专利名称：一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力锂电池组管理系统，具体涉及一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统。
背景技术：
动力电池技术是电动汽车发展的一个技术瓶颈，锂电池由于具有体积小、重量轻、 电压高、功率大、自放电少以及使用寿命长等优点，逐渐成为动力电池的主流。由于锂离子电池具有明显的非线性、不一致性和时变特性，在应用时需要进行一定的管理。另外锂电池对充放电的要求很高，当出现过充电、过放电、放电电流过大或电路短路时，会使锂电池温度上升，严重破坏锂电池性能，导致电池寿命缩短。当锂电池串联使用于动力设备中时，由于各单节锂电池间内部特性的不一致，会导致各节锂电池充、放电的不一致。一节性能恶化时，整个电池组的行为特征都会受到此电池的限制，降低整体电池组性能。为使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性能，延长使用寿命，必须要对锂电池在充、放电时进行实时监控，提供过压、过流、温度保护和电池间能量均衡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统，以单片机为控制核心，在实现对各节锂电池能量均衡的同时，还可以实现过充、过放、过流、温度保护及短路保护。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是
一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统，其中，包括控制器、充电模块、均衡模块、数据采集模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块；所述的充电模块、均衡模块、数据采集模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块分别与控制器连接；所述数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块。进一步，所述均衡模块采用DC/DC开关电源模块。进一步，所述充电模块为间歇式充电。进一步，所述数据显示模块采用DM12864M汉字图形点阵液晶显示模块。一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理方法，其中，包括如下步骤，第一步， 系统初始化，执行状态判断步骤，然后进行相应的充电处理步骤、空闲处理步骤或放电步骤；
第二步，进行数据检测步骤和数据存储通信步骤，数据存储通信步骤由数据存储通信模块实现；
第三步，数据显示步骤；
第四步，判断是否需要均衡处理步骤，如需要，则进行均衡处理，执行第五步；如不需要，则直接进入第五步；
第五步，判断状态是否改变，若状态改变，则执行第一步的状态判断步骤，继续判断，若状态未改变，则执行第二步。进一步，还包括第六步，若数据检测步骤检测到的数据需要对外通信，则由数据存储通信模块发送数据。进一步，所述第二步的数据检测步骤包括对电压、电流和温度的检测处理。
进一步，所述第三步的数据显示步骤，在IXD上显示数据。本发明的有益效果为
本发明设计的动力锂电池组管理系统安装在锂电池组的内部，以单片机为控制核心， 在实现对各节锂电池能量均衡的同时，还可以实现过充、过放、过流、温度保护及短路保护； 通过IXD显示器显示电池组的各种状态，并可以通过预留的通信端口读取各节锂电池的历史性能状态。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图1为本发明的结构框图2为本发明充电模块的间歇式充电的示意图； 图3为本发明电压采样与均衡模块的原理图； 图4为本发明电流采集模块电流传感器LTSR25-NP工作特性曲线图； 图5为本发明存储通信模块FLASH存储器电路原理图； 图6为本发明的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步的详细描述
参见图1，本发明包括控制器、充电模块、均衡模块、数据采集模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块；充电模块、均衡模块、数据采集模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块分别与控制器连接；数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块；主控制器即图中的中央处理器。整个系统以单片机为主控制器，通过采集电流信息，判断出电池组是在充电、放电还是在闲置状态及是否有过流现象，并对其状态做出相应处理。对各节电池电压进行采集分析后，系统决定是否启动均衡模块对整个电池组进行能量均衡，同时判断是否有过充或过放现象。温度的采集主要用于系统的过温保护。整个系统的工作状态、电流、各节电压、 剩余电量及温度信息都会通过液晶显示模块实时显示。本系统采用的微控制器是一种高性能8位单片机ATmegaS的元器件。该单片机具备AVR高档单片机系列的全部性能和特点，支持在线编程(ISP)，只需要一条可自制的下载线就可以进行单片机系统的开发。其中ATmegaS单片机有6路A/D转换通道，其中有4路为10位精度，可直接用于电池电压的测量，其各项性能使其成为适应性强、灵活性高、成本低的嵌入式高效微控制器。
如图2所示，本发明的充电模块采用间歇式充电法，间歇式充电法是在预充和保持阶段通过间歇地打开和关闭充电回路，等效地改变充电电流的大小，进而实现在预充和保持状态时需要小电流、在正常充电时需要大电流的的性能要求。在对带有管理系统的电池组进行充电时，需要外接与之匹配的恒压电源充电器， 对其恒压值U的要求为U=4.2VXN+损耗电压，其中N为电池节数。限流值为该动力锂电池的常规充电电流0. 3C (C为电池容量)，在进行充电前必须先进行系统的初始化，然后按照间歇式充电法对电池组自动充电。锂离子电池在充电时要求其端电压控制在4. 2V以下， 为防止过充损坏电池，要求必须在充电时实时检测各单节锂电池电压。如图3所示，离子电池在充电时要求其端电压控制在4. 2V以下，为防止过充损坏电池，要求必须在充电时实时检测各单节锂电池电压。电压采样模块的工作原理是首先把单刀双掷开关Kl、K2向上打到电压测量档，并通过MCU控制的多路开关Kn-I、Kn-2 (η=1、 2、3、4、5、6、7)，同步地将电容分别接到各单节电池两端，使电容充电至电容电压等于被测单节电池的电压；然后断开MCU控制的多路开关Κη-1、Κη-2，同时合上开关Κ3和Κ4接入A/ D转换器进行测量。电压采样模块可直接使用微处理器内的10位A/D转换器，不需要另外加入A/D芯片，节省了设计成本。本发明的均衡模块采用DC/DC开关电源模块。由于开关电源模块具有功耗小、效率高、体积小、质量轻等优点，将其直接作为均衡模块使用是一个很好的选择。在具体使用时，根据检测到的各单节电池的电压值判断是否需要对电池组进行能量均衡。若需要，闭合均衡总开关K5，开关K1、K2向下打到均衡档，用电池组的整体能量、对电压最低节电池进行额外的均衡充电，直到各节电池电压值的差别在系统要求范围之内。如图4所示，VREF为参考点电压，默认为2. 5V，IP为被测量电流，电流采集模块采用闭环电流传感器LTSR25-NP，具有出色的精度、良好的线性度和最佳的反应时间。其额定电流为25Α，最高可测80Α的电流，满足系统设计的要求。该电流传感器可把充放电电流转换为OV飞V的电压信号，送至单片机的10位A/D转换器进行转换后可测得充放电电流，测量精度为0. 2Α。如图5所示，本发明在锂电池充放电过程中把充放电信息，包括各节电池的电压、 充放电电流、工作温度、电池电量等通过采样实时写入Flash存储芯片SST25VF020中保存。 在需要时，可通过串口与上位PC机通信把存储在Flash中的历史数据读到PC上。温度采样模块数字温度传感器DS18B20的元器件。数据显示模块选用DM12864M 汉字图形点阵液晶显示模块，该模块可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X 16点阵)、1沘个字符(8 X 16点阵)及64X256点阵显示RAM。如图6所示，本发明包括如下步骤
第一步，系统初始化，执行状态判断步骤，然后进行相应的充电处理步骤、空闲处理步骤或放电步骤；
第二步，进行数据检测步骤和数据存储步骤，数据检测步骤包括对电压、电流和温度的检测处理；
第三步，数据显示步骤，在IXD上显示数据；
第四步，判断是否需要均衡处理步骤，如需要，则进行均衡处理，执行第五步；如不需要，则直接进入第五步；第五步，判断状态是否改变，若状态改变，则执行第一步的状态判断步骤，继续判断，若状态未改变，则执行第二步；
第六步，若数据检测步骤检测到的数据需要对外通信，则由数据存储通信模块发送数据。通过单片机的10位A/D转换模块测量单节电池的电压值。为了提高测量的精度， 电压检测采用“筛值平均”的软件滤波方法，在对每节电池的模拟量进行测量时，连续测量多次，然后筛去最高值和最低值，再对剩余的测量值取平均值，以获得最佳的测量结果。然后根据电压的计算方式，获得电池的电压。在电压测量完成后，对所有的电池电压进行排序，标记出最低、最高的单体电池，为均衡模块服务。 通过检测到的单节电池电压判断电池所处的充电阶段，并利用单片机的脉宽调制输出(PWM)来控制MOSFET以实现预充阶段的小电流充电和保持充电阶段的脉冲充电。当检测到电池充电完毕后，自动断开充电回路。充电管理模块通过检测到的电压、电流、温度值判断电池是否工作在正常状态，如出现过压、过流或温度过高等现象，立刻通过MOSFET关闭充放电回路，并点亮故障提示灯。本发明为动力锂电池组提供了智能控制管理系统，通过该系统为电池组提供了各种保护及能量均衡控制，最大限度地发挥了锂电池组的整体性能。均衡效率为80%左右，性能完全满足动力锂电池组能量均衡的控制管理要求。以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
权利要求
1.一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统，其特征在于包括控制器、充电模块、均衡模块、数据采集模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块；所述的充电模块、均衡模块、数据采集模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块分别与控制器连接；所述数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统，其特征在于所述均衡模块采用DC/DC开关电源模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统，其特征在于所述充电模块为间歇式充电。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统，所述数据显示模块采用DM12864M汉字图形点阵液晶显示模块。
5.一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理方法，其特征在于包括如下步骤第一步，系统初始化，执行状态判断步骤，然后进行相应的充电处理步骤、空闲处理步骤或放电步骤；第二步，进行数据检测步骤和数据存储步骤；第三步，数据显示步骤；第四步，判断是否需要均衡处理步骤，如需要，则进行均衡处理，执行第五步；如不需要，则直接进入第五步；第五步，判断状态是否改变，若状态改变，则执行第一步的状态判断步骤，继续判断，若状态未改变，则执行第二步。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理方法，其特征在于还包括第六步，若数据检测步骤检测到的数据需要对外通信，则由数据存储通信模块发送数据。
7.根据权利要求5或6所述的一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理方法，其特征在于所述第二步的数据检测步骤包括对电压、电流和温度的检测处理。
8.根据权利要求7所述的一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理方法，其特征在于所述第三步的数据显示步骤，在IXD上显示数据。
全文摘要
本发明公开了一种电动汽车专用的动力锂电池组智能管理系统，其中，包括控制器、充电模块、均衡模块、数据采集模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块；所述的充电模块、均衡模块、数据采集模块、电量计算模块、数据显示模块和存储通信模块分别与控制器连接；所述数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块。本发明以单片机为控制核心，在实现对各节锂电池能量均衡的同时，还可以实现过充、过放、过流、温度保护及短路保护。
文档编号H02J7/00GK102447288SQ201110399879
公开日2012年5月9日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者李复活, 李红宇, 李雪锋 申请人:三门峡速达交通节能科技有限公司