CN203056963U - 用于锂电池模组电量显示的电压转换模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于锂电池模组电量显示的电压转换模块，其包括：电压采集电路、控制器、电压反馈电路、稳压电路、电源电路、PWM调压电路，锂电池模组连接到电压采集电路和稳压电路，稳压电路的输出端分别连接电源电路和PWM调压电路，电压采集电路的输出端和电源电路的输出端连接到控制器，控制器的输出端连接PWM调压电路的控制信号输入端，PWM调压电路的输出端连接到电动车仪表盘上的电量显示表，PWM调压电路的输出端还通过电压反馈电路连接所述控制器的输入端。控制器还连接有温度测量电路。其优点是：使用这种电压转换模块以后，就可以将锂电池直接应用在铅酸电池轻型电动车上，不需要更换其它主要电气设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电压转换模块，具体是一种用于锂电池模组电量显示的电压转换模块。
背景技术
环境问题的日益突出，使得人们对环保要求越来越高。锂电池作为一种新型高效环保的清洁能源，正在被越来越广泛地使用，并将逐步取代高污染低能效的铅酸电池。除了在新产品直接使用锂电池，在原来使用铅酸电池的产品中用锂电池替代铅酸电池也是拓展锂电池应用与市场的一个重要方面。如何在原来使用铅酸电池的***中应用锂电池产品成为加快锂电池应用的一个重要课题，本实用新型就是关于如何在原来使用铅酸电池的轻型四轮电动车***中，用锂电池替代铅酸电池。
在本项目研究的轻型四轮电动车***中，锂电池***与铅酸电池***工作电压相近，因此大部分铅酸电池***的电气设备都可以直接使用在锂电池***中，只有电池电量显示设备是例外。在轻型四轮电动车***中，电池的充放电电量是通过电池的电压来表征，由于锂电池与铅酸电池的充放电曲线存在较大差异，导致两种电池的电压与电量对应关系存在相当大的差异，使得铅酸电池的电量显示设备无法正确显示锂电池的电量。在轻型四轮电动车***中，电池的电量显示设备与***的电压、电流、车速、行驶里程等信息显示设备整合在同一表盘中，更换电池的电量显示设备需要同时更换掉安装了几乎全部信息显示设备的仪表盘，不仅工作繁琐而且成本昂贵。因此，如何使得铅酸电池电量显示设备也可以正确显示离子电池的电量，成为拓展锂电池在轻型四轮电动车***中应用的关键技术。
发明内容
本实用新型目的是提供一种简单实用的电压转换模块，在铅酸电池轻型电动车的电量显示设备中加装这种电压转换模块以后，该显示设备就可以正确显示出锂电池的电量。
按照本实用新型提供的技术方案，所述的用于锂电池模组电量显示的电压转换模块包括：电压采集电路、控制器、电压反馈电路、稳压电路、电源电路、脉冲宽度调制调压电路，锂电池模组连接到电压采集电路和稳压电路，所述稳压电路的输出端分别连接电源电路和脉冲宽度调制调压电路，所述电压采集电路的输出端和电源电路的输出端连接到控制器，控制器的输出端连接脉冲宽度调制调压电路的控制信号输入端，脉冲宽度调制调压电路的输出端连接到电动车仪表盘上的电量显示表，脉冲宽度调制调压电路的输出端还通过电压反馈电路连接所述控制器的输入端。
作为优选，所述用于锂电池模组电量显示的电压转换模块，还包括温度测量电路，温度测量电路的输出端连接所述控制器的输入端。
所述控制器包括单片机以及开关管驱动电路，单片机的输出端连接所述开关管驱动电路，开关管驱动电路的输出端连接到脉冲宽度调制调压电路中的开关管。
所述控制器还连接有通讯接口，以连接锂电池模组的电源管理***读取锂电池模组的工作电流。
本实用新型的优点是：使用这种电压转换模块以后，就可以将锂电池直接应用在铅酸电池轻型电动车上，不需要更换其它主要电气设备。
附图说明
图1：72V锂电池模组与铅酸电池模组的放电电压与电量关系曲线。
图2：本实用新型的电压转换模块的电路结构示意图。
图3：72V锂电池模组在不同温度下的放电电压与电量关系曲线。
具体实施方式
图1为72V锂电池模组与铅酸电池模组的放电电压与电量之间关系曲线。铅酸电池的电量显示设备就是利用电池电压与电量之间的一一对应关系，通过电池的电压来表征电池的电量。但由于铅酸电池与锂电池的电压与电量对应关系曲线之间存在明显差异，铅酸电池电量显示设备无法正确显示锂电池的电量。
本实用新型提供的电压转换模块，是将图1中锂电池电压信号V1送入铅酸电池电量显示设备之前先通过电压转换模块进行电压调整，将电压转换为图1中的电压V2后再送入铅酸电池电量显示设备。如图1所示，锂电池在电压V1时与铅酸电池在电压V2具有相同的电量，铅酸电池电量显示设备在输入电压为V2时显示的电量即为锂电池在电压V1时的电量。
设定电池模组的电量Q与电压V之间的关系用以下函数表示：
铅酸电池模组：Q=f1(V) (1)
锂电池模组：Q=f2(V) (2)
一台使用铅酸电池的轻型电动车***的电量显示设备就是通过测量铅酸电池的电压V2，然后通过关系式f1(V2)来给出铅酸电池的电量Q1。如果这台轻型电动车的铅酸电池模组被锂电池模组替代，我们希望电压为V1的锂电池模组的电量Q1能够通过关系式f2(V1)被电动车的电量显示***显示出来。
铅酸电池模组的电量显示***，是根据电压V与电量Q之间的Q=f1(V)关系设计制造的，为了使得该电量显示***显示出电量Q1，就必须输入电压V2至电量显示***，其中
V2=f1 -1(Q1) (3)
f1 -1为f1函数的反函数，V=f1 -1f1(V)。也就是说，我们只要在锂电池模组的电压V2输入到电量显示***之前，先将其电压由原来的V2转换为V1，则铅酸电池模组的电量显示***也可以正确地显示出锂电池模组在电压V2下的电量Q1。由公式（2）可以得到：
Q1=f2(V2) (4)
将式(4)代人式(3)中可以得到：
V1==f1 -1(f2(V2)) (5)
式(5)表示，只要在轻型电动车的电池模组与电量显示设备之间增加一个电压转换***，将锂电池模组的电压V2通过式（5）转换为电压V1以后再输入到电量显示***，该显示***显示出的电量即为锂电池模组的电量Q1。
本实用新型提供的电压转换模块的功能，就是将锂电池模组的电压V2，通过式（5）转换为电压V1以后再输入到电量显示***，以正确显示锂电池模组的电量，达到使用原有铅酸电池电量显示设备来显示锂电池模组电量的目的。
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图2所示，锂电池模组1连接到电压转换模块2，电压转换模块2的输出连接到电动车仪表盘10上的电量显示表11。本实用新型所述的用于锂电池模组电量显示的电压转换模块2包括：电压采集电路3、控制器4、电压反馈电路6、稳压电路7、电源电路8、PWM（脉冲宽度调制）调压电路9。其中，锂电池模组1连接到电压采集电路3和稳压电路7，所述稳压电路7的输出端分别连接电源电路8和PWM调压电路9，所述电压采集电路3的输出端和电源电路8的输出端连接到控制器4，控制器4的输出端连接PWM调压电路9的控制信号输入端，PWM调压电路9的输出端连接到电动车仪表盘上的电量显示表11，PWM调压电路9的输出端还通过电压反馈电路6连接所述控制器4的输入端。
锂电池模组1的电压信号送至电压转换模块2后分为两路，一路进入电压采集电路3，此电路负责测量当前状态下锂电池模组1的电压以取得锂电池电压值V1；另一路进入稳压电路7，进行稳压处理，将输入的锂电池电压V1转变为恒定电压值Vc。将锂电池电压转换为恒定电压Vc的目的是简化后续电压转换程序设计，提高电压转换准确性，因为锂电池模组1不是一个稳定电压源，其电压会随着电量状态改变而变化，所以稳压是电压转换模块中十分重要的步骤。稳压后的直流电一路送至电源电路8，另一路进入PWM（脉冲宽度调制）调压电路9。电源电路8将稳压后的电源调节成电压转换模块2所需的工作电源，为整个电压转换模块2提供合适的工作电源。PWM调压电路9则对输入的稳压直流电进行调压，PWM调压电路的调压原理是根据占空比的调节来实现对电压的升压或降压调整（参见：李定宣,开关稳定电源设计与应用,中国电力出版社.2006），PWM调压电路9会根据控制器4提供的控制信号，对PWM调压电路9中的开关管进行相应的控制，已达到对电压调整的目的。具体的控制信号则由控制器4进行控制，控制器4由单片机***与相应的开关管驱动电路组成。单片机的输出端连接所述开关管驱动电路，开关管驱动电路的输出端连接到PWM调压电路9中的开关管。单片机会利用电压采集电路3测量到的锂电池模组电压V1根据公式（5）计算出电压调整目标值V2，并与恒定电压Vc进行比较，得到电压调整比例R=V2/Vc。控制器将根据电压调整比例R的大小为PWM调压电路提供控制信号，通过开关管驱动电路调整开关管开关时间比例，将恒定电压Vc调整为所需的电压V2。
在电压信号V2输出至电动车仪表盘10上的电量显示表11之前，电压转换模块2中的电压反馈电路6会对V2电压进行检测，以保证调整后电压V2的准确性。如果PWM调压电路输出的电压V2与控制器4的目标值不一致，控制器4会根据两者之间差异大小，修正输出至PWM调压电路的控制信号，将PWM调压电路输出电压V2调整到与控制器4目标电压值一致。经过电压反馈电路6检测合格的电压信号V2将会被输出至电动车仪表盘10上的电量显示表11，并以适当的方式将锂电池模组1的电量显示出来。
这样便可以在不改变电量显示表11设计的情况下，达到利用原有铅酸电量显示表11来显示锂电池模组1电量的目的。在实际的应用中，如果知道车辆行驶里程与电压之间的关系，只要对控制器4程序进行相应的设定，就可以利用此电量表来表示车辆行驶的剩余里程数。上述设计并不仅仅适用于相同电压区间的锂电池与铅酸电池的替换中，甚至在锂电池模组与原来电量显示设备的工作电压不相同的情况下，使用本实用新型提供的电压调节模块2后，同样可以使用该电量显示***来显示锂电池模组1电量。
图3为锂电池模组1在不同温度下的放电曲线。显然，在不同温度下，锂电池模组1的放电电量Q与电压V的关系存在明显差异。也就是说，锂电池模组1的电量Q除了是电压的函数，同时也是锂电池模组1温度的函数，公式（2）可以进一步表示为：
Q=f2(V,T) (6)
其中T为锂电池模组的温度。
如果在电压转换模块2中增加一个温度测量电路5（见图2），并将测量到的温度值输入到控制器4中，则控制器4可以根据公式（6）对锂电池模组的温度参数进行校准，电压转换模块2将根据以下公式对锂电池模组的电压进行转换：
V2==f1 -1(f2(V1，T)) (5)
这样，本实用新型所提供的电压转换模块2不仅可以根据电压与电量的关系正确显示锂电池模组1的电量，同时可以就温度对锂电池模组1电量的影响进行校准，进一步提高电量显示***的准确性。
如果在本实用新型提供的电压转换模块2中增加一个与控制器4相连的通讯接口，使得电压转换模块2中的控制器4可以从锂电池模组1的电源管理***（BMS）中读取锂电池模组1的工作电流，那么本模块还可以用同样的方法对锂电池模组1的电流进行校准。
Claims (4)
1.用于锂电池模组电量显示的电压转换模块，其特征是：包括电压采集电路（3）、控制器（4）、电压反馈电路（6）、稳压电路（7）、电源电路（8）、脉冲宽度调制调压电路（9），锂电池模组（1）连接到电压采集电路（3）和稳压电路（7），所述稳压电路（7）的输出端分别连接电源电路（8）和脉冲宽度调制调压电路（9），所述电压采集电路（3）的输出端和电源电路（8）的输出端连接到控制器（4），控制器（4）的输出端连接脉冲宽度调制调压电路（9）的控制信号输入端，脉冲宽度调制调压电路（9）的输出端连接到电动车仪表盘上的电量显示表（11），脉冲宽度调制调压电路（9）的输出端还通过电压反馈电路（6）连接所述控制器（4）的输入端。
2.如权利要求1所述用于锂电池模组电量显示的电压转换模块，其特征是，还包括温度测量电路（5），温度测量电路（5）的输出端连接所述控制器（4）的输入端。
3.如权利要求1所述用于锂电池模组电量显示的电压转换模块，其特征是，所述控制器（4）包括单片机以及开关管驱动电路，单片机的输出端连接所述开关管驱动电路，开关管驱动电路的输出端连接到脉冲宽度调制调压电路（9）中的开关管。
4.如权利要求1所述用于锂电池模组电量显示的电压转换模块，其特征是，所述控制器（4）还连接有通讯接口，以连接锂电池模组（1）的电源管理***读取锂电池模组（1）的工作电流。
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