一种电池系统均衡控制系统的制作方法

本实用新型涉及电池管理领域，更具体地说，涉及一种电池系统均衡控制系统。

背景技术：

目前，电动汽车技术以及混合动力汽车技术发展迅速，其动力源采用将多个电池模组串联在一起从而为汽车供电，由此，存在电池数目较多，因而对于其电池的状态以及性能的监测也较复杂。

在电池的充放电使用过程中，由于电池的物理特性的变化，诸如激化电压，电池内阻变化，各电池模组的一致性降低，将造成电池组性能的劣化甚至损坏，大大降低了电池组的使用寿命，在电池模组生产中由于在可控差异范围内，并且每个模组的电压具有不相等性，给后期电池系统的控制带来很多问题，以及长时间处于不相等的电压条件下，导致后期的电池系统能量使用率急速下降，最终导致电动汽车的续航里程数急速下降。针对这种情况，开发电池均衡系统非常有必要。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种电池系统均衡控制系统，旨在解决避免电池模组在进行充电时，长时间处于电压不均衡的情况，使得电池模组的使用寿命降低，导致后期的电池系统能量使用率急速下降的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电池系统均衡控制系统，包括MCU控制器以及与所述MCU控制器连接的检测所有电池模组上电电压值以及充电电压值的电池模组电压检测单元、检测所有电池模组充电电流值的电池模组电流值检测单元、检测所有电池模组温度的电池模组温度检测单元、对电池模组的充电电流进行均衡控制以使电池模组电压达到相同的标准值的电池模组均衡单元、显示电池模组充电电路故障的显示屏、在电池模组的温度达到报警阈值时或充电电路故障时进行蜂鸣报警的报警单元；所述电池模组均衡单元连接所述电池模组电流值检测单元。

所述电池模组均衡单元包括与交流电压连接的PTC保护电路、ACDC恒压模块U4，二极管TVS2，恒流模块U5，继电器K2，场效应管Q2；PTC保护电路的输出端分别与ACDC恒压模块U4的引脚1、2相连接，ACDC恒压模块U4的引脚4外接一下拉电阻R7并接地；电容C4和二极管TVS2并联在ACDC恒压模块U4和恒流模块U5间；电阻R4和电容C3并联的一端与二极管TVS2的负极相连接；场效应管Q2的源极接二极管TVS2的负极，场效应管Q2的漏极与恒流模块U5引脚1连接，栅极与电阻R3连接；电阻R3另一端与控制器的EN_5信号端连接；肖特基二极管D2的负极与恒流模块U5的引脚1相连接且并联在继电器K2的引脚1和引脚8之间，恒流模块U5的引脚2和继电器的引脚8均接地；继电器K2的引脚7与恒流模块U5的引脚3连接，恒流模块U5的引脚4连接电池模组电压检测单元5_Vout-端。

所述电池模组电流值检测单元包括电流采样芯片U7，所述电流采样芯片U7的并联的引脚1和引脚2通过熔断器F8与继电器K2的引脚5连接，电流采样芯片U7的引脚3和引脚4并联后与电池模组电压检测单元的5_Vout+连接；电流采样芯片U7的引脚8接5V电源、引脚6和引脚5之间串联电容C17并接地，电阻R17和电容C18串联后一端接引脚7，另外一端接地。

所述PTC保护电路包括熔断器F2，压敏电阻U6，热敏电阻RT2；熔断器F2的电流输出端与热敏电阻RT2以及压敏电阻U6的一端连接，热敏电阻RT2、压敏电阻U6的另一端分别接ACDC恒压模块U4的引脚1、2相连接。

所述电池模组电压检测单元包括通过滤波电路与电池模组电流检测单元及电池模组均衡单元的5_Vout+、5_Vout-端分别连接的隔离检测模块、与所述隔离检测模块的输出端连接的运算放大模块，所述运算放大模块的输出端连接控制器的电压检测引脚。

所述控制器通过CAN通讯引脚连接CAN通讯模块，所述CAN通讯模块的CAN通讯脚连接电池系统。

本实用新型电池系统均衡控制系统，能够更好的控制电池模组充电时各个模组的充电电压值、充电电流值以及电池模组的温度值，使各个电池模组处于一个均衡的充电环境，从而延长电池模组的使用寿命，降低使用成本。

附图说明

图1所示为本实用新型所提供的电池系统均衡控制系统的框架原理图；

图2所示为本实用新型所提供的均衡单元及电流检测单元的电路示意图；

图3所示为本实用新型所提供的电压检测单元的电路示意图；

图4所示为本实用新型所提供的CAN通讯模块的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1-4所示，一种电池系统均衡控制系统，包括MCU控制器以及与所述MCU控制器连接的检测所有电池模组上电电压值以及充电电压值的电池模组电压检测单元、检测所有电池模组充电电流值的电池模组电流值检测单元、检测所有电池模组温度的电池模组温度检测单元、对电池模组的充电电流进行均衡控制以使电池模组电压达到相同的标准值的电池模组均衡单元、显示电池模组充电电路故障的显示屏、在电池模组的温度达到报警阈值时或充电电路故障时进行蜂鸣报警的报警单元；所述电池模组均衡单元连接所述电池模组电流值检测单元。

本实用新型通过采集电池系统的各个电池模组的上电电压、充电时的充电电压以及充电电流，然后MCU控制器MCU来控制并且处理所采集检测到的数据，可以实现控制各个电池模组的均衡电流，使得各个模组电压达到相同的标准值。

其中，所述MCU控制器可以通过压电检测端口与所均衡的电池系统相连接，通过测试数据来判断各个电池模组的电压值是否达到规定的电压值，以便使各个电池模组电压在安全范围内，达到相同的规定电压值，并可实现根据电池模组的电压来控制电池模组的均衡电流值，从而实现对电池模组电压的均衡要求。

所述电池模组均衡单元包括ACDC恒压模块U4，采用不控整流把交流电转换为直流电，可以通过有电源芯片UC3845及变压器设计成隔离反激式开关电源，输出12VDC；恒流模块U5，可以采用专业电源芯片XL4015E1，运放芯片LM358以及电源芯片LM317组成恒流控制电路；

工作时，有ACDC恒压模块U4把交流市电转换为12VDC，然后在12V输出正常的条件的下，由MCU控制器输出EN_5的使能信号接通继电器，使恒流电源正常输出，再有连接的电流采样芯片U7(ACS712-05)，采样此电芯的充电电流，把充电电流送到MCU(S9S12G128F0MLH)的检测管脚进行检测。

具体的，参见图2所示，所述电池模组均衡单元包括熔断器F2，压敏电阻U6，热敏电阻RT2，ACDC恒压模块U4，二极管TVS2，恒流模块U5，继电器K2，场效应管Q2；所述压敏电阻U6,熔断器F2，热敏电阻RT2构成PTC保护电路，交流电压通过PTC保护电路分别与ACDC恒压模块U4的引脚1、2相连接，ACDC恒压模块U4的引脚4外接一个下拉电阻R7并接地；电容C4和二极管TVS2并联在ACDC恒压模块U4和恒流模块U5之间；电阻R4和电容C3并联的一端与二极管TVS2的负极相连接；场效应管Q2的源极接二极管TVS2的负极，场效应管Q2的漏极与恒流模块U5引脚1连接，栅极与电阻R3连接；外接电阻R3与控制器的EN_5引脚相连接；肖特基二极管D2的负极与恒流模块U5的引脚1相连接，且并联在继电器K2的引脚1和引脚8之间，恒流模块U5的引脚2和继电器的引脚8均接地；继电器K2的引脚7与恒流模块U5的引脚3连接。

继续参见图2所示，电池模组电流检测单元包括：电流采样芯片U7(ACS712-05)，电流采样芯片U7引脚1和引脚2通过一个熔断器F8与继电器K2引脚5连接，电流采样芯片U7的引脚3和引脚4并联后输出信号5_Vout+，恒流模块U5引脚4输出信号5_Vout-,该5_Vout+、5_Vout-两个信号作为电压检测单元的输入信号；电流采样芯片U7的引脚8接5V电源，引脚6和引脚5之间串联电容C17并接地，电阻R17和电容C18串联后一端接引脚7，另外一端接DGND地,电阻R17和电容C18的连接端接负载电流输出端IOUT。

作为一个实施例，所述电池模组电压检测单元包括隔离检测芯片AMC1200以及运放LM358，通过隔离检测芯片AMC1200的2脚和3脚检测到电池模组的电压值，通过隔离检测芯片7脚和6脚输出到运放LM358；把电压检测值送到控制器MCU(S9S12G128F0MLH)的检测管脚实现电池模组电压的检测。

具体的，参见图3所示，所述电压检测单元包括隔离检测芯片U17(AMC1200),运算放大器U1A(LM358)，电池均衡单元以及电流检测单元的5_Vout-、5_Vout+信号作为输入信号，通过数个电阻(R77、R78、R82、R88)和电容(C55、C56、C60)进行滤波后，与隔离检测芯片U17的引脚2(VIN+)和引脚3(VIN-)相连接，隔离检测芯片U17引脚1(VDD1)外接12V电压，引脚4(GND1)接地，电容C57连接引脚1和引脚4；隔离检测芯片U17的引脚8(VDD1)和引脚5(GND1)之间通过电容C58连接，引脚8接5V电压，引脚5接地；运算放大器U1A通过其5脚、6脚分别经电阻R84、R85连接隔离检测芯片U17的引脚6(VIN-)和引脚7(VIN+)，运算放大器U1A通过其5脚接电阻R4后接GNGD端、8脚接D5V电压，4脚接GNGD端，7脚通过电阻R83接控制器的电压信号引脚VBAT,电阻R83接电容C59后接GNGD端，其中，6脚与7脚通过电阻R87相接，通过隔离检测芯片U17(AMC1200)检测到电池模组的电压值，通过隔离检测芯片U17的引脚6(VIN-)和引脚7(VIN+)输出到运算放大器U1A，把电压检测值送到控制器的电压检测引脚。

所述控制器与电池系统的电池模组之间通过CAN通讯模块进行通讯，所述CAN通讯模块包括有CAN芯片U10(TJA1051)和共模电感L1(ACT45B)；通过CANL和CANH与电池系统CAN连接，RXCAN和TXACAN与MCU(S9S12G128F0MLH)连接，已完成电池系统和MCU的通讯。

参见图4所示，具体的，该CAN通讯模块包括双向二极管TVS3，共模电感L1(ACT45B)，CAN通讯芯片U10(TJA1051)；CAN通讯芯片U10(TJA1051)的RXCAN(4脚)、TXACAN(1脚)端与MCU相应的CAN通讯引脚相连接，CAN通讯芯片U10(TJA1051)的引脚6和引脚7外接一个双向二极管TVS3，双向二极管TVS3的另一端接地；CAN通讯芯片U10(TJA1051)的引脚6和引脚7再与共模电感L1(ACT45B)的3、4端相连接，电容C9、C10串联后另一端分别与共模电感L1(ACT45B)的1、2端连接，电阻R8跨接与电池系统连接的CANL、CANH端之间，CAN通讯芯片U10的8脚以及2脚相接后接地、5脚接电容C8的一端后接D5V电压，电容C8的另一端接地，CAN通讯芯片U10的3脚接D5V电压。

具体的，所述的报警模块通过熟知的蜂鸣器电路进行报警，所述触摸显示屏与控制器的连接方式均为本领域普通技术人员所熟知的连接电路，在此不再进行详细说明。

本实用新型中，所述电池模组温度检测单元的检测电路采用为本领域普通技术人中公知的热敏电阻检测电路，该检测电路一端与电池模组连接而另一端与控制器连接，通过热敏电阻检测电路的热敏电阻阻值的变化来改变检测电路的输出电压，电压信号输出端与控制器的测试检测端相连接，通过控制器检测该电压信号而实现温度的检测。

所述控制器MCU还可以利用控制程序的控制实现自我检测，就是给MCU设定一个比较电压值，通过与电池模组电压检测电路的采样电压进行比较，当采样电压过大时，通过MCU断开相应的电池模组的充电电路。

本实用新型可以根据电池模组电压值及检测模组的温度，来判断是否调整各个电池模组的均衡电流的大小，以满足在相同的时间内完成所有模组的电压均衡。

工作时，所述电流检测单元输入端接入交流电，上电后通过电压检测单元，采样所有的电池模组电压并保存下来，通过温度检测单元实时检测，当温度过高时，报警单元就会报警；开通所有的充电模块给电池模组充电，通过电流检测单元实时检测充电电流，检测电流的同时一并检测电路中的电压，并传输到MCU中进行保存，检测到的电压值与设定的电压值进行比较，如果一路电压没有达到变化的设定值，则表示此充电电路存在问题，触摸显示屏会显示故障，一切正常的条件下，当任何一路电池模组电压充到最大电压时，则通过MCU关断此路，结束充电，其它充电电路正常进行充电，当所有电池模组充电完成后，关闭充电电路。

本电池系统均衡控制系统，方便给各个电池模组均压，解决因电池模组电压不相等带来的问题；给电池系统电压均衡时，均衡电压是安全可靠。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。