一种多级联高压、大功率电池组监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多级联高压、大功率电池组监测装置，包括中央处理器ECU、电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块；中央处理器ECU通过数据通信端口与上位计算机连接；中央处理器ECU选用MSP430F149单片机，电压采集模块由接口芯片MAX11068及其外围电路构成；电流采集模块由高侧电流检测放大器MAX4081及外围元件构成，温度采集模块采用单线数字温度传感器DS18B20；由ECU启动电压采集模块、设定电压模块内部功能寄存器、工作值；下发检测采集命令，电压采集模块逐一采集数据并保存测量及检测结果；ECU读取电压模块测量检测值，根据计算机设定的电压监测上下限值分析判断，其有益效果是：通过串、并多级联接方式，组成的大功率、高电压电池组包的控制保护和管理，延长电池组使用寿命。
【专利说明】—种多级联高压、大功率电池组监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电池组监测技术，特别涉及一种多级联高压、大功率电池组监测装置，用于电动汽车、混合动力汽车及其他大功率电池驱动系统的电池组监测。
【背景技术】
[0002]当今社会能源紧缺，环境污染问题给人类提出了重要课题，各电池厂家积极研究开发出各种类型的蓄电池，尤其以锂离子动力电池为先进的代表，从而解决了这一难题。但锂动力电池应用和推广的瓶颈，主要是在组合应用时电池组中的单只电池失效，导致电池组综合性能下降和电池组被超限使用。
[0003]因此需要设计一种多级联高压、大功率电池组监测装置，从而解决制约其发展的难题。而目前国内市场尚无此类装置出现，也未见文献报道。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种多级联高压、大功率电池组监测装置的设计方案，通过串、并多级联接方式，是利用多级联高压、大功率电池组的结构组合解决在组合应用时电池组中的单只电池失效的问题，经过接口与充电器、负载控制器、指示仪表外部设备功能联动，实时对电池组工作状态检测，延长电池组使用寿命。
[0005]本实用新型是通过这样的技术方案实现的:一种多级联高压、大功率电池组监测装置，其特征在于，包括中央处理器E⑶、电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块；中央处理器E⑶分别与电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块连接；中央处理器E⑶通过数据通信端口与上位计算机连接；
[0006]中央处理器ECU选用MSP430F149单片机；
[0007]电压采集模块由电池监测智能化数据采集接口芯片MAXl 1068及其外围电路构成；
[0008]电流采集模块由高侧电流检测放大器MAX4081及外围元件构成，
[0009]温度采集模块采用单线数字温度传感器DS18B20 ；
[0010]MSP430F149 单片机的 P3.0、Ρ3.1、Ρ3.2、Ρ3.3 端与接口芯片 MAXl 1068 的 15、16、17,18管脚端连接；多个电压采集模块之间通过SMBusE⑶的Ρ6.0端与电流采集模块的高侧电流检测放大器ΜΑΧ4081的Ρ5 (out)端连接，中央处理器E⑶的Pl.1端与单线数字温度传感器DS18B20的P2 (DQ)端连接。
[0011]本实用新型的有益效果是:通过串、并多级联接方式，是利用多级联高压、大功率电池组的结构组合解决在组合应用时电池组中的单只电池失效的问题,经过接口与充电器、负载控制器、指示仪表外部设备功能联动，实时对电池组工作状态检测，延长电池组使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】[0012]图1、电压采集原理图；
[0013]图2、电流采集原理图；
[0014]图3、电池组监测装置功能结构示意图；
[0015]图4、电压采集模块功能结构示意图；
[0016]图5、电流采集模块功能结构；
[0017]图6、温度采集模块功能结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]了更清楚的理解本实用新型，结合附图和实施例详细描述本实用新型:
[0019]如图1至图6所示，多级联高压、大功率电池组监测装置，包括中央处理器E⑶、电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块；
[0020]中央处理器E⑶选用的是MSP430F149单片机，负责与系统通信、报警及数据传输，同时接受系统下发命令，检测电池组各种工作状况，记录检测结果如发现异常情况，向系统
主动报警。
[0021]电压采集模块是由MAX11068及其外围电路构成的，主要是对电池组中单体电池电压、电流进行实时检测，防止电池发生过充、过放、超高温、低温、断路，进行充电均衡检测、报警显示、电池安全保护、电池故障诊断；高度集成的电池检测器结合简捷的状态机和高速I2C总线，支持SMBUS31个器件至串联电池组，最多对372节电池进行监测；基于电容接口设计提供了成本极低的电池组间隔离，消除了级联电气故障。
[0022]电流采集模块由高侧电流检测放大器MAX4081及外围元件构成，检流放大器在放大微弱的差分电压的同时能够抑制输入共模电压。通过单一输出引脚，便可连续监视到放电整个变化过程，无须额外的极性输出。
[0023]温度采集模块采用DS18B20单线数字温度传感器进行温度采样。DS18B20支持“一线总线”接口，温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。
[0024]中央处理器ECU 的 Ρ3.0、Ρ3.1、Ρ3.2、Ρ3.3 端与接 口芯片 ΜΑΧ11068 的 15、16、17、18管脚端连接；(如图1所示)；
[0025]中央处理器E⑶的Ρ6.0端与电流采集模块ΜΑΧ4081的Ρ5 (out)端连接；
[0026]中央处理器ECU的Pl.1端与温度采集模块DS18B20的P2 (DQ)端连接；
[0027]电压采集模块MAXl 1068是一款可编程、高集成度、高压、12通道、电池监测智能化数据采集芯片。片内模拟前端由12路电压测量数据采集系统组成，带有高压开关输入单元，在检测单体电池时与片外每个电池匹配的RC过滤输入结合使用，实现提供给ADC测量的低通滤波器。所有测量值为电池两端的差分数据，满量程测量范围为O至5.0V,0.5V至
4.7V范围内确保稳定的测量精度。
[0028]MAX11068片内设定寄存器(CELLEN)使能扫描位，使输入复用器/开关组允许对电池组的每节电池进行差分测量，同时可设定寄存器(ADCCFG)启动过压、欠压、超温、低温、通信、辅助输入等检测功能。测量扫描开始后，扫描波道将依照设定使能位，按照从高到低的次序(12?I)逐一切换移动到高压复用的ADC前端，然后采用高速、12位逐次逼近(SAR)A/D转换器量化电池电压并保存测量值，此时所得电压量化结果是未经处理的，这样第一阶段扫描完成。 第二阶段是误差修正阶段，对前、末端放大器突然出现的偏移及相关引起的误差进行修正，全部12节电池的整个测量过程在107Ps的时间内完成。ΜΑΧ11068采用二次扫描架构采集电池数据并对它们进行误差修正。
[0029]扫描的第一阶段为数据采集，对所有12节电池的电压进行采样；第二阶段为误差修正，对ADC输入进行斩波，消除误差。通过上述两个步骤，能够在整个温度范围和嘈杂环境下获得优异的精度指标。
[0030]电流采集模块采用高侧电流检测放大器ΜΑΧ4081及外围元件构成，设计用一个外部基准来设定零电流时的输出电平(VSENSE = 0V)。用单电源工作，电源电流消耗仅为75μΑ ;采集输出为电压模拟值，通过单一输出引脚，输送到中央处理器ECU，ECU通过内部转换器采集(ADC)经过软件转换运算，实现电流数据精度可以达到±0.1%满量程；
[0031]电流采集模块可连续监视整个充放电变化过程，无须额外的极性输出，适合于电信、汽车、底板及其它需要严密监视高压电流的系统；
[0032]在检测电池温度时，虽MAX11068提供两个电池组的温度检测通道，但不能满足本系统中对电池组温度测量的要求，故而系统中温度采集模块选用DS18B20单线数字温度传感器进行温度采样，DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55° 0-+125。C，在-l(T+85° C范围内，精度为±0.5° C ;现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。
[0033]通过计算机可以随时接收电池组工作时的信息，显示和记录内容包括单体电池电压、温度、电流、总电压、总电流参数；根据记录数据绘制和打印时间、电压、电流曲线。
[0034]根据上述说明，结合本领域技术可实现本实用新型的方案。
【权利要求】
1.一种多级联高压、大功率电池组监测装置，其特征在于，包括中央处理器ECU、电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块；中央处理器ECU分别与电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块连接；中央处理器E⑶通过数据通信端口与上位计算机连接； 中央处理器E⑶选用MSP430F149单片机； 电压采集模块由电池监测智能化数据采集接口芯片MAXl 1068及其外围电路构成； 电流采集模块由高侧电流检测放大器MAX4081及外围元件构成； 温度采集模块采用单线数字温度传感器DS18B20 ；
MSP430F149 单片机的 P3.0、Ρ3.1、Ρ3.2、Ρ3.3 端与接口芯片 ΜΑΧ11068 的 15、16、17、18管脚端连接；多个电压采集模块之间通过SMBus ?串行链路通信；多个电压采集模块分别连接串联电池组中的单体电池；中央处理器ECU的Ρ6.0、Ρ6.1端与电流采集模块的高侧电流检测放大器ΜΑΧ4081 的Ρ5 (out)端连接，中央处理器E⑶的Pl.1端与单线数字温度传感器DS18B20的P2 (DQ)端连接。
【文档编号】G01R31/36GK203705618SQ201320826955
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】朱溟 申请人:天津斯巴克瑞汽车电子有限公司