一种微电网用电池管理系统的制作方法

本发明涉及一种微电网用电池管理系统，属于电池管理系统技术领域。

背景技术：

目前的电子技术领域中，电池管理系统是连接电池组和设备的重要纽带，用于对设备的电池组进行管理。电池管理系统的研究对于管理微电网中储能系统，延长电池组的循环使用寿命，减少使用成本，提高电池的使用效率，维持电池组以及微电网的稳定运行有着极其重要的意义。但是现有大部分产品没有均衡的功能，少部分产品带有耗散型均衡功能，但均衡管理的能力有限。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种微电网用电池管理系统，包括硬件和软件，硬件主要包括主控芯片、电流测量电路、电压采集电路、电池温度采样电路、显示电路、均衡控制电路、保护电路和报警电路；软件主要包括电压采集、电流采集、温度测量、soc估算、均衡管理、lcd显示、保护及报警功能模块子程序；主控芯片采用stc89c52最小系统，包括晶体振荡电路，复位电路以及供电电路，晶体振荡电路：它用来产生固定周期的时钟信号为单片机提供工作信号脉冲；复位电路：它能确保系统稳定可靠的运行程序；供电电路：在一个完整的单片机系统中。

本发明微电网用电池管理系统的工作原理是：首先对电池的状态数据进行采集，将采集到的模拟量数据送入a/d的模拟量输入端转变为数字量，将数字量发送到控制器内，对电池组的荷电状态(soc)进行估算，实时得到当前电池组的soc的估算值，利用控制器执行控制策略，对当前电池组的工作状态进行分析，根据分析的结果执行控制策略，本发明大大提高了电池组的均衡管理能力。

附图说明

图1为电池管理系统(bms)系统框图；

图2为stc89c52最小系统图；

图3为电压采集电路图；

图4为均衡控制电路图；

图5为保护及报警电路图；

图6为电流测量电路图；

图7为电池温度采集电路图；

图8为显示电路图；

图9为主程序流程图；

图10为电流、温度采集子程序图；

图11为单体电池电压采集程序图；

图12为均衡管理程序流程图；

图13为保护及报警程序流程图；

图14为显示模块程序设计图。

具体实施方式

本发明设计了一种微电网用电池管理系统，包括硬件和软件，硬件主要包括主控芯片、电流测量电路、电压采集电路、电池温度采样电路、显示电路、均衡控制电路、保护及报警电路；软件主要包括电压采集、电流采集、温度测量、soc估算、均衡管理、lcd显示、保护及报警功能模块子程序。

电池管理系统的工作原理是首先对电池的状态数据进行采集，将采集到的模拟量数据送入a/d的模拟量输入端转变为数字量，将数字量发送到控制器内，对电池组的荷电状态(soc)进行估算，实时得到当前电池组的soc的估算值，利用控制器执行控制策略，对当前电池组的工作状态进行分析，根据分析的结果执行控制策略。

图2是主控芯片采用stc89c52最小系统，包括晶体振荡电路，复位电路以及供电电路，晶体振荡电路：它用来产生固定周期的时钟信号为单片机提供工作信号脉冲；复位电路：它能确保系统稳定可靠的运行程序；供电电路：在一个完整的单片机系统中，供电电路是很重要的部分，电源产生电压以及电流的稳定性直接影响系统工作性能。

图3是电压采集电路图，电压采集电路的电气节点d1～d5分别接在电池组中四节单体电池的两端，电气节点uctr1～uctr5、uctr00、uctr11分别接在单片机对应的i/o端口。由单片机统一控制，可以任意选择需要测量的电池电压作为a/d采样的输入，从而很方便的实现单a/d采样通道来测量多个不同的电池电压。

图4是均衡控制电路图，均衡控制电路采用被动均衡的方式，当控制器检测到了电池组中电池单体两端电压与电池组中电压最小的电池单体的两端电压之差达到了设定的最大差值或者电池单体电压达到了设定的最大电压值时，启动均衡管理功能，将过压的电池单体切换到均衡电路中，使其放电至平衡状态。当需要均衡时，相应电池单体均衡电路控制端bal连接的i/o端口输出低电平，使该电池均衡电路中的光耦继电器aqw214导通，进而使三极管导通电池通过电阻r39、三极管和二极管组成的电路放电，将多出的电能放出，降低该单体电池的电压，使电池组中各电池单体的电压差在差值允许的范围内，使单体间保持一致，达到平衡状态。

图5为保护及报警电路图，保护及报警电路由继电器、三极管、续流二极管和蜂鸣器组成。蜂鸣器起到报警的作用。将继电器的常闭触点接入电路中。当电池组正常运行，不需要保护时，ry端接的i/o端口为低电平，三极管不导通，线圈不通电，电池系统正常运行。当电池组电压，放电电流，温度达到设定的危险值时，控制器将ry引脚置1，三极管导通，继电器常开触点闭合，常闭触电断开，电路断开，电池组停止放电，蜂鸣器发出警报声。当这些参数达到安全范围内后，ry端置0，常开触点闭合，电池系统恢复正常运行。

如图6所示，电流测量电路是bms实现其功能的基础，根据电流的方向，判断出电池处于充电状态还是处在放电状态，根据电流的大小判断出系统是否需要保护，避免充电或放电电流过大损坏电池组，根据电流的大小和方向，可以计算出电池组在一定时间内的放电量，进而使用soc估算算法对soc进行估算，因此电流采集的精确程度，抗干扰能力以及温度漂移，零点漂移的程度都有很高的要求，由于电池单体串联组成电池组，电路中各部分电流相同，因此，只需测量干路电流就能够得到电池单体的电流。测量电流的方法包括串电阻检测，霍尔传感器检测以及电流互感器检测；

使用acs712霍尔电流传感器采集电流，该芯片完全基于霍尔感应的原理设计，并且内置精确的低偏置线性霍尔传感器电路，输出为与输入电流成比例的交流或直流电压，具有低噪声，响应时间快，50khz带宽总输出误差最大为4％，输出灵敏度高(66mv～185mv)。它分为三个规格，±5a，±20a，±30a。本实施例采用acs712-30a进行电流采集。它的测量范围为-30a～+30a，精确度为66mv/a。与其他方法相比，该检测方法简单，易于实现并且精度较高，能够满足电池管理系统中电流采集精度和范围的要求。

如图7所示，电池温度测量电路，本实施例采用常用的数字温度传感器ds18b20测量电池的温度。该传感器具有体积小，使用方便，价格低廉，抗干扰性能较强等优点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。它具有单总线接口方式，只需一条数据线就能够实现与控制器的双向通信，不需要任何外围元器件，测温范围为-55℃～+125℃，测量结果以9～12位数字量方式串行传送，无需a/d转换，精度可达0.5℃。因此，该芯片能够很好的满足本系统对温度测量的要求。

如图8所示，显示电路，为了能够实时的显示出采集到的单体电池电压，电池组电压、电流、电池组温度以及电池组的剩余电量，系统还需显示模块。本实施例采用lcd1602液晶屏作为显示模块。显示模块利用按键与lcd1602液晶屏配合方式，上电时按键不按下，显示电池单体电压和总电压；当按键按下时，显示温度，电流以及剩余电量；当按键再次按下时，显示屏再次显示电池单体电压和总电压。lcd1602原理图如图所示。

采集电流和温度的软件流程图如图10所示，进入中断，开始采集电流，将电流采集10次后进行滤波，得到电流，滤波后的值即为采样值。温度采集同理。

电池单体电压的采集利用电池单体电压采集电路切换的方法来采集电池单体电压，先将电压采集切换电路切换，采集第一节电池电压，并进行a/d转换，采集10次电压，之后进行软件滤波，将滤波后得到的值作为该单体电池最终采集的电压，再将切换电路切换，采集第二节电池电压，进行a/d转换，并进行滤波，按照如上方法，采集四节电池电压，采集结束。

均衡管理程序流程图如11所示，根据采集得到的单体电池电压找出电压最小的单体电池，然后以最低电压为均衡标准，将每节单体电池的电压与其相比较，找出电压与最低电压之差大于20mv的电池，将该电池的均衡电路导通，使电池连入均衡电路，将多余的电量消耗至两电池电压平衡水平。

显示模块程序设计图如图14所示，i为按键按下的次数，首先检测按键是否按下，当按键按下时，i的值加1，当i为奇数时，将界面清屏，显示电池组温度，总电压，电流以及剩余电量；当i为偶数时，显示电池单体的电压。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。