CN109950947A - 基于stm32的电池管理*** - Google Patents

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杨海青
吴琛
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Abstract

本发明公开了一种基于STM32的电池管理***，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块；所述主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；所述AFE除与主控制器外，还与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；所述电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；所述AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块通过外部电池实现自供电。本发明可以有效监视电池运行状态，准确估算出电池电量，并通过主控制器控制AFE，使得电池在充放电时，电池包能够均衡放电，减少电池包中各个电池因电量不均造成的损耗，延长电池寿命，并发挥电池最佳工作性能。

Description

基于STM32的电池管理***
技术领域
本发明属于信息***技术领域，尤其涉及一种基于STM32的电池管理***。
背景技术
经过长期的发展，传统资源日益枯竭，人们渴望更美好的生态环境。传统交通工具由于噪声大、污染高、消耗多、效率低，严重制约了社会经济和生态的发展。一些技术领域的成熟使得新型交通工具的出现成为了可能。其中，电力驱动的载具以其噪声小、无污染的特点受到大众青睐，发展势头迅猛。但是，电动载具的续航能力成为制约这一领域发展的重大瓶颈。怎样将一定的电量获得最大限度的利用，成为了亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于STM32的电池管理***，通过控制AFE来实现对电池的监视、控制与保护，同时通过安时积分法测算出电池SOC值，得到准确的电量。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于STM32的电池管理***，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块；所述主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；所述AFE与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；所述电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；所述AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块通过接入外部电池实现自供电；所述主控制器用于对电池电压均衡的控制及电池SOC值的测算；所述串口通信模块用于主控制器与外部设备通信，接收指令并发送外部设备所要求的信息；所述数据存储模块用于存储电池状态信息；所述AFE用于监视电池运行状态及控制电池充放电过程；所述温度测量模块用于测量电池包温度；所述电池平衡驱动模块用于辅助AFE监测电池运行状况并平衡电池电压。
进一步地，所述主控制器为STM32F103ZE芯片。
进一步地，所述串口通信模块采用MAX3232芯片，将TTL电平转换成232信号。
进一步地，所述数据存储模块采用W25Q64的FLASH来存储数据信息，以及用于***SD卡的卡座来传递数据信息。
进一步地，所述AFE采用bq76940芯片。
进一步地，所述温度测量模块采用10K欧姆的NTC电阻。
进一步地，所述电源模块采用LM5166芯片。
进一步地，所述电池平衡驱动模块采用MOS管构成开关电路，提供接口与外部电池连接。
有益效果：本发明可以有效监视电池运行状态，准确估算出电池电量，并通过主控制器控制AFE，使得电池在充放电时，电池包能够均衡放电，减少电池包中各个电池因电量不均造成的损耗，延长电池寿命，并发挥电池最佳工作性能。
不同于市面上销售的电池管理***，本***采用高性能STM32+bq76940的电池管理方案，提供数据存储模块用于存储数据，方便诊断***错误；并且增加串口通信模块与其他设备通信，增强了其拓展性。
附图说明
图1是本发明的整体结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的基于STM32的电池管理***，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、用于监视和控制电池运行的AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块。其中，主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；AFE除与主控制器外，还与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；串口通信模块用于主控制器与外部设备通信，接收指令并发送外部设备所要求的信息；数据存储模块用于存储电池状态信息，包括电压值、电流值、电池温度值、SOC值以及错误诊断值；AFE用于监视电池运行状态，控制电池充放电过程；温度测量模块用于测量电池包温度。
AFE采用bq76940芯片，该模块是一个高度集成的模拟前端，可以实现对电池的监视、控制与保护。所谓监视，指的是其利用自身的ADC模块采集电池运行中的电流、电压和温度；所谓控制，指的是其与电池平衡驱动模块连接，通过控制该模块实现对电池包内各个电池电压的均衡；所谓保护，指的是其具有过流放电、短路放电、过压与低压保护功能。该芯片本身不具备独立运行的能力，它通过I2C协议与主控制器通信，接收指令并发送主控制器要求的信息。此外，其与主控制器之间还通过ALERT线和WAKE线连接。当bq76940的状态寄存器任意一位被置“1”时，ALERT线被拉起，提示主控制器有重要信息需要查看，并根据不同的情况采取相应的处理措施；当bq76940需要初始化或从SHIP模式唤醒时，主控制器拉高WAKE线，bq76940会自动复位或进入NORMAL模式。
AFE模块承担了电池管理的关键角色，在***中其下游通过电池平衡模块与电池的检测脚相连接，与NTC电阻直接连接，同时其上游通过I2C通信以及ALERT线和WAKE线与主控制器连接。该AFE采用正常模式，在该模式下，ADC被使能，bq76940的14位和16位ADC被唤醒，前者负责采集单节电池两端的电压AD值以及电池外部温度AD值，后者则负责采集电流AD值。在电流AD值的采集方式上，采用正常模式，置SYS_CTRL2寄存器中CC_EN(bit6)为1，CC_ONESHOT(bit5)为0。这样，每隔250ms，AFE就会自动采集一次电压数据，并将SYS_STAT寄存器中CC_READY(bit7)置位，拉高ALERT线，提醒主控制器查看电压数据。当需要均衡电池包电压时，则会将CELLBALx(x＝1,2,3)寄存器中对应电池包的均衡控制位置1，达到均衡电池包内各个电池电压的要求。
电池平衡驱动模块采用MOS管构成开关电路，提供接口与外部电池连接。它的主要功能是辅助AFE监测电池运行状况并平衡电池电压，属于AFE***电路，其一端与AFE连接，另一端引出与电池监测脚连接。标准bq76940用于15节电池所组成的电池包，该实施例中采用12节电池组成的电池包，故需要将原来CELL4、CELL9、CELL14的均衡电路移除。电池电压通过VCx(x＝0～15)引脚采集，其实质上是采集相邻两个引脚之间电容的电压值。电压平衡也是通过VCx引脚进行控制，但需要注意的是只有接入单节电池负极的检测引脚才可以打开mos管导通其左侧电路，从而可以使单节电池放电，使电流流过电阻，消耗多余的电量。
串口通信模块采用MAX3232芯片将TTL电平转换成232信号，实现串口通信功能；该芯片一端通过TX线发送信息到主控制器，通过RX线接受主控制器发送的信息，经过内部逻辑电路的转换成232信号，再与其他设备通信。
温度测量模块采用3个10K欧姆的NTC电阻。该电阻随着温度的升高，阻值降低。该电阻的电压值会被bq76940转换成AD值，并通过该公式换算出阻值：R＝(10000×V)÷(3.3-V)。其中，R是NTC阻值，V是电压值，V＝(ADC值)×382μV/LSB。然后通过查表即可得出与阻值对应的温度值。
主控制器主要用于对电池包电压均衡的控制以及电池SOC值的测算，主控制器采用STM32F103ZE芯片。其与AFE、串口通信模块、数据存储模块相连接，对于串口通信模块，其采用USART通信；对于数据存储模块，其采用SPI和SDIO模式通信。除此之外，需要在STM32上移植FatFs文件***，将SPI和SDIO数据收发函数接入到该文件***中。这样就可以通过文件指令对文件进行操作。这一点对于基于SD卡的数据存储方式而言十分重要，因为这些被存储的数据需要在计算机上被正确地显示出来。主控制器对于SOC的测算采用安时积分法，即：
其中，SOC0是初始电压值，可以通过开路电压法测得。C0是电池恒流放电所具有的能量。η是充放电系数。因为AFE每250ms通过内部库仑计数器采集一次电压值，故t值可以设为250。i指的是250ms内的平均电流值，无法直接得到，该数据通过库仑计数器所得的电压值与输入电阻阻值相除可得。由于AFE并没有通过采集到的电压值来判断电池是否需要均衡的能力，所以需要通过主控制器来做出判断，然后给AFE发出相应的控制指令。其具体的控制方法是：主控制器读取AFE采集的电压值，计算出单节电池的电压，判断需要均衡的电池，最后向AFE发出指令均衡该电池电压。
电源模块采用LM5166芯片，维持***正常工作。电源模块采用LM5166芯片，将电池包48V电压降至3.3V供主控制器、串口通信模块、数据存储模块正常工作，并设置单节电池小于3V的强制关断，即36V总电压。保证电池不被长期放电。
数据存储模块采用W25Q64的FLASH来存储数据信息，以及用于***SD卡的卡座来传递数据信息。其中，W25Q64采用SPI通信协议与主控制器通信；SD卡座采用SDIO协议与主控制器通信，将数据存入到SD卡中，这样就可以通过SD卡方便地在计算机上直接读取数据。

Claims (8)

1.一种基于STM32的电池管理***，其特征在于，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块；
所述主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；所述AFE与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；所述电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；所述AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块通过接入外部电池实现自供电；
所述主控制器用于对电池电压均衡的控制及电池SOC值的测算；所述串口通信模块用于主控制器与外部设备通信，接收指令并发送外部设备所要求的信息；所述数据存储模块用于存储电池状态信息；所述AFE用于监视电池运行状态及控制电池充放电过程；所述温度测量模块用于测量电池包温度；所述电池平衡驱动模块用于辅助AFE监测电池运行状况并平衡电池电压。
2.根据权利要求1所述的基于STM32的电池管理***，其特征在于，所述主控制器为STM32F103ZE芯片。
3.根据权利要求1所述的基于STM32的电池管理***，其特征在于，所述串口通信模块采用MAX3232芯片，将TTL电平转换成232信号。
4.根据权利要求1所述的基于STM32的电池管理***，其特征在于，所述数据存储模块采用W25Q64的FLASH来存储数据信息，以及用于***SD卡的卡座来传递数据信息。
5.根据权利要求1所述的基于STM32的电池管理***，其特征在于，所述AFE采用bq76940芯片。
6.根据权利要求1所述的基于STM32的电池管理***，其特征在于，所述温度测量模块采用10K欧姆的NTC电阻。
7.根据权利要求1所述的基于STM32的电池管理***，其特征在于，所述电源模块采用LM5166芯片。
8.根据权利要求1所述的基于STM32的电池管理***，其特征在于，所述电池平衡驱动模块采用MOS管构成开关电路，提供接口与外部电池连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111668890A (zh) * 2019-12-10 2020-09-15 摩登汽车有限公司 电源管理***的通讯方法、装置、***、电池及电动汽车

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120094151A1 (en) * 2010-10-13 2012-04-19 Samsung Sdi Co., Ltd Battery management system and method thereof, and power storage apparatus using the same
JPWO2013061461A1 (ja) * 2011-10-28 2015-04-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 バッテリシステム
CN205407331U (zh) * 2016-03-02 2016-07-27 速珂智能科技（上海）有限公司 一种适用于新能源车的电池组智能管理***
CN206195337U (zh) * 2016-10-26 2017-05-24 东莞启益电器机械有限公司 电池包保护控制电路
CN207396562U (zh) * 2017-04-20 2018-05-22 深圳市瑞凡新能源科技有限公司 一种提高模拟前端精度的校正补偿电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120094151A1 (en) * 2010-10-13 2012-04-19 Samsung Sdi Co., Ltd Battery management system and method thereof, and power storage apparatus using the same
JPWO2013061461A1 (ja) * 2011-10-28 2015-04-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 バッテリシステム
CN205407331U (zh) * 2016-03-02 2016-07-27 速珂智能科技（上海）有限公司 一种适用于新能源车的电池组智能管理***
CN206195337U (zh) * 2016-10-26 2017-05-24 东莞启益电器机械有限公司 电池包保护控制电路
CN207396562U (zh) * 2017-04-20 2018-05-22 深圳市瑞凡新能源科技有限公司 一种提高模拟前端精度的校正补偿电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨洁等: "基于STM32F407+BQ76PL536的电池管理***设计", 《电源技术》 *
钟胜蓝等: "基于ISL9208的大容量锂电池组管理***设计", 《电子元器件应用》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111668890A (zh) * 2019-12-10 2020-09-15 摩登汽车有限公司 电源管理***的通讯方法、装置、***、电池及电动汽车
CN111668890B (zh) * 2019-12-10 2022-07-05 摩登汽车有限公司 电源管理***的通讯方法、装置、***、电池及电动汽车

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