一種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置製造方法
2023-10-17 21:58:04 1
一種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置，包括中央處理器ECU、電壓採集模塊、電流採集模塊和溫度採集模塊；中央處理器ECU通過數據通信埠與上位計算機連接；中央處理器ECU選用MSP430F149單片機，電壓採集模塊由接口晶片MAX11068及其外圍電路構成；電流採集模塊由高側電流檢測放大器MAX4081及外圍元件構成，溫度採集模塊採用單線數字溫度傳感器DS18B20；由ECU啟動電壓採集模塊、設定電壓模塊內部功能寄存器、工作值；下發檢測採集命令，電壓採集模塊逐一採集數據並保存測量及檢測結果；ECU讀取電壓模塊測量檢測值，根據計算機設定的電壓監測上下限值分析判斷，其有益效果是：通過串、並多級聯接方式，組成的大功率、高電壓電池組包的控制保護和管理，延長電池組使用壽命。
【專利說明】—種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電池組監測技術，特別涉及一種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置，用於電動汽車、混合動力汽車及其他大功率電池驅動系統的電池組監測。
【背景技術】
[0002]當今社會能源緊缺，環境汙染問題給人類提出了重要課題，各電池廠家積極研究開發出各種類型的蓄電池，尤其以鋰離子動力電池為先進的代表，從而解決了這一難題。但鋰動力電池應用和推廣的瓶頸，主要是在組合應用時電池組中的單只電池失效，導致電池組綜合性能下降和電池組被超限使用。
[0003]因此需要設計一種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置，從而解決制約其發展的難題。而目前國內市場尚無此類裝置出現，也未見文獻報導。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的就是針對現有技術的不足，提供一種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置的設計方案，通過串、並多級聯接方式，是利用多級聯高壓、大功率電池組的結構組合解決在組合應用時電池組中的單只電池失效的問題，經過接口與充電器、負載控制器、指示儀表外部設備功能聯動，實時對電池組工作狀態檢測，延長電池組使用壽命。
[0005]本實用新型是通過這樣的技術方案實現的:一種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置，其特徵在於，包括中央處理器E⑶、電壓採集模塊、電流採集模塊和溫度採集模塊；中央處理器E⑶分別與電壓採集模塊、電流採集模塊和溫度採集模塊連接；中央處理器E⑶通過數據通信埠與上位計算機連接；
[0006]中央處理器ECU選用MSP430F149單片機；
[0007]電壓採集模塊由電池監測智能化數據採集接口晶片MAXl 1068及其外圍電路構成；
[0008]電流採集模塊由高側電流檢測放大器MAX4081及外圍元件構成，
[0009]溫度採集模塊採用單線數字溫度傳感器DS18B20 ；
[0010]MSP430F149 單片機的 P3.0、Ρ3.1、Ρ3.2、Ρ3.3 端與接口晶片 MAXl 1068 的 15、16、17,18管腳端連接；多個電壓採集模塊之間通過SMBusE⑶的Ρ6.0端與電流採集模塊的高側電流檢測放大器ΜΑΧ4081的Ρ5 (out)端連接，中央處理器E⑶的Pl.1端與單線數字溫度傳感器DS18B20的P2 (DQ)端連接。
[0011]本實用新型的有益效果是:通過串、並多級聯接方式，是利用多級聯高壓、大功率電池組的結構組合解決在組合應用時電池組中的單只電池失效的問題,經過接口與充電器、負載控制器、指示儀表外部設備功能聯動，實時對電池組工作狀態檢測，延長電池組使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】[0012]圖1、電壓採集原理圖；
[0013]圖2、電流採集原理圖；
[0014]圖3、電池組監測裝置功能結構示意圖；
[0015]圖4、電壓採集模塊功能結構示意圖；
[0016]圖5、電流採集模塊功能結構；
[0017]圖6、溫度採集模塊功能結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]了更清楚的理解本實用新型，結合附圖和實施例詳細描述本實用新型:
[0019]如圖1至圖6所示，多級聯高壓、大功率電池組監測裝置，包括中央處理器E⑶、電壓採集模塊、電流採集模塊和溫度採集模塊；
[0020]中央處理器E⑶選用的是MSP430F149單片機，負責與系統通信、報警及數據傳輸，同時接受系統下發命令，檢測電池組各種工作狀況，記錄檢測結果如發現異常情況，向系統
主動報警。
[0021]電壓採集模塊是由MAX11068及其外圍電路構成的，主要是對電池組中單體電池電壓、電流進行實時檢測，防止電池發生過充、過放、超高溫、低溫、斷路，進行充電均衡檢測、報警顯示、電池安全保護、電池故障診斷；高度集成的電池檢測器結合簡捷的狀態機和高速I2C總線，支持SMBUS31個器件至串聯電池組，最多對372節電池進行監測；基於電容接口設計提供了成本極低的電池組間隔離，消除了級聯電氣故障。
[0022]電流採集模塊由高側電流檢測放大器MAX4081及外圍元件構成，檢流放大器在放大微弱的差分電壓的同時能夠抑制輸入共模電壓。通過單一輸出引腳，便可連續監視到放電整個變化過程，無須額外的極性輸出。
[0023]溫度採集模塊採用DS18B20單線數字溫度傳感器進行溫度採樣。DS18B20支持「一線總線」接口，溫度直接以「一線總線」的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗幹擾性。適合於惡劣環境的現場溫度測量。
[0024]中央處理器ECU 的 Ρ3.0、Ρ3.1、Ρ3.2、Ρ3.3 端與接 口晶片 ΜΑΧ11068 的 15、16、17、18管腳端連接；(如圖1所示)；
[0025]中央處理器E⑶的Ρ6.0端與電流採集模塊ΜΑΧ4081的Ρ5 (out)端連接；
[0026]中央處理器ECU的Pl.1端與溫度採集模塊DS18B20的P2 (DQ)端連接；
[0027]電壓採集模塊MAXl 1068是一款可編程、高集成度、高壓、12通道、電池監測智能化數據採集晶片。片內模擬前端由12路電壓測量數據採集系統組成，帶有高壓開關輸入單元，在檢測單體電池時與片外每個電池匹配的RC過濾輸入結合使用，實現提供給ADC測量的低通濾波器。所有測量值為電池兩端的差分數據，滿量程測量範圍為O至5.0V,0.5V至
4.7V範圍內確保穩定的測量精度。
[0028]MAX11068片內設定寄存器(CELLEN)使能掃描位，使輸入復用器/開關組允許對電池組的每節電池進行差分測量，同時可設定寄存器(ADCCFG)啟動過壓、欠壓、超溫、低溫、通信、輔助輸入等檢測功能。測量掃描開始後，掃描波道將依照設定使能位，按照從高到低的次序(12?I)逐一切換移動到高壓復用的ADC前端，然後採用高速、12位逐次逼近(SAR)A/D轉換器量化電池電壓並保存測量值，此時所得電壓量化結果是未經處理的，這樣第一階段掃描完成。 第二階段是誤差修正階段，對前、末端放大器突然出現的偏移及相關引起的誤差進行修正，全部12節電池的整個測量過程在107Ps的時間內完成。ΜΑΧ11068採用二次掃描架構採集電池數據並對它們進行誤差修正。
[0029]掃描的第一階段為數據採集，對所有12節電池的電壓進行採樣；第二階段為誤差修正，對ADC輸入進行斬波，消除誤差。通過上述兩個步驟，能夠在整個溫度範圍和嘈雜環境下獲得優異的精度指標。
[0030]電流採集模塊採用高側電流檢測放大器ΜΑΧ4081及外圍元件構成，設計用一個外部基準來設定零電流時的輸出電平(VSENSE = 0V)。用單電源工作，電源電流消耗僅為75μΑ ;採集輸出為電壓模擬值，通過單一輸出引腳，輸送到中央處理器ECU，ECU通過內部轉換器採集(ADC)經過軟體轉換運算，實現電流數據精度可以達到±0.1%滿量程；
[0031]電流採集模塊可連續監視整個充放電變化過程，無須額外的極性輸出，適合於電信、汽車、底板及其它需要嚴密監視高壓電流的系統；
[0032]在檢測電池溫度時，雖MAX11068提供兩個電池組的溫度檢測通道，但不能滿足本系統中對電池組溫度測量的要求，故而系統中溫度採集模塊選用DS18B20單線數字溫度傳感器進行溫度採樣，DS18B20支持「一線總線」接口，測量溫度範圍為-55° 0-+125。C，在-l(T+85° C範圍內，精度為±0.5° C ;現場溫度直接以「一線總線」的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗幹擾性。適合於惡劣環境的現場溫度測量。
[0033]通過計算機可以隨時接收電池組工作時的信息，顯示和記錄內容包括單體電池電壓、溫度、電流、總電壓、總電流參數；根據記錄數據繪製和列印時間、電壓、電流曲線。
[0034]根據上述說明，結合本領域技術可實現本實用新型的方案。
【權利要求】
1.一種多級聯高壓、大功率電池組監測裝置，其特徵在於，包括中央處理器ECU、電壓採集模塊、電流採集模塊和溫度採集模塊；中央處理器ECU分別與電壓採集模塊、電流採集模塊和溫度採集模塊連接；中央處理器E⑶通過數據通信埠與上位計算機連接； 中央處理器E⑶選用MSP430F149單片機； 電壓採集模塊由電池監測智能化數據採集接口晶片MAXl 1068及其外圍電路構成； 電流採集模塊由高側電流檢測放大器MAX4081及外圍元件構成； 溫度採集模塊採用單線數字溫度傳感器DS18B20 ；
MSP430F149 單片機的 P3.0、Ρ3.1、Ρ3.2、Ρ3.3 端與接口晶片 ΜΑΧ11068 的 15、16、17、18管腳端連接；多個電壓採集模塊之間通過SMBus ?串行鏈路通信；多個電壓採集模塊分別連接串聯電池組中的單體電池；中央處理器ECU的Ρ6.0、Ρ6.1端與電流採集模塊的高側電流檢測放大器ΜΑΧ4081 的Ρ5 (out)端連接，中央處理器E⑶的Pl.1端與單線數字溫度傳感器DS18B20的P2 (DQ)端連接。
【文檔編號】G01R31/36GK203705618SQ201320826955
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】朱溟 申請人:天津斯巴克瑞汽車電子有限公司