專利名稱：車用蓄電池檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蓄電池管理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及車用蓄電池檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前動力型蓄電池在鐵路機(jī)車、電動汽車，特別是目前非常流行的電動自行車上， 應(yīng)用十分廣泛。它們的共同特點是多節(jié)相同電池串聯(lián)，成組對負(fù)載供電。但是，現(xiàn)在大多車輛控制系統(tǒng)對電池狀態(tài)信息反映過于單一。以目前被廣泛使用的電動自行車為例，顯示屏上只反映了整組電池的電壓大小，用以衡量當(dāng)前蓄電池的剩余電量。一方面，電池組的總電壓與蓄電池剩余容量沒有很好線性關(guān)系，對剩余容量的指示可靠度不高，在實際使用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池組電量實際并不多時，電量表還是滿指示，行駛過程中才發(fā)現(xiàn)電量表指示下降很快，可這時已經(jīng)行駛在路上，由于事先無法對電池剩余電量有正確的估計，造成了不必要的麻煩。另一方面，信息指示過于單一，對蓄電池的有效維護(hù)不利。由于不清楚在實際駕駛過程中，自己的動作究竟對蓄電池產(chǎn)生了怎樣的影響，用戶對電動車的使用常具有盲目性，所以大多蓄電池都在不知不覺中損壞、報廢。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種車用蓄電池檢測系統(tǒng)，能夠?qū)π铍姵亟M的底層重要信息進(jìn)行實時在線檢測、顯示以及報警。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種車用蓄電池檢測系統(tǒng)，由CPU和與其連接的信號采集及轉(zhuǎn)換模塊、顯示器接口、鍵盤接口、報警電路，以及電源電路組成；
信號采集及轉(zhuǎn)換模塊，由電壓采集電路、電流采集電路、溫度采集電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路組成；其中電壓采集電路由電壓接入電路和光電耦合電路組成，系統(tǒng)對電池組每節(jié)電池電壓都進(jìn)行采集，電壓經(jīng)光耦電路轉(zhuǎn)換成(T5V信號輸入所述A/D轉(zhuǎn)換電路；電流采集電路采用TBC06DS霍爾型電流傳感器，電流經(jīng)霍爾傳感器轉(zhuǎn)換成(T5V信號輸入所述A/D轉(zhuǎn)換電路；A/D轉(zhuǎn)換電路采用TLC2M3CN模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將電壓電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送至所述 CPU處理；溫度采集電路采用DS18B20數(shù)字式溫度芯片直接由所述CPU讀??；
CPU，采用8051內(nèi)核的STC11F60XE型單片機(jī)，為系統(tǒng)核心部分，負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)處理與邏輯判斷任務(wù)；
顯示器接口，采用TFT型IXD，240 X 320真彩色點陣液晶，與所述CPU數(shù)據(jù)線直接相連； 鍵盤接口，采用5按鍵結(jié)構(gòu)，構(gòu)成上下左右導(dǎo)航鍵以及確認(rèn)鍵，用于對系統(tǒng)界面進(jìn)行操作，按鍵與所述CPU采用中斷方式連接，5個按鍵的低電平有效信號經(jīng)與門產(chǎn)生中斷信號； 報警電路，包括蜂鳴器以及三級管，所述CPU驅(qū)動三極管，三極管基極低電平控制通斷，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。電源電路，采用LM2576芯片以及ILl 117芯片，電源供電電壓取自串聯(lián)電池組中最后一節(jié)電池的12V電壓，經(jīng)LM2576產(chǎn)生5V電壓給系統(tǒng)供電，再經(jīng)ILl 117產(chǎn)生3. 3V低壓給液晶顯示屏供電。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是
本發(fā)明能對蓄電池組的底層重要信息進(jìn)行實時在線檢測，主要檢測了構(gòu)成電池組各單節(jié)電池的端電壓及電池組的放電電流、充電電流，電池的溫度等重要信息，并同時采集了環(huán)境溫度，用以參照。系統(tǒng)可以對這些信息進(jìn)行直接顯示。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了對采集信息的多種分析功能，主要有電池不平衡判斷、溫度異常指示、過充電、過放電、深放電指示。并可實現(xiàn)剩余容量的指示以及電池健康狀況的判斷，給電池用戶更好地使用與維護(hù)電池提供有效地幫助。


為了更清楚的說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將實施例中所使用的附圖作簡單介紹。這些附圖構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)整體框圖。
圖2是電壓接入電路的原理圖。
圖3是光耦隔離電路的原理圖。
圖4是電流采集電路的原理圖。
圖5是輸出電壓隨輸入電流的變化關(guān)系圖。
圖6是溫度采集電路的原理圖。
圖7是多點溫度測量系統(tǒng)的示意圖。
圖8是單片機(jī)最小系統(tǒng)的示意圖。
圖9是AD轉(zhuǎn)換電路的原理框圖。
圖10是AD轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)接口示意圖。
圖11是鍵盤的5按鍵示意圖。
圖12是按鍵及中斷與單片機(jī)接口示意圖。
圖13是顯示器與單片機(jī)接口示意圖。
圖14是報警電路的原理圖。
圖15是電源電路的原理圖。
圖16是本發(fā)明系統(tǒng)功能示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行全面的描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒作出創(chuàng)造性勞動前提下獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進(jìn)一步說明。系統(tǒng)整體說明
為實現(xiàn)系統(tǒng)功能，本發(fā)明由CPU、與CPU連接的信號采集及轉(zhuǎn)換模塊、顯示器接口、鍵盤接口、報警電路，以及為系統(tǒng)及顯示器供電的電源電路(圖1中未示出)組成。硬件系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。信號采集及轉(zhuǎn)換模塊，由電壓采集電路、電流采集電路、溫度采集電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路組成；其中電壓采集電路由電壓接入電路和光電耦合電路組成，系統(tǒng)對電池組每節(jié)電池電壓都進(jìn)行采集，電壓經(jīng)光耦電路轉(zhuǎn)換成(T5V信號輸入A/D轉(zhuǎn)換電路；電流采集電路采用TBC06DS霍爾型電流傳感器，電流經(jīng)霍爾傳感器轉(zhuǎn)換成(T5V信號輸入A/D轉(zhuǎn)換電路； A/D轉(zhuǎn)換電路采用TLC2M3CN模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將電壓電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送至CPU處理； 溫度采集電路采用DS18B20數(shù)字式溫度芯片直接由CPU讀取。CPU，采用高速8051內(nèi)核的 STC11F60XE型單片機(jī)，為系統(tǒng)核心部分，負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)處理與邏輯判斷任務(wù)。顯示器接口， 采用TFT型IXD，240X320真彩色點陣液晶，與CPU數(shù)據(jù)線直接相連。鍵盤接口，采用5按鍵結(jié)構(gòu)，構(gòu)成上下左右導(dǎo)航鍵以及確認(rèn)鍵，用于對系統(tǒng)界面進(jìn)行操作，按鍵與CPU采用中斷方式連接，5個按鍵的低電平有效信號經(jīng)與門產(chǎn)生中斷信號。報警電路，其功能由顯示屏閃爍報警和蜂鳴器發(fā)聲報警兩部分組成，顯示屏閃爍報警部分由顯示屏完成；蜂鳴器發(fā)聲報警部分包括蜂鳴器以及三級管，CPU驅(qū)動三極管，三極管基極低電平控制通斷，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。電源模塊，采用LM2576 s-5.0芯片以及ILl 117-3. 3芯片，電源供電電壓取自串聯(lián)電池組中最后一節(jié)電池的12V電壓，經(jīng)LM2576產(chǎn)生5V電壓給5V系統(tǒng)供電，再經(jīng)ILl 117產(chǎn)生 3. 3V低壓給液晶顯示屏供電。以下將對本發(fā)明中的各電路模塊逐一進(jìn)行說明 電壓采集電路
電池組由若干節(jié)電池組成，而單節(jié)電池內(nèi)部又由多個單體電池組成。單體電池是電池組的基本組成單位，一般一個單體電池電壓為2V，6個單體電池串聯(lián)構(gòu)成一節(jié)12V電池。由于生產(chǎn)工藝和成產(chǎn)過程的不一致，導(dǎo)致電池內(nèi)部單體電池彼此之間的容量有偏差，從而直接導(dǎo)致電池間容量的偏差。由于電池是以串聯(lián)方式使用，因此，如果各節(jié)電池之間存在容量不平衡，就不可避免的在整組電池中發(fā)生部分電池過充、過放或虧充的現(xiàn)象。這又將加大電池性能的進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致電池間的不平衡程度進(jìn)一步拉大，進(jìn)入惡性循環(huán)。因此，及時有效地發(fā)現(xiàn)電池組的不平衡現(xiàn)象，找出落后電池(即電壓比較低的電池)，對維護(hù)電池性能具有非常重要的意義。判斷電池不平衡的一般方法是對單體電池電壓進(jìn)行跟蹤檢測比較。但是一般單節(jié)電池都將內(nèi)部6節(jié)單體電池封裝起來，對外部提供接線端，因此不易測取單體電池的端電壓。因此，一般的做法是檢測電池組中單節(jié)電池的端電壓。這樣做的依據(jù)是，如果一節(jié)電池內(nèi)的某一單體電池發(fā)生故障，則很難被平均效應(yīng)所掩蓋，也就是說，內(nèi)部單體電池的故障狀況可以通過單節(jié)電池反映出來，并且電池組故障處理的最小單位是單節(jié)電池。通常的做法是更換掉電池組中落后的單節(jié)電池，因此，在進(jìn)行不平衡檢測時，我們采取比較單節(jié)電池端電壓一致性的方法。系統(tǒng)對電池組每節(jié)電池電壓都進(jìn)行采集，采集分為電壓接入部分和光電耦合部分兩部分組成。電壓接入部分把蓄電池各單節(jié)接線端接入系統(tǒng)，并在系統(tǒng)前端通過保險絲保護(hù)，之后對接入的電壓用二極管指示電壓接入有效。電壓接入電路如圖2所示，保險絲采用4A熔斷絲，若系統(tǒng)發(fā)生短路，熔斷絲可迅速切斷電池，從而起到保護(hù)作用。在電池接入后發(fā)光二極管發(fā)光，指示電池接入有效，若熔斷絲燒斷或電池端電壓過低，則二極管不亮，指示電池接入無效，應(yīng)檢測保險絲或更換電池。經(jīng)上述處理之后，12V電池電壓經(jīng)如圖3所示的光電耦合電路進(jìn)行隔離。因為模數(shù)轉(zhuǎn)換器要求測量信號共地，又電池串聯(lián)連接，必然產(chǎn)生高共模電壓，因此需采用光電隔離傳輸電壓信號。另外光耦隔離還能防止主回路的強(qiáng)電信號竄入弱電系統(tǒng)，提高系統(tǒng)安全性。如圖3所示，光耦器件采用HCNR201，它是一個高精度線性光耦，非線性度達(dá)到 0. 05%，確保了電壓采集的準(zhǔn)確性。光耦的工作原理是將被檢測回路的電壓信號施加給LED，LED發(fā)出紅外光照射光電二極管產(chǎn)生電流，施加電壓信號的變化引起LED發(fā)光光強(qiáng)的變化，從而導(dǎo)致流經(jīng)光電二極管的電流發(fā)生變化，從而實現(xiàn)信號的電-光-電轉(zhuǎn)化，由于采用光信號耦合，徹底斷絕電路間的直接電氣連接，從而實現(xiàn)信號的隔離。一般光耦施加的前級電壓信號或者LED的電流與光電二極管產(chǎn)生的電流是非線性的。線性光耦在普通光耦的基礎(chǔ)上增加了一個與原來參數(shù)相同的光電二極管PDl用于對前級信號反饋調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)光耦的線性傳輸。其主要原理是負(fù)反饋原理。如圖3所示，前級輸入部分，運放Al構(gòu)成負(fù)反饋。其負(fù)反饋過程是當(dāng)Al輸出增大(減小)時，LED電流增大(減小)，LED發(fā)光變強(qiáng)(弱)，PDl電流增大(減小)，Rl壓降增大(減小)，運放輸入減小(增大)，運放輸出減小(增大)。在負(fù)反饋調(diào)節(jié)下，前級輸入達(dá)到平衡，根據(jù)運放負(fù)反饋后虛短虛斷特點，正向輸入端電壓為地電位G1， 即單節(jié)蓄電池負(fù)端電位，則PDl電流為
權(quán)利要求
1. 一種車用蓄電池檢測系統(tǒng)，其特征在于由CPU和與其連接的信號采集及轉(zhuǎn)換模塊、 顯示器接口、鍵盤接口、報警電路，以及電源電路組成；信號采集及轉(zhuǎn)換模塊，由電壓采集電路、電流采集電路、溫度采集電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路組成；其中電壓采集電路由電壓接入電路和光電耦合電路組成，系統(tǒng)對電池組每節(jié)電池電壓都進(jìn)行采集，電壓經(jīng)光耦電路轉(zhuǎn)換成(T5V信號輸入所述A/D轉(zhuǎn)換電路；電流采集電路采用TBC06DS霍爾型電流傳感器，電流經(jīng)霍爾傳感器轉(zhuǎn)換成(T5V信號輸入所述A/D轉(zhuǎn)換電路；A/D轉(zhuǎn)換電路采用TLC2M3CN模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將電壓電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送至所述 CPU處理；溫度采集電路采用DS18B20數(shù)字式溫度芯片直接由所述CPU讀??；CPU，采用8051內(nèi)核的STC11F60XE型單片機(jī)，為系統(tǒng)核心部分，負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)處理與邏輯判斷任務(wù)；顯示器接口，采用TFT型IXD，240 X 320真彩色點陣液晶，與所述CPU數(shù)據(jù)線直接相連； 鍵盤接口，采用5按鍵結(jié)構(gòu)，構(gòu)成上下左右導(dǎo)航鍵以及確認(rèn)鍵，用于對系統(tǒng)界面進(jìn)行操作，按鍵與所述CPU采用中斷方式連接，5個按鍵的低電平有效信號經(jīng)與門產(chǎn)生中斷信號； 報警電路，包括蜂鳴器以及三級管，所述CPU驅(qū)動三極管，三極管基極低電平控制通斷，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲；電源電路，采用LM2576芯片以及IL1117芯片，電源供電電壓取自串聯(lián)電池組中最后一節(jié)電池的12V電壓，經(jīng)LM2576產(chǎn)生5V電壓給系統(tǒng)供電，再經(jīng)ILl 117產(chǎn)生3. 3V低壓給液晶顯示屏供電。
全文摘要
本發(fā)明公開一種車用蓄電池檢測系統(tǒng)，由CPU和與其連接的信號采集及轉(zhuǎn)換模塊、顯示器接口、鍵盤接口、報警電路，以及電源電路組成。本發(fā)明能對蓄電池組的底層重要信息進(jìn)行實時在線檢測，主要檢測了構(gòu)成電池組各單節(jié)電池的端電壓及電池組的放電電流、充電電流，電池的溫度等重要信息，并同時采集了環(huán)境溫度，用以參照。系統(tǒng)可以對這些信息進(jìn)行直接顯示。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了對采集信息的多種分析功能，主要有電池不平衡判斷、溫度異常指示、過充電、過放電、深放電指示。并可實現(xiàn)剩余容量的指示以及電池健康狀況的判斷，給電池用戶更好地使用與維護(hù)電池提供有效地幫助。
文檔編號B60L11/18GK102303542SQ201110165899
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者劉飛, 唐力, 樊鵬鵬 申請人:江南大學(xué)