基站专用电池管理装置的制作方法

本发明涉及一种电池组管理装置，具体涉及一种基站专用电池管理装置。

背景技术：

基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线网络覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。基站专用电池管理装置，除了常规的参数监控，还需要将电池的实时参数发送至上层管理用云服务器，因此需要设置专用的数据传输通道。

常规的电池组管理装置需要测量电池的电流电压等参数进行状态监控，现有的装置测量线路比较长，如果存在主动均衡会产生压降，也容易存在干扰，对测量数据的准确性有较大影响，而且，数据的传输多采用spi或串口，该传输方式耗时较长，时序要求较高，容易出现死机现象，如果是针对动均衡的装置，由于电流的干扰，其测量数据将会更不准确，当前，主动均衡电流一般控制在10ma-2a左右，几乎对电池起不到修复作用，但被动均衡属于消耗型产品，不适合使用。如果电池组内的单体电池之间存在一定压差的情况，继续使用，会导致电池报废，甚至可能出现安全事故。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基站专用电池管理装置，稳定可靠地采集单体电池参数，可通过大电流对低容量电池进行主动均衡，及时向云服务器发送电池组的监控信息。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述基站专用电池管理装置，包括电池管理主机和电池管理从机，其中，

所述电池管理主机包括直流电压转换电路、均衡电源、从机供电电源、主机cpu供电电源、主机通讯电路、储存模块和主机cpu控制电路，所述输入电源接入直流电压转换电路的电源输入端，直流电压转换电路设有两路电压输出，一路输出经稳压电路和滤波电路后作为主机cpu供电电源为主机cpu供电，另一路输出作为控制均衡电源和从机供电电源的控制电源，从机供电电源包括从机开关控制电路和从机供电电路，所述从机开关控制电路输入端连接cpu的i/o口，所述从机开关控制电路输出端串接从机继电器线圈，从机继电器常开触点串入从机供电电路，均衡电源包括均衡开关控制电路和均衡供电电路，所述均衡开关控制电路输入端连接cpu的i/o口，所述均衡开关控制电路输出端串接均衡继电器线圈，均衡继电器常开触点串入均衡供电电路，主机通讯电路和存储模块均与主机cpu相连；

所述电池管理从机设置在电池上，包括从机cpu供电电源、温度检测电路、电池电压检测电路、单体均衡电路、从机通信电路和从机cpu，所述从机供电电路输出端通过稳压电路和滤波电路后作为从机cpu供电电源为从机cpu供电，温度检测电路、电池电压检测电路输出端均连接至从机cpu的i/o口，所述单体均衡电路包括单体均衡驱动电路和单体均衡执行电路，单体均衡驱动电路输入端连接至从机cpu的i/o口，单体均衡驱动电路输出端串入单体均衡继电器线圈的供电回路，单体均衡继电器常开触点接入单体均衡执行电路，从机通信电路与从机cpu相连；

所述远程传输单元包括mcu、无线传输模块、usb转串口模块和mcu电源，所述主机cpu与mcu进行通信，mcu通过usb转串口模块与上位机通信，usb转串口模块的信号接收管脚和信号发射管脚与无线传输模块的相应管脚相连，实现固件程序的下载，无线传输模块与移动终端、云服务器进行交互通信。

电池管理主机主要为主机及从机各模块提供工作电源，如果电池电压检测电路检测到单体电池之间存在压差超过预设值，均衡继电器线圈得电，均衡电源工作，同时通过单体均衡电路接通需要均衡的单体电池进行大电流均衡。设备通过usb转串口模块连接上位机，通过上位机对无线传输模块下载固件程序、打印网络连接信息等，mcu首次与无线传输模块进行通信时，首先对无线传输模块进行注册并创建连接监听信息，此时无线传输模块相当于受控的无线路由器，通过无线网络与云服务器、移动终端进行交互通信，移动终端内嵌用于电池管理的app，移动终端与云服务器也可进行交互通信。直流电压转换电路将输入端电压值较高的直流电压转换为两路12v直流电，一路为主机cpu、主机通讯电路和存储模块供电，另一路作为电池管理从机供电电源和电池均衡电源的控制电源。需要为从机电池单元供电时，主机cpu通过从机开关控制电路控制从机继电器线圈上电，从机继电器常开触点吸合，从机供电电路导通，电池管理从机正常工作，同理，需要均衡电源时，主机cpu通过均衡开关控制电路控制均衡继电器线圈上电，均衡继电器常开触点吸合，均衡电源正常工作，为需要均衡的单体电池提供均衡电压；电池管理从机正常工作时，由温度检测电路和电池电压检测电路测量对应电池的温度和电压，如果检测到温度过高，及时报警，因从机电池管理单体直接设置在单体电池上，不需要冗长的测量线路，消除干扰，如果检测到单体电池的电压过低，启动均衡供电电路，通过均衡电源为单体电池进行大电流均衡，一般情况下，均衡时间固定，可设置2-10分钟，但如果充电过程中，检测到单体电池电压超过预警值(例如，额定电压12v的电池电压达到14.7v)或温度过高，立即停止充电和均衡，防止电池因过充而损坏，延长电池使用寿命，各单体电池电压达到一定平均要求后，切断均衡电源和从机供电电源，降低设备功耗，主机进入睡眠状态。

优选地，所述直流电压转换电路包括pwm控制芯片u2、电压反馈电路、mos管q10输出电路及变压器，输入电源接入pwm控制芯片u2的电源输入端，通过pwm控制芯片u2电压输出端连接mos管q10栅极，mos管q10漏极和输入电源正极之间接入变压器t2一次侧线圈，变压器t2二次侧设置两个线圈，mos管q10源极接地，变压器t2二次侧线圈输出电压通过电压反馈电路反馈至pwm控制芯片，一般输入电源的电压值为48v，通过pwm控制芯片u2控制mos管q10的脉宽，从而控制变压器t2二次线圈的输出电压，两个二次线圈的输出电压相同，均为12v，通过电压反馈电路反馈变压器t2二次侧的输出电压反馈至pwm控制芯片u2，进而控制其输出功率。

优选地，所述均衡开关控制电路包括通过光耦隔离的两级三极管驱动电路，一级三极管q4基极连接主机cpu的i/o口，二级三极管q6集电极通过均衡继电器线圈连接至直流电压转换电路输出电源正极，二级三极管q6发射极接地，所述均衡继电器常开触点串联在输入电源和高频变压器t1一次线圈正极之间，高频变压器t1一次线圈负极接mos管q3漏极，mos管q3源极接地，所述mos管q3栅极连接均衡供电pwm调整电路输出端，所述高频变压器t1二次线圈经整流电路、储能电感和滤波电路输出均衡电压，需要接入均衡电源时，主机cpu的i/o口输出高电平，三极管驱动电路接通均衡继电器线圈的导通回路，均衡继电器常开触点吸合，在均衡供电pwm调整电路的调整下输出稳定的均衡电源，储能电感能增加均衡电源的输出能力，实现最大5a的均衡电流，对电池实现真正的均衡修复。

优选地，所述均衡供电pwm调整电路包括电源输入端、均衡供电pwm控制器u4、mos管q3、均衡供电电压反馈电路和电源输出端，所述均衡供电pwm控制器u4的vcc管脚接电源输入端，均衡供电pwm控制器u4的rt/ct管脚接振荡器，由均衡供电pwm控制器u4的参考电压输出端为振荡器提供电源，均衡供电pwm控制器u4电压输出端连接mos管q3栅极，均衡供电pwm控制器u4的误差放大输出管脚通过光耦连接均衡供电反馈电路，均衡电压为均衡供电反馈电路提供基准电压，振荡器通过均衡供电pwm控制器u4控制mos管q3的脉宽，从而控制输出电压，均衡供电pwm控制器u4均衡供电电压反馈电路的反馈信号实时调整，均衡供电pwm控制器u4的电压输出端控制mos管q3的导通与关断。

优选地，所述电源输入端通过稳压电路连接至均衡供电pwm控制器u4的vcc管脚，均衡供电pwm控制器u4提供电源。

优选地，所述mos管q3漏极通过反馈电阻r9接地，mos管q3源极与反馈电阻r9之间设置反馈信号线，反馈信号线连接至均衡供电pwm控制器u4的电流反馈端，如电阻r9的电压达到一定的高度，可关闭均衡供电pwm控制器u4的电压输出端的输出波形。

优选地，所述变压器t1一次线圈两端并接高频续流电路，使变压器t1的一次线圈的反向电流反馈给电源网络。

优选地，所述从机开关控制电路包括通过光耦隔离的两级三极管驱动电路，一级三极管q5基极连接主机cpu的i/o口，二级三极管q7集电极通过从机继电器线圈连接至直流电压转换电路输出电源正极，二级三极管q7发射极接地，所述从机继电器常开触点串联在输入电源和mos管q1漏极之间，所述mos管q1栅极连接从机供电pwm调整电路输出端，mos管q1源极通过储能电感和滤波电容输出从机供电电压；需要接入从机供电电源时，主机cpu的i/o口输出高电平，三极管驱动电路接通从机继电器线圈的导通回路，从机继电器常开触点吸合，在从机供电pwm调整电路的调整下输出稳定的从机供电电源。

优选地，所述从机供电pwm调整电路包括电源输入端、从机供电pwm控制器、mos管、从机供电反馈电路和电源输出端，所述从机供电pwm控制器的vcc管脚接电源输入端，从机供电pwm控制器的rt/ct管脚接振荡器，由从机供电pwm控制器的参考电压输出端为振荡器提供电源，从机供电pwm控制器电压输出端连接mos管q1栅极，从机供电pwm控制器的误差放大输出管脚通过光耦连接从机供电反馈电路，电源输出端的输出的电源为从机供电反馈电路提供基准电压，从机供电pwm调整电路与均衡供电pwm调整电路结构及工作原理相同，此处不赘述。

所述单体均衡电路包括通过光耦隔离的两级三极管驱动电路，一级三极管q11基极连接从机cpu的i/o口，二级三极管q12集电极通过单体均衡继电器线圈连接至供电电源，二级三极管q12发射极接地，均衡电源正极通过单体均衡继电器常开触点串联单体电池正极，均衡电源负极也通过单体均衡继电器常开触点串联单体电池负极，需要均衡时，通过两级三极管驱动电路给单体均衡继电器线圈上电，从而闭合相应单体电池的单体均衡执行电路执行大电流均衡。

优选地，所述主机通讯电路包括can芯片，can芯片发送数据输入端和接收数据输出端均与处理器相连，can芯片的低电平can电压输入/出端和接地端之间连接并联的瞬态抑制二极管和下拉电阻，高电平can电压输入/出端和接地端之间连接并联的瞬态抑制二极管和上拉电阻，上拉电阻和下拉电阻可保证信号电平的准确，瞬态抑制二极管可防止信号干扰，保证信号传输的准确性。

优选地，所述mcu的复位管脚连接有复位按键，所述mcu的tamper_rtc管脚连接有联网按键，所述无线传输模块采用wifi芯片，wifi芯片的复位管脚和一个io口各连接一个按键，用作固件程序下载，按下复位按键，对mcu进行复位，按下联网按键，实现mcu与无线传输模块的配网连接，同时按下wifi芯片的两个按键，实现wifi芯片网络程序固件的下载。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明稳定可靠地采集单体电池参数，并可通过大电流进行对电池进行主动均衡，延长电池使用寿命。电池管理从机直接设置在电池上，检测更加准确，且电源直接相互隔离，工作稳定，如果电池电压检测电路检测到单体电池之间存在压差超过预设值，均衡继电器线圈得电，均衡电源工作，同时通过单体均衡电路接通需要均衡的单体电池进行大电流均衡，均衡过程中检测到异常状况立即停止均衡，保证使用安全。

附图说明

图1是直流电压转换电路结构图。

图2是均衡开关控制电路及从机开关控制电路结构图。

图3是均衡供电电路及从机供电电电路结构图。

图4是主机cpu、主机cpu供电电源主机通讯电路及储存模块电路结构图。

图5是远程传输单元电路结构图。

图6是电池管理从机电路结构图。

图7是单体均衡电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1-7所示，本发明所述基站专用电池管理装置，包括电池管理主机和电池管理从机，其中，

所述电池管理主机包括直流电压转换电路、均衡电源、从机供电电源、主机cpu供电电源、主机通讯电路、储存模块和主机cpu控制电路，所述输入电源接入直流电压转换电路的电源输入端，直流电压转换电路设有两路电压输出，一路输出经稳压电路和滤波电路后作为主机cpu供电电源为主机cpu供电，另一路输出作为控制均衡电源和从机供电电源的控制电源，从机供电电源包括从机开关控制电路和从机供电电路，所述从机开关控制电路输入端连接cpu的i/o口，所述从机开关控制电路输出端串接从机继电器线圈，从机继电器常开触点串入从机供电电路，均衡电源包括均衡开关控制电路和均衡供电电路，所述均衡开关控制电路输入端连接cpu的i/o口，所述均衡开关控制电路输出端串接均衡继电器线圈，均衡继电器常开触点串入均衡供电电路，主机通讯电路和存储模块均与主机cpu相连；

所述电池管理从机设置在电池上，包括从机cpu供电电源、温度检测电路、电池电压检测电路、单体均衡电路、从机通信电路和从机cpu，所述从机供电电路输出端通过稳压电路和滤波电路后作为从机cpu供电电源为从机cpu供电，温度检测电路、电池电压检测电路输出端均连接至从机cpu的i/o口，所述单体均衡电路包括单体均衡驱动电路和单体均衡执行电路，单体均衡驱动电路输入端连接至从机cpu的i/o口，单体均衡驱动电路输出端串入单体均衡继电器线圈的供电回路，单体均衡继电器常开触点接入单体均衡执行电路，从机通信电路与从机cpu相连；

所述远程传输单元包括mcu、无线传输模块、usb转串口模块和mcu电源，所述主机cpu与mcu进行通信，mcu通过usb转串口模块与上位机通信，usb转串口模块的信号接收管脚和信号发射管脚与无线传输模块的相应管脚相连，实现固件程序的下载，移动终端、无线传输模块、云服务器三者信号进行交互通信。

如图1所示，所述直流电压转换电路包括pwm控制芯片u2、电压反馈电路、mos管q10输出电路及变压器，输入电源接入pwm控制芯片u2的电源输入端，通过pwm控制芯片u2电压输出端连接mos管q10栅极，mos管q10漏极和输入电源正极之间接入变压器t2一次侧线圈，变压器t2二次侧设置两个线圈，mos管q10源极接地，变压器t2二次侧线圈输出电压通过电压反馈电路反馈至pwm控制芯片。

48v输入电压经直流电压转换电路转换为12v输出电压，12v、48g这一组输出控制两个继电器常开触点的吸合与关断，进而控制均衡电源和从机供电电源的工作状态，12v、gnd这一组进行2组稳压，一组为3.3v，为主机cpu供电，一组为5v，为主机通讯电路和存储模块供电，电阻r51和电容c13组成时基电路，振荡频率75.8khz,电阻r52、r59、r53和电容c14、c15构成电压反馈电路，如果变压器t2二次线圈输出的12v下降，pwm控制芯片u2的1脚电位升高，pwm控制芯片u2的6脚输出75.8khz控制波占空比增加，保持变压器t2二次线圈输出的12v不变；如果变压器t2二次线圈输出的12v上升，pwm控制芯片u2的1脚电位降低，pwm控制芯片u2的6脚输出75.8khz控制波占空比降低保持变压器t2二次线圈输出的12v不变，三极管q9、电阻r50、二极管d6将pwm控制芯片u2内部产生的过高频峰值电压释放掉，保护pwm控制芯片u2的正常工作，与pwm控制芯片u2的8脚基准电源形成回路，pwm控制芯片u2的3脚是电流反馈，如电阻r22的电压达到一定的高度，可关闭pwm控制芯片u2的6脚输出波形，电阻r21和电容c9组成rc滤波电路。

如图2所示，均衡开关控制电路包括通过光耦隔离p2的两级三极管驱动电路，一级三极管q4基极连接主机cpu的i/o口，二级三极管q6集电极通过均衡继电器线圈连接至直流电压转换电路输出电源正极，二级三极管q6发射极接地，所述均衡继电器常开触点串联在输入电源和高频变压器t1一次线圈正极之间，高频变压器t1一次线圈负极接mos管q3漏极，mos管q3源极接地，所述mos管q3栅极连接均衡供电pwm调整电路输出端，所述高频变压器t1二次线圈经整流电路、储能电感和滤波电路输出均衡电压，需要接入均衡电源时，主机cpu的i/o口输出高电平，三极管驱动电路接通均衡继电器线圈的导通回路，均衡继电器常开触点吸合，在均衡供电pwm调整电路的调整下输出稳定的均衡电源，储能电感能增加均衡电源的输出能力，实现最大5a的均衡电流，对电池实现真正的均衡修复。

所述均衡供电pwm调整电路包括电源输入端、均衡供电pwm控制器u4、mos管q3、均衡供电电压反馈电路和电源输出端，所述均衡供电pwm控制器u4的vcc管脚接电源输入端，均衡供电pwm控制器u4的rt/ct管脚接振荡器，由均衡供电pwm控制器u4的参考电压输出端为振荡器提供电源，均衡供电pwm控制器u4电压输出端连接mos管q3栅极，均衡供电pwm控制器u4的误差放大输出管脚通过光耦连接均衡供电反馈电路，均衡电压为均衡供电反馈电路提供基准电压，均衡供电pwm控制器u4采用uc3485，电阻r1和电容c52组成时基电路振荡频率75.8khz，通过均衡供电pwm控制器u4控制mos管q3的脉宽，从而控制输出电压，电阻r62、r63和电容c56、稳压管u7组成设定的基准电压与光耦p1构成反馈，基准电压下降，光耦p1导通强度变小，均衡供电pwm控制器u4的1脚电位升高，均衡供电pwm控制器u4的6脚输出75.8khz控制波占空比增加，基准电压升高，光耦p1导通强度变大，均衡供电pwm控制器u4的1脚电位降低，均衡供电pwm控制器u4的6脚输出75.8khz控制波占空比减少，基准电压降低，以保持基准恒定，均衡供电pwm控制器u4的6脚输出控制控制mos管q3的导通与关断，均衡供电pwm控制器u4的3脚是电流反馈，如电阻r9的电压达到一定的高度，可关闭均衡供电pwm控制器u4的6脚输出波形；电阻r5-r6、稳压管w1和电容c1组成稳压电源，接至均衡供电pwm控制器u4的7脚，为均衡供电pwm控制器u4提供电源，二极管d2、电容c2和电阻r7-r8组成高频续流电路，使高频变压器t1一次绕组的反向电流反馈给电源网络，二极管d3使高频变压器t1绕组感生的反向电势形成回路，d4、d5为高频整流二极管，对高频交流进行整流，l1为储能电感，增加高频变压器t1二次绕组的输出能力，电容c3和c4为滤波电解电容，可使输出电压更加稳定；mos管q3漏极通过反馈电阻r9接地，mos管q3源极与反馈电阻r9之间设置反馈信号线，反馈信号线连接至均衡供电pwm控制器u4的电流反馈端，如电阻r9的电压达到一定的高度，可关闭均衡供电pwm控制器u4的电压输出端的输出波形。

从机开关控制电路包括通过光耦隔离的两级三极管驱动电路，一级三极管q5基极连接主机cpu的i/o口，二级三极管q7集电极通过从机继电器线圈连接至直流电压转换电路输出电源正极，二级三极管q7发射极接地，所述从机继电器常开触点串联在输入电源和mos管q1漏极之间，所述mos管q1栅极连接从机供电pwm调整电路输出端，mos管q1源极通过储能电感和滤波电容输出从机供电电压；需要接入从机供电电源时，主机cpu的i/o口输出高电平，三极管驱动电路接通从机继电器线圈的导通回路，从机继电器常开触点吸合，在从机供电pwm调整电路的调整下输出稳定的从机供电电源；从机供电pwm调整电路包括电源输入端、从机供电pwm控制器、mos管、从机供电反馈电路和电源输出端，所述从机供电pwm控制器的vcc管脚接电源输入端，从机供电pwm控制器的rt/ct管脚接振荡器，由从机供电pwm控制器的参考电压输出端为振荡器提供电源，从机供电pwm控制器电压输出端连接mos管q1栅极，从机供电pwm控制器的误差放大输出管脚通过光耦连接从机供电反馈电路，电源输出端的输出的电源为从机供电反馈电路提供基准电压，从机供电pwm调整电路与均衡供电pwm调整电路结构及工作原理相同，此处不赘述。

如图6所示，单体均衡电路包括通过光耦隔离的两级三极管驱动电路，一级三极管q11基极连接从机cpu的i/o口，二级三极管q12集电极通过单体均衡继电器线圈连接至供电电源，二级三极管q12发射极接地，均衡电源正极通过单体均衡继电器常开触点串联单体电池正极，均衡电源负极也通过单体均衡继电器常开触点串联单体电池负极，需要均衡时，通过两级三极管驱动电路给单体均衡继电器线圈上电，从而闭合相应单体电池的单体均衡执行电路执行大电流均衡。

如图3所示，主机通讯电路包括can芯片，can芯片发送数据输入端和接收数据输出端均与处理器相连，can芯片的低电平can电压输入/出端和接地端之间连接并联的瞬态抑制二极管和下拉电阻，高电平can电压输入/出端和接地端之间连接并联的瞬态抑制二极管和上拉电阻，上拉电阻和下拉电阻可保证信号电平的准确，瞬态抑制二极管可防止信号干扰，保证信号传输的准确性；

如图5所示，mcu的复位管脚连接有复位按键s3，所述mcu的tamper_rtc管脚连接有联网按键s4，所述无线传输模块采用wifi芯片，wifi芯片的复位管脚和一个io口分别连接按键s1、s2，用作固件程序下载，按下复位按键s3，对mcu进行复位，按下联网按键s4，实现mcu与无线传输模块的配网连接，同时按下两个固件下载按键s1、s2，实现wifi芯片程序固件的下载。

本发明中，电池管理主机主要为主机及从机各模块提供工作电源，如果电池电压检测电路检测到单体电池之间存在压差超过预设值，均衡继电器线圈得电，均衡电源工作，同时通过单体均衡电路接通需要均衡的单体电池进行大电流均衡。设备通过usb转串口模块连接上位机，通过上位机对无线传输模块下载固件程序、打印网络连接信息等，mcu首次与无线传输模块进行通信时，首先对无线传输模块进行注册并创建连接监听信息，此时无线传输模块相当于受控的无线路由器，通过无线网络与云服务器、移动终端进行交互通信，移动终端内嵌用于电池管理的app，移动终端与云服务器也可进行交互通信。直流电压转换电路将输入端电压值较高的直流电压转换为两路12v直流电，一路为主机cpu、主机通讯电路和存储模块供电，另一路作为电池管理从机供电电源和电池均衡电源的控制电源。需要为从机电池单元供电时，主机cpu通过从机开关控制电路控制从机继电器线圈上电，从机继电器常开触点吸合，从机供电电路导通，电池管理从机正常工作，同理，需要均衡电源时，主机cpu通过均衡开关控制电路控制均衡继电器线圈上电，均衡继电器常开触点吸合，均衡电源正常工作，为需要均衡的单体电池提供均衡电压；电池管理从机正常工作时，由温度检测电路和电池电压检测电路测量对应电池的温度和电压，如果检测到温度过高，及时报警，因从机电池管理单体直接设置在单体电池上，不需要冗长的测量线路，消除干扰，如果检测到单体电池的电压过低，启动均衡供电电路，通过均衡电源为单体电池进行大电流均衡，一般情况下，均衡时间固定，可设置2-10分钟，但如果充电过程中，检测到单体电池电压超过预警值(例如，额定电压12v的电池电压达到14.7v)或温度过高，立即停止充电和均衡，防止电池因过充而损坏，延长电池使用寿命，各单体电池电压达到一定平均要求后，切断均衡电源和从机供电电源，降低设备功耗，主机进入睡眠状态，睡眠到达设定时间(一般为1-120分钟)后，系统重新启动。