專利名稱：一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動力鋰電池組管理系統(tǒng)，具體涉及一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
動力電池技術(shù)是電動汽車發(fā)展的一個技術(shù)瓶頸，鋰電池由于具有體積小、重量輕、 電壓高、功率大、自放電少以及使用壽命長等優(yōu)點，逐漸成為動力電池的主流。由于鋰離子電池具有明顯的非線性、不一致性和時變特性，在應用時需要進行一定的管理。另外鋰電池對充放電的要求很高，當出現(xiàn)過充電、過放電、放電電流過大或電路短路時，會使鋰電池溫度上升，嚴重破壞鋰電池性能，導致電池壽命縮短。當鋰電池串聯(lián)使用于動力設備中時，由于各單節(jié)鋰電池間內(nèi)部特性的不一致，會導致各節(jié)鋰電池充、放電的不一致。一節(jié)性能惡化時，整個電池組的行為特征都會受到此電池的限制，降低整體電池組性能。為使鋰電池組能夠最大程度地發(fā)揮其優(yōu)越性能，延長使用壽命，必須要對鋰電池在充、放電時進行實時監(jiān)控，提供過壓、過流、溫度保護和電池間能量均衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，以單片機為控制核心，在實現(xiàn)對各節(jié)鋰電池能量均衡的同時，還可以實現(xiàn)過充、過放、過流、溫度保護及短路保護。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其中，包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊；所述的充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊分別與控制器連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊。進一步，所述均衡模塊采用DC/DC開關(guān)電源模塊。進一步，所述充電模塊為間歇式充電。進一步，所述數(shù)據(jù)顯示模塊采用DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊。一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理方法，其中，包括如下步驟，第一步， 系統(tǒng)初始化，執(zhí)行狀態(tài)判斷步驟，然后進行相應的充電處理步驟、空閑處理步驟或放電步驟；
第二步，進行數(shù)據(jù)檢測步驟和數(shù)據(jù)存儲通信步驟，數(shù)據(jù)存儲通信步驟由數(shù)據(jù)存儲通信模塊實現(xiàn)；
第三步，數(shù)據(jù)顯示步驟；
第四步，判斷是否需要均衡處理步驟，如需要，則進行均衡處理，執(zhí)行第五步；如不需要，則直接進入第五步；
第五步，判斷狀態(tài)是否改變，若狀態(tài)改變，則執(zhí)行第一步的狀態(tài)判斷步驟，繼續(xù)判斷，若狀態(tài)未改變，則執(zhí)行第二步。進一步，還包括第六步，若數(shù)據(jù)檢測步驟檢測到的數(shù)據(jù)需要對外通信，則由數(shù)據(jù)存儲通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。進一步，所述第二步的數(shù)據(jù)檢測步驟包括對電壓、電流和溫度的檢測處理。
進一步，所述第三步的數(shù)據(jù)顯示步驟，在IXD上顯示數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明設計的動力鋰電池組管理系統(tǒng)安裝在鋰電池組的內(nèi)部，以單片機為控制核心， 在實現(xiàn)對各節(jié)鋰電池能量均衡的同時，還可以實現(xiàn)過充、過放、過流、溫度保護及短路保護； 通過IXD顯示器顯示電池組的各種狀態(tài)，并可以通過預留的通信端口讀取各節(jié)鋰電池的歷史性能狀態(tài)。本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書或者附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明充電模塊的間歇式充電的示意圖； 圖3為本發(fā)明電壓采樣與均衡模塊的原理圖； 圖4為本發(fā)明電流采集模塊電流傳感器LTSR25-NP工作特性曲線圖； 圖5為本發(fā)明存儲通信模塊FLASH存儲器電路原理圖； 圖6為本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述
參見圖1，本發(fā)明包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊；充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊分別與控制器連接；數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊；主控制器即圖中的中央處理器。整個系統(tǒng)以單片機為主控制器，通過采集電流信息，判斷出電池組是在充電、放電還是在閑置狀態(tài)及是否有過流現(xiàn)象，并對其狀態(tài)做出相應處理。對各節(jié)電池電壓進行采集分析后，系統(tǒng)決定是否啟動均衡模塊對整個電池組進行能量均衡，同時判斷是否有過充或過放現(xiàn)象。溫度的采集主要用于系統(tǒng)的過溫保護。整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)、電流、各節(jié)電壓、 剩余電量及溫度信息都會通過液晶顯示模塊實時顯示。本系統(tǒng)采用的微控制器是一種高性能8位單片機ATmegaS的元器件。該單片機具備AVR高檔單片機系列的全部性能和特點，支持在線編程(ISP)，只需要一條可自制的下載線就可以進行單片機系統(tǒng)的開發(fā)。其中ATmegaS單片機有6路A/D轉(zhuǎn)換通道，其中有4路為10位精度，可直接用于電池電壓的測量，其各項性能使其成為適應性強、靈活性高、成本低的嵌入式高效微控制器。
如圖2所示，本發(fā)明的充電模塊采用間歇式充電法，間歇式充電法是在預充和保持階段通過間歇地打開和關(guān)閉充電回路，等效地改變充電電流的大小，進而實現(xiàn)在預充和保持狀態(tài)時需要小電流、在正常充電時需要大電流的的性能要求。在對帶有管理系統(tǒng)的電池組進行充電時，需要外接與之匹配的恒壓電源充電器， 對其恒壓值U的要求為U=4.2VXN+損耗電壓，其中N為電池節(jié)數(shù)。限流值為該動力鋰電池的常規(guī)充電電流0. 3C (C為電池容量)，在進行充電前必須先進行系統(tǒng)的初始化，然后按照間歇式充電法對電池組自動充電。鋰離子電池在充電時要求其端電壓控制在4. 2V以下， 為防止過充損壞電池，要求必須在充電時實時檢測各單節(jié)鋰電池電壓。如圖3所示，離子電池在充電時要求其端電壓控制在4. 2V以下，為防止過充損壞電池，要求必須在充電時實時檢測各單節(jié)鋰電池電壓。電壓采樣模塊的工作原理是首先把單刀雙擲開關(guān)Kl、K2向上打到電壓測量檔，并通過MCU控制的多路開關(guān)Kn-I、Kn-2 (η=1、 2、3、4、5、6、7)，同步地將電容分別接到各單節(jié)電池兩端，使電容充電至電容電壓等于被測單節(jié)電池的電壓；然后斷開MCU控制的多路開關(guān)Κη-1、Κη-2，同時合上開關(guān)Κ3和Κ4接入A/ D轉(zhuǎn)換器進行測量。電壓采樣模塊可直接使用微處理器內(nèi)的10位A/D轉(zhuǎn)換器，不需要另外加入A/D芯片，節(jié)省了設計成本。本發(fā)明的均衡模塊采用DC/DC開關(guān)電源模塊。由于開關(guān)電源模塊具有功耗小、效率高、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點，將其直接作為均衡模塊使用是一個很好的選擇。在具體使用時，根據(jù)檢測到的各單節(jié)電池的電壓值判斷是否需要對電池組進行能量均衡。若需要，閉合均衡總開關(guān)K5，開關(guān)K1、K2向下打到均衡檔，用電池組的整體能量、對電壓最低節(jié)電池進行額外的均衡充電，直到各節(jié)電池電壓值的差別在系統(tǒng)要求范圍之內(nèi)。如圖4所示，VREF為參考點電壓，默認為2. 5V，IP為被測量電流，電流采集模塊采用閉環(huán)電流傳感器LTSR25-NP，具有出色的精度、良好的線性度和最佳的反應時間。其額定電流為25Α，最高可測80Α的電流，滿足系統(tǒng)設計的要求。該電流傳感器可把充放電電流轉(zhuǎn)換為OV飛V的電壓信號，送至單片機的10位A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換后可測得充放電電流，測量精度為0. 2Α。如圖5所示，本發(fā)明在鋰電池充放電過程中把充放電信息，包括各節(jié)電池的電壓、 充放電電流、工作溫度、電池電量等通過采樣實時寫入Flash存儲芯片SST25VF020中保存。 在需要時，可通過串口與上位PC機通信把存儲在Flash中的歷史數(shù)據(jù)讀到PC上。溫度采樣模塊數(shù)字溫度傳感器DS18B20的元器件。數(shù)據(jù)顯示模塊選用DM12864M 漢字圖形點陣液晶顯示模塊，該模塊可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字(16X 16點陣)、1沘個字符(8 X 16點陣)及64X256點陣顯示RAM。如圖6所示，本發(fā)明包括如下步驟
第一步，系統(tǒng)初始化，執(zhí)行狀態(tài)判斷步驟，然后進行相應的充電處理步驟、空閑處理步驟或放電步驟；
第二步，進行數(shù)據(jù)檢測步驟和數(shù)據(jù)存儲步驟，數(shù)據(jù)檢測步驟包括對電壓、電流和溫度的檢測處理；
第三步，數(shù)據(jù)顯示步驟，在IXD上顯示數(shù)據(jù)；
第四步，判斷是否需要均衡處理步驟，如需要，則進行均衡處理，執(zhí)行第五步；如不需要，則直接進入第五步；第五步，判斷狀態(tài)是否改變，若狀態(tài)改變，則執(zhí)行第一步的狀態(tài)判斷步驟，繼續(xù)判斷，若狀態(tài)未改變，則執(zhí)行第二步；
第六步，若數(shù)據(jù)檢測步驟檢測到的數(shù)據(jù)需要對外通信，則由數(shù)據(jù)存儲通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。通過單片機的10位A/D轉(zhuǎn)換模塊測量單節(jié)電池的電壓值。為了提高測量的精度， 電壓檢測采用“篩值平均”的軟件濾波方法，在對每節(jié)電池的模擬量進行測量時，連續(xù)測量多次，然后篩去最高值和最低值，再對剩余的測量值取平均值，以獲得最佳的測量結(jié)果。然后根據(jù)電壓的計算方式，獲得電池的電壓。在電壓測量完成后，對所有的電池電壓進行排序，標記出最低、最高的單體電池，為均衡模塊服務。 通過檢測到的單節(jié)電池電壓判斷電池所處的充電階段，并利用單片機的脈寬調(diào)制輸出(PWM)來控制MOSFET以實現(xiàn)預充階段的小電流充電和保持充電階段的脈沖充電。當檢測到電池充電完畢后，自動斷開充電回路。充電管理模塊通過檢測到的電壓、電流、溫度值判斷電池是否工作在正常狀態(tài)，如出現(xiàn)過壓、過流或溫度過高等現(xiàn)象，立刻通過MOSFET關(guān)閉充放電回路，并點亮故障提示燈。本發(fā)明為動力鋰電池組提供了智能控制管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)為電池組提供了各種保護及能量均衡控制，最大限度地發(fā)揮了鋰電池組的整體性能。均衡效率為80%左右，性能完全滿足動力鋰電池組能量均衡的控制管理要求。以上實施例僅用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其特征在于包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊；所述的充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊分別與控制器連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其特征在于所述均衡模塊采用DC/DC開關(guān)電源模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其特征在于所述充電模塊為間歇式充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)顯示模塊采用DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊。
5.一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理方法，其特征在于包括如下步驟第一步，系統(tǒng)初始化，執(zhí)行狀態(tài)判斷步驟，然后進行相應的充電處理步驟、空閑處理步驟或放電步驟；第二步，進行數(shù)據(jù)檢測步驟和數(shù)據(jù)存儲步驟；第三步，數(shù)據(jù)顯示步驟；第四步，判斷是否需要均衡處理步驟，如需要，則進行均衡處理，執(zhí)行第五步；如不需要，則直接進入第五步；第五步，判斷狀態(tài)是否改變，若狀態(tài)改變，則執(zhí)行第一步的狀態(tài)判斷步驟，繼續(xù)判斷，若狀態(tài)未改變，則執(zhí)行第二步。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理方法，其特征在于還包括第六步，若數(shù)據(jù)檢測步驟檢測到的數(shù)據(jù)需要對外通信，則由數(shù)據(jù)存儲通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理方法，其特征在于所述第二步的數(shù)據(jù)檢測步驟包括對電壓、電流和溫度的檢測處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理方法，其特征在于所述第三步的數(shù)據(jù)顯示步驟，在IXD上顯示數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統(tǒng)，其中，包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊；所述的充電模塊、均衡模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊分別與控制器連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊。本發(fā)明以單片機為控制核心，在實現(xiàn)對各節(jié)鋰電池能量均衡的同時，還可以實現(xiàn)過充、過放、過流、溫度保護及短路保護。
文檔編號H02J7/00GK102447288SQ201110399879
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者李復活, 李紅宇, 李雪鋒 申請人:三門峽速達交通節(jié)能科技有限公司