CN220894481U - 一种基于can总线的分布式电池监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，包含用于电池参数检测的多个数据采集终端，还包含CAN总线和监控终端，所述数据采集终端通过CAN总线连接监控终端；所述数据采集终端包含电池电流检测模块、电池电压检测模块、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、控制器模块、无线通信模块、PWM驱动器、充放电控制模块、显示模块、存储器模块、时钟模块、接口模块和电源模块，基于CAN总线的分布式电池监测，通过电池电流检测模块、电池电压检测模块对电池组的电压及电流实时检测，对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。

Description

一种基于CAN总线的分布式电池监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种电池监测系统，尤其涉及一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，属于数据监控领域。

背景技术

蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用。蓄电池是以放电方式输出电能，以充电方式吸收、恢复电能的一种电源。由于蓄电池是一种化学反应装置，内部的化学反应一般不易及时察觉，日常使用中的缺陷不会立即反应出来，因此蓄电池组的保养维护工作是至关重要的。对蓄电池组维护管理不当将直接影响蓄电池组的使用效益和寿命，甚至严重损坏蓄电池组，极端情况下还会导致安全事故。

蓄电池运行状态的监测主要是通过检测蓄电池的电压、电流、温度等同蓄电池性能密切相关的参数，得出当前蓄电池的运行状态信息，然后通过分析处理并和预先设定的蓄电池性能判断标准进行比较，从而诊断出蓄电池的当前健康状态是否良好。在和蓄电池的健康状态密切相关的参数当中，对温度和电流的测量相对来说比较容易实现，对单个电池的电压检测也比较简单，但是要实现对串联在一起的蓄电池组中单体电池电压的准确测量一直是一个难于解决的问题。而电压检测是最直接检测也是最常用的一个参数，也是目前许多电池监控系统普遍采用的检测方法。

早期的蓄电池组在线监测仪采用的多为集中采集与监测的方法，这种方法的缺点是布线多且线路长，既浪费人力物力又容易引入干扰。此外在电力、电信及化工等不同的领域和不同的场合，需要监测的电池的数量不同，少则几十只，多则数百只，因此集中采集、集中监控的方式很难适应各种情况。鉴于上述问题，对于电池组的监测已开始采用分散采集、集中监控的分布式测量系统。随着电子技术和计算机技术的发展，传统的日常维护及测量方法已经被计算机为核心的实时在线测量所取代，通过在线监测蓄电池组的参数，可以及时了解蓄电池组的工作状态、工作特性及蓄电池组的维护情况，而且具有功能多、速度快、测量准确等特点。目前的测量系统大都采用RS232 或RS485 总线标准，采用这些标准的系统只能是主从式系统．在这些系统中，一般设上位机为主机，由主机发出采集数据命令，前置机依次向主机发送采集数据，而前置机无法主动向主机请求发送数据。

CAN 总线是德国Bosch 公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而推出的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，距离可达l0Km。当信号传输距离达到10Km 时，CAN总线仍可提供高达5Kbps 的数据传输速率。CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点个数在理论上不受限制。CAN 总线是一种多主机局部网络系统标准，它具有多主节点、高可靠性及扩充性能好等特点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，包含用于电池参数检测的多个数据采集终端，还包含CAN总线和监控终端，所述数据采集终端通过CAN总线连接监控终端；

所述数据采集终端包含电池电流检测模块、电池电压检测模块、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、控制器模块、无线通信模块、PWM驱动器、充放电控制模块、显示模块、存储器模块、时钟模块、接口模块和电源模块，所述电池电流检测模块、电池电压检测模块分别依次经过多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块连接控制器模块，所述无线通信模块、显示模块、存储器模块、时钟模块、接口模块和电源模块分别与控制器模块连接，所述控制器模块通过PWM驱动器连接充放电控制模块。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述电池电压检测模块包含电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容CP、电感LP、运算放大器LM311、比较器；

其中，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端接分别连接电阻R2的一端和运算放大器LM311的接口2，电阻R2的另一端分别连接电感LP的一端和电容CP的一端，电感LP的另一端分别连接电容CP的另一端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接运算放大器LM311的接口3和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，运算放大器LM311的接口1和接口4接地，运算放大器LM311的接口8连接电阻R3的一端和电压VCC端，电阻R3的另一端分别连接运算放大器LM311的接口7和比较器。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述电池电流检测模块包含跨导GM、运算放大器OP、电阻R6、电阻R7、电阻R8、P型MOS管MP1、P型MOS管MP2、P型MOS管MP3、P型MOS管MP4、N型MOS管MN1、IOUT端、VDD电压端、V1电压端、V2电压端；

其中，V1电压端连接跨导GM的正极输入端，V2电压端连接跨导GM的负极输入端，跨导GM的输出端分别连接运算放大器OP的负极输入端、电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，运算放大器OP的正极输入端分别连接电阻R7的一端和N型MOS管MN1的源极，电阻R7的另一端接地，运算放大器OP的输出端连接N型MOS管MN1的栅极，N型MOS管MN1的漏极分别连接电阻R8的一端、P型MOS管MP3的栅极、P型MOS管MP4的栅极，电阻R8的另一端分别连接P型MOS管MP3的漏极、P型MOS管MP1的栅极、P型MOS管MP2的栅极，P型MOS管MP3的源极连接P型MOS管MP1的漏极，P型MOS管MP1的源极分别连接P型MOS管MP2的源极和电压VDD端，P型MOS管MP2的漏极连接P型MOS管MP4的源极，P型MOS管MP4的漏极连接IOUT端。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述时钟模块包含时钟芯片DS3231、电容C4、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28，VCC端分别连接电阻R25的一端和电阻R26的一端，电阻R25的另一端连接时钟芯片DS3231的SDA端，电阻R26的另一端连接时钟芯片DS3231的SCL端，VDD端分别连接电阻R27的一端、电阻R28的一端、电容C4的一端和时钟芯片DS3231的2端口，电阻R27的另一端连接时钟芯片DS3231的1端口，电阻R28的另一端连接时钟芯片DS3231的3端口，电容C4的另一端接地。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述接口电路模块包含MCU的DALI_RX端、MCU的DALI_TX端、VCC电压端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一稳压二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、LM317芯片、稳压控制芯片、第一电容、第二电容、第三电容；其中，VCC电压端分别与第一电容的一端、稳压控制芯片的Vin端和第一二极管的负极连接，第一二极管的正极分别连接稳压控制芯片的V0端、第一二极管的正极、第二二极管的负极和DA+端，第一电阻的另一端分别连接第二电阻的一端、稳压控制芯片的ADJ端、第二二极管的正极、第二电容的一端，第二电阻的另一端分别连接第二电容的另一端、第一电容的另一端、DA-端并接地；DA+端分别连接第三三极管的栅极、第七电阻的一端、稳压二极管的负极，稳压二极管的正极分别与第五电阻的一端、第六电阻的一端连接，第五电阻的另一端通过第一三极管分别连接第三二极管的负极、第四电阻的一端和5V电压端、第三二极管的正极分别连接MCU的DALI_RX端、第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接3.3V电压端，第三三极管的栅极通过第十一电阻分别连接第十电阻的一端、第二三极管的集电极，第十电阻的另一端连接5V电压端，第二三极管的基极通过第九电阻连接第八电阻的一端、MCU的DALI_TX端，第八电阻的另一端连接3.3V电压端，第四电阻的另一端、第六电阻的另一端、第七电阻的另一端第二三极管的发射极、DA-端相互连接并接地。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式电池监测系统的进一步优选方案，所述控制器模块选用Xilinx公司的Spartan-6系列可编程逻辑器件6slx16csg324芯片为核心控制器。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，包含用于电池参数检测的多个数据采集终端，还包含CAN总线和监控终端，所述数据采集终端包含电池电流检测模块、电池电压检测模块、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、控制器模块、无线通信模块、PWM驱动器、充放电控制模块、显示模块、存储器模块、时钟模块、接口模块和电源模块；基于CAN总线的分布式电池监测，通过电池电流检测模块、电池电压检测模块对电池组的电压及电流实时检测，对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型整体的结构原理图；

图2是本实用新型数据采集终端的结构原理图；

图3是本实用新型电池电压检测模块的电路图；

图4是本实用新型电池电流检测模块的电路图；

图5是本实用新型时钟模块的电路图；

图6是本实用新型接口电路模块的电路图。

具体实施方式

下面对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

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。

一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，如图1所示，包含用于电池参数检测的多个数据采集终端，还包含CAN总线和监控终端，所述数据采集终端通过CAN总线连接监控终端；

如图2所示，所述数据采集终端包含电池电流检测模块、电池电压检测模块、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、控制器模块、无线通信模块、PWM驱动器、充放电控制模块、显示模块、存储器模块、时钟模块、接口模块和电源模块，所述电池电流检测模块、电池电压检测模块分别依次经过多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块连接控制器模块，所述无线通信模块、显示模块、存储器模块、时钟模块、接口模块和电源模块分别与控制器模块连接，所述控制器模块通过PWM驱动器连接充放电控制模块。

本实用新型基于CAN总线的分布式电池监测，通过电池电流检测模块、电池电压检测模块对电池组的电压及电流实时检测，对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命

如图3所示，所述电池电压检测模块包含电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容CP、电感LP、运算放大器LM311、比较器；

其中，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端接分别连接电阻R2的一端和运算放大器LM311的接口2，电阻R2的另一端分别连接电感LP的一端和电容CP的一端，电感LP的另一端分别连接电容CP的另一端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接运算放大器LM311的接口3和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，运算放大器LM311的接口1和接口4接地，运算放大器LM311的接口8连接电阻R3的一端和电压VCC端，电阻R3的另一端分别连接运算放大器LM311的接口7和比较器。

其通过比较谐振电容CP 两端电压，输出与高频谐振电压过零同步的方波，采样比较电路由分压电阻和高速比较器 LM311构成，其中分压电阻用于降低谐振电压至合适电平作为比较器输入电平，高速比较器 LM311用于精确采样谐振电压过零点并输出开关切换信号。

如图4所示，所述电池电流检测模块包含跨导GM、运算放大器OP、电阻R6、电阻R7、电阻R8、P型MOS管MP1、P型MOS管MP2、P型MOS管MP3、P型MOS管MP4、N型MOS管MN1、IOUT端、VDD电压端、V1电压端、V2电压端；

其中，V1电压端连接跨导GM的正极输入端，V2电压端连接跨导GM的负极输入端，跨导GM的输出端分别连接运算放大器OP的负极输入端、电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，运算放大器OP的正极输入端分别连接电阻R7的一端和N型MOS管MN1的源极，电阻R7的另一端接地，运算放大器OP的输出端连接N型MOS管MN1的栅极，N型MOS管MN1的漏极分别连接电阻R8的一端、P型MOS管MP3的栅极、P型MOS管MP4的栅极，电阻R8的另一端分别连接P型MOS管MP3的漏极、P型MOS管MP1的栅极、P型MOS管MP2的栅极，P型MOS管MP3的源极连接P型MOS管MP1的漏极，P型MOS管MP1的源极分别连接P型MOS管MP2的源极和电压VDD端，P型MOS管MP2的漏极连接P型MOS管MP4的源极，P型MOS管MP4的漏极连接IOUT端。

其将电压差转换成输出电流，先对待检测电阻两端的电压值进行步进调节，减小了电阻偏差的影响，提高了检测精度，通过轨到轨跨导运放结构，将输入电压转化为输出电流，由于该跨导恒定，因此该检测电路可以获得很高精度的电流，再通过两级运放组成的负反馈回路，将电流输出。

如图5所示，所述时钟模块包含时钟芯片DS3231、电容C4、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28，VCC端分别连接电阻R25的一端和电阻R26的一端，电阻R25的另一端连接时钟芯片DS3231的SDA端，电阻R26的另一端连接时钟芯片DS3231的SCL端，VDD端分别连接电阻R27的一端、电阻R28的一端、电容C4的一端和时钟芯片DS3231的2端口，电阻R27的另一端连接时钟芯片DS3231的1端口，电阻R28的另一端连接时钟芯片DS3231的3端口，电容C4的另一端接地。时钟电路选用低成本、高精度实时时钟芯片DS3231来设计实现，DS3231的寄存器地址为00h~12h，它通过读取适当的寄存器字节来获取时钟和日立信息。通过写入适当的寄存器字节来获取时钟和日历信息。通过写入适当的寄存器字节设定或者初始化时钟和日历数据。

如图6所示，所述接口电路模块包含MCU的DALI_RX端、MCU的DALI_TX端、VCC电压端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一稳压二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、LM317芯片、稳压控制芯片、第一电容、第二电容、第三电容；其中，VCC电压端分别与第一电容的一端、稳压控制芯片的Vin端和第一二极管的负极连接，第一二极管的正极分别连接稳压控制芯片的V0端、第一二极管的正极、第二二极管的负极和DA+端，第一电阻的另一端分别连接第二电阻的一端、稳压控制芯片的ADJ端、第二二极管的正极、第二电容的一端，第二电阻的另一端分别连接第二电容的另一端、第一电容的另一端、DA-端并接地；DA+端分别连接第三三极管的栅极、第七电阻的一端、稳压二极管的负极，稳压二极管的正极分别与第五电阻的一端、第六电阻的一端连接，第五电阻的另一端通过第一三极管分别连接第三二极管的负极、第四电阻的一端和5V电压端、第三二极管的正极分别连接MCU的DALI_RX端、第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接3.3V电压端，第三三极管的栅极通过第十一电阻分别连接第十电阻的一端、第二三极管的集电极，第十电阻的另一端连接5V电压端，第二三极管的基极通过第九电阻连接第八电阻的一端、MCU的DALI_TX端，第八电阻的另一端连接3.3V电压端，第四电阻的另一端、第六电阻的另一端、第七电阻的另一端第二三极管的发射极、DA-端相互连接并接地。本实用新型接口电路模块采用LM317的稳压控制芯片为MCU提供工作电压为总线接口提供输出稳定电压，在设备传输中，有效提高了接口的抗扰动能力，能适应DALI 2.0标准规定的电平信号范围，提高系统的可靠性。

所述控制器模块选用Xilinx公司的Spartan-6系列可编程逻辑器件6slx16csg324芯片为核心控制器。

监测模块将在上述前提下实现下列功能：接受上层控制器的控制；实现电池数据的采集，准确反应电池的物理参数，如电压，温度；将采集到的数据传送给上层控制器，实现数据共享。监测模块要达到的物理性能在采样速率>10khz 的情况下，电压采样：电压采集精度25℃优于0.5%, -40℃～85℃优于1%。温度采样：温度采集精度±2℃，-40℃~85℃。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。上面对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：包含用于电池参数检测的多个数据采集终端，还包含CAN总线和监控终端，所述数据采集终端通过CAN总线连接监控终端；

所述数据采集终端包含电池电流检测模块、电池电压检测模块、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、控制器模块、无线通信模块、PWM驱动器、充放电控制模块、显示模块、存储器模块、时钟模块、接口模块和电源模块，所述电池电流检测模块、电池电压检测模块分别依次经过多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块连接控制器模块，所述无线通信模块、显示模块、存储器模块、时钟模块、接口模块和电源模块分别与控制器模块连接，所述控制器模块通过PWM驱动器连接充放电控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述电池电压检测模块包含电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容CP、电感LP、运算放大器LM311、比较器；

其中，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端接分别连接电阻R2的一端和运算放大器LM311的接口2，电阻R2的另一端分别连接电感LP的一端和电容CP的一端，电感LP的另一端分别连接电容CP的另一端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接运算放大器LM311的接口3和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，运算放大器LM311的接口1和接口4接地，运算放大器LM311的接口8连接电阻R3的一端和电压VCC端，电阻R3的另一端分别连接运算放大器LM311的接口7和比较器。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述电池电流检测模块包含跨导GM、运算放大器OP、电阻R6、电阻R7、电阻R8、P型MOS管MP1、P型MOS管MP2、P型MOS管MP3、P型MOS管MP4、N型MOS管MN1、I_OUT端、VDD电压端、V1电压端、V2电压端；

其中，V1电压端连接跨导GM的正极输入端，V2电压端连接跨导GM的负极输入端，跨导GM的输出端分别连接运算放大器OP的负极输入端、电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，运算放大器OP的正极输入端分别连接电阻R7的一端和N型MOS管MN1的源极，电阻R7的另一端接地，运算放大器OP的输出端连接N型MOS管MN1的栅极，N型MOS管MN1的漏极分别连接电阻R8的一端、P型MOS管MP3的栅极、P型MOS管MP4的栅极，电阻R8的另一端分别连接P型MOS管MP3的漏极、P型MOS管MP1的栅极、P型MOS管MP2的栅极，P型MOS管MP3的源极连接P型MOS管MP1的漏极，P型MOS管MP1的源极分别连接P型MOS管MP2的源极和电压VDD端，P型MOS管MP2的漏极连接P型MOS管MP4的源极，P型MOS管MP4的漏极连接I_OUT端。

4.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述时钟模块包含时钟芯片DS3231、电容C4、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28，VCC端分别连接电阻R25的一端和电阻R26的一端，电阻R25的另一端连接时钟芯片DS3231的SDA端，电阻R26的另一端连接时钟芯片DS3231的SCL端，VDD端分别连接电阻R27的一端、电阻R28的一端、电容C4的一端和时钟芯片DS3231的2端口，电阻R27的另一端连接时钟芯片DS3231的1端口，电阻R28的另一端连接时钟芯片DS3231的3端口，电容C4的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述接口电路模块包含MCU的DALI_RX端、MCU的DALI_TX端、VCC电压端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一稳压二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、LM317芯片、稳压控制芯片、第一电容、第二电容、第三电容；其中，VCC电压端分别与第一电容的一端、稳压控制芯片的Vin端和第一二极管的负极连接，第一二极管的正极分别连接稳压控制芯片的V0端、第一二极管的正极、第二二极管的负极和DA+端，第一电阻的另一端分别连接第二电阻的一端、稳压控制芯片的ADJ端、第二二极管的正极、第二电容的一端，第二电阻的另一端分别连接第二电容的另一端、第一电容的另一端、DA-端并接地；DA+端分别连接第三三极管的栅极、第七电阻的一端、稳压二极管的负极，稳压二极管的正极分别与第五电阻的一端、第六电阻的一端连接，第五电阻的另一端通过第一三极管分别连接第三二极管的负极、第四电阻的一端和5V电压端、第三二极管的正极分别连接MCU的DALI_RX端、第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接3.3V电压端，第三三极管的栅极通过第十一电阻分别连接第十电阻的一端、第二三极管的集电极，第十电阻的另一端连接5V电压端，第二三极管的基极通过第九电阻连接第八电阻的一端、MCU的DALI_TX端，第八电阻的另一端连接3.3V电压端，第四电阻的另一端、第六电阻的另一端、第七电阻的另一端第二三极管的发射极、DA-端相互连接并接地。

6.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述控制器模块选用Xilinx公司的Spartan-6系列可编程逻辑器件6slx16csg324芯片为核心控制器。