意图；

图2为实施例中充电管理模块电路示意图；

图3为实施例中电压取样模块电路示意图；

图4为实施例中温度取样模块电路示意图；

图5为实施例中电流检测模块电路示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不限于此。

现有车载电源管理系统中存在硬件布置繁琐、转化接口复杂、效率低等情形，为此，本实施例，参见图1所示，一种车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，包含处理器和数据采集处理模块，数据采集处理模块包含分别与处理器电连接的充电管理模块、电压取样模块、温度取样模块、电流检测模块、总开关电路模块及对外接口电路模块；所述的充电管理模块包含两个与处理器电连接的充电管理电路，两个充电管理电路分别对应与主、辅磷酸铁锂电池组电连接。

充电管理电路将输入的总电压均衡分配至锂电池包内电池组每节电池，处理器通过电压取样模块取各单节电池电压，控制开关管导通/关闭控制单节电池的充电状态。当单节电池电压小于额定饱和电压时，控制器MCU控制开关管截止，电池充电；当单节电池电压超过饱和电压时，控制如图2所示的开关管导通，使单节电池沿旁路释放电量，继而达到电池组内各电池均衡充电的效果。本实用新型采用双充电管理电路的方式，可管理2组磷酸铁锂电池组，也可只接入一组电池组。当接入2组电池组时，一组电池组作为主电池组，另外一组作为辅电池组。当主电池组用电状态接近于欠压状态且无外部电源充电之时，由MCU控制切断主电池组供电回路，换由辅电池组供电。2组电池组轮流工作，继而保证车载设备正常供电，防止电池组电量过放。

如图3所述，电压取样模块包含分压电阻及与分压电阻电连接的电压跟随器，电压跟随器输出端与处理器电连接。电压取样模块采用电阻分压及电压跟随电路，由电池组内各级电池电压引出通过比例缩小后将电压输送至处理器MCU，MCU采样各端口的电压换算后计算得到各电池实际电压。

如图5所示，电流检测模块为采用霍尔元件的电流检测电路。电流检测模块采用霍尔器件，是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。当电流检测电路中流过电流时，会有一磁场穿过该器件感磁面，在输出端出现霍尔电势。处理器MCU将霍尔电势通过模数转换接口转换为数字信号，通过判别数字信号的大小计算电流方向及大小。MCU内部设置计数器对超过设定安全值的电流进行计数计时，当超过安全时间时为防止车载用电设备长时间短路引起事故，切断总开关、保护电池组及车辆安全。

如图4所示，温度取样模块为采用四个桥壁电阻组成的温度检测电路，四个桥壁电阻中，有一个桥壁电阻为热敏电阻，其他三个采用常规电阻即可。三个常规电阻和一个热敏电阻组成电桥电路，通过MCU读取放置于电池组上的温度传感器（热敏电阻）读取电池温度信息，当电池组温度过热异常时超过安全时间时，为防止车辆意外切断总开关、保护电池组及车辆安全。

上述的，总开关电路模块包含开关元件及与开关元件电连接的驱动电路。总开关电路模块由MCU控制开/闭状态且允许大电流通过的开关元件。

优选的，所述的开关元件为晶闸管，或为可控硅。

如图2所示，所述的充电管理电路包含将输入总电压均衡分配至电池组每节电池的电压分配芯片，所述的电压分配芯片与处理器电连接。

上述的，所述的对外接口电路模块包含依次与处理器电连接的Can总线接口电路、232接口电路和485接口电路。用户可通过这些接口及约定的数据格式可查询电池实时工作状态及历史信息。

上述的，所述的处理器采用带有输入输出接口和模数转换接口的芯片，该芯片内含有存储器和计数器。处理器MCU与各部分电路之间均有连接关系，所述的处理器/MCU是带有输入输出接口、模数转换接口的芯片，处理器内部含有存储器，可加载固件程序及数据。

汽车电源接口正极连接至本实用新型总开关、电流检测电路、充电管理电路，充电管理电路将输入电压均衡分压至电池组，为电池组提供均衡充电电压。MCU通过通用输入输出接口及适当外围电路、驱动电路连接至总开关、充电管理电路、温度取样电路、接口电路；MCU通过模数转换接口连接至电压取样、电流取样电路；电压取样电路通过连线连接至电池组各串连电池连接处取得各级电池电压。系统在正常运行时总开关处于闭合状态，MCU通过电流检测电路检测电流方向，继而判断电池组充放电状态。当处于充电状态时，MCU通过电压取样电路取各单节电池电压，控制开关管导通/关闭控制单节电池的充电状态。当单节电池电压小于额定饱和电压时，MCU控制开关管截止，电池充电；当单节电池电压超过饱和电压时，控制如图2所示的开关管导通，使单节电池沿旁路释放电量，继而达到电池组内各电池均衡充电的效果。本系统采用双充电管理电路的方式，可管理2组磷酸铁锂电池组，也可只接入一组电池组。当接入2组电池组时，一组电池组作为主电池组，另外一组作为辅电池组。当主电池组用电状态接近于欠压状态且无外部电源充电之时，由MCU控制切断主电池组供电回路，换由辅电池组供电。2组电池组轮流工作，继而保证车载设备正常供电，防止电池组电量过放。当处于放电状态时，MCU将霍尔电势通过模数转换接口转换为数字信号，通过判别数字信号的大小计算电流方向及大小。MCU内部设置计数器对超过设定安全值的电流进行计数计时，当超过安全时间时为防止车载用电设备长时间短路引起事故，切断总开关、保护电池组及车辆安全。MCU实时读取放置于电池组上的温度传感器读取电池温度信息，当电池组温度过热异常时超过安全时间时，为防止车辆意外切断总开关、保护电池组及车辆安全。MCU实时等待由Can总线接口、232接口、485接口传递过来的指令，当指令正确时按约定的数据格式及通讯速率发送电池实时工作状态与历史信息。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本实用新型等同或者类似的变化都应涵盖在本实用新型权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，包含处理器和数据采集处理模块，其特征在于，数据采集处理模块包含分别与处理器电连接的充电管理模块、电压取样模块、温度取样模块、电流检测模块、总开关电路模块及对外接口电路模块；所述的充电管理模块包含两个与处理器电连接的充电管理电路，两个充电管理电路分别对应与主、辅磷酸铁锂电池组电连接。

2.根据权利要求1所述的车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，其特征在于，所述的电压取样模块包含分压电阻及与分压电阻电连接的电压跟随器，电压跟随器输出端与处理器电连接。

3.根据权利要求1所述的车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，其特征在于，电流检测模块为采用霍尔元件的电流检测电路。

4.根据权利要求1所述的车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，其特征在于，温度取样模块为采用四个桥壁电阻组成的温度检测电路；四个桥壁电阻中，有一个桥壁电阻为热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，其特征在于，总开关电路模块包含开关元件及与开关元件电连接的驱动电路。

6.根据权利要求5所述的车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，其特征在于，所述的开关元件为晶闸管，或为可控硅。

7.根据权利要求1所述的车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，其特征在于，所述的充电管理电路包含将输入总电压均衡分配至电池组每节电池的电压分配芯片，所述的电压分配芯片与处理器电连接。

8.根据权利要求1所述的车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，其特征在于，所述的对外接口电路模块包含依次与处理器电连接的Can总线接口电路、232接口电路和485接口电路。

9.根据权利要求1所述的车载磷酸铁锂蓄电池保护系统，其特征在于，所述的处理器采用带有输入输出接口和模数转换接口的芯片，该芯片内含有存储器和计数器。