CN203326645U - 大功率电池组管理*** - Google Patents
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Abstract
大功率电池组管理***,涉及电池组。设有电源电路、电脑、RS232接口电路、单片机、外存储器、报警电路、液晶显示电路、按键电路、升压电路、n片LTC6803芯片、n×m组平衡电路、被管理的n×m个单元电池构成的电池组,n≥2,m≥2;电脑通过接口电路与单片机的输入输出端口连接,外存储器与单片机的输入输出端口连接,报警电路、液晶显示电路和升压电路的输入端口与单片机的输出端口连接,按键电路的输出端与单片机的输入端口连接,单片机的数据输出端口接第1片芯片,n片芯片的数据依次串行连接,升压电路的输出端分别与n片芯片连接,每一片芯片分别与m个平衡电路和m个单元电池连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池组,尤其是涉及一种大功率电池组管理***。
背景技术
大功率电池组在电动汽车、机器人、大功率备用电源等的应用越来越广泛,在这些应用中,要求电池组容量无明显变小的情况下可靠地充放电数千次。
若不对电池组的充放电进行实时监控,将缩小电池组容量,甚至提前报废电池组。功率电池组通常是由数个或数十个单元电池串联而成,电池组总容量以单元电池中容量最小的一个为准。功率电池组使用一段时间后,各个单元电池的容量必有所不同,某一个单元电池容量将稍微偏低于其它单元电池的容量,该单元电池经过多次的充放电周期后,其充电和放电状态将越来越偏离其它单元电池,最终该单元电池放电时率先进入深度放电状态,导致该单元电池损坏,进而整个电池组损坏;若该单元电池放电时没有进入深度放电状态即进行充电操作,该单元电池将率先进入过度充电状态,不仅减小整个电池组的容量,也会缩短电池组的使用寿命。
高电压大功率电池组造价昂贵,同时保证高的可使用容量和长的使用寿命,是电池监控管理***设计的挑战。采用凌力尔特公司最新的电池监控芯片LTC6803、PIC单片机及相关***电路构成的功率电池组管理***,对每一个单元电池进行监控及平衡,是应对该挑战的有效办法。
夏正鹏等(夏正鹏,汪兴兴,倪红军,袁银男,廖萍.电动汽车电池管理***研究进展[J].电源技术.2012,36(7):1052-1054)报道有关电动汽车电池管理***研究进展;江学焕等(江学焕,张金亮,简炜.电动汽车动力电池信息实时采集***设计[J].湖北汽车工业学院学报.2012,26(2):24-28)报道有关电动汽车动力电池信息实时采集***设计;郑翔等(郑翔,黎梅云,孙福龙,张筑亚.电动汽车锂离子电池组均衡管理***设计[J].上海电机学院学报.2012,15(3):152-156)报道有关电动汽车锂离子电池组均衡管理***设计;付主木等(付主木,赵瑞.PHEV电池组的实时均衡控制与设计[J].电测与仪表.2012,49(7):33-36)报道有关PHEV电池组的实时均衡控制与设计;石晶等(石晶,丁山,陈炘,牛晓佩,阎俊儒,王东.电池充电管理***(BCMS)的试验研究[J].辽宁工业大学学报(自然科学版).2012,32(3):181-184)报道有关电池充电管理***(BCMS)的试验研究。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种大功率电池组管理***。
本实用新型设有电源电路、电脑、RS232接口电路、单片机、外存储器、报警电路、液晶显示电路、按键电路、升压电路、n片LTC6803芯片、n×m组平衡电路、被管理的n×m个单元电池构成的电池组,n≥2,m≥2;
所述电脑通过RS232接口电路与单片机的输入输出端口连接,外存储器与单片机的输入输出端口连接,报警电路、液晶显示电路和升压电路的输入端口与单片机的输出端口连接,按键电路的输出端与单片机的输入端口连接,单片机的数据输出端口接第1片LTC6803芯片,n片LTC6803芯片的数据依次串行连接,升压电路的输出端分别与n片LTC6803芯片连接,每一片LTC6803芯片分别与m个平衡电路和m个单元电池连接;所述电源电路为各个单元电路供应+5V电源。
本实用新型采用基于LTC6803芯片的电池组管理***,能对电池组内部的每一个单元电池进行良好的监控和电压平衡,使电池组获得尽可能高的可使用电池容量,同时不影响电池组的使用寿命。本实用新型可广泛应用于电动汽车、机器人、医疗设备、大功率UPS等,具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构组成框图。
图2为本实用新型实施例的电路原理图。
图3为本实用新型实施例的主程序流程图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步的说明。
参见图1~3,本实用新型实施例设有电源电路1、电脑2、RS232接口电路3、单片机4、外存储器5、报警电路6、液晶显示电路7、按键电路8、升压电路9、8片LTC6803芯片101~108、8×12组平衡电路1111~11112…1181~11812、被管理的8×12个单元电池构成的电池组121~1296。
所述电脑2通过RS232接口电路3与单片机4的输入输出端口连接,外存储器5与单片机4的输入输出端口连接,报警电路6、液晶显示电路7和升压电路9的输入端口与单片机4的输出端口连接,按键电路8的输出端与单片机4的输入端口连接,单片机4的数据输出端口接第1片LTC6803芯片101,8片LTC6803芯片101~108的数据依次串行连接,升压电路9的输出端分别与8片LTC6803芯片101~108连接,每一片LTC6803芯片分别与12个平衡电路1111~11112…1181~11812和12个单元电池121~1296连接;所述电源电路1为各个单元电路供应+5V电源。
单片机4将被管理的8×12个单元电池构成的电池组121~1296数据通过RS232接口电路3上传到电脑2,在电脑2上显示被管理的8×12个单元电池构成的电池组121~1296的电压、电流、温度、充电状况信息;电脑2对被管理的8×12个单元电池构成的电池组121~1296的设置数据通过RS232接口电路3下传到单片机4;单片机4将被管理的8×12个单元电池构成的电池组121~1296的设置信息传送到外存储器5保存,***开机时单片机4从外存储器5读取先前存储的信息;当电池组温度过高时,单片机4送出控制信号到报警电路6发出报警声;单片机4将各种数据送到液晶显示电路7显示;单片机4送出脉宽调制信号到升压电路9,控制升压电路9将+12V直流电压升至+60V;升压电路9输出的+60V供应给8片LTC6803芯片101~108;8片LTC6803芯片101~108为串行连接;单片机的数据送至第1片LTC6803芯片101,第1片LTC6803芯片101数据可送至第2片LTC6803芯片102,第2片LTC6803芯片102可送至第3片LTC6803芯片103,依次类推可送至第8片LTC6803芯片108,实现单片机数据串行传送到每一片LTC6803芯片;第8片LTC6803芯片108数据可送至第7片LTC6803芯片107,第7片LTC6803芯片107可送至第6片LTC6803芯片106,依次类推可送至第1片LTC6803芯片101,第1片LTC6803芯片101数据可送至单片机4,实现8片LTC6803芯片101~108的数据均可传送至单片机4;一片LTC6803芯片可监控12个单元电池,8片LTC6803芯片101~108可监控多达96个单元电池构成的电池组,各片LTC6803芯片采集的电池组电压电流温度数据通过第1片LTC6803芯片送到单片机;每个单元电池连接一个平衡电路,96个平衡电路对96个单元电池进行电压平衡,使各单元电池的电压差小于10mV。
LTC6803芯片简介:LTC6803芯片是凌力尔特公司近期推出的电池组实时监视管理和平衡芯片,该芯片可在不使用光隔离器或光耦合器的情况下,同时对12个单元电池进行监控和平衡。
LTC6803芯片具有如下特性:
(1)较高的电压测量精确度,当环境温度在-40~85℃时,电压测量误差小于0.25%,且在13ms内即可完成电池组各个单元电池电压的测量;
(2)较高的电池电压适应性,可以对最高电压达1000V的电池组进行监控及平衡;
(3)较高可靠性,芯片内部设有保护和诊断检测电路,可对每个单元电池进行欠压和过压条件设置并实时监视,对过充电单元电池自动进行平衡放电;
(4)具备简单易用的SPI串行接口,便于与微控制器进行通信;
(5)通过外接热敏电阻即可对电池温度进行实时监视,芯片还具备一个电压基准输出。
LTC6803-3芯片的各引脚功能如表1所示(Linear Technology Corporation.LTC6803IG-3PBF Datasheet[OL].http://www.soiseek.com/LINER/LTC6803IG-3PBF/10.htm,2012-12-01)。
表1
本实用新型实施例的电路原理图参见图2,单片机电路、按键电路、电源电路、液晶显示电路、报警电路、RS232接口电路、EEPROM电路设计简单,不再介绍。图2中的单片机与LTC6803采用SPI通讯方式。单片机对LTC6803的配置寄存器WRCFG、CFREG、STCVAD及其它存储器等进行设置,读取LTC6803的电池电压寄存器CVR、标志寄存器组FLG、温度寄存器TMP、诊断寄存器组等,可全面掌握被监控电池组的各参数。
LTC6803的V+引脚接电池组的最高输入电压时,要求被监控的电池组最低电压达到10V以上,故而该芯片不能工作在一个单元电池或两个单元电池串联的情况。为解决该问题,图2设计了升压电路(为节约篇幅,图2中仅画出两组升压电路),该升压电路输出电压为60V,大于12个单元锂电池串联电压,可满足1-12个单元电池监控及平衡V+引脚的电压需求。
一片LTC6803最多可监控及平衡12个单元电池,为实现96个单元电池串联的电动汽车电池组的监控和平衡,需要8片LTC6803菊链串接,为节约篇幅,图2中仅画出一片LTC6803及其外接电路。LTC6803外接的电池平衡电路仅画出前两个单元和后两个单元的电路图,图中CELL0连接第一个单元电池的负端,CELL1-CELL12连接电池组的第1个到第12个单元电池的正端。当LTC6803检测到某一个单元电池过充电时,将由LTC6803的S1-S12相应端口输出低电平,驱动平衡电路场效应管Si2351导通,对该单元电池进行平衡放电,避免该电池过充电。在该平衡电路控制下,电池组的每一个单元电池的充电电压基本一致,当电池组正常放电工作时,即可避免某一个单元电池过度放电,从而实现电池组的较大使用容量且保证其使用寿命。
软件设计如下:
1单片机软件设计:单片机软件主流程图如图3所示。发送配置寄存器数据时须先发送LTC6803菊链顶部芯片,再发送底部芯片。为提高数据传送可靠性,LTC6803要求每次发送数据的同时,发送一个循环冗余校验字节(Linear Technology Corporation.LTC6803IG-3PBFDatasheet[OL].http://www.soiseek.com/LINER/LTC6803IG-3PBF/10.htm,2012-12-01)。
2上位机软件设计:
***单片机通过串口与上位机通信。上位机采用VB设计界面,通过上位机界面可查看到每一个单元电池的实时电压及其充电状态,也可通过上位机设置LTC6803的配置寄存器数据。
本实用新型的测试如下:
当***测试时,需先连接被管理的电池组,再给管理***供电,否则管理***可能无法检测到电池组。
***以优科能源公司26650型4000mAH锂电池为单元电池,24单元串联锂电池组为充电测试对象。测试结果表明,***样机工作稳定,测量的电池电压、芯片温度均可在液晶屏及上位机上显示;当相邻单元锂电池的充电压差达10mV时,相应电压平衡电路即工作,对电池进行平衡。充电完毕的电池组各单元电池电压用固伟台式万用表(型号:GDM-8246,直流电压测量误差小于0.02%)测试结果如表2所示(表2中的差值指某一单元电池与左右相邻单元电池电压差的大者)。由表2可知各单元电池的电压差在8mV以下,压差很小,均衡效果良好。
表2 单位:V
电池单元 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
测量值 | 4.201 | 4.196 | 4.200 | 4.197 | 4.195 | 4.201 | 4.199 | 4.200 | 4.201 | 4.194 | 4.199 | 4.199 |
差值 | 0.005 | 0.005 | 0.004 | 0.003 | 0.006 | 0.006 | 0.002 | 0.001 | 0.007 | 0.007 | 0.005 | 0.001 |
电池单元 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
测量值 | 4.200 | 4.201 | 4.193 | 4.200 | 4.197 | 4.200 | 4.201 | 4.198 | 4.199 | 4.197 | 4.200 | 4.201 |
差值 | 0.001 | 0.008 | 0.008 | 0.007 | 0.003 | 0.003 | 0.003 | 0.003 | 0.002 | 0.003 | 0.003 | 0.001 |
若本实用新型长期对某一固定电池组进行监控及平衡,可不接外部电源,直接用该电池为***供电即可。
Claims (1)
1.大功率电池组管理***,其特征在于设有电源电路、电脑、RS232接口电路、单片机、外存储器、报警电路、液晶显示电路、按键电路、升压电路、n片LTC6803芯片、n×m组平衡电路、被管理的n×m个单元电池构成的电池组,n≥2,m≥2;
所述电脑通过RS232接口电路与单片机的输入输出端口连接,外存储器与单片机的输入输出端口连接,报警电路、液晶显示电路和升压电路的输入端口与单片机的输出端口连接,按键电路的输出端与单片机的输入端口连接,单片机的数据输出端口接第1片LTC6803芯片,n片LTC6803芯片的数据依次串行连接,升压电路的输出端分别与n片LTC6803芯片连接,每一片LTC6803芯片分别与m个平衡电路和m个单元电池连接;所述电源电路为各个单元电路供应+5V电源。
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GR01 | Patent grant | ||
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