CN103840224A - 用于电动汽车的可扩展型锂电池管理*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，包括电池检测模块，与一组锂电池组连接，用于检测所述锂电池组中每个电池的电压、电流和温度，生成检测数据，并将检测数据与内置于所述电池检测模块中的过压、欠压、过流和过温的安全阀值进行对比，这种用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***针对每组锂电池组中的不同数量、不同材料的各单节电池进行检测、保护和控制，能够独立的检测各单节电池的电压，电流和温度，提供对过压、欠压、过流及过温情况的全面保护，并且将各单节电池的监测数据与安全阀值进行对，输出故障信息，具有更高的灵活性和可靠性，并且存在扩展空间，方便对于存在多组锂电池组的电动汽车的电控***检测和保护。

Description

用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***
技术领域
本发明涉及电动汽车生产制造技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***。
背景技术
现在很多微型电动汽车的能量来源为一组串联的锂电池组，在串联的锂电池组中，不论是充电还是放电，电池单元的工作电流都是相同的，但是由于电池个体之间内部特性差异、工作温度和循环使用次数的不同，会造成锂电池内部阻抗的改变和容量的减少。容量减小或者内部阻抗变大的锂电池在放电时，它的电压下降最快，而充电时，电压上升最快。
在当前的电动汽车中，使用的锂电池组中的锂电池个数各不相同，不同材料的锂电池单节的电池电压也不同，如果缺乏锂电池管理***就无法监视锂电池组各单节电池的电压、电流、温度等信息，判断电池运行是否正常，并且控制各种状态之间的转变，同时也不能对对电池的异常状态进行处理。没有锂电池管理***的监控、保护及控制功能，使电池的容量得不到充分的利用，在一定程度上会降低锂电池的使用寿命，避免不了出现的过压、过流、过温等状态对电池造成的物理性伤害，从而无法保障锂电池的安全运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决电动汽车中，现有的锂电池管理***无法准确有效地检测到各单节电池的电压、电流、温度等信息，缺乏对锂电池组运行状态的准确判断，无法保障锂电池租的安全运行的问题，本发明提供了一种用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***来解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，包括
电池检测模块，与一组锂电池组连接，用于检测所述锂电池组中每个电池的电压、电流和温度，生成检测数据，并将检测数据与内置于所述电池检测模块中的过压、欠压、过流和过温的安全阀值进行对比，生成故障信息；
强弱电隔离模块，与所述电池检测模块之间通过SPI总线连接；
控制模块，与所述强弱电隔离模块连接，获取所述电压、电流和温度的检测数据，并将过压、欠压、过流和过温的安全阀值通过所述强弱电隔离模块输入到所述电池检测模块中，所述控制模块与电池检测模块使用SPI通讯方式进行通信，以便保护低电压的控制模块；
数据收发模块，分别与上位机、电脑和控制模块连接，将电压、电流和温度的检测数据传输给上位机，以及将用户通过电脑设置的过压、欠压、过流和过温的安全阀值传输给所述控制模块。
所述电池检测模块包括型号为BQ76PL536锂电池组保护器U200、采样电阻R240电阻R208和电阻R230，锂电池组保护器U200可堆栈3～6节电池串联的锂电池组，在这里针对6节电池串联的锂电池组，所述锂电池组保护器U200的引脚VC0～VC6和CB1～CB6与锂电池组的各单节电池连接，所述引脚VC0～VC6用于测量各单节电池的电压，所述引脚CB1～CB6分别与各单节电池之间连接有功率管Q200～Q205，所述锂电池组保护器U200通过向功率管Q200～Q205输出方波信号来控制各单节电池的平衡，所述采样电阻R240串联在所述锂电池组上，所述锂电池组保护器U200的引脚GPAI+和GPAI-分别接在所述采样电阻R240的两端，用于采集锂电池组上的电流，从而对锂电池组进行过流保护，所述电阻R208为热敏电阻，两端分别与锂电池组保护器U200的引脚TS1+和TS1-连接，所述电阻R230为热敏电阻，两端分别与锂电池组保护器U200的引脚TS2+和TS2-连接，用于测量所述锂电池组的温度，以防止过温；所述锂电池组保护器U200可以垂直堆栈，高度整合了高精度数模转换器、独立的电池电压及温度保护和电池平衡技术以及为用户电路提供高精度的5V稳压器，能够高精度快速的测量各单节电池电压，针对过压、欠压、过流和过温情况提供全面的保护，过压、欠压、过流和过温的安全阀值由控制模块写入其EPROM中。
所述强弱电隔离模块包括型号为ADuM1401的数字隔离器U6和数字隔离器U7，所述数字隔离器U6和数字隔离器U7将高速CMOS与单芯片空芯变压器融为一体，具有由于光耦合器等替代器件的出色性能特征，性能稳定，可消除光耦合器通常具有的电流传输比不确定、非线性传递函数以及稳定性不高和使用寿命较低的问题，所述数字隔离器U6的引脚VOA、VOB、VOC和VID以及所述数字隔离器U7的引脚VIA、VIB、VIC和VOD分别与所述锂电池组保护器U200的引脚CS_H、SCLK_H、SDI_H、SDO_H、FAULT_H、ALERT_H、DRAY_H和CONV_H连接，所述也是通过SPI通讯方式与所述锂电池组保护器U200进行通信。
具体的，所述控制模块包括型号为MSP430F5529的单片机U2，所述单片机U2的引脚P4.0～P4.3分别与所述数字隔离器U6的引脚VIA、VIC、VOD和VIB连接，所述单片机U2的引脚TB0.1～TB0.4分别与所述数字隔离器U7的引脚VID、V0C、VOB和VOA连接。
所述数据收发模块包括型号为MAX232的信号收发器U3、接口J3和接口J4，所述信号收发器U3的引脚T1in、T2in、R1out和R2out分别与所述单片机U2的引脚P3.3、P4.4、P3.4和P4.5连接，所述接口J3和接口J4均为RS232接口，所述信号收发器U3的引脚R1in和T1out通过接口J4与电脑连接，用户通过电脑设置的过压、欠压、过流和过温的安全阀值并通过接口J4传输给单片机U2，引脚R2in和T2out通过接口J3与上位机连接，单片机U1通过接口J3将电压、电流和温度的检测数据传输给上位机。
所述电池检测模块的数量为多个，相邻两个电池检测模块通过SPI总线通讯，每个所述电池检测模块中的锂电池组保护器U200的引脚CONV_N、DRDY_N、ALERT_N、FAULT_N、SCLK_N、SDO_N、SDI_N、CS_N与相邻的两个锂电池组保护器U200中的一个连接，引脚CONV_S、DRDY_S、ALERT_S、FAULT_S、SCLK_S、SDO_S、SDI_S、CS_S与另一个相邻的锂电池组保护器U200连接，所述电池检测模块可扩展，方便对于存在多组锂电池组的电动汽车的电控***检测和保护。
本发明的有益效果是，这种用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***针对每组锂电池组中的不同数量、不同材料的各单节电池进行检测、保护和控制，能够独立的检测各单节电池的电压，电流和温度，提供对过压、欠压、过流及过温情况的全面保护，并且将各单节电池的监测数据与安全阀值进行对，输出故障信息，具有更高的灵活性和可靠性，并且存在扩展空间，方便对于存在多组锂电池组的电动汽车的电控***检测和保护。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***的最优实施例的框架示意图。
图2是本发明用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***的最优实施例的局部电路分布图。
图3是本发明用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***的最优实施例的局部电路分布图。
图4是本发明用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***的最优实施例的局部电路分布图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～4所示，本发明提供了一种用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，包括
电池检测模块，与一组锂电池组连接，用于检测锂电池组中每个电池的电压、电流和温度，生成检测数据，并将检测数据与内置于电池检测模块中的过压、欠压、过流和过温的安全阀值进行对比，生成故障信息；
强弱电隔离模块，与电池检测模块之间通过SPI总线连接；
控制模块，与强弱电隔离模块连接，获取电压、电流和温度的检测数据，并将过压、欠压、过流和过温的安全阀值通过强弱电隔离模块输入到电池检测模块中；
数据收发模块，分别与上位机、电脑和控制模块连接，将电压、电流和温度的检测数据传输给上位机，以及将用户通过电脑设置的过压、欠压、过流和过温的安全阀值传输给控制模块。
电池检测模块包括型号为BQ76PL536锂电池组保护器U200、采样电阻R240电阻R208和电阻R230，锂电池组保护器U200的引脚VC0～VC6和CB1～CB6通过接口J200与锂电池组的各单节电池连接，引脚VC0～VC6用于测量各单节电池的电压，引脚CB1～CB6分别与各单节电池之间连接有功率管Q200～Q205，锂电池组保护器U200通过向功率管Q200～Q205输出方波信号来控制各单节电池的平衡，采样电阻R240串联在锂电池组上，锂电池组保护器U200的引脚GPAI+和GPAI-分别接在采样电阻R240的两端，用于采集锂电池组上的电流，电阻R208为热敏电阻，两端分别与锂电池组保护器U200的引脚TS1+和TS1-连接，电阻R230为热敏电阻，两端分别与锂电池组保护器U200的引脚TS2+和TS2-连接，用于测量锂电池组的温度；电池检测模块的数量为多个，每个电池检测模块中的锂电池组保护器U200的引脚CONV_N、DRDY_N、ALERT_N、FAULT_N、SCLK_N、SDO_N、SDI_N、CS_N通过接口J202与相邻的两个锂电池组保护器U200中的一个连接，引脚CONV_S、DRDY_S、ALERT_S、FAULT_S、SCLK_S、SDO_S、SDI_S、CS_S通过接口J201与另一个相邻的锂电池组保护器U200连接。
强弱电隔离模块包括型号为ADuM1401的数字隔离器U6和数字隔离器U7，数字隔离器U6的引脚VOA、VOB、VOC和VID以及数字隔离器U7的引脚VIA、VIB、VIC和VOD通过接口J10和接口J203与锂电池组保护器U200的引脚CS_H、SCLK_H、SDI_H、SDO_H、FAULT_H、ALERT_H、DRAY_H和CONV_H连接。
控制模块包括型号为MSP430F5529的单片机U2，单片机U2的引脚P4.0～P4.3分别与数字隔离器U6的引脚VIA、VIC、VOD和VIB连接，单片机U2的引脚TB0.1～TB0.4分别与数字隔离器U7的引脚VID、V0C、VOB和VOA连接。
数据收发模块包括型号为MAX232的信号收发器U3、接口J3和接口J4，信号收发器U3的引脚T1in、T2in、R1out和R2out分别与单片机U2的引脚P3.3、P4.4、P3.4和P4.5连接，接口J3和接口J4均为RS232接口，信号收发器U3的引脚R1in和T1out通过接口J4与电脑连接，引脚R2in和T2out通过接口J3与上位机连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，其特征在于：包括
电池检测模块，与一组锂电池组连接，用于检测所述锂电池组中每个电池的电压、电流和温度，生成检测数据，并将检测数据与内置于所述电池检测模块中的过压、欠压、过流和过温的安全阀值进行对比，生成故障信息；
强弱电隔离模块，与所述电池检测模块之间通过SPI总线连接；
控制模块，与所述强弱电隔离模块连接，获取所述电压、电流和温度的检测数据，并将过压、欠压、过流和过温的安全阀值通过所述强弱电隔离模块输入到所述电池检测模块中；
数据收发模块，分别与上位机、电脑和控制模块连接，将电压、电流和温度的检测数据传输给上位机，以及将用户通过电脑设置的过压、欠压、过流和过温的安全阀值传输给所述控制模块。
2.如权利要求1所述的用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，其特征在于：所述电池检测模块包括型号为BQ76PL536锂电池组保护器U200、采样电阻R240电阻R208和电阻R230，所述锂电池组保护器U200的引脚VC0～VC6和CB1～CB6与锂电池组的各单节电池连接，所述引脚VC0～VC6用于测量各单节电池的电压，所述引脚CB1～CB6分别与各单节电池之间连接有功率管
Q200～Q205，所述锂电池组保护器U200通过向功率管Q200～Q205输出方波信号来控制各单节电池的平衡，所述采样电阻R240串联在所述锂电池组上，所述锂电池组保护器U200的引脚GPAI+和GPAI-分别接在所述采样电阻R240的两端，用于采集锂电池组上的电流，所述电阻R208为热敏电阻，两端分别与锂电池组保护器U200的引脚TS1+和TS1-连接，所述电阻R230为热敏电阻，两端分别与锂电池组保护器U200的引脚TS2+和TS2-连接，用于测量所述锂电池组的温度。
3.如权利要求2所述的用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，其特征在于：所述强弱电隔离模块包括型号为ADuM1401的数字隔离器U6和数字隔离器U7，所述数字隔离器U6的引脚VOA、VOB、VOC和VID以及所述数字隔离器U7的引脚VIA、VIB、VIC和VOD分别与所述锂电池组保护器U200的引脚CS_H、SCLK_H、SDI_H、SDO_H、FAULT_H、ALERT_H、DRAY_H和CONV_H连接。
4.如权利要求3所述的用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，其特征在于：所述控制模块包括型号为MSP430F5529的单片机U2，所述单片机U2的引脚P4.0～P4.3分别与所述数字隔离器U6的引脚VIA、VIC、VOD和VIB连接，所述单片机U2的引脚TB0.1～TB0.4分别与所述数字隔离器U7的引脚VID、V0C、VOB和VOA连接。
5.如权利要求4所述的用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，其特征在于：所述数据收发模块包括型号为MAX232的信号收发器U3、接口J3和接口J4，所述信号收发器U3的引脚T1in、T2in、R1out和R2out分别与所述单片机U2的引脚P3.3、P4.4、P3.4和P4.5连接，所述接口J3和接口J4均为RS232接口，所述信号收发器U3的引脚R1in和T1out通过接口J4与电脑连接，引脚R2in和T2out通过接口J3与上位机连接。
6.如权利要求2所述的用于电动汽车的可扩展型锂电池管理***，其特征在于：所述电池检测模块的数量为多个，每个所述电池检测模块中的锂电池组保护器U200的引脚CONV_N、DRDY_N、ALERT_N、FAULT_N、SCLK_N、SDO_N、SDI_N、CS_N与相邻的两个锂电池组保护器U200中的一个连接，引脚CONV_S、DRDY_S、ALERT_S、FAULT_S、SCLK_S、SDO_S、SDI_S、CS_S与另一个相邻的锂电池组保护器U200连接。
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