CN203326645U - 大功率电池组管理*** - Google Patents

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

大功率电池组管理***

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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