大規模電池管理系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供的大規模電池管理系統，包括至少一個采集電池組中各單體電池電壓的電壓采集電路、用于采集電池組工作溫度的溫度采集電路、用于采集電池組充放電電流信息的電流采集電路以及中央控制電路MCU；所述電壓采集電路的輸出端與中央控制電路MCU電連接，所述溫度采集電路的輸出端與中央控制電路MCU電連接，所述電流采集電路與中央控制電路MCU電連接；各電壓采集電路以菊鏈的方式電連接；能夠對大規模蓄電池進行有效監測及管理，并且可靠性高，保證大規模蓄電池能夠持久穩定運行，并且系統的結構得到簡化，減小體積，并且能夠降低使用成本。
【專利說明】大規模電池管理系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電源【技術領域】，尤其涉及一種大規模電池管理系統。
【背景技術】
[0002] 在電動汽車中，蓄電池都是通過多個單體電池組成的電池組向外供電，為了保證 蓄電池能夠持續穩定的工作，需要對蓄電池的各單體電池進行實時跟蹤監測，比如電池溫 度，電池電壓及充放電電流等參數，因此需要電池管理系統對蓄電池進行檢測，尤其是對于 礦井中，由于煤礦鋰電池行業標準的要求，需要單體電池的容量不大于l〇〇Ah，為了保證井 下作業的要求，因此需要大規模的電池來滿足，而現有電池的管理系統主要針對于小規模 的蓄電池組，如采用現有的電池管理系統，則需要多個小規模電池管理系統進行管理，使得 對大規模蓄電池的監測的可靠性降低，而且系統結構復雜，體積大，而且也大大增加了使用 成本。
[0003] 因此，需要提出一種新型的電池管理系統，能夠對大規模蓄電池進行有效監測及 管理，并且可靠性高，保證大規模蓄電池能夠持久穩定運行，并且系統的結構得到簡化，減 小體積，并且能夠降低使用成本。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明的目的是提供一種大規模電池管理系統，能夠對大規模蓄電池 進行有效監測及管理，并且可靠性高，保證大規模蓄電池能夠持久穩定運行，并且系統的結 構得到簡化，減小體積，并且能夠降低使用成本。
[0005] 本發明提供的大規模電池管理系統，包括至少一個采集電池組中各單體電池電壓 的電壓采集電路、用于采集電池組工作溫度的溫度采集電路、用于采集電池組充放電電流 信息的電流采集電路以及中央控制電路MCU ;
[0006] 所述電壓采集電路的輸出端與中央控制電路MCU電連接，所述溫度采集電路的輸 出端與中央控制電路MCU電連接，所述電流采集電路與中央控制電路MCU電連接；各電壓采 集電路以菊鏈的方式電連接。
[0007] 進一步，所述電流采集電路包括電阻R1、光耦U1、光耦U2、熔斷器F1、二極管D1、二 極管D2、發光二極管DS1、發光二極管DS2、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻 R7、M0S管Ql、M0S管Q2、電容C1、穩壓管DZ1、穩壓管DZ2、保險絲F5、電池組接口 P3、充電 接口 P4、放電接口 P5以及霍爾傳感器U3 ;
[0008] 所述電阻R1的一端接+5V電源，另一端與光耦U1的發光二極管的正極連接，光耦 U1的發光二極管的負極與中央控制電路MCU的放電控制I/O 口連接，光耦U1的三極管的集 電極通過熔斷器接電池組正極V-BAT，光耦U1的三極管的集電極還與光耦U2的三極管集 電極連接，光耦U1的三極管發射極與二極管D1的正極連接，二極管D1的負極與發光二極 管DS1的正極連接，發光二極管DS1的負極通過電阻R2與M0S管Q1的柵極連接，M0S管Q1 的柵極通過電阻R5與M0S管Q1的源極連接，M0S管Q1的柵極還與二極管D3的負極連接， 二極管D3的正極與MOS管Q1的源極連接，MOS管的源極與穩壓管DZ1的正極連接，穩壓管 DZ1的負極接地，M0S管Q1的漏極與放電接口 P5的負極DCH-GND連接；
[0009] 光耦U2的發光二極管的正極通過電阻R7接+5V電源，光耦U2的發光二極管的負 極與中央控制電路MCU的充電控制I/O 口連接，光耦U2的三極管的發射極與二極管D2的 正極連接，二極管D2的負極與發光二極管DS2的正極連接，發光二極管DS2的負極通過電 阻R3與M0S管Q2的柵極連接，M0S管Q2的柵極通過電阻R4與M0S管Q2的源極連接，M0S 管Q2的柵極還與二極管D4的負極連接，二極管D4的正極與M0S管Q2的源極連接，M0S管 Q2的源極與蓄電池的充電接口 P4的負極CH-GND連接，M0S管Q2的漏極與穩壓管DZ2負極 連接，穩壓管DZ2的正極接地；
[0010] 電池組接口 P3的正極通過保險絲F5與放電接口 P3和充電接口 P4的正極V-Bat 連接，電池組接口 P4的負極GND-BAT通過霍爾傳感器U3的原邊接地；
[0011] 所述霍爾傳感器U3的副邊電源與+5V電源連接，霍爾傳感器U3的輸出端通過電 阻R6與中央控制電路MCU的AD 口連接，電阻R6與中央控制電路MCU的公共連接點通過電 容C1接地。
[0012] 進一步，所述溫度采集電路包括DS18B20傳感器，所述溫度采集電路的個數與電 池組中單體電池個數相等且一一對應設置，所述溫度采集電路還包括溫度傳感器接口 J1 和模擬開關MC14051，所述D218B20傳感器通過溫度傳感器接口 J1與模擬開關MC14051連 接，模擬開關MC14051的輸出端與中央控制電路MCU連接。
[0013] 進一步，所述電壓采集電路為LTC6803電壓采集芯片及其接口電路。
[0014] 進一步，所述中央控制電路MCU為STC12C5A60S2芯片及接口電路。
[0015] 進一步，所述電壓采集電路與中央控制電路MCU通過SPI總線連接。
[0016] 本發明的有益效果：本發明的大規模電池管理系統，能夠對大規模蓄電池進行有 效監測及管理，并且可靠性高，保證大規模蓄電池能夠持久穩定運行，并且系統的結構得到 簡化，減小體積，并且能夠降低使用成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述：
[0018] 圖1為本發明的原理框圖。
[0019] 圖2為本發明的電流采集電路原理圖
[0020] 圖3為本發明的電壓采集電路的原理圖。
[0021] 圖4為本發明的中央控制電路原理圖。
[0022] 圖5為本發明的溫度采集電路原理圖。
【具體實施方式】
[0023] 圖1為本發明的原理框圖，圖2為本發明的電流采集電路原理圖，圖3為本發明的 電壓采集電路的原理圖，圖4為本發明的中央控制電路原理圖，圖5為本發明的溫度采集電 路原理圖；如圖所示，本發明提供的大規模電池管理系統，包括至少一個采集電池組中各單 體電池電壓的電壓采集電路、用于采集電池組工作溫度的溫度采集電路、用于采集電池組 充放電電流信息的電流采集電路以及中央控制電路MCU ;
[0024] 所述電壓采集電路的輸出端與中央控制電路MCU電連接，所述溫度采集電路的輸 出端與中央控制電路MCU電連接，所述電流采集電路與中央控制電路MCU電連接；各電壓采 集電路以菊鏈的方式電連接，電壓采集電路采用菊鏈式的連接方式，能夠大大減小系統的 電氣連接的復雜程度，利于本系統小型化，而且本系統能夠達到對96個單體電池的監控。
[0025] 本實施例中，所述電流采集電路包括電阻R1、光耦U1、光耦U2、熔斷器F1、二極管 D1、二極管D2、發光二極管DS1、發光二極管DS2、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、 電阻R7、M0S管Ql、M0S管Q2、電容C1、穩壓管DZ1、穩壓管DZ2、保險絲F5、電池組接口 P3、 充電接口 P4、放電接口 P5以及霍爾傳感器U3 ;
[0026] 所述電阻R1的一端接+5V電源，另一端與光耦U1的發光二極管的正極連接，光耦 U1的發光二極管的負極與中央控制電路MCU的放電控制I/O 口連接，光耦U1的三極管的集 電極通過熔斷器接電池組正極V-BAT，光耦U1的三極管的集電極還與光耦U2的三極管集 電極連接，光耦U1的三極管發射極與二極管D1的正極連接，二極管D1的負極與發光二極 管DS1的正極連接，發光二極管DS1的負極通過電阻R2與M0S管Q1的柵極連接，M0S管Q1 的柵極通過電阻R5與M0S管Q1的源極連接，M0S管Q1的柵極還與二極管D3的負極連接， 二極管D3的正極與M0S管Q1的源極連接，M0S管的源極與穩壓管DZ1的正極連接，穩壓管 DZ1的負極接地，M0S管Q1的漏極與放電接口 P5的負極DCH-GND連接；
[0027] 光耦U2的發光二極管的正極通過電阻R7接+5V電源，光耦U2的發光二極管的負 極與中央控制電路MCU的充電控制I/O 口連接，光耦U2的三極管的發射極與二極管D2的 正極連接，二極管D2的負極與發光二極管DS2的正極連接，發光二極管DS2的負極通過電 阻R3與M0S管Q2的柵極連接，M0S管Q2的柵極通過電阻R4與M0S管Q2的源極連接，M0S 管Q2的柵極還與二極管D4的負極連接，二極管D4的正極與M0S管Q2的源極連接，M0S管 Q2的源極與蓄電池的充電接口 P4的負極CH-GND連接，M0S管Q2的漏極與穩壓管DZ2負極 連接，穩壓管DZ2的正極接地；
[0028] 電池組接口 P3的正極通過保險絲F5與放電接口 P3和充電接口 P4的正極V-Bat 連接，電池組接口 P4的負極GND-BAT通過霍爾傳感器U3的原邊接地；
[0029] 所述霍爾傳感器U3的副邊電源與+5V電源連接，霍爾傳感器U3的輸出端通過電 阻R6與中央控制電路MCU的AD 口連接，電阻R6與中央控制電路MCU的公共連接點通過電 容C1接地。
[0030] 通過上述的電路，能夠對電池組的電流信息進行實時監控，包括充電電流以及放 電電流的實時監控，從而蓄電池能夠持久穩定的運行。
[0031] 本實施例中，所述溫度采集電路包括DS18B20傳感器，所述溫度采集電路的個數 與電池組中單體電池個數相等且一一對應設置，所述溫度采集電路還包括溫度傳感器接口 J1和模擬開關MC14051，所述DS18B20傳感器通過溫度傳感器接口 J1與模擬開關MC14051 連接，模擬開關MC14051的輸出端與中央控制電路MCU的I/O 口連接，通過上述結構，節省 了溫度采集電路對中央控制電路MCU的接口的占用，節約了中央處理電路MCU有限的I/O 接口資源，而且利于本系統的小型化。
[0032] 本實施例中，所述電壓采集電路為LTC6803電壓采集芯片及其接口電路，如圖2 所示，圖2中給出的為每個LTC6803電壓采集芯片對一組為8個單體電池進行監控的電路 圖，并且能夠對電壓高于每組電池的平均電壓的單體電池進行電壓均衡，在充電過程中， 中央控制電路MCU通過單體電池的電壓與平均單體電池電壓進行比較，通過控制圖2中 SI2351DS的MOS管的通斷實現，將電池電壓高于平均電壓20mV單體電池進行分流，從而達 到電壓均衡的目的。
[0033] 本實施例中，所述中央控制電路MCU為STC12C5A60S2芯片及接口電路，處理速度 快，能夠滿足電池管理系統的信息采集、通信、處理以及控制等方面的嚴格要求，當然，為了 滿足對監測參數的讀取，本系統還設置有與中央控制電路MCU連接的LCD顯示屏接口。
[0034] 本實施例中，所述電壓采集電路與中央控制電路MCU通過SPI總線連接，能夠提高 本系統的通信效率，從而提高本系統的相應速率。
[0035] 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本 發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1. 一種大規模電池管理系統，其特征在于：包括至少一個采集電池組中各單體電池電 壓的電壓采集電路、用于采集電池組工作溫度的溫度采集電路、用于采集電池組充放電電 流信息的電流采集電路以及中央控制電路MCU ; 所述電壓采集電路的輸出端與中央控制電路MCU電連接，所述溫度采集電路的輸出端 與中央控制電路MCU電連接，所述電流采集電路與中央控制電路MCU電連接；各電壓采集電 路以菊鏈的方式電連接。
2. 根據權利要求1所述大規模電池管理系統，其特征在于：所述電流采集電路包括電 阻R1、光耦U1、光耦U2、熔斷器F1、二極管D1、二極管D2、發光二極管DS1、發光二極管DS2、 電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、MOS管Ql、MOS管Q2、電容C1、穩壓管 DZ1、穩壓管DZ2、保險絲F5、電池組接口 P3、充電接口 P4、放電接口 P5以及霍爾傳感器U3 ; 所述電阻R1的一端接+5V電源，另一端與光稱U1的發光二極管的正極連接，光稱U1的 發光二極管的負極與中央控制電路MCU的放電控制I/O 口連接，光耦U1的三極管的集電極 通過熔斷器接電池組正極V-BAT，光耦U1的三極管的集電極還與光耦U2的三極管集電極 連接，光耦U1的三極管發射極與二極管D1的正極連接，二極管D1的負極與發光二極管DS1 的正極連接，發光二極管DS1的負極通過電阻R2與MOS管Q1的柵極連接，MOS管Q1的柵 極通過電阻R5與MOS管Q1的源極連接，MOS管Q1的柵極還與二極管D3的負極連接，二極 管D3的正極與MOS管Q1的源極連接，MOS管的源極與穩壓管DZ1的正極連接，穩壓管DZ1 的負極接地，MOS管Q1的漏極與放電接口 P5的負極DCH-GND連接； 光耦U2的發光二極管的正極通過電阻R7接+5V電源，光耦U2的發光二極管的負極與 中央控制電路MCU的充電控制I/O 口連接，光耦U2的三極管的發射極與二極管D2的正極 連接，二極管D2的負極與發光二極管DS2的正極連接，發光二極管DS2的負極通過電阻R3 與MOS管Q2的柵極連接，MOS管Q2的柵極通過電阻R4與MOS管Q2的源極連接，MOS管Q2 的柵極還與二極管D4的負極連接，二極管D4的正極與MOS管Q2的源極連接，MOS管Q2的 源極與蓄電池的充電接口 P4的負極CH-GND連接，MOS管Q2的漏極與穩壓管DZ2負極連接， 穩壓管DZ2的正極接地； 電池組接口 P3的正極通過保險絲F5與放電接口 P3和充電接口 P4的正極V-Bat連接， 電池組接口 P4的負極GND-BAT通過霍爾傳感器U3的原邊接地； 所述霍爾傳感器U3的副邊電源與+5V電源連接，霍爾傳感器U3的輸出端通過電阻R6 與中央控制電路MCU的AD 口連接，電阻R6與中央控制電路MCU的公共連接點通過電容C1 接地。
3. 根據權利要求2所述大規模電池管理系統，其特征在于：所述溫度采集電路包括 DS18B20傳感器，所述溫度采集電路的個數與電池組中單體電池個數相等且一一對應設置， 所述溫度采集電路還包括溫度傳感器接口 J1和模擬開關MC14051，所述D218B20傳感器通 過溫度傳感器接口 J1與模擬開關MC14051連接，模擬開關MC14051的輸出端與中央控制電 路MCU的I/O 口連接。
4. 根據權利要求3所述大規模電池管理系統，其特征在于：所述電壓采集電路為 LTC6803電壓采集芯片及接口電路。
5. 根據權利要求4所述大規模電池管理系統，其特征在于：所述中央控制電路MCU為 STC12C5A60S2芯片及接口電路。
6.根據權利要求5所述大規模電池管理系統，其特征在于：所述電壓采集電路與中央 控制電路MCU通過SPI總線連接。
【文檔編號】H02J7/00GK104065141SQ201410316841
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】王波, 李孝揆, 吳慧斌, 陳迪, 張鄭平, 方少乾, 梁國林 申請人:中煤科工集團重慶研究院有限公司