無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)。該實(shí)用新型包括鋰電池組模塊、電流采集單元、工控機(jī)和充放電設(shè)備。其中，電流采集單元由霍爾電流傳感器、多量程模擬電路、微處理器和RF發(fā)射器組成。工控機(jī)由充放電開關(guān)、工控機(jī)MCU、RF接收器、液晶顯示屏和報(bào)警器組成。霍爾電流傳感器套接在并聯(lián)的鋰電池組模塊直流母線正極上，通過多量程模擬電路與微處理器相連。各電流采集單元通過自身RF發(fā)射器與工控機(jī)的RF接受器完成多對(duì)一無線通訊，工控機(jī)MCU通過相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路與充放電開關(guān)、液晶顯示屏和報(bào)警器相連。本實(shí)用新型采用無線通訊方式擺脫了檢測(cè)系統(tǒng)的線束，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；采用設(shè)計(jì)的多量程模擬電路，提高了電流檢測(cè)精度。
【專利說明】無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源和環(huán)境污染問題在全球發(fā)展過程中被高度關(guān)注，鋰離子蓄電池作為清潔能源越來越受到重視。鋰離子電池具有體積小、質(zhì)量輕、容量大、壽命長(zhǎng)、使用安全、綠色環(huán)保、無記憶效應(yīng)、可快速大電流放電等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]由于鋰離子蓄電池的單體電壓較低，應(yīng)用于電源系統(tǒng)中應(yīng)以多只單體電池串聯(lián)成組，然后多組電池并聯(lián)使用，來滿足實(shí)際使用電壓和工作電量的要求。而各個(gè)電池組模塊的充放電電流作為電池的主要參數(shù)直接關(guān)系著鋰電池電源的能量傳輸與運(yùn)行安全，其地位和作用極其重要，必須對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0004]目前常用的電流檢測(cè)方法主要有直接檢測(cè)法和間接檢測(cè)法兩類。直接檢測(cè)法多以電流表直接串聯(lián)到功率回路中供工作人員直接讀取待測(cè)電流值，該方法盡管測(cè)量精度較高，但實(shí)際使用中操作麻煩、安全性低。間接檢測(cè)法多將以分流器為代表的采樣電阻串接于功率回路中，通過相應(yīng)轉(zhuǎn)化電路，實(shí)現(xiàn)電流的間接測(cè)量。該方法雖然克服了直接檢測(cè)法的不足，但以分流器作為電流檢測(cè)元件，其輸出電壓一般較低，如果分流器的安裝位置先擇不當(dāng)會(huì)明顯增加共模電壓對(duì)電流檢測(cè)精度的影響。此外，由于分流器和主控制單元之間需要布置線路，無法實(shí)現(xiàn)主功率回路與控制回路的電氣隔離，不但增加了系統(tǒng)的整體布線難度，還嚴(yán)重影響了系統(tǒng)控制回路的電路穩(wěn)定性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電過程中的電流檢測(cè)。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)。該實(shí)用新型包括鋰電池組模塊、電流采集單元、工控機(jī)和充放電設(shè)備。其中，電流采集單元由霍爾電流傳感器、多量程模擬電路、微處理器和RF發(fā)射器組成。工控機(jī)由充放電開關(guān)、工控機(jī)MCU、RF接收器、液晶顯示屏和報(bào)警器組成。在本實(shí)用新型中，多個(gè)鋰電池組模塊相互并聯(lián)，通過直流母線與充放電設(shè)備相連?；魻栯娏鱾鞲衅魈捉釉诓⒙?lián)的鋰電池組模塊直流母線正極上，通過多量程模擬電路與微處理器相連。各電流采集單元通過自身RF發(fā)射器與工控機(jī)的RF接受器完成多對(duì)一無線通訊，工控機(jī)MCU通過相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路與充放電開關(guān)、液晶顯示屏和報(bào)警器相連。
[0007]所述的多量程模擬電路，是與選用的霍爾電流傳感器的輸出電壓特性相匹配的模擬接口電路，該電路采用分段檢測(cè)方法，由大電流量程模擬電路和小電流量程模擬電路組成。系統(tǒng)可根據(jù)檢測(cè)電流的大小選擇合適的量程電路配合微處理器的AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電流的高精度檢測(cè)。
[0008]所述的霍爾電流傳感器采用的是單電源霍爾電源傳感器HFK200BS5，該傳感器的零點(diǎn)輸出電壓為2.5V，電流檢測(cè)范圍為0±400A，額定輸入電流為200A，額定輸出電壓為IV，工作電壓為5V。
[0009]所述的微處理器選用的是ST公司的STM32F103RBT6芯片，工作電壓為2.(Γ3.6 V，最高時(shí)鐘為72MHz ;自帶2個(gè)12位A/D和通訊接口。
[0010]所述的RF發(fā)射器和RF接收器均采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的超低功耗無線收發(fā)芯片CC1101。該芯片工作頻段為387.0MHz?464.ΟΜΗζ，支持的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為500kbps。
[0011]所述的工控機(jī)MCU選用的是MSP430F5529芯片。
[0012]本實(shí)用新型中，工控機(jī)配合充放電設(shè)備，通過控制自身的充放電開關(guān)，實(shí)現(xiàn)各鋰電組模塊的充放電。電流采集單元作為本系統(tǒng)的核心部分，其通過自身的霍爾電流傳感器套接安裝在各鋰電池組模塊的直流母線正極上。在鋰電池組充放電過程中，各鋰電池組模塊的霍爾電流傳感器通過檢測(cè)其直流母線正極上的電流，輸出相應(yīng)的模擬采樣電壓。該模擬采樣電壓經(jīng)多量程模擬電路調(diào)理后，由微處理器內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)模擬采樣電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)化，完成電流值的準(zhǔn)確檢測(cè)。微控制器對(duì)檢測(cè)到的電流值進(jìn)行相應(yīng)的編碼處理后通過自身的RF發(fā)射器，向工控機(jī)發(fā)送。工控機(jī)MCU通過RF接收器接收各電流采集單元發(fā)送的已編碼的電流值，進(jìn)行相應(yīng)的解碼處理后，通過液晶顯示屏對(duì)各鋰電池組模塊的充放電電流進(jìn)行詳細(xì)顯示。同時(shí)，將檢測(cè)到各個(gè)鋰電池組模塊的電流值與設(shè)定的電流極限值進(jìn)行比較，如出現(xiàn)過流異常，將驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警，并通過關(guān)閉充放電開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)鋰電池組模塊電池的保護(hù)。
[0013]本實(shí)用新型無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)由于采用了上述方案，使之與現(xiàn)在技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn):通過采用無線通訊方式，一方面實(shí)現(xiàn)了電流檢測(cè)過程中主功率直流母線回路與工控機(jī)控制回路的電氣隔離，減少了主功率直流母線回路對(duì)工控機(jī)控制回路的電磁干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；另一方面擺脫了電流檢測(cè)裝置安裝的線性束縛，使得系統(tǒng)布線更加簡(jiǎn)單方便。采用設(shè)計(jì)的多量程模擬電路，對(duì)電池充放電過程中的電流進(jìn)行不同量程的分段檢測(cè)，提高了電流檢測(cè)精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1_鋰電池組模塊；2-電流采集單元；3_工控機(jī)；4_充放電設(shè)備。
[0016]圖2為電流檢測(cè)單元的多量程模擬電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0018]參考圖1，一種無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)，包括鋰電池組模塊1、電流采集單元2、工控機(jī)3和充放電設(shè)備4。其中，電流采集單元2由霍爾電流傳感器、多量程模擬電路、微處理器和RF發(fā)射器組成。工控機(jī)3由充放電開關(guān)、工控機(jī)MCU、RF接收器、液晶顯示屏和報(bào)警器組成。在本實(shí)用新型中，多個(gè)鋰電池組模塊1相互并聯(lián)，通過直流母線與充放電設(shè)備4相連。霍爾電流傳感器套接在并聯(lián)的鋰電池組模塊1直流母線正極上，通過多量程模擬電路與微處理器相連。各電流采集單元2通過自身RF發(fā)射器與工控機(jī)3的RF接受器完成多對(duì)一無線通訊，工控機(jī)MCU通過相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路與充放電開關(guān)、液晶顯示屏和報(bào)警器相連。所述的多量程模擬電路，是與選用的霍爾電流傳感器的輸出電壓特性相匹配的模擬接口電路，該電路采用分段檢測(cè)方法，由大電流量程模擬電路和小電流量程模擬電路組成。系統(tǒng)可根據(jù)檢測(cè)電流的大小選擇合適的量程電路配合微處理器的AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電流的高精度檢測(cè)。所述的霍爾電流傳感器采用的是單電源霍爾電源傳感器HFK200BS5，該傳感器的零點(diǎn)輸出電壓為2.5V，電流檢測(cè)范圍為0±400A，額定輸入電流為200A，額定輸出電壓為IV，工作電壓為5V。所述的微處理器選用的是ST公司的STM32F103RBT6芯片，工作電壓為2.0?3.6 V，最高時(shí)鐘為72MHz ;自帶2個(gè)12位A/D和通訊接口。所述的RF發(fā)射器和RF接收器均采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的超低功耗無線收發(fā)芯片CC1101。該芯片工作頻段為387.ΟΜΗζ?464.ΟΜΗζ，支持的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為500kbps。所述的工控機(jī)MCU選用的是MSP430F5529芯片。
[0019]工控機(jī)3配合充放電設(shè)備4，通過控制自身的充放電開關(guān)，實(shí)現(xiàn)各鋰電組模塊1的充放電。電流采集單元2作為本系統(tǒng)的核心部分，其通過自身的霍爾電流傳感器套接安裝在各鋰電池組模塊1的直流母線正極上。在鋰電池組充放電過程中，各鋰電池組模塊1的霍爾電流傳感器通過檢測(cè)其直流母線正極上的電流，輸出相應(yīng)的模擬采樣電壓。該模擬采樣電壓經(jīng)多量程模擬電路調(diào)理后，由微處理器內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)模擬采樣電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)化，完成電流值的準(zhǔn)確檢測(cè)。微控制器對(duì)檢測(cè)到的電流值進(jìn)行相應(yīng)的編碼處理后通過自身的RF發(fā)射器，向工控機(jī)3發(fā)送。工控機(jī)MCU通過RF接收器接收各電流采集單元發(fā)送的已編碼的電流值，進(jìn)行相應(yīng)的解碼處理后，通過液晶顯示屏對(duì)各鋰電池組模塊1的充放電電流進(jìn)行詳細(xì)顯示。同時(shí)，將檢測(cè)到各個(gè)鋰電池組模塊1的電流值與設(shè)定的電流極限值進(jìn)行比較，如出現(xiàn)過流異常，將驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警，并通過關(guān)閉充放電開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)鋰電池組模塊1電池的保護(hù)。
[0020]參考圖2，多量程模擬電路選擇高增益、單電源供電的LMV324作為運(yùn)算放大器。電路包括以LMV324-1運(yùn)算放大器為核心的小電流量程模擬電路和以LMV324-2運(yùn)算放大器為核心的大電流量程模擬電路。小電流量程模擬電路可以用來檢測(cè)-40A?+40A的電流，大電流量程模擬電路可以用來檢測(cè)-ΙΟΟΑ'ΙΟΟΑ的電流。電流采集單元2的微控制器通過內(nèi)部的兩個(gè)12位的AD轉(zhuǎn)換器，同時(shí)對(duì)0UT_40A和0UT_100A端輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，分別得到40 A檔和100 A檔電流轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。如果采集的40 A檔的數(shù)據(jù)不超過自身的量程，則100 A檔數(shù)據(jù)采集值無效；如果采集的40 A檔的數(shù)據(jù)超過量程，則該檔的數(shù)據(jù)無效，100A檔采集的數(shù)據(jù)值有效；兩個(gè)量程檔的自動(dòng)切換過程是由微控制器程序?qū)崿F(xiàn)的。
[0021]上述方式中未涉及的部分采取或借鑒現(xiàn)有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
[0022]對(duì)所公開的實(shí)用新型的上述說明:在本說明書的教導(dǎo)下，本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員做出的任何等同替代方式，或者明顯變型方式，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括鋰電池組模塊、電流采集單元、工控機(jī)和充放電設(shè)備；其中，電流采集單元由霍爾電流傳感器、多量程模擬電路、微處理器和RF發(fā)射器組成；工控機(jī)由充放電開關(guān)、工控機(jī)MCU、RF接收器、液晶顯示屏和報(bào)警器組成；多個(gè)鋰電池組模塊相互并聯(lián)，通過直流母線與充放電設(shè)備相連；霍爾電流傳感器套接在各鋰電池組模塊直流母線正極上通過多量程模擬電路與微處理器相連；各電流采集單元通過自身RF發(fā)射器與工控機(jī)的RF接受器完成多對(duì)一無線數(shù)據(jù)通訊，工控機(jī)MCU通過相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路與充放電開關(guān)、液晶顯示屏和報(bào)警器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通訊的并聯(lián)多模塊鋰電池組充放電電流檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的多量程模擬電路采用分段檢測(cè)方法，由大電流量程模擬電路和小電流量程模擬電路組成。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK204228927SQ201420669147
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】于鵬杰, 紀(jì)秉鑫 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)