CN101888104A - 一种动力型锂电池组电源管理***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力型锂电池组电源管理***极其控制方法，采样模块的输入端与锂电池的两端连接，所述的控制模块具有两个控制信号输入端，所述的采样模块的输出端分别与电平处理电路的输入端和通过磁隔离模块与单片机的输入端相连接，所述的电平处理电路的输出端与控制模块的一个控制信号输入端连接，所述的单片机的输出端与控制模块的另一个控制信号输入端连接，单片机接收采集模块信号，经过逻辑判断对充电场管和放电场管进行控制，同时采样模块通过驱动控制模块对充电场管和放电场管进行控制，其中一路控制出现问题时，另一路控制可以保证对充电场管和放电场管进行控制，增加了***的稳定性，提高了控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力型锂电池组电源管理***及其控制方法。
背景技术
目前，动力型锂电池组(工作电流均在安培级甚至于百安培级的工作状态下的锂电池组)电源管理***通常采用两种控制模式：1、***采用单片机控制模式，其工作原理为通过采样电路采集锂电池组的电压、电流和温度等一系列信号，将采集到的信号送至单片机进行判断后，控制锂电池组进行充电和放电，对锂电池组进行保护。这种电源管理***功能强大，但是抗干扰能力弱，导致工作***的性能不稳定，锂电池组通常都工作在高温环境中，单片机在恶劣的工作情况下容易出现数据错误和数据传输错误，当管理***出现数据错误或者传输错误时，不能对锂电池组进行充电和放电保护，容易造成锂电池组损坏。目前尽管采取了各种措施以提高***的稳定性，但是没有从根本上解决这种***抗干扰能力弱的问题；2、***采用硬件控制模式，该模式完全利用基本电路对***进行监控、保护。这种管理***虽然稳定性好，但是控制功能局限性大，尤其不能数字化管理，同时各单体电池不能够显示电量，无法进行SOC估算，也不能进行远程通讯。客观上，采用这种控制模式的***具有不可逾越的局限性。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，提供一种动力型锂电池组电源管理***及其控制方法，以达到有效地实现软、硬件控制的结合，增加***的稳定性，更好的保护锂电池组的目的。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种动力型锂电池组电源管理***的控制方法，所述的控制方法包括以下步骤：
a)所述的采样模块采集锂电池两端充、放电电压值和采样电阻采样端电压，将过充、过放、短路、过流等信号送至电平处理电路和通过I2C总线将信号送至磁隔离模块；
b)所述的单片机通过I2C总线接收磁隔离模块处理过的采样模块的数字信号，进行判断，并输出信号至控制模块；
c)所述的电平处理电路接收采样模块发出的过充、过放、短路、过流等信号，并输出信号至控制模块；
d)所述的控制模块同时接收单片机输出的控制信号和电平处理电路输出的控制信号进行逻辑判断，输出信号至开关电路；
e)所述的开关电路接收控制模块输出的逻辑信号，接通或断开充、放电回路。
一种动力型锂电池组电源管理***，包括由至少两个锂电池串接组成的锂电池组，采样模块，磁隔离模块，电平处理电路，单片机，控制模块，开关电路，其特征在于：所述的采样模块的输入端与锂电池的两端连接，所述的控制模块具有两个控制信号输入端，所述的采样模块的输出端分别与电平处理电路通过I2C总线与磁隔离模块连接，磁隔离模块通过I2C总线与单片机的输入端相连接，所述的电平处理电路的输出端与控制模块的一个控制信号输入端连接，所述的单片机的输出端与控制模块的另一个控制信号输入端连接，控制模块的输出端与开关电路的输入端相连接，所述的开关电路的输出一端通过采样电阻R1与电池组相连接，另一端与负载相连接；
所述的电平处理电路由充电电平处理电路和放电电平处理电路组成，所述的控制模块由都具有两个控制信号输入端的充电控制模块和放电控制模块组成，充电电平处理电路和单片机的输出端分别与充电控制模块的控制信号输入端连接，所述的放电电平处理电路和单片机的输出端分别与放电控制模块的控制信号输入端连接。
所述的开关电路由串联的放电场管DEFT和充电场管CEFT组成，放电场管DEFT的栅极与放电控制模块的输出端连接，源极与采样电阻连接，充电场管CEFT的栅极与充电控制模块的输出端连接，源极与负载连接。
所述的采样模块的芯片型号为OZ8920。
所述的放电电平处理电路包括三极管Q1，光电耦合器，所述的光电耦合器由发光器和受光器组成，所述的发光器为发光二极管，所述的受光器为光敏二极管，所述的采样模块1的输出端与三极管Q1的基极连接，所述的三极管Q1的集电极与发光二极管的阳极连接，所述的发光二极管的阴极接地，所述的光敏二极管的集电极与二极管D11的阳极连接，二极管的阳极通过电阻与工作电源连接，光敏二极管的发射极接地，所述的二极管D11的阴极与放电控制模块的输入口连接，所述的放电电平处理电路根据采样模块发送的命令对放电控制模块进行控制。
所述的充电电平处理电路包括三极管Q2，光电耦合器，所述的光电耦合器由发光器和受光器组成，所述的发光器为发光二极管，所述的受光器为光敏二极管，所述的采样模块的输出端与三极管Q11的基极连接，所述的三极管Q2的集电极与发光二极管的阴极连接，所述的发光二极管的阳极接电源，三极管Q2的发射极接地，所述的光敏二极管的集电极与二极管D12的阳极连接，二极管D12的阳极通过电阻与工作涟源连接，光敏二极管的发射极接地，所述的二极管D12的阴极与充电控制模块6的输入口连接。所述的放电电平处理电路3根据采样模块1发送的命令对充电控制模块6进行控制。
所述的控制模块由两个三极管组成，所述的两个三极管的基极分别为控制模块的两个输入端，两个三极管的发射极连接后接地，两个三极管的集电极连接后与工作电源连接和为控制模块的输出端。
本发明与现有技术相比，采用了硬件电路和软件对锂电池组的充电和放电进行双重控制，对锂电池组的充电和放电进行智能控制，保证了锂电池组能够在恶劣的环境下工作，提高了***的稳定性和可靠性，保护了锂电池组，提高锂电池组的寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明电路框图；
图2为图1中控制模块电路图；
在图1中，1、采样模块，2、放电电平处理电路，3、充电电平处理电路，4、单片机，5、放电控制模块，6、充电控制模块，7、磁隔离模块。
具体实施方式
如图1-2所示、一种动力型锂电池组电源管理***的控制方法，所述的控制方法包括以下步骤：
a)采样模块采集锂电池两端充、放电电压值和采样电阻采样端电压，将过充、过放、短路、过流等信号送至电平处理电路和通过I2C总线将信号送至磁隔离模块；
b)单片机通过I2C总线接收磁隔离模块处理过的采样模块的数字信号，进行判断，并输出信号至控制模块；
c)电平处理电路接收采样模块发出的过充、过放、短路、过流等信号，并输出信号至控制模块；
d)控制模块同时接收单片机输出的控制信号和电平处理电路输出的控制信号进行逻辑判断，输出信号至开关电路；
e)开关电路接收控制模块输出的逻辑信号，接通或断开充、放电回路。
一种动力型锂电池组电源管理***，包括由至少两节锂电池串接组成的锂电池组，采样模块，磁隔离模块，电平处理电路，控制模块，开关电路，所述的采样模块的输入端与锂电池的两端连接，所述的控制模块具有两个控制信号输入端，所述的采样模块的输出端分别与电平处理电路的输入端和通过磁隔离模块与单片机的输入端相连接，所述的电平处理电路的输出端与控制模块的一个控制信号输入端连接，所述的单片机的输出端与控制模块的另一个控制信号输入端连接，控制模块的输出端与开关电路的输入端相连接，所述的开关电路的输出一端通过采样电阻与电池组相连接，另一端与负载相连接；
所述的电平处理电路由充电电平处理电路和放电电平处理电路组成，所述的控制模块由充电控制模块和放电控制模块组成，所述的控制模块由充电控制模块和放电控制模块组成都具有两个控制信号输入端，充电电平处理电路和单片机的输出端分别与充电控制模块的控制信号输入端连接，所述的放电电平处理电路和单片机的输出端分别与放电控制模块的控制信号输入端连接。
所述的开关电路由串联的放电场管DEFT和充电场管CEFT组成，放电场管DEFT的栅极与放电控制模块的输出端连接，源极与采样电阻连接，充电场管CEFT的栅极与充电控制模块的输出端连接，源极与负载连接。
所述的采样模块1的芯片型号为OZ8920。
所述的放电电平处理电路3包括三极管Q1，光电耦合器，所述的光电耦合器由发光器和受光器组成，所述的发光器为发光二极管，所述的受光器为光敏二极管，所述的采样模块1的输出端与三极管Q1的基极连接，所述的三极管Q1的集电极与发光二极管的阳极连接，所述的发光二极管的阴极接地，所述的光敏二极管的集电极与二极管D11的阳极连接，二极管的阳极通过电阻与工作电源连接，光敏二极管的发射极接地，所述的二极管D11的阴极与放电控制模块5的输入口连接，所述的放电电平处理电路2根据采样模块发送的命令对放电控制模块5进行控制。
所述的充电电平处理电路包括三极管Q2，光电耦合器，所述的光电耦合器由发光器和受光器组成，所述的发光器为发光二极管，所述的受光器为光敏二极管，所述的采样模块的输出端与三极管Q2的基极连接，所述的三极管Q2的集电极与发光二极管的阴极连接，所述的发光二极管的阳极接电源，三极管Q2的发射极接地，所述的光敏二极管的集电极与二极管D12的阳极连接，二极管D12的阳极通过电阻与工作涟源连接，光敏二极管的发射极接地，所述的二极管D12的阴极与充电控制模块6的输入口连接。所述的放电电平处理电路3根据采样模块1发送的命令对充电控制模块6进行控制。
所述的控制模块由两个三极管Q3和Q4组成，所述的两个三极管的基极分别为控制模块的两个控制信号输入端，两个三极管的发射极接地，两个三极管的集电极连接后与工作电源连接和为控制模块的输出端。
一种动力型锂电池组电源管理***，所述的电池组由八组电池组串联组成，每组电池组由八节锂电池串联组成，每一路采样模块分别采集每组电池组的电压信号。在锂电池组正常状态时，采样模块1输入到放电电平处理电路的为高电平，三极管Q1导通，光电耦合器导通，二极管输出低电平，放电控制模块5输入端D0/S接收到低电平，放电控制模块5控制放电场管DFET截止。采样模块1输入到充电电平处理电路2的为低电平，三极管Q2导通，光电耦合器导通，二极管输出低电平，充电控制模块6输入端C0/S接收到低电平，充电控制模块6控制充电场管CFET截止。
当采样模块1检测到锂电池组出现过流、过压、短路、过温状态时，采样模块1输出低电平，任何一路采样模块1输出到放电电平处理电路3为低电平时，光电耦合器截止，二极管输出高电平，放电控制模块5输入口D0/S接收到高电平信号。
当采样模块1检测到锂电池出现过压或过温状态时，任何一路采样模块输出到充电电平处理电路2处于高阻状态，光电耦合器截止，二极管输出高电平，充电控制模块6输入口C0/S接收高电平，。
采样模块1同时将采样信号通过AD转换器7输送到单片机4，在锂电池组正常状态时，单片机4根据逻辑判断输送到充电控制模块6和放电控制模块5均为低电平，当锂电池组出现过流、过压、短路、过温状态时，单片机4输送到放电控制模块5为高电平，当出现过流、过压状态时，单片机输送到充电控制模块6为高电平。
放电控制模块5的两个输入口中任何一个输入口收到高电平信号或者两个输入口都接收到高电平信号，放电控制模块输出高电平，放电产管导通，充电控制模块5的两个输入口中任何一个输入口收到高电平信号或者两个输入口都接收到高电平信号，充电控制模块输出高电平，充电产管导通。
本发明采用上述结构，采用双重控制，单片机4接收采集模块信号，经过逻辑判断对充电场管和放电场管进行控制，同时采样模块通过驱动控制模块对充电场管和放电场管进行控制，再经过合成电路对两路信号合成后，即便其中一路控制出现问题时，另一路控制仍然可以保证对充电场管和放电场管进行控制，增加了***的稳定性。
Claims (8)
1.一种动力型锂电池组电源管理***的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括以下步骤：
a)所述的采样模块采集锂电池两端充、放电电压值和采样电阻采样端电压，将过充、过放、短路、过流信号送至电平处理电路和通过I2C总线将信号送至磁隔离模块；
b)所述的单片机通过I2C总线接收磁隔离模块处理过的采样模块的数字信号，进行判断，并输出信号至控制模块；
c)所述的电平处理电路接收采样模块发出的过充、过放、短路、过流信号，并输出信号至控制模块；
d)所述的控制模块同时接收单片机输出的控制信号和电平处理电路输出的控制信号进行逻辑判断，输出信号至开关电路；
e)所述的开关电路接收控制模块输出的逻辑信号，接通或断开充、放电回路。
2.一种实现权利要求1所述控制方法的动力型锂电池组电源管理***，包括由至少两个锂电池串接组成的锂电池组，采样模块(1)，磁隔离模块，电平处理电路，单片机(4)，控制模块，开关电路，其特征在于：所述的采样模块(1)的输入端与锂电池的两端连接，所述的控制模块具有两个控制信号输入端，所述的采样模块的输出端分别与电平处理电路通过I2C总线与磁隔离模块连接，磁隔离模块通过I2C总线与单片机(4)的输入端相连接，所述的电平处理电路的输出端与控制模块的一个控制信号输入端连接，所述的单片机(4)的输出端与控制模块的另一个控制信号输入端连接，控制模块的输出端与开关电路的输入端相连接，所述的开关电路的输出一端通过采样电阻R1与电池组相连接，另一端与负载相连接。
3.根据权利要求2所述的一种动力型锂电池组电源管理***，其特征在于：所述的电平处理电路由充电电平处理电路(2)和放电电平处理电路(3)组成，所述的控制模块(1)由都具有两个控制信号输入端的充电控制模块(6)和放电控制模块(5)组成，充电电平处理电路(2)和单片机(1)的输出端分别与充电控制模块(6)的控制信号输入端连接，所述的放电电平处理电路(3)和单片机的输出端分别与放电控制模块(5)的控制信号输入端连接。
4.根据权利要求2所述的一种动力型锂电池组电源管理***，其特征在于：所述的开关电路由串联的放电场管DEFT和充电场管CEFT组成，放电场管DEFT的栅极与放电控制模块的输出端连接，源极与采样电阻连接，充电场管CEFT的栅极与充电控制模块的输出端连接，源极与负载连接。
5.根据权利要求2所述的一种动力型锂电池组电源管理***，其特征在于：所述的采样模块(1)的芯片型号为OZ8920。
6.根据权利要求2或3所述的一种动力型锂电池组电源管理***，其特征在于：所述的放电电平处理电路(3)包括三极管Q1，光电耦合器，所述的光电耦合器由发光器和受光器组成，所述的发光器为发光二极管，所述的受光器为光敏二极管，所述的采样模块1的输出端与三极管Q1的基极连接，所述的三极管Q1的集电极与发光二极管的阳极连接，所述的发光二极管的阴极接地，所述的光敏二极管的集电极与二极管D11的阳极连接，二极管的阳极通过电阻与工作电源连接，光敏二极管的发射极接地，所述的二极管D11的阴极与放电控制模块(5)的输入口连接，所述的放电电平处理电路(2)根据采样模块发送的命令对放电控制模块(5)进行控制。
7.根据权利要求2或3所述的一种动力型锂电池组电源管理***，其特征在于：所述的充电电平处理电路(2)包括三极管Q2，光电耦合器，所述的光电耦合器由发光器和受光器组成，所述的发光器为发光二极管，所述的受光器为光敏二极管，所述的采样模块的输出端与三极管Q2的基极连接，所述的三极管Q2的集电极与发光二极管的阴极连接，所述的发光二极管的阳极接电源，三极管Q2的发射极接地，所述的光敏二极管的集电极与二极管D12的阳极连接，二极管D12的阳极通过电阻与工作涟源连接，光敏二极管的发射极接地，所述的二极管D12的阴极与充电控制模块6的输入口连接。所述的放电电平处理电路3根据采样模块1发送的命令对充电控制模块6进行控制。
8.根据权利要求2所述的一种动力型锂电池组电源管理***，其特征在于：所述的控制模块由两个三极管组成，所述的两个三极管的基极分别为控制模块的两个输入端，两个三极管的发射极连接后接地，两个三极管的集电极连接后与工作电源连接和为控制模块的输出端。
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