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