專(zhuān)利名稱(chēng)：集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其是一種集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的電池控制系統(tǒng)存在以下幾種缺陷
第一，僅僅能控制數(shù)量有限的電池組，無(wú)法控制幾百節(jié)電池組成的電力公交車(chē)、電力飛機(jī)等的電池組； 第二，只能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，停留在控制電池的層面，無(wú)法將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或傳送到其他設(shè)備上，沒(méi)有有線儀表、無(wú)線數(shù)傳等功能，不便于維護(hù)和管理；
第三，只能保存歷史充放電記錄，卻無(wú)法實(shí)時(shí)反饋電池狀態(tài)，這就有可能造成汽車(chē)行駛途中電力被突然切斷，存在安全隱患；
第四，由于鋰電池串行放電過(guò)程中會(huì)因鋰電池的不一致性，而易損壞電池組中部分電芯，導(dǎo)致鋰電池組很快就會(huì)損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種集成在電池組內(nèi)部、兼容性強(qiáng)、便于維護(hù)和管理、能夠延長(zhǎng)電池使用壽命的集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，包括微控制器MCU，其信號(hào)輸出端通過(guò)切換效應(yīng)器與鋰電池電芯陣列相連，鋰電池電芯陣列通過(guò)電壓檢測(cè)電路與微控制器MCU的信號(hào)輸入端相連，切換效應(yīng)器通過(guò)主變壓器陣列分別接充電電路、輸出電路，微控制器MCU的通信端口接監(jiān)視器。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明中的充電電路接入電源時(shí)即開(kāi)始充電，電壓檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)鋰電池電芯陣列中各個(gè)電池單體的電壓，若某個(gè)電池單體電壓發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)斷開(kāi)這個(gè)電池單體和電池組的連接，以延長(zhǎng)電池組的使用壽命。此外，設(shè)置監(jiān)視器對(duì)電池組的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋，便于維護(hù)和管理。總之，本發(fā)明具有平衡充電、串聯(lián)均衡放電、故障實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋的功能，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。


圖I是本發(fā)明的電路框圖2是切換效應(yīng)器、鋰電池電芯陣列、電壓檢測(cè)電路以及微控制器MCU的連接電路原理圖。
具體實(shí)施例方式一種集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，包括微控制器MCU I，其信號(hào)輸出端通過(guò)切換效應(yīng)器3與鋰電池電芯陣列2相連，鋰電池電芯陣列2通過(guò)電壓檢測(cè)電路5與微控制器MCUI的信號(hào)輸入端相連，切換效應(yīng)器3通過(guò)主變壓器陣列分別接充電電路、輸出電路，所述的充電電路接低壓高電流電源，微控制器MCU I的通信端口接監(jiān)視器4，所述的監(jiān)視器4采用LCD顯示器和/或報(bào)警器，如圖I所示。若充電電路接入低壓電源，則主變壓器陣列仍輸出低壓，反之，若充電電路接入高壓電源，則主變壓器陣列變壓，輸出低壓。如圖I所示，所述微控制器MCU I的信號(hào)輸出端與切換效應(yīng)器3的輸入端相連，切換效應(yīng)器3的輸入輸出端與鋰電池電芯陣列2相連；所述電壓檢測(cè)電路5由固態(tài)檢測(cè)繼電器陣列和電壓傳感器組成，鋰電池電芯陣列2與固態(tài)檢測(cè)繼電器陣列的輸入端相連，固態(tài)檢測(cè)繼電器陣列的輸出端與電壓傳感器的輸入端相連，電壓傳感器的輸出端與微控制器MCU I的信號(hào)輸入端相連；所述切換效應(yīng)器3的輸入輸出端與主變壓器陣列的輸入輸出端相連，主變壓器陣列的輸出端與輸出電路相連，主變壓器陣列的輸入端與充電電路相連。固態(tài)檢測(cè)繼電器陣列的作用是輪詢(xún)準(zhǔn)確的測(cè)量鋰電池電芯陣列2中各個(gè)電池單體的電壓，并非傳統(tǒng)電池的SOC電量估算。
如圖I所示，所述微控制器MCU I的信號(hào)輸入端與封裝在鋰電池電芯陣列2內(nèi)的溫度傳感器、電流傳感器和濕度傳感器相連，微控制器MCU I的I2C接口與從鋰電池電芯陣列相連。溫度傳感器檢測(cè)到的溫度若高于40° C，或者低于5° C時(shí)，通過(guò)監(jiān)視器4提示用戶(hù)不適合充電；或者，在電池單體溫度過(guò)高時(shí)，直接切斷該電池單體。電流傳感器檢測(cè)總線上的電流，即輸出端口的電流，若超過(guò)用戶(hù)設(shè)定值，則通過(guò)報(bào)警器報(bào)警。濕度傳感器檢測(cè)到的濕度直接在IXD顯示器上顯示。如圖I所示，所述的切換效應(yīng)器3采用繼電器組，繼電器組內(nèi)的各個(gè)繼電器與鋰電池電芯陣列2中的各個(gè)電池單體對(duì)應(yīng)連接，切換效應(yīng)器3用于控制鋰電池電芯陣列2中電池單體的連接方式。溫度傳感器、電流傳感器和濕度傳感器所采集到的信息可以實(shí)時(shí)發(fā)送出去，并且環(huán)境溫度和濕度高于或低于用戶(hù)設(shè)定閾值的時(shí)候會(huì)給用戶(hù)明顯的提示，顯示在IXD顯示器上，或通過(guò)報(bào)警器報(bào)警。本系統(tǒng)是封裝在電池組內(nèi)部的智能化管理系統(tǒng)，本身是和電池組高度集成化的，通過(guò)對(duì)電池組內(nèi)部各個(gè)電芯的信息采集并加以分析，通過(guò)切換效應(yīng)器2來(lái)完成控制工作，達(dá)到自主控制的目的。在放電過(guò)程中，電壓檢測(cè)電路5將對(duì)每塊電池單體進(jìn)行檢測(cè)，若某塊電池單體發(fā)生異?；蛘唠妷狠^高時(shí)，微控制器MCU I將會(huì)通過(guò)切換效應(yīng)器2斷開(kāi)這塊電池單體和電池組的連接，直至電池組總電壓下降到低壓限制閾值的x% (x為用戶(hù)自定義)，此后若電壓下降到限制閾值會(huì)提示用戶(hù)是否繼續(xù)使用，繼續(xù)使用可能會(huì)造成不可預(yù)料的后果。當(dāng)用戶(hù)接入充電電源時(shí)，即充電電路接入低壓高電流電源時(shí)，會(huì)切換到充電狀態(tài)。在充電過(guò)程中，系統(tǒng)將所有電池單體切換至并聯(lián)工作狀態(tài)，在充電期間，系統(tǒng)會(huì)在逐一斷開(kāi)飽和的電池，直至所有電池單體充電完成，才恢復(fù)串聯(lián)輸出狀態(tài)。系統(tǒng)在工作過(guò)程中，通過(guò)信息端口將系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)送出去，可以接入無(wú)線數(shù)傳協(xié)議，將信息傳遞給監(jiān)視器4或者移動(dòng)設(shè)備，并且移動(dòng)設(shè)備以通過(guò)相應(yīng)軟件來(lái)完成系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定。微控制器MCU I由ATMEGA2560-16U (核心處理器為AVR)主控芯片以及最小系統(tǒng)所需的外圍電路，本MCU的程序已經(jīng)提前燒錄完成，設(shè)備參數(shù)以及運(yùn)行策略存儲(chǔ)在主控芯片的寄存器里，可以由用戶(hù)更改，它的額定電壓為5V，內(nèi)置穩(wěn)壓器，可直接由電池組供電，功率極小，單塊MCU至少可以管理69塊電池單體，可通過(guò)74HC595芯片進(jìn)行擴(kuò)展，亦可通過(guò)I2C接口和從系統(tǒng)對(duì)接，使得可控電池單體數(shù)目沒(méi)有上限。并且，它可以接入16組模擬傳感器，以及256個(gè)數(shù)字傳感器，可以根據(jù)具體應(yīng)用方案進(jìn)行更改。M2#為圖2所示的微控制器MCU I的最小系統(tǒng)板，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的中央控制，M4#為微控制器MCU I的電壓傳感接口，M3#為微控制器MCU I的I2C接口。SI為固態(tài)繼電器控制排線，S2為靜態(tài)雙觸電繼電器控制排線，S1、S2分別接入微控制器MCU I的I/O接口。和S2接口連接的全部雙觸點(diǎn)繼電器屬于切換效應(yīng)器3 ;和SI接口連接的SSR屬于檢測(cè)設(shè)備，每節(jié)電池單體和兩個(gè)SSR相連，所有SSR和與其對(duì)應(yīng)電池單體以及控制接口的連線總稱(chēng)為電壓檢測(cè)電路5, Solid state relays縮寫(xiě)簡(jiǎn)稱(chēng)SSR,即為固態(tài)繼電器；S2相當(dāng)于圖I中，微控制器MCU I與切換效應(yīng)器3之間的連線，僅起到連接的作用。當(dāng)系統(tǒng)處于充電過(guò)程中，微控制器MCU I 給S2全部輸出高電平，使得每一節(jié)電池單體和總路斷開(kāi)，這時(shí)，充電的低壓大電流接入到每一節(jié)電池單體的兩端進(jìn)行充電，與此同時(shí)微控制器MCU I通過(guò)給SI相應(yīng)端口輸出低電壓控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通，每?jī)蓚€(gè)依次掃描，例如1號(hào)、2號(hào)導(dǎo)通，其他斷開(kāi)，測(cè)量完畢后，全部斷開(kāi)，3號(hào)、4號(hào)導(dǎo)通，測(cè)量完畢后，全部斷開(kāi)，繼續(xù)新一輪掃描，以此類(lèi)推。從而實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量每一節(jié)電池單體的電壓。當(dāng)某一節(jié)電池充電完成后，給相應(yīng)的S2接線輸入單獨(dú)的低電平，使得此電池跳開(kāi)，并接入串行總線，當(dāng)全部單體充電完成后，即完成充電操作，監(jiān)視器顯示充電完成的提示。這時(shí)，電池組內(nèi)的每一節(jié)電池單體都已經(jīng)充至飽和，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)電池組內(nèi)某些電池被過(guò)充或者充不滿的情況。當(dāng)系統(tǒng)處于放電過(guò)程中，微控制器MCU I給S2全部輸出低電平，使得每一節(jié)電池單體串行接入總路，與此同時(shí)微控制器MCU I通過(guò)給SI相應(yīng)端口輸出低電壓控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通，每?jī)蓚€(gè)依次掃描，例如1號(hào)、2號(hào)導(dǎo)通，其他斷開(kāi)，測(cè)量完畢后，全部斷開(kāi)，3號(hào)、4號(hào)導(dǎo)通，測(cè)量完畢后，全部斷開(kāi)，繼續(xù)新一輪掃描，以此類(lèi)推。當(dāng)某一節(jié)電池出現(xiàn)故障或電壓低于閾值的時(shí)候，微控制器MCU I控制S2的相應(yīng)端口輸出高電平，通過(guò)圖2可以看到，當(dāng)某一節(jié)電池被跳開(kāi)的時(shí)候，是不會(huì)影響總路的正常串行輸出的，只是電壓有所下降，對(duì)于小型電池組對(duì)電壓要求苛刻的可以通過(guò)升壓或者切換備用電池的方式來(lái)解決，對(duì)于大型電池組對(duì)電壓降要求不高的，可以忽略其帶來(lái)的影響。從而使得低壓電池不再過(guò)放，達(dá)到延長(zhǎng)電池壽命的目的。綜上所述，本發(fā)明中的充電電路接入電源時(shí)即開(kāi)始充電，電壓檢測(cè)電路5實(shí)時(shí)檢測(cè)鋰電池電芯陣列2中各個(gè)電池單體的電壓，若某個(gè)電池單體發(fā)生異?；蛘唠妷寒惓r(shí)，系統(tǒng)將會(huì)斷開(kāi)這個(gè)電池單體和電池組的連接，以延長(zhǎng)電池組的使用壽命。此外，設(shè)置監(jiān)視器4對(duì)電池組的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋，便于維護(hù)和管理?？傊?，本發(fā)明具有聯(lián)合平衡充電、串聯(lián)均衡放電、故障實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋的功能，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，其特征在于包括微控制器MCU (1)，其信號(hào)輸出端通過(guò)切換效應(yīng)器(3)與鋰電池電芯陣列(2)相連，鋰電池電芯陣列(2)通過(guò)電壓檢測(cè)電路(5)與微控制器MCU (I)的信號(hào)輸入端相連，切換效應(yīng)器(3)通過(guò)主變壓器陣列分別接充電電路、輸出電路，微控制器MCU (I)的通信端口接監(jiān)視器(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，其特征在于所述微控制器MCU(I)的信號(hào)輸出端與切換效應(yīng)器(3)的輸入端相連,切換效應(yīng)器(3)的輸入輸出端與鋰電池電芯陣列(2)相連；所述電壓檢測(cè)電路(5)由固態(tài)檢測(cè)繼電器陣列和電壓傳感器組成，鋰電池電芯陣列(2)與固態(tài)檢測(cè)繼電器陣列的輸入端相連，固態(tài)檢測(cè)繼電器陣列的輸出端與電壓傳感器的輸入端相連，電壓傳感器的輸出端與微控制器MCU (I)的信號(hào)輸入端相連；所述切換效應(yīng)器(3)的輸入輸出端與主變壓器陣列的輸入輸出端相連，主變壓器陣列的輸出端與輸出電路相連，主變壓器陣列的輸入端與充電電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，其特征在于所述的充電電路接低壓高電流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，其特征在于所述的監(jiān)視器(4)采用LCD顯示器和/或報(bào)警器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，其特征在于所述微控制器MCU(I)的信號(hào)輸入端與封裝在鋰電池電芯陣列(2 )內(nèi)的溫度傳感器、電流傳感器和濕度傳感器相連，微控制器MCU (I)的I2C接口與從鋰電池電芯陣列相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，其特征在于所述的切換效應(yīng)器(3)采用繼電器組，繼電器組內(nèi)的各個(gè)繼電器與鋰電池電芯陣列(2)中的各個(gè)電池單體對(duì)應(yīng)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成動(dòng)力電池自主控制系統(tǒng)，包括微控制器MCU，其信號(hào)輸出端通過(guò)切換效應(yīng)器與鋰電池電芯陣列相連，鋰電池電芯陣列通過(guò)電壓檢測(cè)電路與微控制器MCU的信號(hào)輸入端相連，切換效應(yīng)器通過(guò)主變壓器陣列分別接充電電路、輸出電路，微控制器MCU的通信端口接監(jiān)視器。本發(fā)明中的充電電路接入電源時(shí)即開(kāi)始充電，電壓檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)鋰電池電芯陣列中各個(gè)電池單體的電壓，若某個(gè)電池單體電壓發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)斷開(kāi)這個(gè)電池單體和電池組的連接，以延長(zhǎng)電池組的使用壽命。此外，設(shè)置監(jiān)視器對(duì)電池組的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋，便于維護(hù)和管理。
文檔編號(hào)H01M10/42GK102709979SQ20121018623
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者朱澤州, 杜尚明 申請(qǐng)人:朱澤州, 杜尚明