CN214626421U - 一种便捷控制电池供电的电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便捷控制电池供电的电池管理系统，包括数据采集处理模块、温度采集模块、电流采集模块、电池保护板、驱动电源、电池组和监控终端；数据采集处理模块包括数据采集处理芯片、温度探头连接端口、霍尔传感器连接端口、通讯连接端口、正向低压降稳压模块、电池连接端口、电池状态信号接收模块和电压检测模块。本实用新型的有益效果是：数据采集处理模块向电池保护板传输某个电池非真实的电压参数，从而控制是否触发电池保护板的断电保护，进而控制电池组与用电设备的连接；无需对目前市场上的保护板进行软硬件改良，可以有效兼容市场上的电池保护板；可以少配置一组IC芯片来对应控制指令，有效降低成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及低压电子控制技术领域，特别是一种便捷控制电池供电的电池管理系统。
背景技术
现有的一些智能化用电设备，需要使用由数十个以上的锂电池组成的电池组作为供电电源。电池组的供电性能取决于电池组内的每一个电池的性能参数，电池组内某一个电池出现异常，也会影响电池组的正常供电。为此，需要为电池组配置相应的电池管理系统，以智能化地管理及维护各个电池，实时监控电池的状态，延长电池的使用寿命。
现有的电池管理系统的电池组通断电方式中，电池保护板需要识别数据采集处理模块传输的数据，因此需要在原有的电池保护板上增加IC芯片来管理、控制电池组开关，电池保护板的IC芯片也需进行相应的软件设计。这样的控制方式需要对电池保护板进行软硬件改良，增加成本；而且，不同厂家设计的电池保护板具有一定的差异化，电池保护板在电池管理系统中的兼容性也存在差异，实际使用时，容易出现控制异常的情况。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供了一种便捷控制电池供电的电池管理系统。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种便捷控制电池供电的电池管理系统，包括数据采集处理模块、温度采集模块、电流采集模块、电池保护板、驱动电源、电池组和监控终端；数据采集处理模块包括数据采集处理芯片、温度探头连接端口、霍尔传感器连接端口、通讯连接端口、正向低压降稳压模块、电池连接端口、电池状态信号接收模块和电压检测模块；数据采集处理芯片分别与温度探头连接端口、霍尔传感器连接端口、通讯连接端口电性连接，温度探头连接端口电性连接温度采集模块，霍尔传感器连接端口电性连接电流采集模块，通讯连接端口连接有无线通讯模块，数据采集处理模块与电池保护板、监控终端进行无线通讯连接；正向低压降稳压模块的输入端连接驱动电源，正向低压降稳压模块的输出端连接数据采集处理芯片；电池连接端口接入电池组，电池连接端口与电池状态信号接收模块电性连接，电池状态信号接收模块分别与数据采集处理芯片、电压检测模块电性连接，电压检测模块与数据采集处理芯片电性连接。
上述技术方案中，电池状态信号接收模块包括有主控多路复用芯片和1个以上分控多路复用芯片，电池连接端口与每个分控多路复用芯片电性连接，每个分控多路复用芯片分别与数据采集处理芯片电性连接，每个分控多路复用芯片还分别与主控多路复用芯片电性连接，主控多路复用芯片与电压检测单元电性连接。
上述技术方案中，电压检测模块设有第一运算放大器芯片和第二算放大器芯片，主控多路复用芯片电性连接第一运算放大器的输入端，第一运算放大器的输出端电性连接第二运算放大器的输入端，第二运算放大器的输出端电性连接数据采集处理芯片。
上述技术方案中，单个分控多路复用芯片可电性连接电池连接端口的1～8个引脚。
上述技术方案中，电池连接端口为25个引脚的端口，其中24个引脚用于连接对应电池组中的电池，剩下1个引脚用于接地；每个用于连接电池的引脚处均连接有一稳压电路，稳压电路包括有两个电阻、一个电容和一个稳压二极管，一个电阻、一个电容和一个稳压二极管相互并联，稳压二极管的正极与另一电阻串联，稳压二极管的负极接地。
上述技术方案中，电池连接端口与通讯连接端口电性连接。
上述技术方案中，数据采集处理模块还包括运行指示灯，运行指示灯与正向低压降稳压模块电性连接。
上述技术方案中，无线通讯模块为蓝牙模块、4G模块、5G模块或Wifi模块。
上述技术方案中，温度采集模块为温度探头。
上述技术方案中，电流采集模块为霍尔电流传感器。
本实用新型的有益效果是：数据采集处理模块向电池保护板传输某个电池非真实的电压参数，从而控制是否触发电池保护板的断电保护，进而控制电池组与用电设备的连接；无需对目前市场上的电池保护板进行软硬件改良，可以有效兼容市场上的电池保护板；可以少配置一组IC芯片来对应控制指令，有效降低成本。
附图说明
图1是本实用新型实施例的模块示意图。
图2是本实用新型实施例中数据采集处理模块的模块示意图。
图3是本实用新型实施例中电池状态信号接收模块的模块示意图。
图4是本实用新型实施例的电路原理图之部分一。
图5是本实用新型实施例的电路原理图之部分二。
图6是本实用新型实施例的电路原理图之部分三。
附图标记
1、数据采集处理模块；101、数据采集处理芯片；102、温度探头连接端口；103、霍尔传感器连接端口；104、通讯连接端口；105、正向低压降稳压模块；106、电池连接端口；107、电池状态信号接收模块；1071、主控多路复用芯片；1072、分控多路复用芯片108、电压检测模块；109、运行指示灯；110、稳压电路；2、温度采集模块；3、电流采集模块；4、电池保护板；5、驱动电源；6、电池组；7、监控终端。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，一种便捷控制电池供电的电池管理系统，包括数据采集处理模块1、温度采集模块2、电流采集模块3、电池保护板4、驱动电源5、电池组6和监控终端7。
数据采集处理模块1在正常情况下用于采集和传输电池组6的各项状态数据，包括电池组6运行时的温度、电流以及电压数据，数据采集处理模块1可与监控终端7进行信息交互；
温度采集模块2用于采集电池组6的温度参数并将温度参数传输到数据采集处理模块1，温度采集模块2与数据采集处理模块1电性连接，温度采集模块2为温度探头，温度探头贴附在电池组6表面实现物理接触，进而进行温度采集。
电流采集模块3用于采集电池组6的电流参数并将电流参数传输到数据采集处理模块1，电流采集模块3与数据采集处理模块1电性连接，电流采集模块3为霍尔电流传感器，霍尔电流传感器按照霍尔效应原理，霍尔电流传感器与电池组6之间采用非接触方式进行电流测量。
电池保护板4用于根据数据采集处理模块1的电池状态参数，对电池组6的保护及通断控制，电池保护板4与数据采集处理模块1采用蓝牙、4G、5G或Wifi等无线通讯方式进行连接，电池保护板4与电池组6电性连接，电池保护板4上设有用于控制电池组6与外部用电设备连接的通断开关，电池保护板4接收来自数据采集处理模块1的电池组6电压数据，通过判断所接收电池组6电压数据是否在电池组6正常工作的电压范围，进而判断电池组6是否需要进行断电保护。此外，电池保护板4与数据采集处理模块1之间也可以通过数据线进行电性连接。
驱动电源5用于为数据采集处理模块1及数据采集处理模块1所连接的温度采集模块2、电流采集模块3、电池保护板4提供正常运行所需的电力，驱动电源5与数据采集处理模块1电性连接。
电池组6用于外部用电设备供电，电池组6与数据采集处理模块1电性连接，数据采集处理模块1采集电池组6中各个电池的电压数据。
监控终端7用于远程监控电池组6的运行状态，监控终端7与数据采集处理模块1采用蓝牙、4G、5G或Wifi等无线通讯方式进行连接，数据采集处理模块1采集到的温度、电流以及电压参数通过无线通讯传输至监控终端7处，使用者可以远程地、实时地知道电池组6的运行状态，并且，可以通过监控终端7发送指令，控制电池组6与用电设备的连接通断。监控终端7可以是主服务器、用户计算机以及可移动智能设备等。
如图2和图4-6所示，数据采集处理模块1包括数据采集处理芯片101、温度探头连接端口102、霍尔传感器连接端口103、通讯连接端口104、正向低压降稳压模块105、电池连接端口106、电池状态信号接收模块107和电压检测模块108。
数据采集处理芯片101用于电池组6的各项状态数据的采集与传输，并可通过无线通讯接收监控终端7的开关控制指令，数据采集处理芯片101通过修改电池组6中某个电池的电压参数，并向电池保护板4传输该非真实的电压参数，进而触发电池保护板4的断电保护，从而人为地控制电池组6的通断电。数据采集处理芯片101可采用GD32F130F8P6型号的单片机芯片。一般情况下，数据采集处理芯片101向电池保护板4传输的非真实的电压参数的数值范围在2V～2.5V，确保电池保护板4中各电路的正常运行。
温度探头连接端口102用于连接温度采集模块2，霍尔传感器连接端口103用于连接电流采集模块3，通讯连接端口104用于接入通讯用的蓝牙模块、4G模块、5G模块或Wifi模块等无线通讯模块，数据采集处理芯片101分别与温度探头连接端口102、霍尔传感器连接端口103、通讯连接端口104电性连接。其中，通讯连接端口104的数量有2个，可以同时使用两种不同的通讯模块进行连接。
正向低压降稳压模块105用于降低并稳定驱动电源5的电压，使接入的电源满足数据采集处理芯片101正常运行所使用，正向低压降稳压模块105的输入端连接驱动电源5，正向低压降稳压模块105的输出端连接数据采集处理芯片101。正向低压降稳压模块105可采用AMS1117-3.3型号的正向低压降稳压器。
电池连接端口106用于连接电池组6，本实施例中的电池连接端口106有2个，每个电池连接端口106为25引脚的端口，可接入含有24个电池的电池组6，剩下1个引脚接地；电池状态信号接收模块用于采集电池组6中每个电池的电压数据，并向数据采集处理芯片101传输电压数据；电压检测模块108用于对比判断当前电池组6的电压状态是否正常。电池连接端口106与电池状态信号接收模块电性连接，电池状态信号接收模块与数据采集处理芯片101电性连接，电池状态信号接收模块直接将采集到的电压数据传输至数据采集处理芯片101，电池状态信号接收模块还与电压检测模块108电性连接，将采集到的电压数据传输至电压检测模块108进行电池组6的电压状态判断，电压检测模块108与数据采集处理芯片101电性连接，将电池组6的电压状态判断结果传输至数据采集处理芯片101。
其中，电池连接端口106还与通讯连接端口104电性连接，当电池连接端口106接入电池组6时，可将电池组6接入的信息直接传输至通讯连接端口104所连接的通讯模块，从而将该信息传输至电池保护板4或监控终端7。
其中，如图3所示，电池状态信号接收模块包括有主控多路复用芯片1071和1～6个的分控多路复用芯片1072，分控多路复用芯片1072的数量根据主控多路复用芯片1071可连接数量而定，不局限于数量为6个的分控多路复用芯片1072。电池连接端口106分别与各个分控多路复用芯片1072电性连接，电池组6中各个电池的电压数据通过电池连接端口106分路传输到各个分控多路复用芯片1072中，完成电压数据采集，各个分控多路复用芯片1072分别与数据采集处理芯片101电性连接，将采集的电压数据直接传输到数据采集处理芯片101；各个分控多路复用芯片1072还分别与主控多路复用芯片1071电性连接，主控多路复用芯片1071与电压检测单元电性连接，主控多路复用芯片1071将电池组6的电压数据传输电压检测单元进行至判断。本实施例中，主控多路复用芯片1071采用CD4052BM型号芯片，分控多路复用芯片1072采用CD4051BM96型号芯片，单个分控多路复用芯片1072可接电池连接端口106的1～8个引脚。
其中，如图5所示，电压检测模块108设有两个运算放大器芯片，主控多路复用芯片1071电性连接第一个运算放大器的输入端，第一个运算放大器的输出端电性连接第二个运算放大器的输入端，第二个运算放大器的输出端电性连接数据采集处理芯片101。电池组6的电压数据经过二级运算放大器芯片进行电压对比，两个运算放大器芯片均可采用LM258型号芯片。
其中，数据采集处理模块1还包括运行指示灯109，运行指示灯109与正向低压降稳压模块105电性连接，运行指示灯109通过灯光直观地反馈数据采集处理模块1是否正常运行。
其中，电池连接端口106中每一个连接电池的引脚处，均连接有一稳压电路110，稳压电路110包括有两个电阻、一个电容和一个稳压二极管，一个电阻、一个电容和一个稳压二极管相互并联，稳压二极管的正极与另一电阻串联，稳压二极管的负极接地。
便捷控制电池供电的电池管理系统的工作原理：
数据采集处理模块1通过温度采集模块2采集电池组6温度数据，通过电流采集模块3采集电池组6的电流数据，以及通过电池状态信号接收模块107和电压检测模块108采集和判断电池组6的电压数据；数据采集处理模块1与监控终端7、电池保护板4通过无线通讯方式进行数据交互。
当数据采集处理模块1所采集到的电池组6数据超出合理数值范围，或监控终端7向数据采集处理模块1传输断电指令时，数据采集处理模块1修改电池组6中某个电池的电压参数，并向电池保护板4传输该个电池非真实的电压参数，电池保护板4以自己本身的刷新频率检测到该个电池非真实的电压参数，触发电池保护板4的断电保护，电池组6与用电设备之间断开。
当数据采集处理模块1所采集到的电池组6数据回到合理数值范围，或监控终端7向数据采集处理模块1传输通电指令时，数据采集处理模块1将先前修改的那一个电池的电压参数恢复成真实的电压参数，并向电池保护板4传输该个电池真实的电压参数，在所有电池的数据正常的情况下，解除电池保护板4的断电保护，电池组6与用电设备之间恢复连接。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本实用新型，故凡依本实用新型专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。
Claims (10)
1.一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：包括数据采集处理模块(1)、温度采集模块(2)、电流采集模块(3)、电池保护板(4)、驱动电源(5)、电池组(6)和监控终端(7)；所述数据采集处理模块(1)包括数据采集处理芯片(101)、温度探头连接端口(102)、霍尔传感器连接端口(103)、通讯连接端口(104)、正向低压降稳压模块(105)、电池连接端口(106)、电池状态信号接收模块(107)和电压检测模块(108)；数据采集处理芯片(101)分别与温度探头连接端口(102)、霍尔传感器连接端口(103)、通讯连接端口(104)电性连接，温度探头连接端口(102)电性连接温度采集模块(2)，霍尔传感器连接端口(103)电性连接电流采集模块(3)，通讯连接端口(104)连接有无线通讯模块，数据采集处理模块(1)与电池保护板(4)、监控终端(7)进行无线通讯连接；正向低压降稳压模块(105)的输入端连接驱动电源(5)，正向低压降稳压模块(105)的输出端连接数据采集处理芯片(101)；电池连接端口(106)接入电池组(6)，电池连接端口(106)与电池状态信号接收模块(107)电性连接，电池状态信号接收模块(107)分别与数据采集处理芯片(101)、电压检测模块(108)电性连接，电压检测模块(108)与数据采集处理芯片(101)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：所述电池状态信号接收模块(107)包括有主控多路复用芯片(1071)和至少一个分控多路复用芯片(1072)，电池连接端口(106)与每个分控多路复用芯片(1072)电性连接，每个分控多路复用芯片(1072)分别与数据采集处理芯片(101)电性连接，每个分控多路复用芯片(1072)还分别与主控多路复用芯片(1071)电性连接，主控多路复用芯片(1071)与电压检测单元电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：所述电压检测模块(108)设有第一运算放大器芯片和第二算放大器芯片，主控多路复用芯片(1071)电性连接第一运算放大器的输入端，第一运算放大器的输出端电性连接第二运算放大器的输入端，第二运算放大器的输出端电性连接数据采集处理芯片(101)。
4.根据权利要求2所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：单个所述分控多路复用芯片(1072)可电性连接电池连接端口(106)的1～8个引脚。
5.根据权利要求1所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：所述电池连接端口(106)为25个引脚的端口，其中24个引脚用于连接对应电池组(6)中的电池，剩下1个引脚用于接地；每个用于连接电池的引脚处均连接有一稳压电路(110)，稳压电路(110)包括有两个电阻、一个电容和一个稳压二极管，其中一个电阻、一个电容和一个稳压二极管相互并联，稳压二极管的正极与另一电阻串联，稳压二极管的负极接地。
6.根据权利要求1所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：所述电池连接端口(106)与所述通讯连接端口(104)电性连接。
7.根据权利要求1所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：所述数据采集处理模块(1)还包括运行指示灯(109)，运行指示灯(109)与正向低压降稳压模块(105)电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：所述无线通讯模块为蓝牙模块、4G模块、5G模块或Wifi模块。
9.根据权利要求1所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：所述温度采集模块(2)为温度探头。
10.根据权利要求1所述的一种便捷控制电池供电的电池管理系统，其特征在于：所述电流采集模块(3)为霍尔电流传感器。
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