一种带主动均衡系统的电池管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带主动均衡系统的电池管理系统，包括单片机控制电路，以及分别与所述单片机控制电路连接的主动均衡系统和数据采集系统，所述主动均衡系统包括继电器选通开关、补充充电单元、补充放电单元和数字模拟开关，所述数据采集系统包括单体电池电压采集单元，所述单体电池电压采集单元包括集成运放电路和数字模拟开关。本发明专利技术电池管理系统中的均衡系统具有补充充电单元和补充放电单元，从而能够实现对电池组中每节单体电池的电压进行均衡管理，进而能够避免电池组中的单体电池出现过充电或过放电的现象，本发明专利技术电池管理系统在通信、电力、交通和新能源方面均具有广泛的应用，对于维护电池组的正常运行具有十分重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种带主动均衡系统的电池管理系统
本专利技术涉及一种电池管理系统，尤其是涉及一种带主动均衡系统的电池管理系 统。
技术介绍
作为重要储能工具的电池，由于单节电池电压很低，通常需要串联组成电池组才 能满足电压要求。在电池组的使用中最怕的就是单体电池过充电和过放电，一旦出现这种 状况，电池就要损坏，容量降低，寿命减少，严重情况下还会发生爆裂和起火燃烧。 因此，电池在使用中，哪怕是一节电池，都要进行电池管理，都要配置电池管理系 统。这是保障电池使用安全、使用性能和使用寿命必不可少的措施。电池在串联成电池组使 用时，更容易发生单体电池过充电或过放电现象，其根源在于电池的一致性误差所引起的。 电池组中的单体电池，由于电池的制造和使用条件不同，其使用特性是存在差异的，即单体 电池与单体电池在不同的温度、不同的充、放电倍率、不同的荷电状态、不同的使用历程等 的条件下，其电压、容量、内阻和自放电率存在差异，而这些差异如果在充、放电过程中没有 得到应有的控制，将进一步加大，导致部分电池发生过充、放电现象，这些电池的容量和寿 命会急剧下降，最终导致事故的发生。 传统电池管理系统一般具有电池电压检测单元、电流检测单元和温度检测单元， 还包含高低压、高低温和过流的告警功能，该电池管理系统基本上只是对电池组的运行状 态进行监测，随着新能源和电动汽车的快速发展，近几年来，包含电池均衡功能的电池管理 系统具有越来越大的市场需求，但大多数带均衡系统的电池管理系统只针对整个电池组进 行均衡管理，并不涉及对电池组中每节单体电池的管理控制，因此一种能对电池组中每节 单体电池进行均衡管理的电池管理系统的开发很有必要。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能对电池组中每节单体电池进 行均衡管理的电池管理系统，该电池管理系统中的均衡系统具有补充充电单元和补充放电 单元，能够避免电池组中单体电池出现过充电或过放电的现象发生。
技术实现思路
：为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术手段为： -种带主动均衡系统的电池管理系统，包括单片机控制电路，以及分别与所述单 片机控制电路连接的主动均衡系统和数据采集系统，所述主动均衡系统包括继电器选通开 关、补充充电单元、补充放电单元和数字模拟开关，所述数据采集系统包括单体电池电压采 集单元，所述单体电池电压采集单元包括集成运放电路和数字模拟开关。 作为优选，还包括与所述单片机控制电路连接的温度采集单元、电源单元、显示单 元、告警单元和通讯单元。 其中，所述单片机控制电路的单片机型号为STM32F101RB，单片机包括PB端口的 PB0、PB1、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9 引脚，PC端口的PC0、PC7、PC8、PC9、PC10、PC11 引脚，单 片机的PB2引脚串联100K电阻接地，单片机的引脚3和引脚4分别连接电容C2与电容C3 后接地，在引脚3和引脚4之间并联有晶振CRY1，单片机的引脚5和引脚6分别连接电容 C4与电容C5后接地，在引脚5和引脚6之间并联有晶振CRY2,单片机的引脚7分别连接电 阻R11的一端和电容C1的一端，电阻R11的另一端接5V电压端，电容C1的另一端接地，单 片机的引脚1分别连接电池的正极和电容C12的一端，电池的负极和电容C12的另一端接 地，单片机的引脚31、引脚47、引脚63、引脚18和引脚12接地。 其中，所述主动均衡系统包括多个继电器选通开关，电池组中每个单体电池对应 一个继电器选通开关，多个继电器选通开关相互并联，每个所述继电器选通开关一端连接 5V电源端，另一端连接控制信号端，控制信号端通过控制电路与数字模拟开关的引脚1连 接，所述控制电路包括电阻Rn，电阻心一端分别连接二极管的阴极和继电器选通开关的控 制信号端，电阻Rn的另一端连接三极管的集电极，三极管的发射极分别连接接地端和二极 管的阳极，三极管的基极串联电阻Rn+1后与数字模拟开关的引脚Yn连接；(Rn中的n指的是 电池组中的第几节单体电池），（Yn 为YpY2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y1Q、Yn、Y12、Y13、Y14 和Y15 中的任意一个） 所述主动均衡系统的数字模拟开关型号为74WC154,数字模拟开关的通道编码引 脚A、B、C、D引脚分别连接单片机PB端口的PB5、PB6、PB7、PB8引脚，数字模拟开关的片选 控制引脚G1连接单片机PB端口的PB9引脚； 所述主动均衡系统还包括补充充电单元，所述补充充电单元的输出端口连接继电 器选通开关，所述补充充电单元包括相互连接的充电电源Us和充电继电器开关S1，充电继 电器开关S1 -端连接15V电源端，另一端连接控制信号端，控制信号端通过选通电路与连 接单片机PB端口的PB0引脚连接，选通电路包括电阻R124，电阻R124-端分别连接二极管D1 的阴极和充电继电器开关S1的控制信号端，电阻R124的另一端连接三极管Q1的集电极，三 极管Q1的发射极分别连接接地端和二极管D1的阳极，三极管Q1的基极串联电阻R125后通 过控制引脚DR1与连接单片机PB端口的PB0引脚连接； 所述主动均衡系统还包括补充放电单元，所述补充放电单元的输入端连接继电器 选通开关，所述补充放电单元包括相互连接的放电电阻和放电继电器开关S2,放电继电器 开关S2 -端连接15V电源端，另一端连接控制信号端，控制信号端通过选通电路连接单片 机PB端口的PB1引脚，选通电路包括电阻R126，电阻R126-端分别连接二极管D2的阴极和 放电继电器开关S2的控制信号端，电阻R126的另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的 发射极分别连接接地端和二极管D2的阳极，三极管Q2的基极串联电阻R127后通过控制引 脚DR2与连接单片机PB端口的PB1引脚连接。 其中，所述数据采集系统中单体电池电压采集单元的数字模拟开关型号为 74HC4067,模拟开关的通道编码引脚S0、S1、S2、S3分别连接单片机PC端口的PC7、PC8、PC9、 PC10引脚，模拟开关片选引脚CS0连接单片机PC端口的PCI1引脚，模拟开关的输出Z端口 连接单片机PC端口的PC0引脚；所述数据采集系统还包括集成运放电路，集成运放电路一 端连接待测单体电池的正、负极，集成运放电路的另一端连接数字模拟开关的引脚1(￥为 A、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y1Q、Yn、Y12、Y13、Y14 和Y15 中的任意一个）。 其中，所述集成运放电路的电阻R1-端连接待测单体电池的正极，电阻R1另一端 分别连接电阻R2的一端和集成运放器U1A的信号输入同相端，电阻R2另一端接地；电阻R3 一端连接待测单体电池的负极，电阻R3另一端分别连接电阻R4的一端和集成运放器U1B的信号输入同相端，电阻R4另一端接地；电阻R5-端接地，电阻R5另一端分别连接电阻R6 的一端和集成运放器U1B的信号输入反相端，电阻R6另一端分别连接集成运放器U1B的信 号输出端和电阻R7,集成运放器U1B的信号输出端串联电阻R7分别连接电阻R8的一端和 集成运放器U1A的信号输入反相端，电阻R8的另一端分别连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带主动均衡系统的电池管理系统，其特征在于：包括单片机控制电路，以及分别与所述单片机控制电路连接的主动均衡系统和数据采集系统，所述主动均衡系统包括继电器选通开关、补充充电单元、补充放电单元和数字模拟开关，所述数据采集系统包括单体电池电压采集单元，所述单体电池电压采集单元包括集成运放电路和数字模拟开关。

【技术特征摘要】
1. 一种带主动均衡系统的电池管理系统，其特征在于：包括单片机控制电路，w及分 别与所述单片机控制电路连接的主动均衡系统和数据采集系统，所述主动均衡系统包括继 电器选通开关、补充充电单元、补充放电单元和数字模拟开关，所述数据采集系统包括单体 电池电压采集单元，所述单体电池电压采集单元包括集成运放电路和数字模拟开关。2. 根据权利要求1所述的带主动均衡系统的电池管理系统，其特征在于：还包括与所 述单片机控制电路连接的温度采集单元、显示单元、告警单元和通讯单元。3. 根据权利要求1所述的带主动均衡系统的电池管理系统，其特征在于：所述单片机 控制电路的单片机型号为STM32F101RB，单片机包括PB端口的PB0、PB1、PB5、PB6、PB7、PB8、 PB9引脚，PC端口的口〇)、口〔7、口〔8、口〔9、口(：10、口(：11引脚，单片机的口82引脚串联电阻接地， 单片机的引脚3和引脚4分别连接电容C2与电容C3后接地，在引脚3和引脚4之间并联 有晶振CRY1，单片机的引脚5和引脚6分别连接电容C4与电容巧后接地，在引脚5和引 脚6之间并联有晶振CRY2,单片机的引脚7分别连接电阻R11的一端和电容C1的一端，电 阻R11的另一端接5V电压端，电容C1的另一端接地，单片机的引脚1分别连接电池的正极 和电容C12的一端，电池的负极和电容C12的另一端接地，单片机的引脚31、引脚47、引脚 63、引脚18和引脚12接地。4. 根据权利要求3所述的带主动均衡系统的电池管理系统，其特征在于：所述主动均 衡系统包括多个继电器选通开关，电池组中每个单体电池对应一个继电器选通开关，多个 继电器选通开关相互并联，每个所述继电器选通开关一端连接5V电源端，另一端连接控制 信号端，控制信号端通过控制电路与数字模拟开关的引脚Y。连接，所述控制电路包括电阻 R。，电阻R。一端分别连接二极管的阴极和继电器选通开关的控制信号端，电阻R。的另一端 连接H极管的集电极，H极管的发射极分别连接接地端和二极管的阳极，H极管的基极串 联电阻Rw后与数字模拟开关的引脚Y。连接； 所述主动均衡系统的数字模拟开关型号为74WC154,数字模拟开关的通道编码引脚A、 B、C、D引脚分别连接单片机PB端口的PB5、PB6、PB7、PB8引脚，数字模拟开关的片选控制 引脚G1连接单片机PB端口的PB9引脚； 所述主动均衡系统还包括补充充电单元，所述补充充电单元的输出端口连接继电器选 通开关，所述补充充电单元包括相互连接的充电电源化和充电继电器开关S1，充电继电器 开关S1 -端连接15V电源端，另一端连接控制信号端，控制信号端通过选通电路与连接单 片机PB端口的PBO引脚连接，选通电路包括电阻Ri24,电阻Rm 一端分别连接二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文波，
申请(专利权)人：南京国臣信息自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32