本實(shí)用新型涉及電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及電動(dòng)汽車蓄電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
因?yàn)槟茉次C(jī)的出現(xiàn)，節(jié)能環(huán)保的出行方式被國(guó)家和政府大力提倡，比如乘坐公共汽車等等，而采用電能作為動(dòng)力的電動(dòng)汽車逐漸代替了傳統(tǒng)的公交汽車。然而公共汽車的主要供能單位是鋁電池，鋁電池日常的維護(hù)和管理方面要求比較高。
鋰電池由于具有體積小、質(zhì)量輕、電壓高、功率大、自放電少以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為動(dòng)力電池的主流。但是由于鋰離子電池具有明顯的非線性、不一致性和時(shí)變特性，因此在應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行一定的管理。另外鋰電池對(duì)充放電的要求很高，當(dāng)出現(xiàn)過充電、過放電、放電電流過大或電路短路時(shí)，會(huì)使鋰電池溫度上升，嚴(yán)重破壞鋰電池性能，導(dǎo)致電池壽命縮短。當(dāng)鋰電池串聯(lián)使用于動(dòng)力設(shè)備中時(shí)，由于各單節(jié)鋰電池間內(nèi)部特性的不一致，會(huì)導(dǎo)致各節(jié)鋰電池充、放電的不一致。一節(jié)性能惡化時(shí)，整個(gè)電池組的行為特征都會(huì)受到此電池的限制，降低整體電池組性能。為使鋰電池組能夠最大程度地發(fā)揮其優(yōu)越性能，延長(zhǎng)使用壽命，必須要對(duì)鋰電池在充、放電時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供過壓、過流、溫度保護(hù)和電池間能量均衡。
但是現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)都沒能很好的對(duì)電池過壓、過流、溫度保護(hù)和電池間能量均衡進(jìn)行很好的配置，使得電動(dòng)汽車蓄電池在工作過程中達(dá)不到最好的效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問題存在的不足，本實(shí)用新型提供一種新型電動(dòng)汽車蓄電池管理系統(tǒng)。
本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案解決上述問題：
電動(dòng)汽車蓄電池管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、觸摸顯示模塊、換算模塊、控制器模塊、均衡模塊、充電模塊和無線通信模塊；
所述數(shù)據(jù)采集模塊與電池連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與控制器模塊連接；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與控制器模塊的數(shù)據(jù)接口連接；所述觸摸顯示模塊與控制器模塊連接；所述換算模塊有控制器模塊的轉(zhuǎn)換接口連接；所述均衡模塊的輸入端與控制器模塊連接；所述充電模塊的輸入端與控制器模塊連接；所述無線通信模塊與控制器模塊連接。
本實(shí)用新型還進(jìn)一步包括報(bào)警電路；所述報(bào)警電路的輸入端與控制器模塊連接。
上述方案中，優(yōu)選的是數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采集電路、電流采集電路和溫度采集電路；所述電壓采集電路、電流采集電路和溫度采集電路的輸出端均與控制器模塊連接。
上述方案中，優(yōu)選的是充電模塊包括過充保護(hù)和充電控制電路；所述過充保護(hù)和充電控制電路的輸入端均與控制器模塊連接。
上述方案中，優(yōu)選的是換算模塊包括內(nèi)阻計(jì)算電路和電量計(jì)算電路；所述內(nèi)阻計(jì)算電路和電量計(jì)算電路均與控制器模塊連接。
上述方案中，優(yōu)選的是控制器模塊主要包括微處理器，所述微處理器使用STM32系列的單片機(jī)芯片。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與效果是：
1.本實(shí)用新型通過設(shè)置有均衡模塊，從而使得沒節(jié)電池在出現(xiàn)次充、放電后，電池組不會(huì)失衡，使得電池組供電更加穩(wěn)定，提高動(dòng)力電池組的效率與安全；
2.本實(shí)用新型接有無線通信模塊，可以把電動(dòng)汽車的電池?cái)?shù)據(jù)傳到用戶管理端或者云平臺(tái)，加強(qiáng)對(duì)電池組的管理；
3.本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高，安裝方便，只要把該系統(tǒng)安裝在電池組的電池上就可以使用。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
電動(dòng)汽車蓄電池管理系統(tǒng)，如圖1所示，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、觸摸顯示模塊、換算模塊、控制器模塊、均衡模塊、充電模塊和無線通信模塊。本系統(tǒng)安裝在鋰電池組的內(nèi)部，以單片機(jī)為控制核心，在實(shí)現(xiàn)對(duì)各節(jié)鋰電池能量均衡的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)過充、過放、過流、溫度保護(hù)及短路保護(hù)。通過LCD顯示電池組的各種狀態(tài)，并可以通過預(yù)留的通信端口讀取各節(jié)鋰電池的歷史性能狀態(tài)。
所述數(shù)據(jù)采集模塊與電池連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與控制器模塊連接；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與控制器模塊的數(shù)據(jù)接口連接；所述觸摸顯示模塊與控制器模塊連接；所述換算模塊有控制器模塊的轉(zhuǎn)換接口連接；所述均衡模塊的輸入端與控制器模塊連接；所述充電模塊的輸入端與控制器模塊連接；所述無線通信模塊與控制器模塊連接。
本系統(tǒng)控制器模塊采用的微控制器是美國(guó)ATMEL公司推出的一種高性能8位單片機(jī)ATmega8。該單片機(jī)具備AVR高檔單片機(jī)系列的全部性能和特點(diǎn)，支持在線編程，只需要一條可自制的下載線就可以進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)。其中ATmega8單片機(jī)有6路A/D轉(zhuǎn)換通道，其中有4路為10位精度，在設(shè)計(jì)中可直接用于電池電壓的測(cè)量。ATmega8的各項(xiàng)性能使其成為適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性高、成本低的嵌入式高效微控制器，特別適合在開發(fā)階段使用。
在本系統(tǒng)的充電模塊中，由于管理系統(tǒng)是隨電池組一起放在電池箱內(nèi)，且充電器是外置的，因此如果增加通信接口和外接充電器形成閉環(huán)控制，就會(huì)使該管理系統(tǒng)的通用性降低。為實(shí)現(xiàn)高通用性，使管理系統(tǒng)和外部的充電器單獨(dú)工作，本電池管理系統(tǒng)采用間歇式充電法。間歇式充電法是在預(yù)充和保持階段通過間歇地打開和關(guān)閉充電回路，等效地改變充電電流的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在預(yù)充和保持狀態(tài)時(shí)需要小電流、在正常充電時(shí)需要大電流的的性能要求。在對(duì)帶有管理系統(tǒng)的電池組進(jìn)行充電時(shí)，需要外接與之匹配的恒壓電源充電器，對(duì)其恒壓值U的要求為：U＝4.2V×N+損耗電壓，其中N為電池節(jié)數(shù)。限流值為該動(dòng)力鋰電池的常規(guī)充電電流0.3C(C為電池容量)，在進(jìn)行充電前必須先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后按照間歇式充電法對(duì)電池組自動(dòng)充電。
鋰離子電池在充電時(shí)要求其端電壓控制在4.2V以下，為防止過充損壞電池，要求必須在充電時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)各單節(jié)鋰電池電壓。所示的電壓采樣檢測(cè)方案。該方案可直接使用微處理器內(nèi)的10位A/D轉(zhuǎn)換器，不需要另外加入A/D芯片，節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。實(shí)際電路中的模擬開關(guān)采用繼電器實(shí)現(xiàn)。
動(dòng)力電池組是由多個(gè)單節(jié)電池串聯(lián)組成的電池模塊，由于電池個(gè)體之間內(nèi)部特性的差異，若干次充、放電后，電池組會(huì)失衡，嚴(yán)重影響動(dòng)力電池組的效率與安全。另外，電池組在充放電過程中的過充電、過放電、電流過大、溫度過高等現(xiàn)象會(huì)加劇電池間特性的差異，從而引起單節(jié)鋰電池之間容量、電壓等性能的不平衡，最終導(dǎo)致電池組整體特性的急劇衰退和部分電池的加速損壞。因此在鋰電池組合使用時(shí)必須要解決各個(gè)單節(jié)電池在電池組中的平衡問題。
電池組中各節(jié)電池電量的均衡可采用電阻均衡、電容均衡、變壓器均衡等多種方案。由于本管理系統(tǒng)是針對(duì)大容量的動(dòng)力鋰電池組，若采用電阻均衡，均衡速度快但將會(huì)有過多的能量白白浪費(fèi)掉；電容均衡雖然不額外耗能，但是均衡電流一般較小，很難勝任動(dòng)力鋰電池之間的均衡。故本均衡模塊采用兼顧效率和速度的變壓器均衡方案。在具體設(shè)計(jì)中直接采用DC/DC開關(guān)電源模塊。由于開關(guān)電源模塊具有功耗小、效率高、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，將其直接作為均衡模塊使用是一個(gè)很好的選擇。在具體使用時(shí)，根據(jù)檢測(cè)到的各單節(jié)電池的電壓值判斷是否需要對(duì)電池組進(jìn)行能量均衡。用電池組的整體能量對(duì)電壓最低節(jié)電池進(jìn)行額外的均衡充電，直到各節(jié)電池電壓值的差別在系統(tǒng)要求范圍之內(nèi)。
電流是電池容量估計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，因此對(duì)電流采樣的精度、抗干擾能力和線性度誤差的要求都很高。在本設(shè)計(jì)中采用LEM公司的閉環(huán)電流傳感器LTSR25-NP。該元件具有出色的精度、良好的線性度和最佳的反應(yīng)時(shí)間。其額定電流為25A，最高可測(cè)80A的電流，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。該電流傳感器可把充放電電流轉(zhuǎn)換為0V～5V的電壓信號(hào)，送至單片機(jī)的10位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后可測(cè)得充放電電流，測(cè)量精度為0.2A。
電池管理系統(tǒng)中的溫度檢測(cè)采用的是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20。它是單片結(jié)構(gòu)，無需外加A/D轉(zhuǎn)換器即可輸出9～12位的數(shù)字量。通信采用單總線協(xié)議，對(duì)DS18B20的各種操作通過一條數(shù)據(jù)線即可完成。因?yàn)槊總€(gè)DS18B20都含有唯一的序列碼，使每條總線上可同時(shí)連接多個(gè)DS18B20，這就使得DS18B20連線簡(jiǎn)單，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活，適合用于多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)，特別是與單片機(jī)合用構(gòu)成的溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)。
以上已對(duì)本實(shí)用新型創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本實(shí)用新型并不限于實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型創(chuàng)造精神的前提下還可以作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。