一種電池管理系統的制作方法

本實用新型涉及電池管理領域，特別是涉及一種電池管理系統。

背景技術：

電池管理系統具有管理能夠實時監測電池組的電壓、電流和溫度信息，并利用所監測到的信息實時地計算電池組的荷電信息、健康狀態、實時電壓、實時溫度、實時輸出功率等，然后通過通訊接口發送給其他模塊。

現有電路中，由于采樣頻率過低，通過處理器積分得出的電池組輸出安時量精度過低，從而導致計算的剩余電量(SOC)不準確。同時為了能夠實時監測電池組的狀態，電池管理系統需要持續地工作，功耗過大的電路設計會使得在監測相同容量的電池組的情況下，電池管理系統的啟動時間過短。此外，由于電池組經常會有長時間放置的情況，有的情況下其放置時間甚至長達數個月，沒有低電量關斷功能的電池管理系統也很容易導致電池組過放，從而導致電池組損壞。

技術實現要素：

本實用新型所解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種電池管理系統，檢測精度高，電路功耗小，具有低功耗關斷功能。

本實用新型所提供的技術方案為：

一種電池管理系統，包括一個電池管理主系統和M個電池管理子系統，分別用于管理M+1個電池組；M個電池管理子系統均與電池管理主系統相連；其中M為大于或等于0的整數；所述電池管理子系統與電池管理主系統分別由各自所管理的電池組供電；

M+1個電池組依次串聯后與負載串聯形成閉合回路；

電池管理主系統和M個電池管理子系統均為相同結構的系統；每個系統包括降壓電源模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊，溫度采集模塊、放大電路和運算處理模塊；

所述降壓電源模塊由相應的電池組供電，降壓電源模塊的輸出端與本系統其它模塊和電路的電源端相連；用于將電池組的供電電壓降至其它模塊和電路所需的電壓，并進行濾波處理；

所述電壓采集模塊與相應的電池組正負極相連，用于將電池組的電壓轉換成符合放大要求的電壓水平；

所述電流采集模塊，包括電流采樣電阻，電流采樣電阻串聯于相應的電池負極，用于將相應的電池的輸出電流信號以一定比例轉換成電壓信號；

所述溫度采集模塊的輸出端與運算處理模塊相連，用于采集相應電池組的溫度值并轉換為電壓信號傳送給運算處理模塊；

所述放大電路的多個輸入端分別與電流采集模塊和電壓采集模塊的輸出端相連，用于將電流采集模塊與電壓采集模塊輸出的電壓信號進行放大；

所述放大電路的輸出端與運算處理模塊相連；所述運算處理模塊用于記錄電池信息，計算電池容量、評估電池組的健康狀態、與其他設備進行通訊。

本實用新型能應用于無人機電池的電池管理系統；無人機包括多旋翼無人機、固定翼無人機、垂直起降無人機。

所述溫度采集模塊采用運算處理模塊(MCU)內置的溫度傳感器。

每一個電池組由N個單體電池串聯或并聯而成；N為大于或等于2的整數；

所述電壓采集模塊包括N個電壓采集子模塊；

N個電壓采集子模塊的正輸入端分別接N個單體電池的正極；N個電壓采集子模塊的負輸入端均連接電池組的負極；N個電壓采集子模塊分別用于將N個單體電池正極的電壓轉換成符合放大要求的電壓水平；

所述放大電路包括N+1個子放大電路，分別與電流采集模塊和N個電壓采集子模塊連接，用于將電流采集模塊與電壓采集子模塊輸出的電壓信號進行放大。

所述電池管理主系統與上位機相連；

降壓模塊輸出端與電壓采集模塊和放大電路和通訊隔離模塊的電源端之間設置有電子開關。

所述電池管理主系統還與報警模塊相連。

所述電池管理子系統將得出的荷點信息傳送給電池管理主系統；電池管理主系統與上位機和報警模塊相連，上位機用于設置電壓、電流和溫度閾值，并發送至電池管理主系統；電池管理主系統將閾值信息發送給電池管理子系統。電池管理主系統將其狀態信息與電池管理子系統的狀態信息融合，將融合后的總狀態信息發送給上位機。電池管理主系統根據接收到的信息與自身采集到的信息，當超過設定閾值時進行報警，并控制關斷設置于相應的降壓模塊輸出端與電壓采集模塊、放大電路和通訊隔離模塊之間的電子開關；電池管理子系統根據自身采集到的信息，當超過設定閾值時，控制關斷設置于相應的降壓模塊輸出端與電壓采集模塊、放大電路和通訊隔離模塊之間的電子開關。

所述電子開關為N型MOS管；N型MOS管的柵極與運算處理模塊的IO口連接，漏極與降壓電源模塊的輸出端(負極)連接，源極分別與電壓采集模塊、放大電路、通訊隔離模塊的電源端連接。

在本實用新型實施例中，當監測到電池電量較多時，運算處理模塊工作在正常模式，通過引腳輸出高電平控制MOS管工作在開啟狀態，并將電壓采集模塊、放大電路、通訊隔離模塊的電源端連接到降壓電源模塊的輸出端上。當監測到電池電量較低時，運算處理模塊工作在低功耗模式，通過引腳輸出高阻態使MOS管工作在關斷狀態，并將電壓采集模塊、放大電路、通訊隔離模塊的電源端與降壓電源模塊的輸出端斷開。

所述降壓電源模塊包括低壓差線性穩壓器；線性穩壓器的輸入端接于電池組中兩個串聯的電池單體的正負極。相比較于使用N個電池單體串聯作為低壓差線性穩壓器輸入時，低壓差線性穩壓器具有更低的耗散功耗，以優化供電效率。

所述電流采樣電阻為毫歐級貼片合金電阻，電阻的材料可為康銅、錳銅合金。

所述放大電路均采用軌到軌的運算放大器進行電壓放大。

所述運算處理模塊采用基于Cortex-M3內核的32位低功耗處理器，所述基于Cortex-M3內核的32位低功耗處理器采用STM32L1系列處理器，以優化系統的功耗。

所述電池管理子系統與電池管理主系統之間的通訊采用通訊隔離模塊進行通訊隔離。

所述通訊隔離模塊的隔離器件為光電隔離器件或磁耦隔離器件。

有益效果：

本實用新型的電池管理系統能實時監測電池組的電壓、電流和溫度信息，功耗低；并且具有低功耗關斷功能，相對于現有的電池管理系統，能有效延長電池組壽命。

附圖說明

圖1是本實用新型電池管理系統的結構示意圖；

圖2是圖1中電池管理子系統和電池管理主系統的結構示意圖；

圖3是本實用新型的電池管理子系統和電池管理主系統工作流程圖。

圖4是本實用新型電池管理系統工作流程圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步的說明。

11.參照圖1，圖1是本實用新型電池管理系統的結構示意圖。為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關部分。本實施例所示的電池管理系統包括：第一電池組、第二電池組、一個電池管理主系統、一個電池管理子系統(即M＝1)和通訊隔離系統。其中，第一電池組和第二電池組均由多節電池單體串聯組成，分別對應連接電池管理主系統和電池管理子系統。電池管理主系統由第一電池組供電，所述電池管理子系統由第二電池組供電。

在本實施例中，電池管理主系統和電池管理子系統采用相同的硬件及軟件設備。電池管理子系統通過通訊隔離模塊與電池管理主系統連接。電池管理主系統和電池管理子系統分別負責監控第一電池組和第二電池組，即分別監控第一電池組和第二電池組的電流信號、電壓信號、溫度信號。

參照圖2，圖2是圖1中電池管理子系統和電池管理主系統的結構示意圖。如圖2所示，本實例所揭示的電池管理主系統和電池管理子系統包括：電流采集模塊、放大電路、降壓電源模塊、運算處理模塊、溫度采集模塊、電壓采集模塊。

在本實施例中，電池組由6個單體電池串聯而成。所述降壓電源模塊包括低壓差線性穩壓器；線性穩壓器的輸入端接于電池組中兩個串聯的電池單體的正負極；即所述線性穩壓器的電壓輸入第一端連接第六電池單體的負極，低壓差線性穩壓器的電壓輸入第二端連接第五電池單體的正極，使用兩個電池單體串聯作為低壓差線性穩壓器輸入；相比較于使用六個電池單體串聯作為低壓差線性穩壓器輸入時，低壓差線性穩壓器具有更低的耗散功耗，以優化供電效率。

在本實施例中，電流采集模塊負責采集第一電池組或第二電池組的電流信號，所采集的電流信號是電池組輸出的總的電流信號。所采集到的電流信號經過放大電路進行放大，輸入到運算處理模塊的AD采集口進行采集。

所述電流采集模塊的電流傳感器可采用康銅電阻和錳銅電阻。

在本實施例中，電壓采集模塊(包括6個電壓采集子模塊，即圖中的電壓采集模塊1～6)負責采集電池組中各電池單體正極與電池組負極間的電壓信號。所采集到的電壓信號經放大電路202處理后，輸入到運算處理模塊的AD采集口進行采集。運算處理模塊204將采集到的電壓信號處理后得出電池單體的電壓。

在本實施例中，溫度采集模塊采集電池組的溫度。為簡化設計，溫度采集模塊采用STM32L1系列處理器內部溫度傳感器。

在本實施例中，運算處理模塊在電池組處于小電流放電狀態下，采用采集到的電池組總電壓信號進行電池組容量計算。在電池組處于大電流放電狀態下，采用上一次計算得到的電池組容量和采集到的電流信號進行電池容量的計算。具體計算方法如下：

在輸出輸入電流值小于某個預設閾值情況下，運算處理模塊采集電池組總電壓信號，根據電池組容量-電壓特性曲線利用線性插值的方法估算電池組容量的大小，并進行緩存；在輸出輸入電流值大于某個預設閾值情況下，運算處理模塊提取一定時間(這個時間一般為5s)之前緩存的電池組容量capacity_buff，并以dt為時間間隔采集電池組輸出輸入電流值I[i]，當經過n個dt時間以后，采用以下公式進行計算電池容量：

降壓電源模塊持續的向運算處理模塊供電，當運算處理模塊監測到電池容量過低時，運算處理模塊進入低功耗模式，并通過MOS管關斷降壓電源模塊連接到電壓采集模塊和放大電路的負極，以降低電池管理系統的功耗。

本實施例中，電池管理子系統和電池管理主系統之間的通訊、電池管理主系統和噴灑管理系統之間的通訊均采用串口通訊。