无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统。该实用新型包括锂电池组模块、电流采集单元、工控机和充放电设备。其中，电流采集单元由霍尔电流传感器、多量程模拟电路、微处理器和RF发射器组成。工控机由充放电开关、工控机MCU、RF接收器、液晶显示屏和报警器组成。霍尔电流传感器套接在并联的锂电池组模块直流母线正极上，通过多量程模拟电路与微处理器相连。各电流采集单元通过自身RF发射器与工控机的RF接受器完成多对一无线通讯，工控机MCU通过相应的驱动电路与充放电开关、液晶显示屏和报警器相连。本实用新型采用无线通讯方式摆脱了检测系统的线束，提高了系统稳定性；采用设计的多量程模拟电路，提高了电流检测精度。
【专利说明】无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统。
【背景技术】
[0002]随着新能源和环境污染问题在全球发展过程中被高度关注，锂离子蓄电池作为清洁能源越来越受到重视。锂离子电池具有体积小、质量轻、容量大、寿命长、使用安全、绿色环保、无记忆效应、可快速大电流放电等优点，在工业生产中有着广阔的应用前景。
[0003]由于锂离子蓄电池的单体电压较低，应用于电源系统中应以多只单体电池串联成组，然后多组电池并联使用，来满足实际使用电压和工作电量的要求。而各个电池组模块的充放电电流作为电池的主要参数直接关系着锂电池电源的能量传输与运行安全，其地位和作用极其重要，必须对其进行实时检测。
[0004]目前常用的电流检测方法主要有直接检测法和间接检测法两类。直接检测法多以电流表直接串联到功率回路中供工作人员直接读取待测电流值，该方法尽管测量精度较高，但实际使用中操作麻烦、安全性低。间接检测法多将以分流器为代表的采样电阻串接于功率回路中，通过相应转化电路，实现电流的间接测量。该方法虽然克服了直接检测法的不足，但以分流器作为电流检测元件，其输出电压一般较低，如果分流器的安装位置先择不当会明显增加共模电压对电流检测精度的影响。此外，由于分流器和主控制单元之间需要布置线路，无法实现主功率回路与控制回路的电气隔离，不但增加了系统的整体布线难度，还严重影响了系统控制回路的电路稳定性。
实用新型内容
[0005]针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统,实现了并联多模块锂电池组充放电过程中的电流检测。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:一种无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统。该实用新型包括锂电池组模块、电流采集单元、工控机和充放电设备。其中，电流采集单元由霍尔电流传感器、多量程模拟电路、微处理器和RF发射器组成。工控机由充放电开关、工控机MCU、RF接收器、液晶显示屏和报警器组成。在本实用新型中，多个锂电池组模块相互并联，通过直流母线与充放电设备相连。霍尔电流传感器套接在并联的锂电池组模块直流母线正极上，通过多量程模拟电路与微处理器相连。各电流采集单元通过自身RF发射器与工控机的RF接受器完成多对一无线通讯，工控机MCU通过相应的驱动电路与充放电开关、液晶显示屏和报警器相连。
[0007]所述的多量程模拟电路，是与选用的霍尔电流传感器的输出电压特性相匹配的模拟接口电路，该电路采用分段检测方法，由大电流量程模拟电路和小电流量程模拟电路组成。系统可根据检测电流的大小选择合适的量程电路配合微处理器的AD转换器进行电流的高精度检测。
[0008]所述的霍尔电流传感器采用的是单电源霍尔电源传感器HFK200BS5，该传感器的零点输出电压为2.5V，电流检测范围为0±400A，额定输入电流为200A，额定输出电压为IV，工作电压为5V。
[0009]所述的微处理器选用的是ST公司的STM32F103RBT6芯片，工作电压为2.(Γ3.6 V，最高时钟为72MHz ;自带2个12位A/D和通讯接口。
[0010]所述的RF发射器和RF接收器均采用美国TI公司生产的超低功耗无线收发芯片CC1101。该芯片工作频段为387.0MHz?464.ΟΜΗζ，支持的最高数据传输速率为500kbps。
[0011]所述的工控机MCU选用的是MSP430F5529芯片。
[0012]本实用新型中，工控机配合充放电设备，通过控制自身的充放电开关，实现各锂电组模块的充放电。电流采集单元作为本系统的核心部分，其通过自身的霍尔电流传感器套接安装在各锂电池组模块的直流母线正极上。在锂电池组充放电过程中，各锂电池组模块的霍尔电流传感器通过检测其直流母线正极上的电流，输出相应的模拟采样电压。该模拟采样电压经多量程模拟电路调理后，由微处理器内部的AD转换器，实现模拟采样电压的模数转化，完成电流值的准确检测。微控制器对检测到的电流值进行相应的编码处理后通过自身的RF发射器，向工控机发送。工控机MCU通过RF接收器接收各电流采集单元发送的已编码的电流值，进行相应的解码处理后，通过液晶显示屏对各锂电池组模块的充放电电流进行详细显示。同时，将检测到各个锂电池组模块的电流值与设定的电流极限值进行比较，如出现过流异常，将驱动报警器报警，并通过关闭充放电开关，实现对各个锂电池组模块电池的保护。
[0013]本实用新型无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统由于采用了上述方案，使之与现在技术相比，具有以下的优点:通过采用无线通讯方式，一方面实现了电流检测过程中主功率直流母线回路与工控机控制回路的电气隔离，减少了主功率直流母线回路对工控机控制回路的电磁干扰，提高了系统的稳定性；另一方面摆脱了电流检测装置安装的线性束缚，使得系统布线更加简单方便。采用设计的多量程模拟电路，对电池充放电过程中的电流进行不同量程的分段检测，提高了电流检测精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构示意图。
[0015]图中:1_锂电池组模块；2-电流采集单元；3_工控机；4_充放电设备。
[0016]图2为电流检测单元的多量程模拟电路原理图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0018]参考图1，一种无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统，包括锂电池组模块1、电流采集单元2、工控机3和充放电设备4。其中，电流采集单元2由霍尔电流传感器、多量程模拟电路、微处理器和RF发射器组成。工控机3由充放电开关、工控机MCU、RF接收器、液晶显示屏和报警器组成。在本实用新型中，多个锂电池组模块1相互并联，通过直流母线与充放电设备4相连。霍尔电流传感器套接在并联的锂电池组模块1直流母线正极上，通过多量程模拟电路与微处理器相连。各电流采集单元2通过自身RF发射器与工控机3的RF接受器完成多对一无线通讯，工控机MCU通过相应的驱动电路与充放电开关、液晶显示屏和报警器相连。所述的多量程模拟电路，是与选用的霍尔电流传感器的输出电压特性相匹配的模拟接口电路，该电路采用分段检测方法，由大电流量程模拟电路和小电流量程模拟电路组成。系统可根据检测电流的大小选择合适的量程电路配合微处理器的AD转换器进行电流的高精度检测。所述的霍尔电流传感器采用的是单电源霍尔电源传感器HFK200BS5，该传感器的零点输出电压为2.5V，电流检测范围为0±400A，额定输入电流为200A，额定输出电压为IV，工作电压为5V。所述的微处理器选用的是ST公司的STM32F103RBT6芯片，工作电压为2.0?3.6 V，最高时钟为72MHz ;自带2个12位A/D和通讯接口。所述的RF发射器和RF接收器均采用美国TI公司生产的超低功耗无线收发芯片CC1101。该芯片工作频段为387.ΟΜΗζ?464.ΟΜΗζ，支持的最高数据传输速率为500kbps。所述的工控机MCU选用的是MSP430F5529芯片。
[0019]工控机3配合充放电设备4，通过控制自身的充放电开关，实现各锂电组模块1的充放电。电流采集单元2作为本系统的核心部分，其通过自身的霍尔电流传感器套接安装在各锂电池组模块1的直流母线正极上。在锂电池组充放电过程中，各锂电池组模块1的霍尔电流传感器通过检测其直流母线正极上的电流，输出相应的模拟采样电压。该模拟采样电压经多量程模拟电路调理后，由微处理器内部的AD转换器，实现模拟采样电压的模数转化，完成电流值的准确检测。微控制器对检测到的电流值进行相应的编码处理后通过自身的RF发射器，向工控机3发送。工控机MCU通过RF接收器接收各电流采集单元发送的已编码的电流值，进行相应的解码处理后，通过液晶显示屏对各锂电池组模块1的充放电电流进行详细显示。同时，将检测到各个锂电池组模块1的电流值与设定的电流极限值进行比较，如出现过流异常，将驱动报警器报警，并通过关闭充放电开关，实现对各个锂电池组模块1电池的保护。
[0020]参考图2，多量程模拟电路选择高增益、单电源供电的LMV324作为运算放大器。电路包括以LMV324-1运算放大器为核心的小电流量程模拟电路和以LMV324-2运算放大器为核心的大电流量程模拟电路。小电流量程模拟电路可以用来检测-40A?+40A的电流，大电流量程模拟电路可以用来检测-ΙΟΟΑ'ΙΟΟΑ的电流。电流采集单元2的微控制器通过内部的两个12位的AD转换器，同时对0UT_40A和0UT_100A端输出的模拟信号进行数模转换，分别得到40 A档和100 A档电流转换数据。如果采集的40 A档的数据不超过自身的量程，则100 A档数据采集值无效；如果采集的40 A档的数据超过量程，则该档的数据无效，100A档采集的数据值有效；两个量程档的自动切换过程是由微控制器程序实现的。
[0021]上述方式中未涉及的部分采取或借鉴现有技术即可实现。
[0022]对所公开的实用新型的上述说明:在本说明书的教导下，本领域专业技术人员做出的任何等同替代方式，或者明显变型方式，均在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统，其特征在于:包括锂电池组模块、电流采集单元、工控机和充放电设备；其中，电流采集单元由霍尔电流传感器、多量程模拟电路、微处理器和RF发射器组成；工控机由充放电开关、工控机MCU、RF接收器、液晶显示屏和报警器组成；多个锂电池组模块相互并联，通过直流母线与充放电设备相连；霍尔电流传感器套接在各锂电池组模块直流母线正极上通过多量程模拟电路与微处理器相连；各电流采集单元通过自身RF发射器与工控机的RF接受器完成多对一无线数据通讯，工控机MCU通过相应的驱动电路与充放电开关、液晶显示屏和报警器相连。
2.根据权利要求1所述的无线通讯的并联多模块锂电池组充放电电流检测系统，其特征在于，所述的多量程模拟电路采用分段检测方法，由大电流量程模拟电路和小电流量程模拟电路组成。
【文档编号】G01R19/00GK204228927SQ201420669147
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】于鹏杰, 纪秉鑫 申请人:山东科技大学