一种带增程器的低速车锂电池系统的制作方法

本实用新型涉及电池技术领域，尤指一种带增程器的低速车锂电池系统。

背景技术：

电动低速车经过一段时间的飞速发展，目前市场保有量巨大，但是低速车目前均有以下局限性，

即行驶里程有限，充电不方便，大大的限制了使用的人群和地区；同时所装载电池大多为铅酸蓄电池，使用寿命有限，且充放电无任何监控手段，安全系数较低，导致频频发生自燃等安全事故。

虽有部分品牌或者更换电池时采用锂电池，但因其整车技术限制，整车中控无有效监控手段来监控锂电池的充放电状态，在使用过程中同样存在安全隐患。且部分锂电池内部功能单一，仅有过压、欠压、过温等保护功能，无热管理功能，不能在北方寒冷地区使用，受地域影响较大，同时受限整车空间及电池容量的限制，加上充电不便利，无法满足用户远行使用的需求。

因此，实用新型出一种能增加低速车行程的电池系统成为我们迫切需要完成的任务。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种带增程器的低速车锂电池系统，其主要目的在于，能对电池充放电进行监控，而且能扩大低速车的地域使用范围、方便用户充电。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种带增程器的低速车锂电池系统，其特征在于，包含：

电池管理系统、锂电池组、霍尔电流传感器、主正继电器、预充继电器、增程器电源、均衡模块、热管理模块以及端口(bout、b+和b-)，所述电池管理系统与所述锂电池组、霍尔电流传感器、主正继电器、预充继电器、增程器电源、均衡模块以及热管理模块连接，所述锂电池组经霍尔电流传感器、主正继电器与端口bout连接，所述均衡模块与锂电池组连接；

还包括预充电阻，所述霍尔电流传感器与主正继电器的公共端与所述预充电阻的一端连接，所述预充电阻的另一端通过预充继电器与端口bout连接；

其中，

所述热管理模块包括加热继电器和至少一个加热条，所述端口bout通过所述加热继电器、加热条与端口b-连接。

进一步，

所述电池管理系统包括处理器u1和输出控制电路，所述输出控制电路包括三极管q1、场效应管q2、电阻(r44、r46、r49、r51)、发光二极管led1,所述三极管q1的基极与电阻r44连接，三极管q1的发射极与主正继电器、12v电压连接，三极管q1的集电极通过电阻r46与场效应管q2的栅极连接，场效应管q2的源极接地，场效应管q2的漏极与发光二极管led1的负极连接，发光二极管led1的正极通过电阻r49、光耦u13与电阻r51连接；电阻r44用于接收处理器u1的驱动信号，该驱动信号控制所述输出控制电路工作，电阻r51用于向处理器u1输送一个反馈信号，该反馈信号确认主正继电器回路的工作情况。

进一步，

所述电池管理系统还包括电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、绝缘检测电路、电源模块、eeprom芯片、flash芯片、can通讯电路、诊断通讯电路，其中，

所述处理器u1与所述电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、绝缘检测电路、电源模块、eeprom芯片、flash芯片、诊断通讯电路连接；

所述电流采样电路用于将所述霍尔电流传感器在锂电池组上采集到的电流信号提供给处理器u1；

所述电压采样电路与所述锂电池组、加热条、端口bout连接；

所述温度采样电路、绝缘检测电路与所述锂电池组连接。

进一步，

所述处理器u1的具体型号为stm32f207vet6，所述flash芯片的具体型号为w25q64，所述eeprom芯片的具体型号为47l16；

所述can通讯电路包括隔离型通讯芯片u49，所述隔离型通讯芯片u49的具体型号为iso1050；

所述诊断通讯电路包括通讯芯片u50，所述通讯芯片u50的具体型号为iso3088，该芯片基于modlbus通讯协议。

进一步，

所述电压采样电路包括数字芯片(u6和u9)、运算放大器(u7和u8)以及隔离芯片u17，所述数字芯片(u6和u9)的具体型号为74hc154；

所述处理器u1的17脚与数字芯片(u6和u9)的18脚连接，数字芯片(u6和u9)的24脚接3.3v电压；

所述处理器u1依序通过隔离芯片u17、adc芯片u23、运算放大器u8与锂电池组连接，运算放大器u7与adc芯片u23连接，所述隔离芯片u17的型号为iso7241c，adc芯片u23的型号为ads1118，所述运算放大器(u7和u8)的具体型号为lmv358；所述隔离芯片u17用于实现处理器u1与锂电池组电气隔离，确保处理器u1控制电路的电气安全。

进一步，

所述电流采样电路包括电阻(r147、r148、r150、r153)、运算放大器(u29和u30)以及基准芯片u31，所述基准芯片u31的型号为tl431，运算放大器(u29和u30)的型号为op07；其中，

所述运算放大器u30的2脚通过电阻r148与霍尔电流传感器的输出端连接，所述运算放大器u30的6脚通过电阻r147与运算放大器u29的2脚连接，所述运算放大器u29的6脚通过电阻r150与处理器u1的36脚连接，所述运算放大器(u29和u30)的7脚接+15v电压，运算放大器(u29和u30)的4脚接-15v电压；

所述基准芯片u31的负极和基准芯片u31的基准端均接地，基准芯片u31的正极接-15v电压，基准芯片u31的正极通过电阻r153与运算放大器u29的2脚连接。

进一步，

所述绝缘检测电路包含：开关电路(k2和k3)、线性光耦u56、运算放大器(u55和u57)，所述线性光耦u56的具体型号为hcnr201，运算放大器(u55和u57)的具体型号为lmv358；其中，

所述运算放大器u55的2脚通过开关电路k2与端口b-连接，所述运算放大器u55的3脚通过开关电路k3与端口b+连接，运算放大器u55的6脚与线性光耦u56的1脚连接，线性光耦u56的5脚与运算放大器u57的3脚连接，线性光耦u56的6脚与运算放大器u57的3脚连接，运算放大器u57的6脚与处理器u1的26脚连接。

进一步，

所述温度采样电路包括模拟选择芯片、保险电阻和热敏电阻，模拟选择芯片的输入端经保险电阻、热敏电阻接地，模拟选择芯片的输入端还接3.3v电压，模拟选择芯片的输出端与所述处理器u1的输入端连接。

进一步，

还包括外置设备，所述外置设备包括诊断设备、车载电脑以及车载交流充电机，所述处理器u1通过所述can通讯电路与所述车载电脑、车载交流充电机连接，所述车载交流充电机与电源模块信号连接，所述处理器u1通过所述诊断通讯电路与诊断设备连接。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型包含：电池管理系统、锂电池组、霍尔电流传感器、主正继电器、预充继电器、增程器电源、均衡模块、热管理模块，使用时，电池管理系统对锂电池组、加热条、端口bout进行电压采集，通过霍尔电流传感器对锂电池组的电流进行采集，同时，电池管理系统还对锂电池组的温度和绝缘情况进行采集，从而得出soc、soh及控制策略。

可见，

锂电池组运行状态可以通过整车中控进行查看，且充放电均可管控，整车安全可靠；

与车载电机模块配合发挥电池的性能，再通过与增程器的配合，可以方便充电基础设施落后或充电不便利的地区的使用；

热管理模块对锂电池组进行热管理，可以克服寒冷天气带来的锂电池组容量衰减问题，延长整车的使用里程和锂电池组的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型示意图。

图2是本实用新型处理器示意图一。

图3是本实用新型处理器示意图二。

图4-9是本实用新型电压采样电路的示意图。

图10是本实用新型电流采样电路的示意图。

图11-13是本实用新型绝缘检测电路的示意图。

图14-15是本实用新型温度采样电路的示意图。

图16是本实用新型输出控制电路的示意图。

图17-18是本实用新型can通讯、诊断通讯电路示意图。

图19是本实用新型主动均衡电路示意图。

具体实施方式

请参阅图1-19所示，本实用新型关于一种带增程器的低速车锂电池系统，其特征在于，包含：

电池管理系统、锂电池组、霍尔电流传感器、主正继电器、预充继电器、增程器电源、均衡模块、热管理模块以及端口(bout、b+和b-)，所述电池管理系统与所述锂电池组、霍尔电流传感器、主正继电器、预充继电器、增程器电源、均衡模块以及热管理模块连接，所述锂电池组经霍尔电流传感器、主正继电器与端口bout连接，所述均衡模块与锂电池组连接；

还包括预充电阻，所述霍尔电流传感器与主正继电器的公共端与所述预充电阻的一端连接，所述预充电阻的另一端通过预充继电器与端口bout连接；

其中，

所述热管理模块包括加热继电器和至少一个加热条，所述端口bout通过所述加热继电器、加热条与端口b-连接；

在上述方案中，图12-13所示为单路均衡电路，而一个均衡模块含有7路单路电路，且每个单路bus+、bus-内部连接在一起，并对外引出接口。若锂电池组所含单体电芯超过7串，则由多块均衡模块组成，每块均衡模块的外接接口bus+、bus-相连，如果最后模块有多出接口(电芯不足)，多出接口闲置即可；所述均衡模块为主动均衡，采用lc谐振方式，将压差高的电芯能量反馈至总电池包中，且压差越大，均衡电流也越大，总线bus处的频率为3khz，占空比为50％的波形；

需要说明的是，增程器电源用于连接低速车上的增程器。

工作原理：

使用时，电池管理系统对锂电池组、加热条、端口bout进行电压采集，通过霍尔电流传感器对锂电池组的电流进行采集，同时，电池管理系统还对锂电池组的温度和绝缘情况进行采集，从而得出soc、soh及控制策略。

电池管理系统包括处理器u1和输出控制电路，所述输出控制电路包括三极管q1、场效应管q2、电阻(r44、r46、r49、r51)、发光二极管led1,所述三极管q1的基极与电阻r44连接，三极管q1的发射极与主正继电器、12v电压连接，三极管q1的集电极通过电阻r46与场效应管q2的栅极连接，场效应管q2的源极接地，场效应管q2的漏极与发光二极管led1的负极连接，发光二极管led1的正极通过电阻r49、光耦u13与电阻r51连接；电阻r44用于接收处理器u1的驱动信号，该驱动信号控制所述输出控制电路工作，电阻r51用于向处理器u1输送一个反馈信号，该反馈信号确认主正继电器回路的工作情况。

所述电池管理系统还包括电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、绝缘检测电路、电源模块、eeprom芯片、flash芯片、can通讯电路、诊断通讯电路，其中，

所述处理器u1与所述电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、绝缘检测电路、电源模块、eeprom芯片、flash芯片、诊断通讯电路连接；

所述电流采样电路用于将所述霍尔电流传感器在锂电池组上采集到的电流信号提供给处理器u1；

所述电压采样电路与所述锂电池组、加热条、端口bout连接；

所述温度采样电路、绝缘检测电路与所述锂电池组连接；

所述处理器u1的具体型号为stm32f207vet6，所述flash芯片的具体型号为w25q64，所述eeprom芯片的具体型号为47l16；

所述can通讯电路包括隔离型通讯芯片u49，所述隔离型通讯芯片u49的具体型号为iso1050；

所述诊断通讯电路包括通讯芯片u50，所述通讯芯片u50的具体型号为iso3088，该芯片基于modlbus通讯协议。

所述电压采样电路包括数字芯片(u6和u9)、运算放大器(u7和u8)以及隔离芯片u17，所述数字芯片(u6和u9)的具体型号为74hc154；

所述处理器u1的17脚与数字芯片(u6和u9)的18脚连接，数字芯片(u6和u9)的24脚接3.3v电压；

所述处理器u1依序通过隔离芯片u17、adc芯片u23、运算放大器u8与锂电池组连接，运算放大器u7与adc芯片u23连接，所述隔离芯片u17的型号为iso7241c，adc芯片u23的型号为ads1118，所述运算放大器(u7和u8)的具体型号为lmv358；所述隔离芯片u17用于实现处理器u1与锂电池组电气隔离，确保处理器u1控制电路的电气安全；

需要说明的是，在图5中，电阻r11与节点5连接，电阻r12与节点1连接，电阻r13与节点2连接，电阻r14与节点3连接，用于采样节点(1、2、3、5)处的电压，其中，节点(1-5)是图1中的连接点。

所述电流采样电路包括电阻(r147、r148、r150、r153)、运算放大器(u29和u30)以及基准芯片u31，所述基准芯片u31的型号为tl431，运算放大器(u29和u30)的型号为op07；其中，

所述运算放大器u30的2脚通过电阻r148与霍尔电流传感器的输出端连接，所述运算放大器u30的6脚通过电阻r147与运算放大器u29的2脚连接，所述运算放大器u29的6脚通过电阻r150与处理器u1的36脚连接，所述运算放大器(u29和u30)的7脚接+15v电压，运算放大器(u29和u30)的4脚接-15v电压；

所述基准芯片u31的负极和基准芯片u31的基准端均接地，基准芯片u31的正极接-15v电压，基准芯片u31的正极通过电阻r153与运算放大器u29的2脚连接。

进一步，

所述绝缘检测电路包含：开关电路(k2和k3)、线性光耦u56、运算放大器(u55和u57)，所述线性光耦u56的具体型号为hcnr201，运算放大器(u55和u57)的具体型号为lmv358；其中，

所述运算放大器u55的2脚通过开关电路k2与端口b-连接，所述运算放大器u55的3脚通过开关电路k3与端口b+连接，运算放大器u55的6脚与线性光耦u56的1脚连接，线性光耦u56的5脚与运算放大器u57的3脚连接，线性光耦u56的6脚与运算放大器u57的3脚连接，运算放大器u57的6脚与处理器u1的26脚连接。

进一步，

所述温度采样电路包括模拟选择芯片、保险电阻和热敏电阻，模拟选择芯片的输入端经保险电阻、热敏电阻接地，模拟选择芯片的输入端还接3.3v电压，模拟选择芯片的输出端与所述处理器u1的输入端连接。

进一步，

还包括外置设备，所述外置设备包括诊断设备、车载电脑以及车载交流充电机，所述处理器u1通过所述can通讯电路与所述车载电脑、车载交流充电机连接，所述车载交流充电机与电源模块信号连接，所述处理器u1通过所述诊断通讯电路与诊断设备连接。

在本具体实施例中，

当整车钥匙打开或接入交流电后，电池管理系统内的电源模块被激活，处理器u1先对系统进行初始化设置，然后通过电压采样电路先对锂电池组内的每个电芯进行电压测量，并测量图1中端口b+、端口bout以及所述加热继电器和加热条的公共端等三处的电压。通过所述电压采样电路对每一单体电芯进行温度测量，再通过外置开口霍尔电流传感器对锂电池组的电流进行测量，经绝缘检测电路实时测量锂电池组的对端口b+、端口b-的绝缘情况，将上述所测量的数据经处理器u1计算判断，得出soc、soh及控制策略，并将这些数据存储至eeprom芯片中，然后进行上电下电操作、充放电管理、热管理等。

若锂电池组工作正常，如不欠压、不过压、不过温(单体电芯电压在3000mv至4200mv之间，温度小于55℃)，系统无故障(绝缘电阻正常、继电器触点正常、继电器控制回路正常)等，则对锂电池组进行上电操作，电池对外输出，否则对锂电池组进行下电操作，保护锂电池组。

上电操作时，处理器u1通过所述输出控制电路先闭合预充继电器，处理器u1输出低电平控制光耦u12导通，使+12v电压经继电器线圈、场效应管q2形成回路，控制继电器闭合，同时点亮发光二极管led1，且u13光耦导通，处理器u1收到低电平反馈信号确认继电器控制线圈回路正常(其它继电器控制原理一致，下面不在赘述)，再测量端口bout处的电压，若电压值大于等于端口b+处的80％电压值时，闭合主正继电器，否则超过设定时间范围内还未达到设定的电压值，则判为预充继电器触点开路，最后断开预充继电器，然后延时，控制车载增程器电源继电器的接通，完成上电操作，若在闭合预充继电器之前测量端口bout处的电压，如该电压值等于b+处的电压，说明主正继电器触点粘连或预充继电器触点粘连，禁止上电，向处理器u1上报故障。

下电操作时先断增程器电源继电器，延时，再断开主正继电器，然后判断端口bout处的电压，若该电压下降至10％，说明继电器正常断开，如果一定时间后电压还未下降到设定值，则判为断开失败，触点粘连。正常断开后，若钥匙与充电唤醒信号均辙离，则处理器u1控制电源模块断电。

在上电操作完成后，则允许增程器启动，增程器通过燃烧汽油方式，带动发电机对锂电池组进行充电，实现随时随地充电，不受充电设施的限制，同时还可以增加整车的行驶里程、提升整车的爬坡能力。

放电管理主要是根据锂电池组当前状态(如soc、温度等)，实时调整最大允许放电电流；同时对锂电池组进行热管理，当在锂电池组温度过低(小于0℃)时，需要控制加热继电器闭合使加热条工作，对锂电池组进行加热，当锂电池组温度大于设定值(10℃)时，断开加热继电器，停止加热，其中加热继电器触点的判断与上面所述方法一致，只是判断电压点为所述加热条与加热继电器的公共端。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。