專利名稱：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，無法控制幾百節(jié)電池組成的電力公交車、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，停留在控制電池的層面，無法將數(shù)據(jù)存儲或傳送到其他設(shè)備上，沒有有線儀表、無線數(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，卻無法實(shí)時(shí)反饋電池狀態(tài)，這就有可能造成汽車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程中會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，其信號輸出端通過切換效應(yīng)器與鋰電池電芯陣列相連，鋰電池電芯陣列通過電壓檢測電路與微控制器MCU的信號輸入端相連，切換效應(yīng)器通過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)即開始充電，電壓檢測電路實(shí)時(shí)檢測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)將會斷開這個(gè)電池單體和電池組的連接，以延長電池組的使用壽命。此外，設(shè)置監(jiān)視器對電池組的狀態(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、實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋的功能，延長了電池的使用壽命。


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，其信號輸出端通過切換效應(yīng)器3與鋰電池電芯陣列2相連，鋰電池電芯陣列2通過電壓檢測電路5與微控制器MCUI的信號輸入端相連，切換效應(yīng)器3通過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；所述電壓檢測電路5由固態(tài)檢測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)檢測繼電器陣列的輸入端相連，固態(tài)檢測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)檢測繼電器陣列的作用是輪詢準(zhǔn)確的測量鋰電池電芯陣列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。溫度傳感器檢測到的溫度若高于40° C，或者低于5° C時(shí)，通過監(jiān)視器4提示用戶不適合充電；或者，在電池單體溫度過高時(shí)，直接切斷該電池單體。電流傳感器檢測總線上的電流，即輸出端口的電流，若超過用戶設(shè)定值，則通過報(bào)警器報(bào)警。濕度傳感器檢測到的濕度直接在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設(shè)定閾值的時(shí)候會給用戶明顯的提示，顯示在IXD顯示器上，或通過報(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，通過對電池組內(nèi)部各個(gè)電芯的信息采集并加以分析，通過切換效應(yīng)器2來完成控制工作，達(dá)到自主控制的目的。在放電過程中，電壓檢測電路5將對每塊電池單體進(jìn)行檢測，若某塊電池單體發(fā)生異?；蛘唠妷狠^高時(shí)，微控制器MCU I將會通過切換效應(yīng)器2斷開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為用戶自定義)，此后若電壓下降到限制閾值會提示用戶是否繼續(xù)使用，繼續(xù)使用可能會造成不可預(yù)料的后果。當(dāng)用戶接入充電電源時(shí)，即充電電路接入低壓高電流電源時(shí)，會切換到充電狀態(tài)。在充電過程中，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)會在逐一斷開飽和的電池，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)在工作過程中，通過信息端口將系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)送出去，可以接入無線數(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)備以通過相應(yīng)軟件來完成系統(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)行策略存儲在主控芯片的寄存器里，可以由用戶更改，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74HC595芯片進(jìn)行擴(kuò)展，亦可通過I2C接口和從系統(tǒng)對接，使得可控電池單體數(shù)目沒有上限。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屬于檢測設(shè)備，每節(jié)電池單體和兩個(gè)SSR相連，所有SSR和與其對應(yīng)電池單體以及控制接口的連線總稱為電壓檢測電路5, Solid state relays縮寫簡稱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，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，每兩個(gè)依次掃描，例如1號、2號導(dǎo)通，其他斷開，測量完畢后，全部斷開，3號、4號導(dǎo)通，測量完畢后，全部斷開，繼續(xù)新一輪掃描，以此類推。從而實(shí)現(xiàn)精確的測量每一節(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，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)某些電池被過充或者充不滿的情況。當(dāng)系統(tǒng)處于放電過程中，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，每兩個(gè)依次掃描，例如1號、2號導(dǎo)通，其他斷開，測量完畢后，全部斷開，3號、4號導(dǎo)通，測量完畢后，全部斷開，繼續(xù)新一輪掃描，以此類推。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，通過圖2可以看到，當(dāng)某一節(jié)電池被跳開的時(shí)候，是不會影響總路的正常串行輸出的，只是電壓有所下降，對于小型電池組對電壓要求苛刻的可以通過升壓或者切換備用電池的方式來解決，對于大型電池組對電壓降要求不高的，可以忽略其帶來的影響。從而使得低壓電池不再過放，達(dá)到延長電池壽命的目的。綜上所述，本發(fā)明中的充電電路接入電源時(shí)即開始充電，電壓檢測電路5實(shí)時(shí)檢測鋰電池電芯陣列2中各個(gè)電池單體的電壓，若某個(gè)電池單體發(fā)生異常或者電壓異常時(shí)，系統(tǒng)將會斷開這個(gè)電池單體和電池組的連接，以延長電池組的使用壽命。此外，設(shè)置監(jiān)視器4對電池組的狀態(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)明具有聯(lián)合平衡充電、串聯(lián)均衡放電、故障實(shí)時(shí)檢測、實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋的功能，延長了電池的使用壽命。
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)，其信號輸出端通過切換效應(yīng)器(3)與鋰電池電芯陣列(2)相連，鋰電池電芯陣列(2)通過電壓檢測電路(5)與微控制器MCU (I)的信號輸入端相連，切換效應(yīng)器(3)通過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；所述電壓檢測電路(5)由固態(tài)檢測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)檢測繼電器陣列的輸入端相連，固態(tài)檢測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，其信號輸出端通過切換效應(yīng)器與鋰電池電芯陣列相連，鋰電池電芯陣列通過電壓檢測電路與微控制器MCU的信號輸入端相連，切換效應(yīng)器通過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)即開始充電，電壓檢測電路實(shí)時(shí)檢測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)將會斷開這個(gè)電池單體和電池組的連接，以延長電池組的使用壽命。此外，設(shè)置監(jiān)視器對電池組的狀態(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H01M10/42GK102709979SQ20121018623
公開日2012年10月3日 申請日期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 申請人:朱澤州, 杜尚明