CN100568610C - 电动车用镍氢电池管理*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车用镍氢电池管理***，构成如下：***主机接有电压、温度检测模块，风扇控制模块，容量检测仪表构成，***主机为一单片机，接有串口1、串口2、数据存储器、时钟、RS232串口，数字量接口，容量检测仪表由电池分流器、分流器电压信号调整、电压-频率变换依次串接后，接在单片机上，单片机接有与AGV控制计算机通讯串口及显示单元构成，电池电压、温度检测模块由五路电池电压信号调理、模拟信号多路器、A/D模数转换接口依次串接后，接在单片机上，单片机接有五路温度传感器、光电隔离串口构成，以及接有风扇控制模块构成。本***减轻了重量，提高了能量利用率，确保电池在适宜的状态下工作。

Description

电动车用镍氢电池管理***

技术领域

在生产物流中，装卸费用约占加工成本的15.5％。国内外一直在寻求机械化和智能化的搬运技术和装备。AGV(Automatic guided vehicle：自动导航车)是一种柔性化和智能化物流搬运机器人，在国外从50年代在仓储业开始使用，目前已经在制造业、港口、码头等领域得到普遍应用。在国内，AGV的应用也逐渐开始，在企业自动化生产过程和计算机综合生产***(CIMS)中，尤其是高度自动化的烟草、汽车、民航、钢铁、邮政、印钞等行业，高度清洁的电子、医药、食品等行业，冷冻、核材料、感光材料等特种行业有广阔的应用前景。

AGV的显著特点是无人驾驶，AGV上装备有自动导向***，可以保障***在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。AGV的另一个特点是柔性好，自动化程度高和智能化水平高，AGV的行驶路径可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，并且运行路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送线相比非常低廉。AGV一般配备有装卸机构，可以与其他物流设备自动接口，实现货物和物料装卸与搬运全过程自动化。此外，AGV还具有清洁生产的特点，AGV依靠自带的蓄电池提供动力，运行过程中无噪声、无污染，可以应用在许多要求工作环境清洁的场所。

目前国内使用的AGV大部分是进口产品，其产品使用的电池是镉镍电池，请参考图1隔镍电池组管理***原理图，充电机对镉镍电池充电，镉镍电池对负载电机放电的过程中，仅对其充放电容量进行计量，仪表通过开关量反映电池的SOC。目前的充电机采用可控硅整流的电源充电，其不足之处是充电时噪声大，而且隔镍电池存在对环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种电动车用镍氢电池管理***的产品，

镍氢电池是我国具有较强资源优势的高科技产品，在国际市场具有较强的竞争优势。该电池相对于其它电池而言，具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、无污染，被誉为″绿色电源″。世界各发达国家均在加紧开发研制此产品技术，目前美国、日本均已近产业化。

AGV车用动力电池的特点是充放电频繁并且要求快速充电，每天充放电次数在10-20次之间，每次充电时间在8分钟之内，需要大电流快速充电，这对电池性能提出了非常大的挑战。要保证电池的使用寿命，正确使用电池是非常重要的，这包括正确充放电、正确使用。我们的电池管理***正是为此目的研制的，是在原电池管理***上为适应镍氢电池需求而做的创新。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种电动车用镍氢电池管理***，其电动车用镍氢电池管理***由智能电池管理***主机连接有检测电池电压变化及温度高低的电池电压、温度检测模块，风扇启、停控制及状态检测的风扇控制模块，电池充放电容量的容量检测仪表构成，

智能电池管理***主机为一单片机，接有电池电压、温度检测模块的串口1、连接容量检测仪表的串口2、数据存储器、时钟、下载报警记录信息的RS232串口，向AGV控制计算机传送信息的数字量接口；

容量检测仪表由电池分流器、分流器电压信号调整、电压-频率变换依次串接后，接在容量检测仪表的单片机上，单片机接有与AGV控制计算机通讯串口及显示单元构成，通过串口2与智能电池管理***主机通讯；

电池电压、温度检测模块由五路电池电压信号调理、模拟信号多路器、A/D模数转换接口依次串接后，接在电池电压、温度检测模块的单片机上，单片机接有五路温度传感器、光电隔离串口构成，通过串口1与智能电池管理***主机通讯，电压、温度检测模块安装在电池箱内靠近电池的地方。

智能电池管理***主机接有风扇控制模块，风扇控制模块的单片机接有风扇开关、换相检测，风扇电源通过风扇开关、换相检测接到风扇上，风扇控制模块的单片机上接有光电隔离串口构成，通过串口1与智能电池管理***主机通讯。

本发明相比现有技术具有如下优点：

在本***中，我们采用镍氢电池代替传统的镉镍电池。现在采用的镍氢电池容量是原来的二分之一，重量是原来的四分之一，体积是原来的三分之一。通过这种改进，增加了车辆的有效空间，减轻了重量，提高了能量利用率，降低了成本，更加节能、环保。

管理***能保证电池不过充电、不过放电、不超过额定工作温度，当电池间不均衡度达到一定程度时，及时提醒用户对电池进行维护，确保电池在适宜的状态下工作。

附图说明

图1原隔镍电池组管理***原理图；

图2AGV车用动力***原理图(电池充、放电)，其中虚线内部分为电动车用镍氢电池管理***图；

图3智能电池管理***主机原理框图；

图4智能电池管理***主机程序流程图；

图5容量检测仪表原理图；

图6电压、温度检测模块原理框图；

图7风扇控制模块原理图。

具体实施方式

请参考图2AGV车用动力***原理图(电池充、放电)，其中的虚线内为电动车用镍氢电池管理***图，其电动车用镍氢电池管理***由智能电池管理***主机连接有检测电池电压变化及温度高低的电池电压、温度检测模块，风扇启、停控制及状态检测的风扇控制模块，电池充放电容量的容量检测仪表构成。电池管理***信息通过AGV控制计算机发送至调度计算机，调度计算机控制充电机、AGV车的运行；

请参考图3智能电池管理***主机原理框图，智能电池管理***主机为一单片机构成的主板，接有电池电压、温度检测模块和风扇控制模块的串口1、连接容量检测仪表的串口2、数据存储器、时钟、下载报警记录信息的RS232串口，向AGV控制计算机传送信息的数字量接口；

单片机通过串口1与电池电压、温度检测模块、风扇控制模块通讯，取得电池的电压、温度、风扇等信息；通过串口2与容量检测仪表通讯，取得充放电容量、电池SOC信息，请参考图4智能电池管理***主机程序流程图，通过对这些信息的综合判断和分析，判断电池、充电是否有故障，判断电池是否需要维护，判断电池所处的状态，再通过与AGV控制计算机的开关量(数字量输出)通讯将这些信息传给AGV控制计算机，以便AGV控制计算机做出处理。当有报警信息时，主机将报警信息及所发生的时间存入数据存储器，以备查询。用户用计算机通过232接口可下载报警信息，便于分析。

单片机与AGV控制计算机的接口信号如下：

向车载控制计算机报告的状态有5个，对应5个继电器。

1)、1-3号继电器代表充放电容量，由用户设定每个继电器对应的充放电容量值(百分比)，放电时，当电池容量低于某继电器的设定值时该继电器断开；充电时，当电池容量大于某继电器的设定值时该继电器闭合；

2)、4号继电器代表电池须维护保养。因电池使用一段时间后会造成各电池的SOC不均衡，继续使用会造成电池的过充或过放，缩短电池的使用寿命。管理***通过对电池电压、温度、SOC、电池之间的电压差等信息综合判断后，确认电池需要维护时，给出维护信号，通知运行人员对电池进行维护。

3)、5号继电器代表电池故障，当电池管理***发现***故障时该继电器闭合，通知车载控制计算机电池需要维修。发生下列情况时发出故障信号：电池电压过高、电池温度过高、电池电压过低、风扇故障。当在电池充电或维护期间收到此信号后，应立即停止电池充电或维护充电。

请参考图5容量检测仪表原理图，容量检测仪表由电池分流器取得电池充电、放点信息、经分流器电压信号调整至适当幅度送至电压-频率变换，经电压-频率变换把电压信号转换为频率后送至单片机(电池容量计量)上，单片机接有与AGV控制计算机通讯串口及显示单元构成；

容量检测仪表负责检测电池的充放电容量，充电时显示本次的充电容量和电池的当前SOC；放电时，显示放出的容量和电池当前的SOC。通过发光二极管指示仪表当前状态。仪表通过串口与AGV控制计算机通讯，传递容量、SOC等信息。容量检测仪表有两个按钮，用来设置仪表参数。

可设置下列参数：

电池容量；1-500AH

充电系数；1000(固定值)

充电值RELAY1，1-100％，(充电值＞RELAY1值时闭合)；

充电值RELAY2，1-100％，(充电值＞RELAY2值时闭合)；

充电值RELAY3，1-100％，(充电值＞RELAY3值时闭合)；

放电值RELAY1，1-100％，(放电值＜RELAY1值时断开)；

放电值RELAY2，1-100％，(放电值＜RELAY2值时断开)；

放电值RELAY3，1-100％，(放电值＜RELAY3值时断开)。

注：RELAY1值＞RELAY2值＞RELAY3值

请参考图6电压、温度检测模块原理框图，电池电压、温度检测模块由五路电池电压信号调理、模拟信号多路器、A/D模数转换接口串接后，接在单片机上，单片机接有五路温度传感器、光电隔离串口构成。

电压、温度检测模块安装在电池箱内靠近电池的地方，对电池组的各个单电池的电压和温度进行检测，通过串口传递给管理***主机。检测模块满足下列技术指标：

电压检测精度：1％；

电压检测范围：0-2.5VDC；

温度检测精度：0.5度；

温度检测范围：-40-120度。

每个模块检测五个电池的电压和温度，N各模块可以检测5*N块电池的电压和温度，模块间通过隔离串口级联并连到主板，最多可以检测256只电池。

请参考图7风扇控制模块原理图，风扇控制模块的单片机接有风扇开关、换相检测，风扇电源通过风扇开关、换相检测接到风扇上，风扇控制模块的单片机上接有光电隔离串口构成。

因电池组需要风扇降温，故设置风扇控制模块。其功能有：风扇启停控制和风扇故障报警。风扇控制模块通过串口与管理***主机通讯，受主机控制。电池充电时打开风扇，当电池温度大于35度时打开风扇，运行时，温度低于32度则关闭风扇；当风扇因故障停止转动时，风扇控制模块向主机发送报警信息。

主板通过串口向风扇控制模块发送指令，控制风扇的启停。单片机通过控制风扇的电源开关控制风扇。在风扇电源线上串联一检测电路，检测直流风扇换相时的电流脉冲，将脉冲引入单片机，用单片机对脉冲计数，即可检测风扇转速，从而判断风扇是否正常，并通过串口发送到主板。

下面用具体实施例说明其管理过程：

1、电池充电过程中，当电压、温度检测模块检测到电池的电压或温度超过报警值时，通过串口将信息传给管理***主机，主机收到报警信号后，闭合报警继电器，向车载计算机发出报警信息，车载计算机通过无线信号通知控制计算机，控制计算机立即关闭充电机，同时通知值班人员对电池组进行检修。

2、车辆在运行过程中，当电压、温度检测模块检测到电池的电压低于报警值时，通过串口将信息传给管理***主机，主机收到报警信号后，闭合报警继电器，向车载计算机发出报警信息，车载计算机通过无线信号通知控制计算机，控制计算机停止车辆运行，同时通知值班人员对电池组进行检修。

3、当风扇检测模块检测到风扇故障时，通过串口将信息传给管理***主机，主机收到报警信号后，闭合报警继电器，向车载计算机发出报警信息，车载计算机通过无线信号通知控制计算机，如此时正在充电，控制计算机立即关闭充电机，如车辆正在运行，则停止运行，同时通知值班人员对电池组进行检修。

4、在运行过程中，主机板通过分析，电池的不均衡度已达到需维护的程度，主机闭合维护继电器，向车载计算机发出维护信息，车载计算机通过无线信号通知控制计算机，控制计算机通知值班人员尽快对电池组进行维护。

5、车辆正常运行过程：车辆运行时，电池逐渐放出能量，容量计量仪表实时记录放电容量和剩余SOC，并通过串口发送给管理***主板，主板将收到的电池SOC值与各容量继电器对应的容量设定值比较，当低于某设定值时，对应容量继电器断开，当三个容量继电器全部断开后，表明电池需要充电。运行过程中，″容计算机时实采集主板容量继电器的状态，并时实发送给主控计算机，当主控计算机收到三个容量继电器全部断开的状态时，主控计算机向车辆发出调度指令，将车辆调到充电位置，并检测充电机的状态。当充电机准备好充电后，向充电机发出充电指令，充电机启动，向电池充电，此时容量计量仪表记录充进电池的容量和电池的SOC，并发送给主板，同样主板通过车载计算机将容量继电器状态时实传给主控计算机。当电池充满电后，充电机停止充电，并向控制计算机发出充电完成信号，控制计算机发出指令，断开充电机，并调度车辆进入新一轮运行。

本***经实地测试，完全达到设计目标。每次运行50分钟后，充电时间在8分钟之内，电池电压、温度检测精度达到要求，电池容量计量准确，电池故障报警、电池维护信号能正确、及时发出。经过几个月的实地测试，确认能保证电池在良好状态下运行。

Claims (1)

1、一种电动车用镍氢电池管理***，其特征在于：其电动车用镍氢电池管理***由智能电池管理***主机连接有检测电池电压变化及温度高低的电池电压、温度检测模块，风扇启、停控制及状态检测的风扇控制模块，电池充放电容量的容量检测仪表构成，

智能电池管理***主机为一单片机，接有电池电压、温度检测模块的串口1、连接容量检测仪表的串口2、数据存储器、时钟、下载报警记录信息的RS232串口，向AGV控制计算机传送信息的数字量接口；

容量检测仪表由电池分流器、分流器电压信号调整、电压-频率变换依次串接后，接在容量检测仪表的单片机上，单片机接有与AGV控制计算机通讯串口及显示单元构成，通过串口2与智能电池管理***主机通讯；

电池电压、温度检测模块由五路电池电压信号调理、模拟信号多路器、A/D模数转换接口依次串接后，接在电池电压、温度检测模块的单片机上，单片机接有五路温度传感器、光电隔离串口构成，通过串口1与智能电池管理***主机通讯，电压、温度检测模块安装在电池箱内靠近电池的地方；

所述风扇控制模块的单片机接有风扇开关、换相检测，风扇电源通过风扇开关、换相检测接到风扇上，风扇控制模块的单片机上接有光电隔离串口构成，通过串口1与智能电池管理***主机通讯。

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