一種基于arm的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)作為電池保護和管理的核心部件，不僅要保證電池安全可靠的使用，還需要充分利用鋰電池組能量和延長其使用壽命，作為電池和車輛管理系統(tǒng)溝通的橋梁，電池管理系統(tǒng)對于電動汽車性能起著越來越關(guān)鍵的作用。電池管理系統(tǒng)作為實時監(jiān)控、自動均衡、智能充放電的電子部件，起到保障安全、延長壽命、估算剩余電量等重要功能，同時系統(tǒng)還具備過壓和欠壓保護、過流和短路保護、高溫和低溫保護等電路保護功能，為電池組提供多重保護以提高系統(tǒng)可靠性。
【專利說明】—種基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電池管理領(lǐng)域，尤其是一種基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]由于鋰電池在加熱、過充/過放、振動、擠壓等條件下可能導致電池壽命縮短以致?lián)p壞，甚至會發(fā)生著火、爆炸等事件，因此安全性問題成為鋰電池商業(yè)化推廣的主要制約因素。大容量電池串并聯(lián)使用時，由于單體電池本身的不一致性和使用環(huán)境的細微差別，會對鋰電池壽命造成影響，大大影響整個電池組的壽命和性能。這些方面的顧慮及其它因素促進了高度智能的電池管理系統(tǒng)的發(fā)展，而電池管理系統(tǒng)作為電池保護和管理的核心部件，不僅要保證電池安全可靠的使用，還需要充分利用鋰電池組能量和延長其使用壽命，作為電池和車輛管理系統(tǒng)溝通的橋梁，電池管理系統(tǒng)對于電動汽車性能起著越來越關(guān)鍵的作用。電池管理系統(tǒng)作為實時監(jiān)控、自動均衡、智能充放電的電子部件，起到保障安全、延長壽命、估算剩余電量等重要功能，是動力和儲能電池組中不可或缺的重要部件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)。
[0004]一種基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)，包括微處理器單元、均衡控制單元、均衡保護單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、通信單元和上位機檢測單元。
[0005]均衡控制單元的開關(guān)管柵極接口與微處理器單元的PWM輸出接口連接，均衡保護單元的開關(guān)管驅(qū)動接口與微處理器單元的通用輸出接口連接，數(shù)據(jù)采集單元的運算放大器模擬輸出接口與微處理器單元的AD轉(zhuǎn)換接口連接，數(shù)據(jù)存儲單元的I2C接口與微處理器單元的I2C接口連接，通信單元的485電平轉(zhuǎn)化接口與微處理器單元的RS485接口連接，上位機檢測單元的串口接口與微處理器單元的USART接口連接。
[0006]微處理器單元是電池管理系統(tǒng)的核心控制單元，本系統(tǒng)中選用了基于ARMCortex-M3 內(nèi)核的 STM32F103C8T6 處理器。
[0007]均衡單元是當電池組內(nèi)單體電池電量不一致時開啟均衡模塊，微處理器輸出脈寬調(diào)制波形用于控制MOSFET的通斷，如果出現(xiàn)過充或過放微處理器將斷開電池主回路中的開關(guān)管。本系統(tǒng)采用一種飛渡電容法進行電池均衡。
[0008]數(shù)據(jù)采集單元是用微處理器自帶的ADC模塊進行對電壓、電流和溫度的模擬量采集。然后在微處理器內(nèi)部進行算法估計，算出SOC值，再根據(jù)該值判斷是否要進行均衡或者保護控制。電壓采集通過差分輸入及電壓跟隨電路，對輸入到微處理器的電壓信號進行了處理。運放采用LM358芯片，前級為差分輸入電路，后級為一個RC濾波處理和電壓跟隨電路。電流采集使用霍爾傳感器，即用型號為LTS6-NP的霍爾傳感器來測量電流。溫度的采集使用LM35溫度傳感器來測量。
[0009]數(shù)據(jù)存儲單元是每次充放電結(jié)束后微處理器會存儲一些重要的數(shù)據(jù)，以便用于下次充放電時SOC的估計以及電池健康狀態(tài)的判斷，本系統(tǒng)采用AT24LC08芯片用來儲存數(shù)據(jù)。
[0010]通信單元是微處理器與上位機之間通過RS485接口通信，微處理器將采集到的電壓電流以及估算出的SOC值在上位機上顯示，本系統(tǒng)使用SN75176芯片進行RS485電平轉(zhuǎn)換。
[0011]本實用新型所具有的有益效果是:本系統(tǒng)在設(shè)計上結(jié)構(gòu)合理，功能完善，所具有功能包括充放電智能管理、充放電自動均衡、過充過放處理保護、電壓和電流以及溫度高精度測量、電池SOC值估計及顯示、過流和過溫保護、電池信息的儲存及調(diào)用。系統(tǒng)測量精度高，可靠性好，成本低，抗干擾能力強，安全性高，能有效地實現(xiàn)對鋰電池的監(jiān)控管理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的系統(tǒng)總體框架圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
[0014]圖1所示一種基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)，包括微處理器單元、均衡控制單元、均衡保護單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、通信單元和上位機檢測單元。
[0015]均衡控制單元的開關(guān)管柵極接口與微處理器單元的PWM輸出接口連接，均衡保護單元的開關(guān)管驅(qū)動接口與微處理器單元的通用輸出接口連接，數(shù)據(jù)采集單元的運算放大器模擬輸出接口與微處理器單元的AD轉(zhuǎn)換接口連接，數(shù)據(jù)存儲單元的I2C接口與微處理器單元的I2C接口連接，通信單元的485電平轉(zhuǎn)化接口與微處理器單元的RS485接口連接，上位機檢測單元的串口接口與微處理器單元的USART接口連接。
[0016]微處理器單元是電池管理系統(tǒng)的核心控制單元，本系統(tǒng)中選用了基于ARMCortex-M3 內(nèi)核的 STM32F103C8T6 處理器。
[0017]均衡單元是當電池組內(nèi)單體電池電量不一致時開啟均衡模塊，微處理器輸出脈寬調(diào)制波形用于控制MOSFET的通斷，如果出現(xiàn)過充或過放微處理器將斷開電池主回路中的開關(guān)管。本系統(tǒng)采用一種非總線方式的飛渡電容法進行電池均衡。
[0018]數(shù)據(jù)采集單元是用微處理器自帶的ADC模塊進行對電壓、電流和溫度的模擬量采集。然后在微處理器內(nèi)部進行算法估計，算出SOC值，再根據(jù)該值判斷是否要進行均衡或者保護控制。電壓采集通過差分輸入及電壓跟隨電路，對輸入到微處理器的電壓信號進行了處理。運放采用LM358芯片，前級為差分輸入電路，后級為一個RC濾波處理和電壓跟隨電路。電流采集使用霍爾傳感器，即用型號為LTS6-NP的霍爾傳感器來測量電流。溫度的采集使用LM35溫度傳感器來測量。
[0019]數(shù)據(jù)存儲單元是每次充放電結(jié)束后微處理器會存儲一些重要的數(shù)據(jù)，以便用于下次充放電時SOC的估計以及電池健康狀態(tài)的判斷，本系統(tǒng)采用AT24LC08芯片用來儲存數(shù)據(jù)。
[0020]通信單元是微處理器與上位機之間通過485通信，微處理器將采集到的電壓電流等數(shù)據(jù)以及估算出的SOC值在上位機上顯示，本系統(tǒng)使用SN75176芯片進行RS485電平轉(zhuǎn)換。
[0021]電池管理系統(tǒng)通過對電池組的電壓、電流、溫度進行實時檢測，同時進行漏電檢測、熱管理、電池均衡管理、計算剩余容量、放電功率、報告電池健康狀態(tài)。同時電池管理系統(tǒng)還具備過壓和欠壓保護、過流和短路保護、高溫和低溫保護等電路保護功能，為電池組提供多重保護以提高系統(tǒng)可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ARM的電池管理監(jiān)控系統(tǒng)，包括微處理器單元、均衡控制單元、均衡保護單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、通信單元和上位機檢測單元； 其特征在于:均衡控制單元的開關(guān)管柵極接口與微處理器單元的PWM輸出接口連接，均衡保護單元的開關(guān)管驅(qū)動接口與微處理器單元的通用輸出接口連接，數(shù)據(jù)采集單元的運算放大器模擬輸出接口與微處理器單元的AD轉(zhuǎn)換接口連接，數(shù)據(jù)存儲單元的I2C接口與微處理器單元的I2C接口連接，通信單元的485電平轉(zhuǎn)化接口與微處理器單元的RS485接口連接，上位機檢測單元的串口接口與微處理器單元的USART接口連接。
【文檔編號】H02J7/00GK203932243SQ201320852481
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】馬國進, 陳文慧, 劉國華, 高明煜, 何志偉, 李蕓, 黃繼業(yè) 申請人:杭州電子科技大學