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的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種動力鋰電池組管理系統，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。
背景技術：
動力電池技術是電動汽車發展的一個技術瓶頸，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。當鋰電池串聯使用于動力設備中時，由于各單節鋰電池間內部特性的不一致，會導致各節鋰電池充、放電的不一致。一節性能惡化時，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揮其優越性能，延長使用壽命，必須要對鋰電池在充、放電時進行實時監控，提供過壓、過流、溫度保護和電池間能量均衡。
實用新型內容本實用新型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，以單片機為控制核心，在實現對各節鋰電池能量均衡的同時，還可以實現過充、過放、過流、溫度保護及短路保護。為了達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統，其中，包括控制器、充電模塊、 均衡模塊、數據采集模塊、電量計算模塊、數據顯示模塊和存儲通信模塊；所述的充電模塊、 均衡模塊、數據采集模塊、電量計算模塊、數據顯示模塊和存儲通信模塊分別與控制器連接；所述數據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，所述數據顯示模塊采用DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊。本實用新型的有益效果為本實用新型設計的動力鋰電池組管理系統安裝在鋰電池組的內部，以單片機為控制核心，在實現對各節鋰電池能量均衡的同時，還可以實現過充、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，并可以通過預留的通信端口讀取各節鋰電池的歷史性能狀態。本實用新型的其他優點、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域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優點可以通過下面的說明書或者附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
圖1為本實用新型的結構框圖；圖2為本實用新型充電模塊的間歇式充電的示意圖；圖3為本實用新型電壓采樣與均衡模塊的原理圖；圖4為本實用新型電流采集模塊電流傳感器LTSR25-NP工作特性曲線圖；圖5為本實用新型存儲通信模塊FLASH存儲器電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述參見圖1，本實用新型包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數據采集模塊、電量計算模塊、數據顯示模塊和存儲通信模塊；充電模塊、均衡模塊、數據采集模塊、電量計算模塊、 數據顯示模塊和存儲通信模塊分別與控制器連接；數據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及是否有過流現象，并對其狀態做出相應處理。對各節電池電壓進行采集分析后，系統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象。溫度的采集主要用于系統的過溫保護。整個系統的工作狀態、電流、各節電壓、 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的開發。其中ATmegaS單片機有6路A/D轉換通道，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，本實用新型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閉充電回路，等效地改變充電電流的大小，進而實現在預充和保持狀態時需要小電流、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為電池節數。限流值為該動力鋰電池的常規充電電流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Kl、K2向上打到電壓測量檔，并通過MCU控制的多路開關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電池兩端，使電容充電至電容電壓等于被測單節電池的電壓；然后斷開MCU控制的多路開關Κη-1、Κη-2，同時合上開關Κ3和Κ4接入A/ D轉換器進行測量。電壓采樣模塊可直接使用微處理器內的10位A/D轉換器，不需要另外加入A/D芯片，節省了設計成本。[0024]本實用新型的均衡模塊采用DC/DC開關電源模塊。由于開關電源模塊具有功耗小、效率高、體積小、質量輕等優點，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，根據檢測到的各單節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K5，開關K1、K2向下打到均衡檔，用電池組的整體能量、對電壓最低節電池進行額外的均衡充電，直到各節電池電壓值的差別在系統要求范圍之內。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，滿足系統設計的要求。該電流傳感器可把充放電電流轉換為OV飛V的電壓信號，送至單片機的10位A/D轉換器進行轉換后可測得充放電電流，測量精度為0. 2Α。如圖5所示，本實用新型在鋰電池充放電過程中把充放電信息，包括各節電池的電壓、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中的歷史數據讀到PC上。溫度采樣模塊數字溫度傳感器DS18B20的元器件。數據顯示模塊選用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。以上實施例僅用于說明本實用新型的優選實施方式，但本實用新型并不限于上述實施方式，在所述領域普通技術人員所具備的知識范圍內，本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應涵蓋在本實用新型請求保護的技術方案范圍之內。
權利要求1.一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統，其特征在于包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數據采集模塊、電量計算模塊、數據顯示模塊和存儲通信模塊；所述的充電模塊、均衡模塊、數據采集模塊、電量計算模塊、數據顯示模塊和存儲通信模塊分別與控制器連接；所述數據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.根據權利要求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，其特征在于所述均衡模塊采用DC/DC開關電源模塊。
3.根據權利要求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，其特征在于所述充電模塊為間歇式充電。
4.根據權利要求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，所述數據顯示模塊采用DM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車專用的動力鋰電池組智能管理系統，其中，包括控制器、充電模塊、均衡模塊、數據采集模塊、電量計算模塊、數據顯示模塊和存儲通信模塊；所述的充電模塊、均衡模塊、數據采集模塊、電量計算模塊、數據顯示模塊和存儲通信模塊分別與控制器連接；所述數據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。本實用新型以單片機為控制核心，在實現對各節鋰電池能量均衡的同時，還可以實現過充、過放、過流、溫度保護及短路保護。
文檔編號H02J7/00GK202333913SQ20112050203
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者李復活, 李紅宇, 李雪鋒 申請人:三門峽速達交通節能科技有限公司