專利名稱：一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電動汽車應用技術領域，特別涉及到一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置。
背景技術：
電動汽車目前常用的動力來自于鉛酸電池、鋰電池、鎳氫電池等。納米鉛酸電池具有高電池單體電壓、高比能量和高能量密度，是當前比能量最高的電池，但由于納米鉛酸電池的能量密度比較高，當發(fā)生誤用或濫用時，容易引起安全事故。

實用新型內容由鑒于此，本實用新型的目的是提供一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置，利用微控制器來實現(xiàn)對高性能納米鉛酸蓄電池的智能化控制，提高了納米鉛酸蓄電池的使用壽命，降低了維護成本。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置，包括納米鉛酸蓄電池及與納米鉛酸蓄電池相連接的電源電路、充電電路和放電電路，其中，還包括微處理器、存儲單元、顯示及報警單元、輸入輸出控制電路、溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路；所述微處理器分別與存儲單元、顯示及報警單元、輸入輸出控制電路、充電電路、溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路連接；所述溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路分別與納米鉛酸蓄電池連接，輸入輸出控制電路與放電電路連接。進一步，所述溫度檢測電路采用DS18B20溫度傳感器，所述溫度傳感器粘附在納米鉛酸蓄電池表面上，所述溫度傳感器一管腳接地，一管腳接5V電壓，一管腳分別連接微處理器和電阻，電阻另一端接5V電壓。進一步，所述電源電路采用DC - DC隔離模塊。進一步，所述顯示及報警單元采用74HC595芯片，采用3位8段數(shù)碼管動態(tài)顯示方式。本實用新型的有益效果為本實用新型利用微控制器來實現(xiàn)對高性能納米鉛酸蓄電池的智能化控制，包括電池的充放電監(jiān)測控制、電池容量檢測及顯示與報警等，能夠自動切斷充放電回路，其電量均衡的功能，能夠保證單節(jié)電池的壓差維持在一個很小的范圍內，還具有過溫、過流、剩余電量估測等功能。有效地實現(xiàn)了對納米鉛酸蓄電池系統(tǒng)的智能化控制，提高了高性能納米鉛酸蓄電池的使用壽命，降低了維護成本。本實用新型的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書或者附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。
圖1為本實用新型的系統(tǒng)結構框圖；圖2為本實用新型電源電路的電路原理圖；圖3為本實用新型電流電壓采集電路原理圖；圖4為本實用新型溫度檢測電路原理圖；圖5為本實用新型充放電主回路電路原理圖；圖6為本實用新型蓄電池脈沖充電時序示意圖；圖7本實用新型的控制流程示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例，并結合附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。如圖1所示，本實用新型包括納米鉛酸蓄電池及與納米鉛酸蓄電池相連接的電源電路、充電電路和放電電路，微處理器、存儲單元、顯示及報警單元、輸入輸出控制電路、溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路；微處理器分別與存儲單元、顯示及報警單元、輸入輸出控制電路、充電電路 、溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路連接；溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路分別與納米鉛酸蓄電池連接，輸入輸出控制電路與放電電路連接。微處理器采用F2MC — 8FX系列單片機MB95F136，MB95F136在系統(tǒng)中不僅要實時監(jiān)測納米鉛酸電池的電流、電壓、溫度等參數(shù)以及系統(tǒng)運行狀態(tài)，還必須根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)進行處理，并對充電控制模塊輸出控制信號以實現(xiàn)對納米鉛酸電池系統(tǒng)的智能控制。同時，還負責實現(xiàn)按鍵控制和系統(tǒng)狀態(tài)輸出顯示。Fujitsu公司的MB95F136采用的是O. 35 μ m低漏電工藝技術，掩膜產品可以在1. 8 V和1μ A的低耗電工作模式(時鐘模式)下運行，流水線總線架構可提供雙倍執(zhí)行速度，最小指令周期為62. 5 ns。它在具備快速處理和低耗電特性的同時，配有豐富的定時器；集成I個8通道的8 / 10位可選A / D轉換器，可以方便地應用于系統(tǒng)中對電壓、電流的采集。雙操作閃存也是F2MC — 8FX系列8位微控制器的特點之一，當一個程序在一個存儲區(qū)中運行時，可以在另一個存儲區(qū)中完成重寫，從而減少外部存儲器零件的數(shù)量來縮小電路板的表面積。另外，LVD(低電壓檢測)以及CSV(時鐘監(jiān)視器)功能可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。存儲單元采用EEPR0M，在本實用新型投入工作前要進行參數(shù)、零點調整、蓄電池標準電壓等的設置，系統(tǒng)將這些參數(shù)寫入EEPROM中。為了減少讀/寫EEPROM的次數(shù)，在系統(tǒng)開機時將數(shù)據(jù)從EEPROM中讀出，保存在單片機的RAM中。EEPROM的主要功能是參數(shù)數(shù)據(jù)的保存與定量備份，主要用來存儲一些系統(tǒng)運行參數(shù)，如計算蓄電池電量的參考數(shù)據(jù)、修正系數(shù)等。本系統(tǒng)采用的是具有2 Kb容量的EEPR0MAT24C02。該芯片是采用I2C總線協(xié)議的串行，可在無電源狀態(tài)下長期、可靠地存儲系統(tǒng)內重要數(shù)據(jù)，工作壽命可達100萬次。I2C總線極大地方便了系統(tǒng)的設計，無須設計總線接口，且有助于縮小系統(tǒng)的PCB面積和降低復雜度。如圖2所示，為了增強系統(tǒng)應用的靈活性，系統(tǒng)電源取自于被管理的納米鉛酸電池，采用DC-DC模塊進行隔離。由于選用的DC — DC模塊要求輸入電壓彡24 V，因此本實用新型的蓄電池采用是2節(jié)以上標稱為12 V的電池組，為了增強系統(tǒng)的可靠性，可以設置一個3 V的電池盒用于備用電池，一旦取自蓄電池的電源出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍能照常運行。如圖3所示，電壓檢測電路和電流檢測電路監(jiān)測的對象主要是納米鉛酸蓄電池電池組的電壓和電流。電壓由分壓精密電阻取得，經過相應的放大后送至單片機的A / D 口。蓄電池的充放電流經過O. 01Ω采樣電阻采樣、放大，然后送至單片機的A / D端口 P01。對電池組進行檢測的關鍵在于對電壓采樣的精確程度，因而采樣電路設計得是否適當對整個系統(tǒng)至關重要。由于MB95F136內嵌的A / D轉換器可以工作于5 V基準電壓下，故采用圖3所示的電流電壓采集電路。該電路的最大好處是，不但可以保證采樣值能隨蓄電池端電壓的變化相應地實時變化，而且能夠使數(shù)據(jù)更加準確、可靠。該電路為典型的線性電路，根據(jù)運算放大器的特性，可計算出經過采樣電路后的輸出電壓為O. 01 QXIX23。如圖4所示，溫度檢測電路采用美國Dallas公司生產的DS18820單總線數(shù)字式智能型溫度傳感器，直接將溫度物理量轉化為數(shù)字信號，并以總線方式傳送到控制器進行數(shù)據(jù)處理。DS18B20對于實測的溫度提供了 9 12位的數(shù)據(jù)和報警溫度寄存器，測溫范圍為一 55 +125°C，其中在一 10 +85°C的范圍內測量精度為±0. 5°C。此傳感器可適用于各種領域、各種環(huán)境的 自動化測量及控制系統(tǒng)，具有微型化、功耗低、性能高、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點。此外，每一個DS18820有唯一的系列號，因此多個DS18820可以存在于同一條單線總線上，給應用帶來了極大的方便。將DS18B20采用熱傳導的粘合劑粘附在蓄電池表面上，管芯溫度與表面溫度之差大約在O. 2°C之內。當環(huán)境空氣溫度與被測量的蓄電池溫度不同時，應將器件的背面和引線與空氣隔離。接地引腳是通向管芯的最主要的熱量路徑，必須保證接地引腳也與被測溫的蓄電池有良好的熱接觸。如圖5所示，該模塊是實際設計中的硬件難點。它與外電網(wǎng)相連，對車載納米鉛酸電池進行充電，能根據(jù)控制電路發(fā)出的指令或標志位，實現(xiàn)對蓄電池分階段以不同電流充電。且有自動斷電的功能，可實現(xiàn)智能充電。本系統(tǒng)主要是針對電動汽車高性能納米鉛酸電池組進行管理，用于給電池組充電的電流都比較大。為此，選擇了基于IGBT的智能功率模塊(Intelligent Power Module, I PM)進行大電流充放電管理。IPM是先進的混合集成功率器件，由高速、低功耗的IGBT和驅動電路及保護電路構成，內有過電壓、過電流、短路和過熱等故障檢測電路，具有自動保護功能。Ql和Q2集成在一個IPM中。Q2打開時給電池組充電，Ql打開時蓄電池組通過Rl放電，電池組給負載供電時，QU Q2均閉合。為改善功率開關器件的工作狀態(tài)，主電路中采用了軟開關技術。在采用大電流充電的情況下，由于長時間對電池組進行充電，電荷堆積于電池電極上而產生反向電壓，實際上表現(xiàn)為電池內阻的增加，不但電池中的有效化學物質不能完全參加化學反應，降低了電池組容量的利用率，而且還會引起電池組的嚴重發(fā)熱，從而影響充電速度與質量，繼而影響電池組的性能和壽命。消除它的有效方法、是采用負脈沖方法，在電池兩端瞬間放電去除電極上堆積的電荷，從而改變蓄電池固有的指數(shù)曲線形式的充電接受特性，提高電池的受電能力。為此，采用了“充-停-放-充-停-放”循環(huán)充電的充電策略。其脈沖充電特性如圖6所示，時間參數(shù)由納米鉛酸電池的參數(shù)決定。為降低系統(tǒng)復雜度及成本，本實用新型采用了 3個8段數(shù)碼管來顯示系統(tǒng)狀態(tài)?？梢赃M行簡單的參數(shù)設定，實時顯示狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)以實現(xiàn)較好的人機交互。本設計采用在軟件上對輸入進行消抖處理的方案，并對按鍵狀態(tài)進行連續(xù)的判斷處理，直到按鍵松開為止，然后才執(zhí)行相應的處理程序。數(shù)據(jù)顯示采用3位8段數(shù)碼管動態(tài)顯示方式，使用74HC595鎖存動態(tài)顯示數(shù)據(jù)。本設計巧妙地將按鍵輸入與動態(tài)顯示數(shù)位選擇端口共用，從而減少了單片機端口的應用，達到了系統(tǒng)優(yōu)化及降低產品成本的目的。報警采用的是蜂鳴器。如圖7所示，系統(tǒng)啟動后，立即執(zhí)行系統(tǒng)初始化程序，從EEPROM中讀取上次運行得到的參數(shù)。然后開始讀取溫度傳感器中的數(shù)據(jù)以獲取當前系統(tǒng)溫度，再調用A / D采樣子程序以獲取10位精度的電壓電流信號數(shù)據(jù)。經過處理可以得到最終的蓄電池運行狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)進行各自的處理程序，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)在運行時將根據(jù)已有的數(shù)據(jù)和監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，自動對參數(shù)進行修正，以準確地反映納米鉛酸電池的內部參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)管理的智能化。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置，包括納米鉛酸蓄電池及與納米鉛酸蓄電池相連接的電源電路、充電電路和放電電路，其特征在于還包括微處理器、存儲單元、顯示及報警單元、輸入輸出控制電路、溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路；所述微處理器分另Ij與存儲單元、顯示及報警單元、輸入輸出控制電路、充電電路、溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路連接；所述溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路分別與納米鉛酸蓄電池連接，輸入輸出控制電路與放電電路連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置，其特征在于所述溫度檢測電路采用DS18B20溫度傳感器，所述溫度傳感器粘附在納米鉛酸蓄電池表面上，所述溫度傳感器一管腳接地，一管腳接5V電壓，一管腳分別連接微處理器和電阻，電阻另一端接5V電壓。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置，其特征在于所述電源電路采用DC - DC隔離模塊。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置，其特征在于所述顯示及報警單元采用74HC595芯片，采用3位8段數(shù)碼管動態(tài)顯示方式。
專利摘要本實用新型公開了一種納米鉛酸蓄電池智能控制裝置，包括納米鉛酸蓄電池及與納米鉛酸蓄電池相連接的電源電路、充電電路和放電電路，其中，還包括微處理器、存儲單元、顯示及報警單元、輸入輸出控制電路、溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路；所述微處理器分別與存儲單元、顯示及報警單元、輸入輸出控制電路、充電電路、溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路連接；所述溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路分別與納米鉛酸蓄電池連接，輸入輸出控制電路與放電電路連接。本實用新型利用微控制器來實現(xiàn)對高性能納米鉛酸蓄電池的智能化控制，提高了納米鉛酸蓄電池的使用壽命，降低了維護成本。
文檔編號H02J7/00GK202872392SQ20122024341
公開日2013年4月10日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權日2012年5月28日
發(fā)明者李復活 申請人:河南速達電動汽車科技有限公司