專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)力鋰電池組管理系統(tǒng)，具體涉及一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
動(dòng)力電池技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)技術(shù)瓶頸，鋰電池由于具有體積小、重量輕、 電壓高、功率大、自放電少以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為動(dòng)力電池的主流。由于鋰離子電池具有明顯的非線性、不一致性和時(shí)變特性，在應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行一定的管理。另外鋰電池對(duì)充放電的要求很高，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電、放電電流過(guò)大或電路短路時(shí)，會(huì)使鋰電池溫度上升，嚴(yán)重破壞鋰電池性能，導(dǎo)致電池壽命縮短。當(dāng)鋰電池串聯(lián)使用于動(dòng)力設(shè)備中時(shí)，由于各單節(jié)鋰電池間內(nèi)部特性的不一致，會(huì)導(dǎo)致各節(jié)鋰電池充、放電的不一致。一節(jié)性能惡化時(shí)，整個(gè)電池組的行為特征都會(huì)受到此電池的限制，降低整體電池組性能。為使鋰電池組能夠最大程度地發(fā)揮其優(yōu)越性能，延長(zhǎng)使用壽命，必須要對(duì)鋰電池在充、放電時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供過(guò)壓、過(guò)流、溫度保護(hù)和電池間能量均衡。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，以單片機(jī)為控制核心，在實(shí)現(xiàn)對(duì)各節(jié)鋰電池能量均衡的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、溫度保護(hù)及短路保護(hù)。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其中，包括控制器、充電模塊、 均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲(chǔ)通信模塊；所述的充電模塊、 均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲(chǔ)通信模塊分別與控制器連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊。進(jìn)一步，所述均衡模塊采用DC/DC開(kāi)關(guān)電源模塊。進(jìn)一步，所述充電模塊為間歇式充電。進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)顯示模塊采用DM12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。本實(shí)用新型的有益效果為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的動(dòng)力鋰電池組管理系統(tǒng)安裝在鋰電池組的內(nèi)部，以單片機(jī)為控制核心，在實(shí)現(xiàn)對(duì)各節(jié)鋰電池能量均衡的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、溫度保護(hù)及短路保護(hù)；通過(guò)IXD顯示器顯示電池組的各種狀態(tài)，并可以通過(guò)預(yù)留的通信端口讀取各節(jié)鋰電池的歷史性能狀態(tài)。本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本實(shí)用新型的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本實(shí)用新型的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)或者附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型充電模塊的間歇式充電的示意圖；圖3為本實(shí)用新型電壓采樣與均衡模塊的原理圖；圖4為本實(shí)用新型電流采集模塊電流傳感器LTSR25-NP工作特性曲線圖；圖5為本實(shí)用新型存儲(chǔ)通信模塊FLASH存儲(chǔ)器電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲(chǔ)通信模塊；充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計(jì)算模塊、 數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲(chǔ)通信模塊分別與控制器連接；數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊；主控制器即圖中的中央處理器。整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)為主控制器，通過(guò)采集電流信息，判斷出電池組是在充電、放電還是在閑置狀態(tài)及是否有過(guò)流現(xiàn)象，并對(duì)其狀態(tài)做出相應(yīng)處理。對(duì)各節(jié)電池電壓進(jìn)行采集分析后，系統(tǒng)決定是否啟動(dòng)均衡模塊對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行能量均衡，同時(shí)判斷是否有過(guò)充或過(guò)放現(xiàn)象。溫度的采集主要用于系統(tǒng)的過(guò)溫保護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、電流、各節(jié)電壓、 剩余電量及溫度信息都會(huì)通過(guò)液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。本系統(tǒng)采用的微控制器是一種高性能8位單片機(jī)ATmegaS的元器件。該單片機(jī)具備AVR高檔單片機(jī)系列的全部性能和特點(diǎn)，支持在線編程(ISP)，只需要一條可自制的下載線就可以進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。其中ATmegaS單片機(jī)有6路A/D轉(zhuǎn)換通道，其中有4路為10位精度，可直接用于電池電壓的測(cè)量，其各項(xiàng)性能使其成為適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性高、成本低的嵌入式高效微控制器。如圖2所示，本實(shí)用新型的充電模塊采用間歇式充電法，間歇式充電法是在預(yù)充和保持階段通過(guò)間歇地打開(kāi)和關(guān)閉充電回路，等效地改變充電電流的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在預(yù)充和保持狀態(tài)時(shí)需要小電流、在正常充電時(shí)需要大電流的的性能要求。在對(duì)帶有管理系統(tǒng)的電池組進(jìn)行充電時(shí)，需要外接與之匹配的恒壓電源充電器， 對(duì)其恒壓值U的要求為U=4.2VXN+損耗電壓，其中N為電池節(jié)數(shù)。限流值為該動(dòng)力鋰電池的常規(guī)充電電流0. 3C (C為電池容量)，在進(jìn)行充電前必須先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后按照間歇式充電法對(duì)電池組自動(dòng)充電。鋰離子電池在充電時(shí)要求其端電壓控制在4. 2V以下， 為防止過(guò)充損壞電池，要求必須在充電時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)各單節(jié)鋰電池電壓。如圖3所示，離子電池在充電時(shí)要求其端電壓控制在4. 2V以下，為防止過(guò)充損壞電池，要求必須在充電時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)各單節(jié)鋰電池電壓。電壓采樣模塊的工作原理是首先把單刀雙擲開(kāi)關(guān)Kl、K2向上打到電壓測(cè)量檔，并通過(guò)MCU控制的多路開(kāi)關(guān)Kn-I、Kn-2 (η=1、 2、3、4、5、6、7)，同步地將電容分別接到各單節(jié)電池兩端，使電容充電至電容電壓等于被測(cè)單節(jié)電池的電壓；然后斷開(kāi)MCU控制的多路開(kāi)關(guān)Κη-1、Κη-2，同時(shí)合上開(kāi)關(guān)Κ3和Κ4接入A/ D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量。電壓采樣模塊可直接使用微處理器內(nèi)的10位A/D轉(zhuǎn)換器，不需要另外加入A/D芯片，節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。[0024]本實(shí)用新型的均衡模塊采用DC/DC開(kāi)關(guān)電源模塊。由于開(kāi)關(guān)電源模塊具有功耗小、效率高、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，將其直接作為均衡模塊使用是一個(gè)很好的選擇。在具體使用時(shí)，根據(jù)檢測(cè)到的各單節(jié)電池的電壓值判斷是否需要對(duì)電池組進(jìn)行能量均衡。若需要， 閉合均衡總開(kāi)關(guān)K5，開(kāi)關(guān)K1、K2向下打到均衡檔，用電池組的整體能量、對(duì)電壓最低節(jié)電池進(jìn)行額外的均衡充電，直到各節(jié)電池電壓值的差別在系統(tǒng)要求范圍之內(nèi)。如圖4所示，VREF為參考點(diǎn)電壓，默認(rèn)為2. 5V，IP為被測(cè)量電流，電流采集模塊采用閉環(huán)電流傳感器LTSR25-NP，具有出色的精度、良好的線性度和最佳的反應(yīng)時(shí)間。其額定電流為25Α，最高可測(cè)80Α的電流，滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。該電流傳感器可把充放電電流轉(zhuǎn)換為OV飛V的電壓信號(hào)，送至單片機(jī)的10位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后可測(cè)得充放電電流，測(cè)量精度為0. 2Α。如圖5所示，本實(shí)用新型在鋰電池充放電過(guò)程中把充放電信息，包括各節(jié)電池的電壓、充放電電流、工作溫度、電池電量等通過(guò)采樣實(shí)時(shí)寫(xiě)入Flash存儲(chǔ)芯片SST25VF020中保存。在需要時(shí)，可通過(guò)串口與上位PC機(jī)通信把存儲(chǔ)在Flash中的歷史數(shù)據(jù)讀到PC上。溫度采樣模塊數(shù)字溫度傳感器DS18B20的元器件。數(shù)據(jù)顯示模塊選用DM12864M 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，該模塊可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字(16X 16點(diǎn)陣)、1沘個(gè)字符(8 X 16點(diǎn)陣)及64X256點(diǎn)陣顯示RAM。以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進(jìn)等，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其特征在于包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲(chǔ)通信模塊；所述的充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲(chǔ)通信模塊分別與控制器連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其特征在于所述均衡模塊采用DC/DC開(kāi)關(guān)電源模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其特征在于所述充電模塊為間歇式充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)顯示模塊采用DM12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的動(dòng)力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其中，包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲(chǔ)通信模塊；所述的充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲(chǔ)通信模塊分別與控制器連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊。本實(shí)用新型以單片機(jī)為控制核心，在實(shí)現(xiàn)對(duì)各節(jié)鋰電池能量均衡的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、溫度保護(hù)及短路保護(hù)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202333913SQ20112050203
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者李復(fù)活, 李紅宇, 李雪鋒 申請(qǐng)人:三門(mén)峽速達(dá)交通節(jié)能科技有限公司