专利名称：基于片上系统一线通讯点对点式单体锂离子电池管理系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于电动自行车和电动汽车动力电池装置，尤其适合由锂离子电池组成高容量、大功率的动力源。
背景技术：
随着锂离子电池市场的发展，电池管理系统变得越来越复杂和多样化，基本上可以划分为专用型和通用型两个领域。专用型电池管理系统管理的锂离子电池的数量有限，适合手机、笔记本电脑、数码相机以及便捷式小型电器所用小型锂离子电池的管理系统，不适合电动自行车和电动汽车大型锂离子电池管理系统。通用型电池管理系统一般采用分层或者分布式体系结构，都没有涉及到对单体锂离子电池的管理和监控，由于锂离子电池的化学特性随着使用时间、使用环境的变化而变化，那么它的内阻和容量也会做相应的改变，数据采样单元对单体锂离子电池距离太远， 就会产生阻抗、寄生电容、寄生电感，对电池间的均衡和电池容量的估算不利，影响锂离子电池的性能和使用寿命，例如，2006年6月7日由中华人民共和国公开和授权，专利号为 200410081434. 5名称为《分布式电池管理系统及管理方法》的技术方案也只是谈到对两节电池的数据采样，通用型的电池管理系统大多采用CAN总线作为通讯总线，CAN总线不是电池管理系统总线而是汽车电子的通讯总线，这两者是有区别的，它的通讯协议和电气特性用在电池管理系统是很勉强的，例如，2004年12月8日由中华人民共和国公开和授权，专利号为200310111599. 8名称为《一种基于CAN总线多层分布式的电池管理系统》，2004年 12月22日由中华人民共和国公开和授权，专利号为200410013807. 5名称为《一种用于电动汽车的动力电池管理系统》和2008年12月31日由中华人民共和国公开和授权，专利号为2008100211M. 3名称为《分布式电池管理系统及其管理方法》的技术方案都是采用CAN 总线，CAN总线是两根通讯线，通讯线数量太多，加上分层太多，那么电池管理系统就会变得错综复杂，影响整个网络速度，而且电池管理系统的通讯网络和汽车电子的通讯网络处于同一个网络布局，两个网络系统没有隔离开来，大大削减了电池管理系统的抗干扰能力，而且上述四个专利技术方案的中央处理器都采用第四代集成电路(微处理器)进行设计，外围电路复杂，造成控制电路的体积增大，与单体锂离子电池的体形结构不符合，无法对单体锂离子电池进行监控、管理，现在的集成电路已经发展到了第五代，即片上系统，所以说，现在通用型电池管理系统的设计理念已经过时，不能代表电池管理系统的发展方向。
发明内容
本发明的目的是为了抛弃过时的第四代集成电路(微处理器)为中央处理器的设计理念，摒除不合适的以CAN总线为核心的锂离子电池网络系统，革新最小单元以两个或者两个以上的锂离子电池的管理模式，利用片上系统小体积、高性能和一线式通讯总线简单、实用的技术优势，精简锂离子电池管理系统的网络结构，量体裁衣地组建锂离子电池管理系统点对点的网络系统，加快网络数据的传输速度，搭建稳定的锂离子电池管理系统模块，通过单体锂离子电池与锂离子电池组之间点对点异步串行连接和锂离子电池组与锂离子电池箱之间点对点同步串行连接，实现对单体锂离子电池进行直接管理，采用单体锂离子电池和锂离子电池组自身电压的优势，实现电池管理系统内部的通讯网络和外部的汽车电子的通讯网络隔离，减少电池管理系统网络内部的干扰，对单体锂离子电池和锂离子电池组的控制力度大大增强，充分发挥单体锂离子电池的性能，延长单体锂离子电池的使用寿命，从而提高了动力源的整体水平。本发明的目的是通过锂离子电池管理系统的硬件设计、软件设计、抗干扰技术三个方面的措施达到在单体锂离子电池数据采集单元中装入一颗片上系统，然后封装成一个整体，根据电动汽车的技术要求，对单体锂离子电池进行硬件上的模块划分，单体锂离子电池数据采集单元利用单体锂离子自身电源供电，由多个单体锂离子电池组成锂离子电池组，锂离子电池组适合用做电动自行车的动力源，由多个锂离子电池组组成的锂离子电池箱适合做电动汽车的动力源，各个单体锂离子电池固定在锂离子电池组的底板上，单体锂离子电池的数据采集单元通过一线式通讯总线与锂离子电池组的控制板进行点对点的异步串行通讯，每个锂离子电池组控制板各自带有一根一线式通讯总线，与锂离子电池箱的主控板进行点对点同步串行通讯，单体锂离子电池的数据采集板、锂离子电池组的控制板、锂离子电池箱的主控板分别由一颗片上系统组成，根据微电子技术发展的各个阶段，也可以由一颗片上系统和简单的外围电路组成，单体锂离子电池数据采集板与锂离子电池组的控制板、 锂离子电池组的控制板与锂离子电池箱的主控板之间的数据传输通过高速光耦进行光电隔离，锂离子电池箱的主控板的充、放电接口与锂离子电池组的控制板充、放电接口相连， 对锂离子电池组进行充、放电，锂离子电池组控制板充、放电接口通过锂离子电池组底板的充、放电电路对单体锂离子电池进行充、放电，片上系统的外形尺寸、性能和简单外围电路的结构均可以不一样，参考动力源的技术参数，根据片上系统的性价比和外形尺寸可以选择X86系列、ARM系列、MIPS系列、SPARC系列的片上系统作为单体锂离子数据采集单元、 锂离子电池组控制板和锂离子电池箱主控板的中央处理器。锂离子电池组的单体锂离子电池和锂离子电池箱的锂离子电池组都是通过串、并联的形式进行机械上的连接。对锂离子电池管理系统的功能结构进行分组，由单体锂离子数据采样单元和锂离子电池组控制板共同实现，单体锂离子数据采样单元承担电池间的平衡、电压测量、温度测量、点对点的异步串行通讯，锂离子电池组控制板承担过流保护、短路保护、过压保护、低压保护、反向电压保护、高温保护、低温保护、电池剩余容量估算、点对点的同步串行通讯，锂离子电池箱主控板承担对各个锂离子电池组的监控、管理以及与外部的数据交换。基于片上系统一线点对点式单体锂离子电池管理系统的基本参数如下
参数最大正常最小单位注释电压5. 52. 7V工作电压电流10025mA工作电流
权利要求
1.一种适合电动自行车和电动汽车动力源的通用型锂离子电池管理系统，其特征是 采用第五代集成电路，即片上系统，通过单体锂离子电池与锂离子电池组之间点对点异步串行连接和锂离子电池组与锂离子电池箱之间点对点同步串行连接，实现对单体锂离子电池进行直接管理的网络系统。
2.根据权利要求1所述通用型锂离子电池管理系统，其特征是单体锂离子电池的数据采集板、锂离子电池组的控制板、锂离子电池箱的主控板分别由一颗片上系统组成，根据微电子技术发展的各个阶段，也可以由一颗片上系统和简单的外围电路组成，片上系统的外形尺寸、性能和简单外围电路的结构均可以不一样，参考动力源的技术参数，根据片上系统的性价比和外形尺寸可以选择X86系列、ARM系列、MIPS系列、SPARC系列的片上系统作为单体锂离子数据采集单元、锂离子电池组控制板和锂离子电池箱主控板的中央处理器。
3.根据权利要求1所述通用型锂离子电池管理系统，其特征是单体锂离子电池的数据采集单元通过一线式通讯总线与锂离子电池组的控制板进行点对点的异步串行通讯，实现对单体锂离子电池的直接管理，每个锂离子电池组控制板各自带有一根一线式通讯总线，与锂离子电池箱的主控板进行点对点同步串行通讯，实现对锂离子电池箱的直接管理， 锂离子电池组控制板与单体锂离子数据采集单元的一线式总线是首尾相连的顺序连接，锂离子电池箱主控板与锂离子电池组控制板的一线式总线是地位平等的并行连接。
4.根据权利要求1所述通用型锂离子电池管理系统，其特征是根据电动汽车动力源的需要，对单体锂离子电池进行模块划分，由多个单体锂离子电池组成锂离子电池组，锂离子电池组适合用做电动自行车的动力源，由多个锂离子电池组组成锂离子电池箱，锂离子电池箱适合做电动汽车的动力源。
全文摘要
一种适合电动自行车、电动汽车组建大功率、大容量动力源的锂离子电池管理系统，通过对单体锂离子电池的监控、管理，使整个电池管理系统结构化、模块化；通过组建点对点式通讯网络系统，使网络结构简单、实用。
文档编号G06F15/173GK102545292SQ20101061256
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者李鑫 申请人:李鑫