用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，包括電池檢測模塊，與一組鋰電池組連接，用于檢測所述鋰電池組中每個電池的電壓、電流和溫度，生成檢測數(shù)據(jù)，并將檢測數(shù)據(jù)與內(nèi)置于所述電池檢測模塊中的過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值進行對比，這種用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)針對每組鋰電池組中的不同數(shù)量、不同材料的各單節(jié)電池進行檢測、保護和控制，能夠獨立的檢測各單節(jié)電池的電壓，電流和溫度，提供對過壓、欠壓、過流及過溫情況的全面保護，并且將各單節(jié)電池的監(jiān)測數(shù)據(jù)與安全閥值進行對，輸出故障信息，具有更高的靈活性和可靠性，并且存在擴展空間，方便對于存在多組鋰電池組的電動汽車的電控系統(tǒng)檢測和保護。
【專利說明】用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車生產(chǎn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在很多微型電動汽車的能量來源為一組串聯(lián)的鋰電池組，在串聯(lián)的鋰電池組中，不論是充電還是放電，電池單元的工作電流都是相同的，但是由于電池個體之間內(nèi)部特性差異、工作溫度和循環(huán)使用次數(shù)的不同，會造成鋰電池內(nèi)部阻抗的改變和容量的減少。容量減小或者內(nèi)部阻抗變大的鋰電池在放電時，它的電壓下降最快，而充電時，電壓上升最快。
[0003]在當前的電動汽車中，使用的鋰電池組中的鋰電池個數(shù)各不相同，不同材料的鋰電池單節(jié)的電池電壓也不同，如果缺乏鋰電池管理系統(tǒng)就無法監(jiān)視鋰電池組各單節(jié)電池的電壓、電流、溫度等信息，判斷電池運行是否正常，并且控制各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，同時也不能對對電池的異常狀態(tài)進行處理。沒有鋰電池管理系統(tǒng)的監(jiān)控、保護及控制功能，使電池的容量得不到充分的利用，在一定程度上會降低鋰電池的使用壽命，避免不了出現(xiàn)的過壓、過流、過溫等狀態(tài)對電池造成的物理性傷害，從而無法保障鋰電池的安全運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了解決電動汽車中，現(xiàn)有的鋰電池管理系統(tǒng)無法準確有效地檢測到各單節(jié)電池的電壓、電流、溫度等信息，缺乏對鋰電池組運行狀態(tài)的準確判斷，無法保障鋰電池租的安全運行的問題，本發(fā)明提供了一種用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)來解決上述問題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，包括
[0006]電池檢測模塊，與一組鋰電池組連接，用于檢測所述鋰電池組中每個電池的電壓、電流和溫度，生成檢測數(shù)據(jù)，并將檢測數(shù)據(jù)與內(nèi)置于所述電池檢測模塊中的過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值進行對比，生成故障信息；
[0007]強弱電隔離模塊，與所述電池檢測模塊之間通過SPI總線連接；
[0008]控制模塊，與所述強弱電隔離模塊連接，獲取所述電壓、電流和溫度的檢測數(shù)據(jù)，并將過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值通過所述強弱電隔離模塊輸入到所述電池檢測模塊中，所述控制模塊與電池檢測模塊使用SPI通訊方式進行通信，以便保護低電壓的控制模塊；
[0009]數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，分別與上位機、電腦和控制模塊連接，將電壓、電流和溫度的檢測數(shù)據(jù)傳輸給上位機，以及將用戶通過電腦設(shè)置的過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值傳輸給所述控制模塊。
[0010]所述電池檢測模塊包括型號為BQ76PL536鋰電池組保護器U200、采樣電阻R240電阻R208和電阻R230，鋰電池組保護器U200可堆棧3?6節(jié)電池串聯(lián)的鋰電池組，在這里針對6節(jié)電池串聯(lián)的鋰電池組，所述鋰電池組保護器U200的引腳VCO?VC6和CBl?CB6與鋰電池組的各單節(jié)電池連接，所述引腳VCO?VC6用于測量各單節(jié)電池的電壓，所述引腳CBl?CB6分別與各單節(jié)電池之間連接有功率管Q200?Q205，所述鋰電池組保護器U200通過向功率管Q200?Q205輸出方波信號來控制各單節(jié)電池的平衡，所述采樣電阻R240串聯(lián)在所述鋰電池組上，所述鋰電池組保護器U200的引腳GPAI+和GPA1-分別接在所述采樣電阻R240的兩端，用于采集鋰電池組上的電流，從而對鋰電池組進行過流保護，所述電阻R208為熱敏電阻，兩端分別與鋰電池組保護器U200的引腳TSl+和TSl-連接，所述電阻R230為熱敏電阻，兩端分別與鋰電池組保護器U200的引腳TS2+和TS2-連接，用于測量所述鋰電池組的溫度，以防止過溫；所述鋰電池組保護器U200可以垂直堆棧，高度整合了高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器、獨立的電池電壓及溫度保護和電池平衡技術(shù)以及為用戶電路提供高精度的5V穩(wěn)壓器，能夠高精度快速的測量各單節(jié)電池電壓，針對過壓、欠壓、過流和過溫情況提供全面的保護，過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值由控制模塊寫入其EPROM中。
[0011]所述強弱電隔離模塊包括型號為ADUM1401的數(shù)字隔離器U6和數(shù)字隔離器U7，所述數(shù)字隔離器U6和數(shù)字隔離器U7將高速CMOS與單芯片空芯變壓器融為一體，具有由于光耦合器等替代器件的出色性能特征，性能穩(wěn)定，可消除光耦合器通常具有的電流傳輸比不確定、非線性傳遞函數(shù)以及穩(wěn)定性不高和使用壽命較低的問題，所述數(shù)字隔離器U6的引腳V0A, V0B, VOC和VID以及所述數(shù)字隔離器U7的引腳VIA、VIB、VIC和VOD分別與所述鋰電池組保護器 U200 的引腳 CS_H、SCLK_H、SDI_H、SD0_H、FAULT_H、ALERT_H、DRAY_H 和 C0NV_H連接，所述也是通過SPI通訊方式與所述鋰電池組保護器U200進行通信。
[0012]具體的，所述控制模塊包括型號為MSP430F5529的單片機U2，所述單片機U2的引腳P4.0?P4.3分別與所述數(shù)字隔離器U6的引腳VIA、VIC、VOD和VIB連接，所述單片機U2的引腳ΤΒ0.1?ΤΒ0.4分別與所述數(shù)字隔離器U7的引腳VID、VOC、VOB和VOA連接。
[0013]所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊包括型號為MAX232的信號收發(fā)器U3、接口 J3和接口 J4，所述信號收發(fā)器U3的引腳Tlin、T2in、Rlout和R2out分別與所述單片機U2的引腳P3.3、P4.4、P3.4和P4.5連接，所述接口 J3和接口 J4均為RS232接口，所述信號收發(fā)器U3的引腳Rl in和Tlout通過接口 J4與電腦連接，用戶通過電腦設(shè)置的過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值并通過接口 J4傳輸給單片機U2，引腳R2in和T2out通過接口 J3與上位機連接，單片機Ul通過接口 J3將電壓、電流和溫度的檢測數(shù)據(jù)傳輸給上位機。
[0014]所述電池檢測模塊的數(shù)量為多個，相鄰兩個電池檢測模塊通過SPI總線通訊，每個所述電池檢測模塊中的鋰電池組保護器U200的引腳CONV_N、DRDY_N、ALERT_N、FAULT_N、SCLK_N、SDO_N、SDI_N、CS_N與相鄰的兩個鋰電池組保護器U200中的一個連接，引腳C0NV_
S、DRDY_S、ALERT_S、FAULT_S、SCLK_S、SD0_S、SDI_S、CS_S 與另一個相鄰的鋰電池組保護器U200連接，所述電池檢測模塊可擴展，方便對于存在多組鋰電池組的電動汽車的電控系統(tǒng)檢測和保護。
[0015]本發(fā)明的有益效果是，這種用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)針對每組鋰電池組中的不同數(shù)量、不同材料的各單節(jié)電池進行檢測、保護和控制，能夠獨立的檢測各單節(jié)電池的電壓，電流和溫度，提供對過壓、欠壓、過流及過溫情況的全面保護，并且將各單節(jié)電池的監(jiān)測數(shù)據(jù)與安全閥值進行對，輸出故障信息，具有更高的靈活性和可靠性，并且存在 擴展空間，方便對于存在多組鋰電池組的電動汽車的電控系統(tǒng)檢測和保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0017]圖1是本發(fā)明用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)的最優(yōu)實施例的框架示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)的最優(yōu)實施例的局部電路分布圖。
[0019]圖3是本發(fā)明用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)的最優(yōu)實施例的局部電路分布圖。
[0020]圖4是本發(fā)明用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)的最優(yōu)實施例的局部電路分布圖。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0022]如圖1?4所示，本發(fā)明提供了 一種用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，包括
[0023]電池檢測模塊，與一組鋰電池組連接，用于檢測鋰電池組中每個電池的電壓、電流和溫度，生成檢測數(shù)據(jù)，并將檢測數(shù)據(jù)與內(nèi)置于電池檢測模塊中的過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值進行對比，生成故障信息；
[0024]強弱電隔離模塊，與電池檢測模塊之間通過SPI總線連接；
[0025]控制模塊，與強弱電隔離模塊連接，獲取電壓、電流和溫度的檢測數(shù)據(jù)，并將過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值通過強弱電隔離模塊輸入到電池檢測模塊中；
[0026]數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，分別與上位機、電腦和控制模塊連接，將電壓、電流和溫度的檢測數(shù)據(jù)傳輸給上位機，以及將用戶通過電腦設(shè)置的過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值傳輸給控制|吳塊。
[0027]電池檢測模塊包括型號為BQ76PL536鋰電池組保護器U200、采樣電阻R240電阻R208和電阻R230，鋰電池組保護器U200的引腳VCO?VC6和CBl?CB6通過接口 J200與鋰電池組的各單節(jié)電池連接，引腳VCO?VC6用于測量各單節(jié)電池的電壓，引腳CBl?CB6分別與各單節(jié)電池之間連接有功率管Q200?Q205，鋰電池組保護器U200通過向功率管Q200?Q205輸出方波信號來控制各單節(jié)電池的平衡，采樣電阻R240串聯(lián)在鋰電池組上，鋰電池組保護器U200的引腳GPAI+和GPA1-分別接在采樣電阻R240的兩端，用于采集鋰電池組上的電流，電阻R208為熱敏電阻，兩端分別與鋰電池組保護器U200的引腳TSl+和TSl-連接，電阻R230為熱敏電阻，兩端分別與鋰電池組保護器U200的引腳TS2+和TS2-連接，用于測量鋰電池組的溫度；電池檢測模塊的數(shù)量為多個，每個電池檢測模塊中的鋰電池組保護器 U200 的引腳 CONV_N、DRDY_N、ALERT_N、FAULT_N、SCLK_N、SDO_N、SDI_N、CS_N 通過接口 J202與相鄰的兩個鋰電池組保護器U200中的一個連接，引腳CONV_S、DRDY_S、ALERT_
S、FAULT_S、SCLK_S、SD0_S、SDI_S、05_5通過接口 J201與另一個相鄰的鋰電池組保護器U200連接。
[0028]強弱電隔離模塊包括型號為ADUM1401的數(shù)字隔離器U6和數(shù)字隔離器U7，數(shù)字隔離器U6的引腳VOA、V0B, VOC和VID以及數(shù)字隔離器U7的引腳VIA、VIB、VIC和VOD通過接 口 JlO 和接 口 J203 與鋰電池組保護器 U200 的引腳 CS_H、SCLK_H、SDI_H、SD0_H、FAULT_
H、ALERT_H、DRAY_H 和 C0NV_H 連接。
[0029]控制模塊包括型號為MSP430F5529的單片機U2，單片機U2的引腳P4.0?P4.3分別與數(shù)字隔離器U6的引腳VIA、VIC、VOD和VIB連接，單片機U2的引腳ΤΒ0.1?ΤΒ0.4分別與數(shù)字隔離器U7的引腳VID、VOC、VOB和VOA連接。
[0030]數(shù)據(jù)收發(fā)模塊包括型號為MAX232的信號收發(fā)器U3、接口 J3和接口 J4，信號收發(fā)器U3的引腳Tlin、T2in、Rlout和R2out分別與單片機U2的引腳P3.3、Ρ4.4、Ρ3.4和Ρ4.5連接，接口 J3和接口 J4均為RS232接口，信號收發(fā)器U3的引腳Rlin和Tlout通過接口 J4與電腦連接，引腳R2in和T2out通過接口 J3與上位機連接。
[0031]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:包括 電池檢測模塊，與一組鋰電池組連接，用于檢測所述鋰電池組中每個電池的電壓、電流和溫度，生成檢測數(shù)據(jù)，并將檢測數(shù)據(jù)與內(nèi)置于所述電池檢測模塊中的過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值進行對比，生成故障信息； 強弱電隔離模塊，與所述電池檢測模塊之間通過SPI總線連接； 控制模塊，與所述強弱電隔離模塊連接，獲取所述電壓、電流和溫度的檢測數(shù)據(jù)，并將過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值通過所述強弱電隔離模塊輸入到所述電池檢測模塊中； 數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，分別與上位機、電腦和控制模塊連接，將電壓、電流和溫度的檢測數(shù)據(jù)傳輸給上位機，以及將用戶通過電腦設(shè)置的過壓、欠壓、過流和過溫的安全閥值傳輸給所述控制|吳塊。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池檢測模塊包括型號為BQ76PL536鋰電池組保護器U200、采樣電阻R240電阻R208和電阻R230，所述鋰電池組保護器U200的引腳VCO~VC6和CBl~CB6與鋰電池組的各單節(jié)電池連接，所述引腳VCO~VC6用于測量各單節(jié)電池的電壓，所述引腳CBl~CB6分別與各單節(jié)電池之間連接有功率管 Q200~Q205，所述鋰電池組保護器U200通過向功率管Q200~Q205輸出方波信號來控制各單節(jié)電池的平衡，所述采樣電阻R240串聯(lián)在所述鋰電池組上，所述鋰電池組保護器U200的引腳GPAI+和GPA1-分別接在所述采樣電阻R240的兩端，用于采集鋰電池組上的電流，所述電阻R208為熱敏電阻，兩端分別與鋰電池組保護器U200的引腳TSl+和TSl-連接，所述電阻R230為熱敏電阻，兩端分別與鋰電池組保護器U200的引腳TS2+和TS2-連接，用于測量所述鋰電池組的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述強弱電隔離模塊包括型號為ADUM1401的數(shù)字隔離器U6和數(shù)字隔離器U7，所述數(shù)字隔離器U6的引腳VOA、VOB、VOC和VID以及所述數(shù)字隔離器U7的引腳VIA、VIB、VIC和VOD分別與所述鋰電池組保護器 U200 的引腳 CS_H、SCLK_H、SDI_H、SD0_H、FAULT_H、ALERT_H、DRAY_H和C0NV_H連接。
4.如權(quán)利要求3所述的用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述控制模塊包括型號為MSP430F5529的單片機U2，所述單片機U2的引腳P4.0~P4.3分別與所述數(shù)字隔離器U6的引腳VIA、VIC、V0D和VIB連接，所述單片機U2的引腳ΤΒ0.1~ΤΒ0.4分別與所述數(shù)字隔離器U7的引腳VID、VOC、VOB和VOA連接。
5.如權(quán)利要求4所述的用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊包括型號為MAX232的信號收發(fā)器U3、接口 J3和接口 J4，所述信號收發(fā)器U3的引腳Tlin、T2in、Rlout和R2out分別與所述單片機U2的引腳P3.3、P4.4、P3.4和P4.5連接，所述接口 J3和接口 J4均為RS232接口，所述信號收發(fā)器U3的引腳Rlin和Tlout通過接口 J4與電腦連接，引腳R2in和T2out通過接口 J3與上位機連接。
6.如權(quán)利要求2所述的用于電動汽車的可擴展型鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池檢測模塊的數(shù)量為多個，每個所述電池檢測模塊中的鋰電池組保護器U200的引腳C0NV_N、DRDY_N、ALERT_N、FAULT_N、SCLK_N、SD0_N、SDI_N、CS_N 與相鄰的兩個鋰電池組保護器 U200 中的一個連接，引腳 CONV_S、DRDY_S、ALERT_S、FAULT_S、SCLK_S、SDO_S、SDI_S、CS_S與另一個相 鄰的鋰電池組保護器U200連接。
【文檔編號】H01M10/42GK103840224SQ201410114848
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】馮相如, 鮑偉 申請人:馮相如