一种电池管理系统的制作方法

本实用新型涉及电池管理领域，特别是涉及一种电池管理系统。

背景技术：

电池管理系统具有管理能够实时监测电池组的电压、电流和温度信息，并利用所监测到的信息实时地计算电池组的荷电信息、健康状态、实时电压、实时温度、实时输出功率等，然后通过通讯接口发送给其他模块。

现有电路中，由于采样频率过低，通过处理器积分得出的电池组输出安时量精度过低，从而导致计算的剩余电量(SOC)不准确。同时为了能够实时监测电池组的状态，电池管理系统需要持续地工作，功耗过大的电路设计会使得在监测相同容量的电池组的情况下，电池管理系统的启动时间过短。此外，由于电池组经常会有长时间放置的情况，有的情况下其放置时间甚至长达数个月，没有低电量关断功能的电池管理系统也很容易导致电池组过放，从而导致电池组损坏。

技术实现要素：

本实用新型所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种电池管理系统，检测精度高，电路功耗小，具有低功耗关断功能。

本实用新型所提供的技术方案为：

一种电池管理系统，包括一个电池管理主系统和M个电池管理子系统，分别用于管理M+1个电池组；M个电池管理子系统均与电池管理主系统相连；其中M为大于或等于0的整数；所述电池管理子系统与电池管理主系统分别由各自所管理的电池组供电；

M+1个电池组依次串联后与负载串联形成闭合回路；

电池管理主系统和M个电池管理子系统均为相同结构的系统；每个系统包括降压电源模块、电压采集模块、电流采集模块，温度采集模块、放大电路和运算处理模块；

所述降压电源模块由相应的电池组供电，降压电源模块的输出端与本系统其它模块和电路的电源端相连；用于将电池组的供电电压降至其它模块和电路所需的电压，并进行滤波处理；

所述电压采集模块与相应的电池组正负极相连，用于将电池组的电压转换成符合放大要求的电压水平；

所述电流采集模块，包括电流采样电阻，电流采样电阻串联于相应的电池负极，用于将相应的电池的输出电流信号以一定比例转换成电压信号；

所述温度采集模块的输出端与运算处理模块相连，用于采集相应电池组的温度值并转换为电压信号传送给运算处理模块；

所述放大电路的多个输入端分别与电流采集模块和电压采集模块的输出端相连，用于将电流采集模块与电压采集模块输出的电压信号进行放大；

所述放大电路的输出端与运算处理模块相连；所述运算处理模块用于记录电池信息，计算电池容量、评估电池组的健康状态、与其他设备进行通讯。

本实用新型能应用于无人机电池的电池管理系统；无人机包括多旋翼无人机、固定翼无人机、垂直起降无人机。

所述温度采集模块采用运算处理模块(MCU)内置的温度传感器。

每一个电池组由N个单体电池串联或并联而成；N为大于或等于2的整数；

所述电压采集模块包括N个电压采集子模块；

N个电压采集子模块的正输入端分别接N个单体电池的正极；N个电压采集子模块的负输入端均连接电池组的负极；N个电压采集子模块分别用于将N个单体电池正极的电压转换成符合放大要求的电压水平；

所述放大电路包括N+1个子放大电路，分别与电流采集模块和N个电压采集子模块连接，用于将电流采集模块与电压采集子模块输出的电压信号进行放大。

所述电池管理主系统与上位机相连；

降压模块输出端与电压采集模块和放大电路和通讯隔离模块的电源端之间设置有电子开关。

所述电池管理主系统还与报警模块相连。

所述电池管理子系统将得出的荷点信息传送给电池管理主系统；电池管理主系统与上位机和报警模块相连，上位机用于设置电压、电流和温度阈值，并发送至电池管理主系统；电池管理主系统将阈值信息发送给电池管理子系统。电池管理主系统将其状态信息与电池管理子系统的状态信息融合，将融合后的总状态信息发送给上位机。电池管理主系统根据接收到的信息与自身采集到的信息，当超过设定阈值时进行报警，并控制关断设置于相应的降压模块输出端与电压采集模块、放大电路和通讯隔离模块之间的电子开关；电池管理子系统根据自身采集到的信息，当超过设定阈值时，控制关断设置于相应的降压模块输出端与电压采集模块、放大电路和通讯隔离模块之间的电子开关。

所述电子开关为N型MOS管；N型MOS管的栅极与运算处理模块的IO口连接，漏极与降压电源模块的输出端(负极)连接，源极分别与电压采集模块、放大电路、通讯隔离模块的电源端连接。

在本实用新型实施例中，当监测到电池电量较多时，运算处理模块工作在正常模式，通过引脚输出高电平控制MOS管工作在开启状态，并将电压采集模块、放大电路、通讯隔离模块的电源端连接到降压电源模块的输出端上。当监测到电池电量较低时，运算处理模块工作在低功耗模式，通过引脚输出高阻态使MOS管工作在关断状态，并将电压采集模块、放大电路、通讯隔离模块的电源端与降压电源模块的输出端断开。

所述降压电源模块包括低压差线性稳压器；线性稳压器的输入端接于电池组中两个串联的电池单体的正负极。相比较于使用N个电池单体串联作为低压差线性稳压器输入时，低压差线性稳压器具有更低的耗散功耗，以优化供电效率。

所述电流采样电阻为毫欧级贴片合金电阻，电阻的材料可为康铜、锰铜合金。

所述放大电路均采用轨到轨的运算放大器进行电压放大。

所述运算处理模块采用基于Cortex-M3内核的32位低功耗处理器，所述基于Cortex-M3内核的32位低功耗处理器采用STM32L1系列处理器，以优化系统的功耗。

所述电池管理子系统与电池管理主系统之间的通讯采用通讯隔离模块进行通讯隔离。

所述通讯隔离模块的隔离器件为光电隔离器件或磁耦隔离器件。

有益效果：

本实用新型的电池管理系统能实时监测电池组的电压、电流和温度信息，功耗低；并且具有低功耗关断功能，相对于现有的电池管理系统，能有效延长电池组寿命。

附图说明

图1是本实用新型电池管理系统的结构示意图；

图2是图1中电池管理子系统和电池管理主系统的结构示意图；

图3是本实用新型的电池管理子系统和电池管理主系统工作流程图。

图4是本实用新型电池管理系统工作流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的说明。

11.参照图1，图1是本实用新型电池管理系统的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关部分。本实施例所示的电池管理系统包括：第一电池组、第二电池组、一个电池管理主系统、一个电池管理子系统(即M＝1)和通讯隔离系统。其中，第一电池组和第二电池组均由多节电池单体串联组成，分别对应连接电池管理主系统和电池管理子系统。电池管理主系统由第一电池组供电，所述电池管理子系统由第二电池组供电。

在本实施例中，电池管理主系统和电池管理子系统采用相同的硬件及软件设备。电池管理子系统通过通讯隔离模块与电池管理主系统连接。电池管理主系统和电池管理子系统分别负责监控第一电池组和第二电池组，即分别监控第一电池组和第二电池组的电流信号、电压信号、温度信号。

参照图2，图2是图1中电池管理子系统和电池管理主系统的结构示意图。如图2所示，本实例所揭示的电池管理主系统和电池管理子系统包括：电流采集模块、放大电路、降压电源模块、运算处理模块、温度采集模块、电压采集模块。

在本实施例中，电池组由6个单体电池串联而成。所述降压电源模块包括低压差线性稳压器；线性稳压器的输入端接于电池组中两个串联的电池单体的正负极；即所述线性稳压器的电压输入第一端连接第六电池单体的负极，低压差线性稳压器的电压输入第二端连接第五电池单体的正极，使用两个电池单体串联作为低压差线性稳压器输入；相比较于使用六个电池单体串联作为低压差线性稳压器输入时，低压差线性稳压器具有更低的耗散功耗，以优化供电效率。

在本实施例中，电流采集模块负责采集第一电池组或第二电池组的电流信号，所采集的电流信号是电池组输出的总的电流信号。所采集到的电流信号经过放大电路进行放大，输入到运算处理模块的AD采集口进行采集。

所述电流采集模块的电流传感器可采用康铜电阻和锰铜电阻。

在本实施例中，电压采集模块(包括6个电压采集子模块，即图中的电压采集模块1～6)负责采集电池组中各电池单体正极与电池组负极间的电压信号。所采集到的电压信号经放大电路202处理后，输入到运算处理模块的AD采集口进行采集。运算处理模块204将采集到的电压信号处理后得出电池单体的电压。

在本实施例中，温度采集模块采集电池组的温度。为简化设计，温度采集模块采用STM32L1系列处理器内部温度传感器。

在本实施例中，运算处理模块在电池组处于小电流放电状态下，采用采集到的电池组总电压信号进行电池组容量计算。在电池组处于大电流放电状态下，采用上一次计算得到的电池组容量和采集到的电流信号进行电池容量的计算。具体计算方法如下：

在输出输入电流值小于某个预设阈值情况下，运算处理模块采集电池组总电压信号，根据电池组容量-电压特性曲线利用线性插值的方法估算电池组容量的大小，并进行缓存；在输出输入电流值大于某个预设阈值情况下，运算处理模块提取一定时间(这个时间一般为5s)之前缓存的电池组容量capacity_buff，并以dt为时间间隔采集电池组输出输入电流值I[i]，当经过n个dt时间以后，采用以下公式进行计算电池容量：

降压电源模块持续的向运算处理模块供电，当运算处理模块监测到电池容量过低时，运算处理模块进入低功耗模式，并通过MOS管关断降压电源模块连接到电压采集模块和放大电路的负极，以降低电池管理系统的功耗。

本实施例中，电池管理子系统和电池管理主系统之间的通讯、电池管理主系统和喷洒管理系统之间的通讯均采用串口通讯。