CN109278589B - 基于pic单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***及控制方法 - Google Patents

基于pic单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***及控制方法,包括对电池组中单体锂电池的电压进行实时监测的锂电池监视模块、实现电池组之间双向主动均衡操作的均衡模块、采用PIC18LF27K40芯片实现***控制的控制模块,以及实现所述控制模块与所述锂电池监视模块之间SPI通信的隔离式通信模块。本发明采用专用电荷平衡器LTC3300‑1,实现电池组与个别电池双向主动平衡,缩短了电压均衡时间,提高了电荷转移效率,提高了***的集成度和精确度,减少了成本,设置的电流检测模块,检测电池充放电时电流,保证***正常工作,提高了***的可靠度。

Description

基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***及控 制方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车电池监控***,具体地说,是涉及一种基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***及控制方法。
背景技术
在全球汽车工业面临金融危机和能源以及环境问题的巨大挑战之下,人们提出了新能源车的概念。发展纯电动汽车,实现汽车能源动力***的电气化,推动汽车产业战略转型,在国际上形成了共识。电动汽车的核心技术之一就是电池技术。电池是电动汽车的动力来源,是制约电动汽车发展的主要因素。因此,对电动汽车电池的管理,就显得非常重要。电动汽车电池管理***BMS,是用户与电池之间的纽带,它主要工作对象是二次电池。由于二次电池性能非常复杂,而且,不同类型电池具有很大的差异,因此,电池管理***要具备提高电池的利用率,避免电池出现过充过放电,尽可能的延长电池使用寿命,同时监控电池的工作状态。
现有公开号为“CN107359671A”的文件公开了一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制***和控制方法,通过蓄电池单体电压采样电路采集电压信息,蓄电池组平衡器接收电压信息并通过反激变压器实现单体电池和电池组之间双向传输能量,从而实现高压蓄电池组电压的均衡,并提高均衡速度,实现***的高集成设计,该控制***虽然能够达到高压电源***高共模电压下的均衡要求,但还是存在如下缺陷:
(1)设计复杂、成本高:在隔离通信方式上,蓄电池单体电压采样芯片LTC6811-1通过隔离变压器与LTC6820通信,LTC6820需通过隔离器与控制单元进行四线式SPI通信,设置的隔离器在一定程度上增加了***设计的复杂度,增加了隔离器的使用数量。
(2)***的可靠度低:从公开的技术内容来看,该方案通过蓄电池单体电压采样电路采集电压信息,最后反激变压器通过蓄电池组平衡器的指令实现电压均衡,在均衡的过程中并没有对流过电池组的电流进行检测,在异常充放电情况下不能及时发现,降低了***的可靠度。
(3)均衡的精确度低:在该方案中电池组内设置有电压阈值,当检测到单体电池电压不在设置的电压阈值范围内时,就会启动反激变压器实现电压均衡,实现电池组电压与单体电池电压间的能量传递;可知,在电池电压不在设置的范围内时才会进行均衡操作,在某一电池出现失衡但没有超出电压阈值时并不会进行均衡操作,从而降低了***中电池间均衡的精确度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***及控制方法,解决了现有电池均衡***的设计成本高、可靠度低,且均衡精确度低的问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***,包括:
锂电池监视模块,用于对电池组中单体锂电池的电压进行实时监测,通过GPIO端口与均衡模块实时通信,并将输出信号通过隔离式通信模块传输给控制模块;
隔离式通信模块,用于隔离强电和弱电,通过隔离变压器和双绞线与锂电池监视模块通信,使整个***工作在低压状态;
控制模块,采用PIC18LF27K40芯片实现***控制,电流检测模块通过采样电阻检测电池组的电压信号,并将电压信号传输给控制模块进行A/D转换,通过计算出的电流判断是否需要进行电压均衡操作;
均衡模块,采用两个LTC3300-1芯片,十二组电池通过连接在LTC3300-1芯片上的***电路与均衡模块连接,并通过与LTC3300-1芯片连接的电压均衡电路实现电池组与需要平衡的单体电池间电荷高效转移。
进一步地,所述均衡模块的两个LTC3300-1芯片采用菊花链模式连接,处于菊花链的下一级的LTC3300-1芯片为U1,处于菊花链的上一级的LTC3300-1芯片为U2。
进一步地,所述电压均衡电路包括阴极与U2的30引脚连接、阳极与U2的27引脚连接的二极管D14,并联后一端与二极管D14的阴极连接、另一端与二极管D14的阳极连接的电容C33和电容C34,阴极与U2的32引脚连接、阳极与U2的27引脚连接的稳压二极管D15,与U2的32引脚连接的电阻R32,栅极与所述电阻R32另一端连接的MOS管Q6,一端与U2的31引脚连接、另一端与MOS管Q6的源极连接的电阻R33,一端与U2的31引脚连接、另一端与U2的27引脚连接的电容C35,一端与MOS管Q6的源极连接、另一端与U2的27引脚连接的电阻R35,串联后一端与U2的30引脚连接、另一端与MOS管Q6的漏极连接的电容C37和电阻R34,阴极与MOS管Q6的漏极连接、阳极与MOS管Q6的源极连接的稳压二极管D16,初级线圈的同名端与U2的30引脚连接、异名端与MOS管的漏极连接的变压器T1,串联后一端与所述变压器T1次级线圈的异名端连接、另一端与所述变压器T1次级线圈的同名端连接的电容C41和电阻R37,漏极与所述变压器T1次级线圈的同名端连接的MOS管Q7,阴极与MOS管Q7的漏极连接、阳极与MOS管Q7的源极连接的稳压二极管D17,并联后一端与U2的39引脚连接、另一端与U1的39引脚连接的电容C44和电容C46,一端与U2的7引脚连接、另一端与MOS管Q7的栅极连接的电阻R40,一端与U2的8引脚连接、另一端与MOS管Q7的源极连接的电阻R39,一端与U1的39引脚连接、另一端与MOS管Q7的源极连接的电阻R38,一端与U2的8引脚连接、另一端与U1的39引脚连接的电容C43。
进一步地,所述锂电池监视模块采用LTC6811-1芯片U3。
进一步地,所述隔离式通信模块采用隔离式通信接口LTC6820芯片U4。
进一步地,所述控制模块包括PIC18LF27K40芯片U5,并联后一端与U5的9引脚连接、另一端与U5的10引脚连接的电阻R36和晶振Y1,一端与U5的9引脚连接、另一端接地的电容C38,一端与U5的10引脚连接、另一端接地的电容C40,阳极与U5的16引脚连接的二极管D18,一端与所述二极管D18的阴极连接、另一端接地的电阻R41,阳极与U5的17引脚连接的二极管D20,一端与所述二极管D20的阴极连接、另一端接地的电阻R44,阴极与U5的19引脚连接的二极管D19,发射极与所述二极管D19阳极连接的三极管Q8,一端与三极管Q8的发射极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R45,一端与三极管Q8的基极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R46,一端与三极管Q8的集电极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R47,并联后一端与二极管D19的阳极连接、另一端接地的开关S1和电容C52,所述U5的7引脚与U4的5引脚连接,所述U5的14引脚与U4的4引脚连接,所述U5的15引脚与U4的3引脚连接,所述U5的18引脚与U4的2引脚连接。
进一步地,所述电流检测模块包括AD7400A芯片U6,RS722芯片U7,一端接在U6的1引脚上、另一端接地的电容C57,一端接在U6的2引脚、另一端接在U6的3引脚连接的电容C60,串联后与电容C60并联的电阻R75、电阻R77和电阻R79,一端接在U6的14引脚、另一端接在U6的16引脚连接的电容C58,一端接在U7的3引脚、另一端接地的电容C63,串联后一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的3引脚上的电容C62和电阻R82,一端接在所述电容C62和电阻R82之间、另一端接在U6的11引脚上的电阻R80,一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的2引脚上的电阻R78,串联后一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的7引脚上的电容C61和电阻R74,一端接在U7的7引脚上、另一端接在U7的6引脚上电阻R81,一端接在电容C61和电阻R74之间、另一端接在U7的5引脚上的电阻R76,一端接在U7的5引脚上、另一端接地的电容C64,一端接在U7的8引脚上、另一端接地的电容C59,所述U7的7引脚与U5的24引脚连接,所述U7的8引脚和U6的14引脚均加载5V电压,所述电阻R77和电阻R79连接的一端接地,所述电阻R77和电阻R75之间与均衡模块连接。
基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***的控制方法,包括如下步骤:
(1)通过隔离式通信模块实现控制模块与锂电池监视模块之间的通信,锂电池监视模块对电池组中单体锂电池的电压进行实时监测,并将数据传输给均衡模块的电压均衡电路;
(2)当锂电池监视模块检测到个别电池的电压高于电池组中其他电池电压时,进行放电操作,初级线圈的MOS管Q6接通,流入变压器T1初级线圈同名端的电流以斜坡形式上升,直到在电路检测输入端检测到编程峰值电流为止,MOS管Q6马上关断,存储在变压器T1中的能量被转移至次级线圈;
(3)将次级线圈的MOS管Q7同步接通,次级线圈异名端的输出电流在变压器T1的次级线圈中流动,将电荷转移到整个电池组,直到次级线圈中的电流降至为零,实现放电操作,一旦次级线圈中的电流达到零,这时就迅速将MOS管Q7断开,同时将MOS管Q6重新接通;
(4)放电操作完成后,进行下一轮重复(2)-(3)步电荷转移操作,直至监测到各单体电池电压均衡为止。
基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***的控制方法,包括如下步骤:
(1)通过隔离式通信模块实现控制模块与锂电池监视模块之间的通信,锂电池监视模块对电池组中单体锂电池的电压进行实时监测,并将数据传输给均衡模块的电压均衡电路;
(2)当锂电池监视模块检测到个别电池的电压低于电池组中其他电池电压时,进行充电操作,次级线圈的MOS管Q7接通,流入变压器T1次级线圈异名端的电流经整个电池组流出,一旦在次级线圈中达到峰值检测电流,次级线圈的MOS管Q7断开,与放电情形相同;
(3)初级线圈的MOS管Q6同步接通,电流随后在初级线圈中流动,可从整个次级电池组对选定的电池进行充电,一旦初级线圈中的电流降至零,初级线圈的MOS管Q6断开,并且次级线圈的MOS管Q7重新接通;
(4)充电操作完成后,进行下一轮重复(2)-(3)步电荷转移操作,直至监测到各单体电池电压均衡为止。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明采用隔离式SPI接口芯片LTC6820,通过隔离变压器和双绞线与锂电池监视模块的LTC6811-1芯片连接,在与控制模块的PIC18LF27K40芯片通信时,两者直接通信,无需添加隔离器,在保证通信效果的前提下降低了电路的复杂度,实现低成本的强电和弱电之间的隔离,解决了现有电池均衡***的设计成本高的问题,同时采用低功耗的运行方式,可以很好的降低***的功耗,延长电池的使用时间。
(2)本发明锂电池监视模块的LTC6811-1芯片可以采用菊花链连接的模式,提高监测电池的数量,输入端通过一个RC低通滤波器,用来滤除高频干扰,通过与电池组连接的电流检测模块对12个通道的充放电电流进行检测,以保障整个电池***能够运行在良好的工作状态,提高了***的可靠度。
(3)本发明中的锂电池监视模块监视到某一电池电压高于或低于电池组中其他电池电压时,会立即通过均衡模块均衡电压,响应速度快,检测单体电池电压异常的灵敏度高,从而实现高精确度均衡。
(4)本发明均衡模块的LTC3300-1芯片可以对6节串联电池进行基于变压器的双向主动平衡控制,来自任意选定电池的电荷,能以高效率在其自身与整个电池组之间来回传输,同时其自身带有独特的电平转换SPI兼容型串行接口,能在不采用光耦或隔离器的情况下,完成多个LTC3300-1串联连接,实现更长串接电池组的主动平衡,在最少的时间内完成电池组中某个给定失衡电池与一个相邻的较大电池组之间电荷的高效转移。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为控制模块的电路图。
图3为均衡模块的两个LTC3300-1芯片的菊花链模式扩展连接图。
图4为电压均衡电路图。
图5为锂电池监视模块和隔离式通信模块的连接电路图。
图6为电流检测模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明,本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示,本发明公开的基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***,包括:
锂电池监视模块,用于对电池组中单体锂电池的电压进行实时监测,通过GPIO端口与均衡模块实时通信,并将输出信号通过隔离式通信模块传输给控制模块;
隔离式通信模块,用于隔离强电和弱电,通过隔离变压器和双绞线与锂电池监视模块通信,使整个***工作在低压状态;
控制模块,采用PIC18LF27K40芯片实现***控制,电流检测模块通过采样电阻检测电池组的电压信号,并将电压信号传输给控制模块进行A/D转换,通过计算出的电流判断是否需要进行电压均衡操作;
均衡模块,采用两个LTC3300-1芯片,十二组电池通过连接在LTC3300-1芯片上的***电路与均衡模块连接,并通过与LTC3300-1芯片连接的电压均衡电路实现电池组与需要平衡的单体电池间电荷高效转移。
如图2所示,所述控制模块包括PIC18LF27K40芯片U5,并联后一端与U5的9引脚连接、另一端与U5的10引脚连接的电阻R36和晶振Y1,一端与U5的9引脚连接、另一端接地的电容C38,一端与U5的10引脚连接、另一端接地的电容C40,阳极与U5的16引脚连接的二极管D18,一端与所述二极管D18的阴极连接、另一端接地的电阻R41,阳极与U5的17引脚连接的二极管D20,一端与所述二极管D20的阴极连接、另一端接地的电阻R44,阴极与U5的19引脚连接的二极管D19,发射极与所述二极管D19阳极连接的三极管Q8,一端与三极管Q8的发射极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R45,一端与三极管Q8的基极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R46,一端与三极管Q8的集电极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R47,并联后一端与二极管D19的阳极连接、另一端接地的开关S1和电容C52,所述U5的7引脚与U4的5引脚连接,所述U5的14引脚与U4的4引脚连接,所述U5的15引脚与U4的3引脚连接,所述U5的18引脚与U4的2引脚连接。
如图3所示,为实现更长串接电池组的主动均衡,均衡模块的LTC3300-1芯片U1和LTC3300-1芯片U2使用菊花链模式扩展;LTC3300-1可以对6节串联电池进行基于变压器的双向主动均衡控制,来自任意选定电池的电荷,能以高效率在其自身与12级相邻电池之间来回传输。同时其自身带有独特的电平转换SPI兼容型串行接口,能在不采用光耦或隔离器的情况下,完成多个LTC3300-1串联连接,实现更长串接电池组的主动平衡。
相对被动均衡而言,主动均衡电路不会将电荷通过电阻以热量的形式白白地释放掉,而是在个别电池与整个电池组之间实现电荷的转移。目前的主动均衡电路,均是在个别电池电压过高的时候,通过释放该电池的电压,将电荷转移到电池组中。但是,如果遇到个别电池的电压低于整个电池组中绝大部分电池的电压的时候,这样均衡的效率就非常低、时间很长。本发明设计的双向主动均衡,能够在这两种不均衡的状态下,在最少的时间内实现电荷的高效转移。
如图4所示,所述电压均衡电路包括阴极与U2的30引脚连接、阳极与U2的27引脚连接的二极管D14,并联后一端与二极管D14的阴极连接、另一端与二极管D14的阳极连接的电容C33和电容C34,阴极与U2的32引脚连接、阳极与U2的27引脚连接的稳压二极管D15,与U2的32引脚连接的电阻R32,栅极与所述电阻R32另一端连接的MOS管Q6,一端与U2的31引脚连接、另一端与MOS管Q6的源极连接的电阻R33,一端与U2的31引脚连接、另一端与U2的27引脚连接的电容C35,一端与MOS管Q6的源极连接、另一端与U2的27引脚连接的电阻R35,串联后一端与U2的30引脚连接、另一端与MOS管Q6的漏极连接的电容C37和电阻R34,阴极与MOS管Q6的漏极连接、阳极与MOS管Q6的源极连接的稳压二极管D16,初级线圈的同名端与U2的30引脚连接、异名端与MOS管的漏极连接的变压器T1,串联后一端与所述变压器T1次级线圈的异名端连接、另一端与所述变压器T1次级线圈的同名端连接的电容C41和电阻R37,漏极与所述变压器T1次级线圈的同名端连接的MOS管Q7,阴极与MOS管Q7的漏极连接、阳极与MOS管Q7的源极连接的稳压二极管D17,并联后一端与U2的39引脚连接、另一端与U1的39引脚连接的电容C44和电容C46,一端与U2的7引脚连接、另一端与MOS管Q7的栅极连接的电阻R40,一端与U2的8引脚连接、另一端与MOS管Q7的源极连接的电阻R39,一端与U1的39引脚连接、另一端与MOS管Q7的源极连接的电阻R38,一端与U2的8引脚连接、另一端与U1的39引脚连接的电容C43。
如图5所示,所述锂电池监视模块采用LTC6811-1芯片U3,所述隔离式通信模块采用隔离式通信接口LTC6820芯片U4。其中,电容C64、电阻R56和电阻R55组成的RC低通滤波器可用于滤除高频干扰,同时,电阻可对输入端口起保护作用,锂电池监视模块将其通用的I/O端口GPIO3-GPIO5配置为SPI端口,与处于菊花链底端的LTC3300-1的相应端口连接,实现串行通信;被测电池组不仅是电动汽车的动力来源,同时也要为整个控制电路供电。由于电池组串联电压非常高,而整个控制***都需在低压状态下工作,因此为了实现强电和弱电的隔离,采用隔离通信芯片LTC6820结合低成本变压器解决强电和弱电部分的通信问题。
如图6所示,所述电流检测模块包括AD7400A芯片U6,RS722芯片U7,一端接在U6的1引脚上、另一端接地的电容C57,一端接在U6的2引脚、另一端接在U6的3引脚连接的电容C60,串联后与电容C60并联的电阻R75、电阻R77和电阻R79,一端接在U6的14引脚、另一端接在U6的16引脚连接的电容C58,一端接在U7的3引脚、另一端接地的电容C63,串联后一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的3引脚上的电容C62和电阻R82,一端接在所述电容C62和电阻R82之间、另一端接在U6的11引脚上的电阻R80,一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的2引脚上的电阻R78,串联后一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的7引脚上的电容C61和电阻R74,一端接在U7的7引脚上、另一端接在U7的6引脚上电阻R81,一端接在电容C61和电阻R74之间、另一端接在U7的5引脚上的电阻R76,一端接在U7的5引脚上、另一端接地的电容C64,一端接在U7的8引脚上、另一端接地的电容C59,所述U7的7引脚与U5的24引脚连接,所述U7的8引脚和U6的14引脚均加载5V电压,所述电阻R77和电阻R79连接的一端接地,所述电阻R77和电阻R75之间与均衡模块中U1的21引脚连接。
在本方案中,电流的检测采用模拟隔离的方式实现,采用隔离ADC接合有源滤波器,AD7400A芯片是一款二阶Σ-Δ型隔离ADC,采样得到的模拟电压信号通过由电阻R75、R79和电容C60构成的差分输入降噪滤波器输入到AD7400A芯片,对信号进行采样,并将结果隔离输出。噪声经过调制器整形后移动到较高频率,最后将模拟电压信号传输到RS772中恢复,并传输给PIC18LF27K40进行A/D转换。
采用变压器进行均衡控制时,变压器的初级线圈与单个电池相并联,变压器的次级线圈与整个串联电池组相并联,下面对双向主动均衡控制电路的充电和放电两种工作方式结合电压均衡电路进行分析。
当锂电池监视模块检测到个别电池的电压高于电池组中其他电池电压时,进行放电操作,初级线圈的MOS管Q6接通,流入变压器T1初级线圈同名端的电流以斜坡形式上升,直到在电路检测输入端检测到编程峰值电流为止,MOS管Q6马上关断,存储在变压器T1中的能量被转移至次级线圈,将次级线圈的MOS管Q7同步接通,最大程度的减少能量转换期间的功率损失,次级线圈异名端的输出电流在变压器T1的次级线圈中流动,将电荷转移到整个电池组,直到次级线圈中的电流降至为零,一旦次级线圈中的电流达到零,这时就迅速将MOS管Q7断开,同时将MOS管Q6重新接通,以此循环,这样电荷从处于放电之中的电池转移至所有连接在次级线圈的顶端和底端之间的电池,由此对相邻的电池进行充电;
当锂电池监视模块检测到个别电池的电压低于电池组中其他电池电压时,进行充电操作,次级线圈的MOS管Q7接通,流入变压器T1次级线圈异名端的电流经整个电池组流出,一旦在次级线圈中达到峰值检测电流,次级线圈的MOS管Q7断开,与放电情形类似,初级线圈的MOS管Q6同步接通,电流随后在初级线圈中流动,可从整个次级电池组对选定的电池进行充电,一旦初级线圈中的电流降至零,初级线圈的MOS管Q6断开,并且次级线圈的MOS管Q7重新接通,以此循环;
锂电池监视模块的LTC6811-1芯片可对12节串联电池进行电压检测,若需提高监测电池的数量,可以采用菊花链连接的模式;均衡模块的LTC3300-1芯片可对6节串联电池进行基于变压器的双向主动均衡控制,为实现对12节电池的检测,需用两个LTC3300-1芯片,该芯片的43脚(SDOI)、44脚(SCKO)、45脚(CSBO)用于菊花链扩展连接,与处于菊花链上一级的LTC3300-1芯片的18脚、17脚、16脚相连;本发明采用变压器进行均衡控制,所述变压器的初级线圈与单个电池相并联,变压器的次级线圈与整个串联电池组相并联,当检测到某一电池电压异常时,控制电压均衡电路中的MOS管通断,使电荷在初级线圈和次级线圈之间转移,从而实现双向主动均衡。
本发明通过上述设计,有效地解决了现有电池均衡***的设计成本高的问题,采用专用电荷平衡器LTC3300-1,实现电池组与个别电池双向主动平衡,缩短了平衡时间,提高了电荷转移效率,提高了***的集成度和精确度,LTC6820与控制模块之间直接通信,减少了隔离器的使用量,从而减小***的设计成本;本发明设置了电流检测模块,检测电池充放电时电流,保证***正常工作,提高***的可靠度。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一,不应当用于限制本发明的保护范围,但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色,其所解决的技术问题仍然与本发明一致的,均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***,其特征在于,包括:
锂电池监视模块,用于对电池组中单体锂电池的电压进行实时监测,通过GPIO端口与均衡模块实时通信,并将输出信号通过隔离式通信模块传输给控制模块;
隔离式通信模块,用于隔离强电和弱电,通过隔离变压器和双绞线与锂电池监视模块通信,使整个***工作在低压状态;
控制模块,采用PIC18LF27K40芯片实现***控制,电流检测模块通过采样电阻检测电池组的电压信号,并将电压信号传输给控制模块进行A/D转换,通过计算出的电流判断是否需要进行电压均衡操作;
均衡模块,采用两个LTC3300-1芯片,十二组电池通过连接在LTC3300-1芯片上的***电路与均衡模块连接,并通过与LTC3300-1芯片连接的电压均衡电路实现电池组与需要平衡的单体电池间电荷高效转移;
所述均衡模块的两个LTC3300-1芯片采用菊花链模式连接,处于菊花链的下一级的LTC3300-1芯片为U1,处于菊花链的上一级的LTC3300-1芯片为U2;
所述电压均衡电路包括阴极与U2的30引脚连接、阳极与U2的27引脚连接的二极管D14,并联后一端与二极管D14的阴极连接、另一端与二极管D14的阳极连接的电容C33和电容C34,阴极与U2的32引脚连接、阳极与U2的27引脚连接的稳压二极管D15,与U2的32引脚连接的电阻R32,栅极与所述电阻R32另一端连接的MOS管Q6,一端与U2的31引脚连接、另一端与MOS管Q6的源极连接的电阻R33,一端与U2的31引脚连接、另一端与U2的27引脚连接的电容C35,一端与MOS管Q6的源极连接、另一端与U2的27引脚连接的电阻R35,串联后一端与U2的30引脚连接、另一端与MOS管Q6的漏极连接的电容C37和电阻R34,阴极与MOS管Q6的漏极连接、阳极与MOS管Q6的源极连接的稳压二极管D16,初级线圈的同名端与U2的30引脚连接、异名端与MOS管的漏极连接的变压器T1,串联后一端与所述变压器T1次级线圈的异名端连接、另一端与所述变压器T1次级线圈的同名端连接的电容C41和电阻R37,漏极与所述变压器T1次级线圈的同名端连接的MOS管Q7,阴极与MOS管Q7的漏极连接、阳极与MOS管Q7的源极连接的稳压二极管D17,并联后一端与U2的39引脚连接、另一端与U1的39引脚连接的电容C44和电容C46,一端与U2的7引脚连接、另一端与MOS管Q7的栅极连接的电阻R40,一端与U2的8引脚连接、另一端与MOS管Q7的源极连接的电阻R39,一端与U1的39引脚连接、另一端与MOS管Q7的源极连接的电阻R38,一端与U2的8引脚连接、另一端与U1的39引脚连接的电容C43。
2.根据权利要求1所述的基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***,其特征在于,所述锂电池监视模块采用LTC6811-1芯片U3。
3.根据权利要求1所述的基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***,其特征在于,所述隔离式通信模块采用隔离式通信接口LTC6820芯片U4。
4.根据权利要求3所述的基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***,其特征在于,所述控制模块包括PIC18LF27K40芯片U5,并联后一端与U5的9引脚连接、另一端与U5的10引脚连接的电阻R36和晶振Y1,一端与U5的9引脚连接、另一端接地的电容C38,一端与U5的10引脚连接、另一端接地的电容C40,阳极与U5的16引脚连接的二极管D18,一端与所述二极管D18的阴极连接、另一端接地的电阻R41,阳极与U5的17引脚连接的二极管D20,一端与所述二极管D20的阴极连接、另一端接地的电阻R44,阴极与U5的19引脚连接的二极管D19,发射极与所述二极管D19阳极连接的三极管Q8,一端与三极管Q8的发射极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R45,一端与三极管Q8的基极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R46,一端与三极管Q8的集电极连接、另一端与二极管D19阴极连接的电阻R47,并联后一端与二极管D19的阳极连接、另一端接地的开关S1和电容C52,所述U5的7引脚与U4的5引脚连接,所述U5的14引脚与U4的4引脚连接,所述U5的15引脚与U4的3引脚连接,所述U5的18引脚与U4的2引脚连接。
5.根据权利要求4所述的基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***,其特征在于,所述电流检测模块包括AD7400A芯片U6,RS722芯片U7,一端接在U6的1引脚上、另一端接地的电容C57,一端接在U6的2引脚、另一端接在U6的3引脚连接的电容C60,串联后与电容C60并联的电阻R75、电阻R77和电阻R79,一端接在U6的14引脚、另一端接在U6的16引脚连接的电容C58,一端接在U7的3引脚、另一端接地的电容C63,串联后一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的3引脚上的电容C62和电阻R82,一端接在所述电容C62和电阻R82之间、另一端接在U6的11引脚上的电阻R80,一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的2引脚上的电阻R78,串联后一端接在U7的1引脚上、另一端接在U7的7引脚上的电容C61和电阻R74,一端接在U7的7引脚上、另一端接在U7的6引脚上电阻R81,一端接在电容C61和电阻R74之间、另一端接在U7的5引脚上的电阻R76,一端接在U7的5引脚上、另一端接地的电容C64,一端接在U7的8引脚上、另一端接地的电容C59,所述U7的7引脚与U5的24引脚连接,所述U7的8引脚和U6的14引脚均加载5V电压,所述电阻R77和电阻R79连接的一端接地,所述电阻R77和电阻R75之间与均衡模块连接。
6.根据权利要求1~5任一项所述的基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)通过隔离式通信模块实现控制模块与锂电池监视模块之间的通信,锂电池监视模块对电池组中单体锂电池的电压进行实时监测,并将数据传输给均衡模块的电压均衡电路;
(2)当锂电池监视模块检测到个别电池的电压高于电池组中其他电池电压时,进行放电操作,初级线圈的MOS管Q6接通,流入变压器T1初级线圈同名端的电流以斜坡形式上升,直到在电路检测输入端检测到编程峰值电流为止,MOS管Q6马上关断,存储在变压器T1中的能量被转移至次级线圈;
(3)将次级线圈的MOS管Q7同步接通,次级线圈异名端的输出电流在变压器T1的次级线圈中流动,将电荷转移到整个电池组,直到次级线圈中的电流降至为零,实现放电操作,一旦次级线圈中的电流达到零,这时就迅速将MOS管Q7断开,同时将MOS管Q6重新接通;
(4)放电操作完成后,进行下一轮重复(2)-(3)步电荷转移操作,直至监测到各单体电池电压均衡为止。
7.根据权利要求1~5任一项所述的基于PIC单片机的双向主动均衡电动汽车电池监控***的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)通过隔离式通信模块实现控制模块与锂电池监视模块之间的通信,锂电池监视模块对电池组中单体锂电池的电压进行实时监测,并将数据传输给均衡模块的电压均衡电路;
(2)当锂电池监视模块检测到个别电池的电压低于电池组中其他电池电压时,进行充电操作,次级线圈的MOS管Q7接通,流入变压器T1次级线圈异名端的电流经整个电池组流出,一旦在次级线圈中达到峰值检测电流,次级线圈的MOS管Q7断开,与放电情形相同;
(3)初级线圈的MOS管Q6同步接通,电流随后在初级线圈中流动,可从整个次级电池组对选定的电池进行充电,一旦初级线圈中的电流降至零,初级线圈的MOS管Q6断开,并且次级线圈的MOS管Q7重新接通;
(4)充电操作完成后,进行下一轮重复(2)-(3)步电荷转移操作,直至监测到各单体电池电压均衡为止。
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