專利名稱：一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術：
目前，動力型鋰電池組(工作電流均在安培級甚至于百安培級的工作狀態(tài)下的鋰 電池組)電源管理系統(tǒng)通常采用兩種控制模式1、系統(tǒng)采用單片機控制模式，其工作原理 為通過采樣電路采集鋰電池組的電壓、電流和溫度等一系列信號，將采集到的信號送至單 片機進行判斷后，控制鋰電池組進行充電和放電，對鋰電池組進行保護。這種電源管理系統(tǒng) 功能強大，但是抗干擾能力弱，導致工作系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定，鋰電池組通常都工作在高溫環(huán) 境中，單片機在惡劣的工作情況下容易出現數據錯誤和數據傳輸錯誤，當管理系統(tǒng)出現數 據錯誤或者傳輸錯誤時，不能對鋰電池組進行充電和放電保護，容易造成鋰電池組損壞。目 前盡管采取了各種措施以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是沒有從根本上解決這種系統(tǒng)抗干擾能力 弱的問題；2、系統(tǒng)采用硬件控制模式，該模式完全利用基本電路對系統(tǒng)進行監(jiān)控、保護。這 種管理系統(tǒng)雖然穩(wěn)定性好，但是控制功能局限性大，尤其不能數字化管理，同時各單體電池 不能夠顯示電量，無法進行SOC估算，也不能進行遠程通訊?？陀^上，采用這種控制模式的 系統(tǒng)具有不可逾越的局限性。

發(fā)明內容
本發(fā)明需要解決的技術問題是，提供一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)及其控制 方法，以達到有效地實現軟、硬件控制的結合，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更好的保護鋰電池組的 目的。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是一種動力型鋰電池組電源管理系 統(tǒng)的控制方法，所述的控制方法包括以下步驟a)所述的采樣模塊采集鋰電池兩端充、放電電壓值和采樣電阻采樣端電壓，將過 充、過放、短路、過流等信號送至電平處理電路和通過I2C總線將信號送至磁隔離模塊；b)所述的單片機通過I2C總線接收磁隔離模塊處理過的采樣模塊的數字信號，進 行判斷，并輸出信號至控制模塊；c)所述的電平處理電路接收采樣模塊發(fā)出的過充、過放、短路、過流等信號，并輸 出信號至控制模塊；d)所述的控制模塊同時接收單片機輸出的控制信號和電平處理電路輸出的控制 信號進行邏輯判斷，輸出信號至開關電路；e)所述的開關電路接收控制模塊輸出的邏輯信號，接通或斷開充、放電回路。一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，包括由至少兩個鋰電池串接組成的鋰電池 組，采樣模塊，磁隔離模塊，電平處理電路，單片機，控制模塊，開關電路，其特征在于所述 的采樣模塊的輸入端與鋰電池的兩端連接，所述的控制模塊具有兩個控制信號輸入端，所 述的采樣模塊的輸出端分別與電平處理電路通過I2C總線與磁隔離模塊連接，磁隔離模塊通過I2C總線與單片機的輸入端相連接，所述的電平處理電路的輸出端與控制模塊的一個 控制信號輸入端連接，所述的單片機的輸出端與控制模塊的另一個控制信號輸入端連接， 控制模塊的輸出端與開關電路的輸入端相連接，所述的開關電路的輸出一端通過采樣電阻 Rl與電池組相連接，另一端與負載相連接；所述的電平處理電路由充電電平處理電路和放電電平處理電路組成，所述的控制 模塊由都具有兩個控制信號輸入端的充電控制模塊和放電控制模塊組成，充電電平處理電 路和單片機的輸出端分別與充電控制模塊的控制信號輸入端連接，所述的放電電平處理電 路和單片機的輸出端分別與放電控制模塊的控制信號輸入端連接。所述的開關電路由串聯的放電場管DEFT和充電場管CEFT組成，放電場管DEFT的 柵極與放電控制模塊的輸出端連接，源極與采樣電阻連接，充電場管CEFT的柵極與充電控 制模塊的輸出端連接，源極與負載連接。所述的采樣模塊的芯片型號為0Z8920。所述的放電電平處理電路包括三極管Q1，光電耦合器，所述的光電耦合器由發(fā)光 器和受光器組成，所述的發(fā)光器為發(fā)光二極管，所述的受光器為光敏二極管，所述的采樣模 塊1的輸出端與三極管Ql的基極連接，所述的三極管Ql的集電極與發(fā)光二極管的陽極連 接，所述的發(fā)光二極管的陰極接地，所述的光敏二極管的集電極與二極管Dll的陽極連接， 二極管的陽極通過電阻與工作電源連接，光敏二極管的發(fā)射極接地，所述的二極管Dll的 陰極與放電控制模塊的輸入口連接，所述的放電電平處理電路根據采樣模塊發(fā)送的命令對 放電控制模塊進行控制。所述的充電電平處理電路包括三極管Q2，光電耦合器，所述的光電耦合器由發(fā)光 器和受光器組成，所述的發(fā)光器為發(fā)光二極管，所述的受光器為光敏二極管，所述的采樣模 塊的輸出端與三極管Qll的基極連接，所述的三極管Q2的集電極與發(fā)光二極管的陰極連 接，所述的發(fā)光二極管的陽極接電源，三極管Q2的發(fā)射極接地，所述的光敏二極管的集電 極與二極管D12的陽極連接，二極管D12的陽極通過電阻與工作漣源連接，光敏二極管的發(fā) 射極接地，所述的二極管D12的陰極與充電控制模塊6的輸入口連接。所述的放電電平處 理電路3根據采樣模塊1發(fā)送的命令對充電控制模塊6進行控制。所述的控制模塊由兩個三極管組成，所述的兩個三極管的基極分別為控制模塊的 兩個輸入端，兩個三極管的發(fā)射極連接后接地，兩個三極管的集電極連接后與工作電源連 接和為控制模塊的輸出端。本發(fā)明與現有技術相比，采用了硬件電路和軟件對鋰電池組的充電和放電進行雙 重控制，對鋰電池組的充電和放電進行智能控制，保證了鋰電池組能夠在惡劣的環(huán)境下工 作，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保護了鋰電池組，提高鋰電池組的壽命。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明；圖1為本發(fā)明電路框圖；圖2為圖1中控制模塊電路圖；在圖1中，1、采樣模塊，2、放電電平處理電路，3、充電電平處理電路，4、單片機，5、 放電控制模塊，6、充電控制模塊，7、磁隔離模塊。
具體實施例方式如圖1-2所示、一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)的控制方法，所述的控制方法 包括以下步驟a)采樣模塊采集鋰電池兩端充、放電電壓值和采樣電阻采樣端電壓，將過充、過 放、短路、過流等信號送至電平處理電路和通過I2C總線將信號送至磁隔離模塊；b)單片機通過I2C總線接收磁隔離模塊處理過的采樣模塊的數字信號，進行判 斷，并輸出信號至控制模塊；c)電平處理電路接收采樣模塊發(fā)出的過充、過放、短路、過流等信號，并輸出信號 至控制模塊；d)控制模塊同時接收單片機輸出的控制信號和電平處理電路輸出的控制信號進 行邏輯判斷，輸出信號至開關電路；e)開關電路接收控制模塊輸出的邏輯信號，接通或斷開充、放電回路。一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，包括由至少兩節(jié)鋰電池串接組成的鋰電池 組，采樣模塊，磁隔離模塊，電平處理電路，控制模塊，開關電路，所述的采樣模塊的輸入端 與鋰電池的兩端連接，所述的控制模塊具有兩個控制信號輸入端，所述的采樣模塊的輸出 端分別與電平處理電路的輸入端和通過磁隔離模塊與單片機的輸入端相連接，所述的電平 處理電路的輸出端與控制模塊的一個控制信號輸入端連接，所述的單片機的輸出端與控制 模塊的另一個控制信號輸入端連接，控制模塊的輸出端與開關電路的輸入端相連接，所述 的開關電路的輸出一端通過采樣電阻與電池組相連接，另一端與負載相連接；所述的電平處理電路由充電電平處理電路和放電電平處理電路組成，所述的控制 模塊由充電控制模塊和放電控制模塊組成，所述的控制模塊由充電控制模塊和放電控制模 塊組成都具有兩個控制信號輸入端，充電電平處理電路和單片機的輸出端分別與充電控制 模塊的控制信號輸入端連接，所述的放電電平處理電路和單片機的輸出端分別與放電控制 模塊的控制信號輸入端連接。所述的開關電路由串聯的放電場管DEFT和充電場管CEFT組成，放電場管DEFT的 柵極與放電控制模塊的輸出端連接，源極與采樣電阻連接，充電場管CEFT的柵極與充電控 制模塊的輸出端連接，源極與負載連接。所述的采樣模塊1的芯片型號為0Z8920。所述的放電電平處理電路3包括三極管Q1，光電耦合器，所述的光電耦合器由發(fā) 光器和受光器組成，所述的發(fā)光器為發(fā)光二極管，所述的受光器為光敏二極管，所述的采樣 模塊1的輸出端與三極管Ql的基極連接，所述的三極管Ql的集電極與發(fā)光二極管的陽極 連接，所述的發(fā)光二極管的陰極接地，所述的光敏二極管的集電極與二極管Dll的陽極連 接，二極管的陽極通過電阻與工作電源連接，光敏二極管的發(fā)射極接地，所述的二極管Dll 的陰極與放電控制模塊5的輸入口連接，所述的放電電平處理電路2根據采樣模塊發(fā)送的 命令對放電控制模塊5進行控制。所述的充電電平處理電路包括三極管Q2，光電耦合器，所述的光電耦合器由發(fā)光 器和受光器組成，所述的發(fā)光器為發(fā)光二極管，所述的受光器為光敏二極管，所述的采樣模 塊的輸出端與三極管Q2的基極連接，所述的三極管Q2的集電極與發(fā)光二極管的陰極連接，所述的發(fā)光二極管的陽極接電源，三極管Q2的發(fā)射極接地，所述的光敏二極管的集電極與 二極管D12的陽極連接，二極管D12的陽極通過電阻與工作漣源連接，光敏二極管的發(fā)射極 接地，所述的二極管D12的陰極與充電控制模塊6的輸入口連接。所述的放電電平處理電 路3根據采樣模塊1發(fā)送的命令對充電控制模塊6進行控制。所述的控制模塊由兩個三極管Q3和Q4組成，所述的兩個三極管的基極分別為控 制模塊的兩個控制信號輸入端，兩個三極管的發(fā)射極接地，兩個三極管的集電極連接后與 工作電源連接和為控制模塊的輸出端。一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，所述的電池組由八組電池組串聯組成，每組 電池組由八節(jié)鋰電池串聯組成，每一路采樣模塊分別采集每組電池組的電壓信號。在鋰電 池組正常狀態(tài)時，采樣模塊1輸入到放電電平處理電路的為高電平，三極管Ql導通，光電耦 合器導通，二極管輸出低電平，放電控制模塊5輸入端D0/S接收到低電平，放電控制模塊5 控制放電場管DFET截止。采樣模塊1輸入到充電電平處理電路2的為低電平，三極管Q2 導通，光電耦合器導通，二極管輸出低電平，充電控制模塊6輸入端C0/S接收到低電平，充 電控制模塊6控制充電場管CFET截止。當采樣模塊1檢測到鋰電池組出現過流、過壓、短路、過溫狀態(tài)時，采樣模塊1輸出 低電平，任何一路采樣模塊1輸出到放電電平處理電路3為低電平時，光電耦合器截止，二 極管輸出高電平，放電控制模塊5輸入口 D0/S接收到高電平信號。當采樣模塊1檢測到鋰電池出現過壓或過溫狀態(tài)時，任何一路采樣模塊輸出到充 電電平處理電路2處于高阻狀態(tài)，光電耦合器截止，二極管輸出高電平，充電控制模塊6輸 入口 C0/S接收高電平，。采樣模塊1同時將采樣信號通過AD轉換器7輸送到單片機4，在鋰電池組正常狀 態(tài)時，單片機4根據邏輯判斷輸送到充電控制模塊6和放電控制模塊5均為低電平，當鋰電 池組出現過流、過壓、短路、過溫狀態(tài)時，單片機4輸送到放電控制模塊5為高電平，當出現 過流、過壓狀態(tài)時，單片機輸送到充電控制模塊6為高電平。放電控制模塊5的兩個輸入口中任何一個輸入口收到高電平信號或者兩個輸入 口都接收到高電平信號，放電控制模塊輸出高電平，放電產管導通，充電控制模塊5的兩個 輸入口中任何一個輸入口收到高電平信號或者兩個輸入口都接收到高電平信號，充電控制 模塊輸出高電平，充電產管導通。本發(fā)明采用上述結構，采用雙重控制，單片機4接收采集模塊信號，經過邏輯判斷 對充電場管和放電場管進行控制，同時采樣模塊通過驅動控制模塊對充電場管和放電場管 進行控制，再經過合成電路對兩路信號合成后，即便其中一路控制出現問題時，另一路控制 仍然可以保證對充電場管和放電場管進行控制，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
權利要求
一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述的控制方法包括以下步驟a)所述的采樣模塊采集鋰電池兩端充、放電電壓值和采樣電阻采樣端電壓，將過充、過放、短路、過流信號送至電平處理電路和通過I2C總線將信號送至磁隔離模塊；b)所述的單片機通過I2C總線接收磁隔離模塊處理過的采樣模塊的數字信號，進行判斷，并輸出信號至控制模塊；c)所述的電平處理電路接收采樣模塊發(fā)出的過充、過放、短路、過流信號，并輸出信號至控制模塊；d)所述的控制模塊同時接收單片機輸出的控制信號和電平處理電路輸出的控制信號進行邏輯判斷，輸出信號至開關電路；e)所述的開關電路接收控制模塊輸出的邏輯信號，接通或斷開充、放電回路。
2.一種實現權利要求1所述控制方法的動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，包括由至少兩 個鋰電池串接組成的鋰電池組，采樣模塊(1)，磁隔離模塊，電平處理電路，單片機(4)，控 制模塊，開關電路，其特征在于所述的采樣模塊(1)的輸入端與鋰電池的兩端連接，所述 的控制模塊具有兩個控制信號輸入端，所述的采樣模塊的輸出端分別與電平處理電路通過 I2C總線與磁隔離模塊連接，磁隔離模塊通過I2C總線與單片機(4)的輸入端相連接，所 述的電平處理電路的輸出端與控制模塊的一個控制信號輸入端連接，所述的單片機(4)的 輸出端與控制模塊的另一個控制信號輸入端連接，控制模塊的輸出端與開關電路的輸入端 相連接，所述的開關電路的輸出一端通過采樣電阻Rl與電池組相連接，另一端與負載相連 接。
3.根據權利要求2所述的一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電 平處理電路由充電電平處理電路(2)和放電電平處理電路(3)組成，所述的控制模塊(1) 由都具有兩個控制信號輸入端的充電控制模塊(6)和放電控制模塊(5)組成，充電電平處 理電路(2)和單片機(1)的輸出端分別與充電控制模塊(6)的控制信號輸入端連接，所述 的放電電平處理電路(3)和單片機的輸出端分別與放電控制模塊(5)的控制信號輸入端連 接。
4.根據權利要求2所述的一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，其特征在于所述的開 關電路由串聯的放電場管DEFT和充電場管CEFT組成，放電場管DEFT的柵極與放電控制模 塊的輸出端連接，源極與采樣電阻連接，充電場管CEFT的柵極與充電控制模塊的輸出端連 接，源極與負載連接。
5.根據權利要求2所述的一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，其特征在于所述的采 樣模塊(1)的芯片型號為0Z8920。
6.根據權利要求2或3所述的一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，其特征在于所述 的放電電平處理電路(3)包括三極管Q1，光電耦合器，所述的光電耦合器由發(fā)光器和受光 器組成，所述的發(fā)光器為發(fā)光二極管，所述的受光器為光敏二極管，所述的采樣模塊1的輸 出端與三極管Ql的基極連接，所述的三極管Ql的集電極與發(fā)光二極管的陽極連接，所述的 發(fā)光二極管的陰極接地，所述的光敏二極管的集電極與二極管Dll的陽極連接，二極管的 陽極通過電阻與工作電源連接，光敏二極管的發(fā)射極接地，所述的二極管Dll的陰極與放 電控制模塊(5)的輸入口連接，所述的放電電平處理電路(2)根據采樣模塊發(fā)送的命令對放電控制模塊(5)進行控制。
7.根據權利要求2或3所述的一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，其特征在于所述 的充電電平處理電路(2)包括三極管Q2，光電耦合器，所述的光電耦合器由發(fā)光器和受光 器組成，所述的發(fā)光器為發(fā)光二極管，所述的受光器為光敏二極管，所述的采樣模塊的輸出 端與三極管Q2的基極連接，所述的三極管Q2的集電極與發(fā)光二極管的陰極連接，所述的 發(fā)光二極管的陽極接電源，三極管Q2的發(fā)射極接地，所述的光敏二極管的集電極與二極管 D12的陽極連接，二極管D12的陽極通過電阻與工作漣源連接，光敏二極管的發(fā)射極接地， 所述的二極管D12的陰極與充電控制模塊6的輸入口連接。所述的放電電平處理電路3根 據采樣模塊1發(fā)送的命令對充電控制模塊6進行控制。
8.根據權利要求2所述的一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)，其特征在于所述的控 制模塊由兩個三極管組成，所述的兩個三極管的基極分別為控制模塊的兩個輸入端，兩個 三極管的發(fā)射極連接后接地，兩個三極管的集電極連接后與工作電源連接和為控制模塊的 輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動力型鋰電池組電源管理系統(tǒng)極其控制方法，采樣模塊的輸入端與鋰電池的兩端連接，所述的控制模塊具有兩個控制信號輸入端，所述的采樣模塊的輸出端分別與電平處理電路的輸入端和通過磁隔離模塊與單片機的輸入端相連接，所述的電平處理電路的輸出端與控制模塊的一個控制信號輸入端連接，所述的單片機的輸出端與控制模塊的另一個控制信號輸入端連接，單片機接收采集模塊信號，經過邏輯判斷對充電場管和放電場管進行控制，同時采樣模塊通過驅動控制模塊對充電場管和放電場管進行控制，其中一路控制出現問題時，另一路控制可以保證對充電場管和放電場管進行控制，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了控制精度。
文檔編號H02J7/00GK101888104SQ20101019589
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權日2010年6月2日
發(fā)明者徐嘉, 洪平, 闞宏林 申請人:蕪湖天元汽車電子有限公司