一种微速四轮电动车的铅酸电池管理系统及控制方法与流程

本发明涉及电池均衡技术领域，尤其涉及一种微速四轮电动车的铅酸电池管理系统及控制方法。

背景技术：

铅酸蓄电池已广泛应用于各个领域，如不间断电源（ｕｐｓ）、电力电源、通讯电源，近几年出现的电动车辆如电动自行车、电动摩托车、电动轿车等很多也采用铅酸蓄电池，电动车辆需要对电池频繁充放电，对电池的性能提出了更高的要求，也将电池的性能发挥到了极限。随着充电次数的增加，串联铅酸电池中的各只单体电池的性能差异性越来越大，有的电池没有被充满，有的电池过度充电，继续发展导致串联电池组容量快速下降，寿命终结。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对串联的铅酸电池中的各只单体电池随着充电次数的增加，性能差异越来越大，导致电池组容量快速下降的问题，本发明提供了一种微速四轮电动车的铅酸电池管理系统及控制方法来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微速四轮电动车的铅酸电池管理系统，包括：

电压采样模块，用于采集单体电池的电压值；

pic单片机，与电压采样模块连接，获得单体电池的电压值；

均衡模块，与pic单片机连接，所述pic向均衡模块发送脉冲信号，控制均衡模块均衡各电池之间的电量；所述均衡模块包括与单体电池数量相同的单体均衡电路，所述单体均衡电路包括驱动电路和放电电路，所述驱动电路包括带阻三极管，所述放电电路包括光耦合器、发光二极管、第一电阻、保险丝和mos管，所述带阻三极管的基极与pic单片机连接，集电极与光耦合器的正极连接，所述第一电阻的一端分别与一个单体电池的正极和光耦合器的集电极连接，所述mos管的源极与此单体电池的负极连接，所述第一电阻的另外一端与保险丝的一端连接，所述保险丝的另外一端与mos管的漏极连接，所述发光二极管的正极与光耦合器的集电极连接，负极与mos管的漏极连接，所述mos管的栅极与光耦合器的发射极连接；

电源模块，与电压采样模块、pic单片机以及均衡模块连接并为他们供电。

作为优选，所述电压采样模块包括模拟开关芯片、放大电路和采集电路，每个单体电池连接有一个所述采集电路，所述采集电路包括第一二极管、第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的一端与单体电池的正极连接，所述第二电阻的另外一端、第一二极管的负极以及第三电阻的一端连接在同一节点，所述模拟开关芯片的一个输入端与此节点连接，所述第一二极管的正极与第三电阻的另外一端连接后接模拟地，所述模拟开关芯片输出端与所述放大电路的同相端连接，所述放大电路的输出端与pic单片机连接，所述模拟开关芯片的多个选择端与所述pic单片机连接。

作为优选，还包括can收发器，所述pic单片机通过can收发器与车辆控制器连接。

作为优选，还包括设置在单体电池处的温度传感器，所述温度传感器与pic单片机连接。

本发明还提供了一种微速四轮电动车的铅酸电池管理系统的控制方法，包括以下步骤：

s1、pic单片机中预设有第一均衡阈值vb、第二均衡阈值vb1、第三均衡阈值vb2和占空比基值d0，其中d0为小于1且大于0的正数；

s2、电压采样模块采集单体电池的电压值va并输入所述pic单片机；

s3、pic单片机将电压值va最小的一个单体电池作为参照电池m，将它的电压值记为vmin；

s4、将除参照电池m之外所有的单体电池的电压值分别与电压值vmin进行比较：当一单体电池的电压值va-vmin≤vb，则pic单片机向该单体电池的单体均衡电路输出的pwm信号的占空比d=0；

当vb＜va-vmin≤vb1，占空比d=d0；

当vb1＜va-vmin≤vb2，占空比d=k*vmin+d0，d为线性函数，k为正数；

当vb2＜va-vmin，占空比d=1。

作为优选，在步骤s4中，当vb2＜va-vmin时，pic单片机生成报警信号并发送至车辆控制器。

作为优选，所述pic单片机连接通过温度传感器采集单体电池的温度，当单体电池温度超过温度阈值时向车辆控制器发出报警信号。

本发明的有益效果是，这种微速四轮电动车的铅酸电池管理系统及其控制方法根据单体电池之间的压差针对性的对相应的电池进行放电，调整它们之间的容量差，使串联的铅酸电池中的各只单体电池随着充电次数的增加，性能差异维持在较小的范围之内，减缓电池组容量的下降速度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的微速四轮电动车的铅酸电池管理系统的最优实施例的电压采样模块和温度采样部分的电路结构分布图。

图2是本发明的微速四轮电动车的铅酸电池管理系统的最优实施例的均衡模块的电路结构分布图。

图3是本发明的微速四轮电动车的铅酸电池管理系统的最优实施例的pic单片机部分的电路结构分布图。

图4是本发明的微速四轮电动车的铅酸电池管理系统的最优实施例的can收发器部分的电路结构分布图。

图5是本发明的微速四轮电动车的铅酸电池管理系统的最优实施例的电源模块的电路结构分布图。

图6是本发明的微速四轮电动车的铅酸电池管理系统的控制方法的最优实施例的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

如图1~5所示，本发明提供了一种微速四轮电动车的铅酸电池管理系统，包括：

电压采样模块，用于采集单体电池的电压值；包括模拟开关芯片u1、放大电路和采集电路，此实例中，电池组中总共包含四个串联的12v铅酸单体电池，第一节电池的正极电位为48v，最后一节电池的负极电位为0，相当于模拟地sgnd；因此模拟开关芯片u1使用的8选1型模拟开关芯片，型号为74hc4051a；每个单体电池连接有一个采集电路，采集电路包括第一二极管d1、第二电阻r2和第三电阻r3，第二电阻r2的一端与一个单体电池的正极连接，第二电阻r2的另外一端、第一二极管d1的负极以及第三电阻r3的一端连接在同一节点，模拟开关芯片的一个输入端与此节点连接，第一二极管d1的正极与第三电阻r3的另外一端连接后接模拟地sgnd，放大电路包括运算放大器，运算放大器的同相端与模拟开关芯片u1的输出端连接，异相端接模拟地sgnd；

pic单片机u2，与电压采样模块连接，获得单体电池的电压值；此实例中，pic单片机u2的型号为pic18f25k80，模拟开关芯片u1的三个选择端与pic单片机u2连接，运算放大器的输出端与pic单片机u2连接；

均衡模块，与pic单片机连接，pic向均衡模块发送脉冲信号，控制均衡模块均衡各电池之间的电量；均衡模块包括4个单体均衡电路，单体均衡电路包括驱动电路和放电电路，驱动电路包括带阻三极管q1，放电电路包括光耦合器u3、发光二极管d2、第一电阻r1、保险丝f1和mos管q2，光耦合器u3的型号为el357；带阻三极管q1的基极通过一电阻与pic单片机u2连接，集电极通过一电阻与光耦合器u3的正极连接并通过一电阻接vcc5v电源，发射极通过一电阻接模拟第sgnd；光耦合器u3的负极接地gnd并且与正极之间连接有一电容器，第一电阻r1的一端分别、一个单体电池的正极、光耦合器u3的集电极以及发光二极管d2的正极连接在同一节点，第一电阻r1的另外一端与保险丝f1的一端连接，mos管q2的源极与此单体电池的负极连接，保险丝f1的另外一端与mos管q2的漏极连接，发光二极管d2的负极通过一电阻与mos管q2的漏极连接，mos管q2的栅极通过一电阻与光耦合器u3的发射极连接，mos管q2的源极与栅极之间连接有一电阻；由于单体电池间是串联，与第一节电池连接的单体均衡电路的mos管q2的源极不仅是连接在第一节电池的负极，也是连接在第二节电池的正极；

电源模块，与电压采样模块、pic单片机以及均衡模块连接并为他们供电，电源电路包括：

型号为mp4560的降压形电源转换器u4，输入48v电源，输出vcc12v；

型号为mic5233-5.0bm5的降压芯片u5，输入vcc12v，输出vcc5v；

型号为icl7660s的反转电源转换器u6，输入vcc5v，输出-5v；

can收发器u7，型号为tja1041at，pic单片机通过can收发器与车辆控制器连接，can收发器u7还与降压芯片u5的使能端；

温度传感器u8，设置在单体电池处，温度传感器与pic单片机连接。

如图6所示，本发明还提供了一种微速四轮电动车的铅酸电池管理系统的控制方法，包括以下步骤：

s1、pic单片机中预设有第一均衡阈值vb、第二均衡阈值vb1、第三均衡阈值vb2和占空比基值d0，其中d0为小于1且大于0的正数；

s2、电压采样模块采集单体电池的电压值va并输入pic单片机；

s3、pic单片机将电压值va最小的一个单体电池作为参照电池m，将它的电压值记为vmin；

s4、将除参照电池m之外所有的单体电池的电压值分别与电压值vmin进行比较：当一单体电池的电压值va-vmin≤vb，则pic单片机向该单体电池的单体均衡电路输出的pwm信号的占空比d=0；

当vb＜va-vmin≤vb1，占空比d=d0；

当vb1＜va-vmin≤vb2，占空比d=k*vmin+d0，d为线性函数，k为正数，例如d=0.05*vmin+d0；

当vb2＜va-vmin，占空比d=1，pic单片机生成报警信号并发送至车辆控制器；

s5、pic单片机连接通过温度传感器采集单体电池的温度，当单体电池温度超过温度阈值时向车辆控制器发出报警信号。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。