专利名称：车用蓄电池检测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于蓄电池管理技术领域，特别涉及车用蓄电池检测系统。
背景技术：
目前动力型蓄电池在铁路机车、电动汽车，特别是目前非常流行的电动自行车上， 应用十分广泛。它们的共同特点是多节相同电池串联，成组对负载供电。但是，现在大多车辆控制系统对电池状态信息反映过于单一。以目前被广泛使用的电动自行车为例，显示屏上只反映了整组电池的电压大小，用以衡量当前蓄电池的剩余电量。一方面，电池组的总电压与蓄电池剩余容量没有很好线性关系，对剩余容量的指示可靠度不高，在实际使用中发现，当电池组电量实际并不多时，电量表还是满指示，行驶过程中才发现电量表指示下降很快，可这时已经行驶在路上，由于事先无法对电池剩余电量有正确的估计，造成了不必要的麻烦。另一方面，信息指示过于单一，对蓄电池的有效维护不利。由于不清楚在实际驾驶过程中，自己的动作究竟对蓄电池产生了怎样的影响，用户对电动车的使用常具有盲目性，所以大多蓄电池都在不知不觉中损坏、报废。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种车用蓄电池检测系统，能够对蓄电池组的底层重要信息进行实时在线检测、显示以及报警。本发明的技术方案如下
一种车用蓄电池检测系统，由CPU和与其连接的信号采集及转换模块、显示器接口、键盘接口、报警电路，以及电源电路组成；
信号采集及转换模块，由电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路以及A/D转换电路组成；其中电压采集电路由电压接入电路和光电耦合电路组成，系统对电池组每节电池电压都进行采集，电压经光耦电路转换成(T5V信号输入所述A/D转换电路；电流采集电路采用TBC06DS霍尔型电流传感器，电流经霍尔传感器转换成(T5V信号输入所述A/D转换电路；A/D转换电路采用TLC2M3CN模数转换芯片，将电压电流信号转换成数字量送至所述 CPU处理；温度采集电路采用DS18B20数字式温度芯片直接由所述CPU读取；
CPU，采用8051内核的STC11F60XE型单片机，为系统核心部分，负责各种数据处理与逻辑判断任务；
显示器接口，采用TFT型IXD，240 X 320真彩色点阵液晶，与所述CPU数据线直接相连； 键盘接口，采用5按键结构，构成上下左右导航键以及确认键，用于对系统界面进行操作，按键与所述CPU采用中断方式连接，5个按键的低电平有效信号经与门产生中断信号； 报警电路，包括蜂鸣器以及三级管，所述CPU驱动三极管，三极管基极低电平控制通断，驱动蜂鸣器发声。电源电路，采用LM2576芯片以及ILl 117芯片，电源供电电压取自串联电池组中最后一节电池的12V电压，经LM2576产生5V电压给系统供电，再经ILl 117产生3. 3V低压给液晶显示屏供电。本发明的有益技术效果是
本发明能对蓄电池组的底层重要信息进行实时在线检测，主要检测了构成电池组各单节电池的端电压及电池组的放电电流、充电电流，电池的温度等重要信息，并同时采集了环境温度，用以参照。系统可以对这些信息进行直接显示。在此基础上，实现了对采集信息的多种分析功能，主要有电池不平衡判断、温度异常指示、过充电、过放电、深放电指示。并可实现剩余容量的指示以及电池健康状况的判断，给电池用户更好地使用与维护电池提供有效地帮助。
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将实施例中所使用的附图作简单介绍。这些附图构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。图1是本发明的系统整体框图。
图2是电压接入电路的原理图。
图3是光耦隔离电路的原理图。
图4是电流采集电路的原理图。
图5是输出电压随输入电流的变化关系图。
图6是温度采集电路的原理图。
图7是多点温度测量系统的示意图。
图8是单片机最小系统的示意图。
图9是AD转换电路的原理框图。
图10是AD转换电路与单片机接口示意图。
图11是键盘的5按键示意图。
图12是按键及中断与单片机接口示意图。
图13是显示器与单片机接口示意图。
图14是报警电路的原理图。
图15是电源电路的原理图。
图16是本发明系统功能示意图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行全面的描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步说明。系统整体说明
为实现系统功能，本发明由CPU、与CPU连接的信号采集及转换模块、显示器接口、键盘接口、报警电路，以及为系统及显示器供电的电源电路(图1中未示出)组成。硬件系统的整体框图如图1所示。信号采集及转换模块，由电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路以及A/D转换电路组成；其中电压采集电路由电压接入电路和光电耦合电路组成，系统对电池组每节电池电压都进行采集，电压经光耦电路转换成(T5V信号输入A/D转换电路；电流采集电路采用TBC06DS霍尔型电流传感器，电流经霍尔传感器转换成(T5V信号输入A/D转换电路； A/D转换电路采用TLC2M3CN模数转换芯片，将电压电流信号转换成数字量送至CPU处理； 温度采集电路采用DS18B20数字式温度芯片直接由CPU读取。CPU，采用高速8051内核的 STC11F60XE型单片机，为系统核心部分，负责各种数据处理与逻辑判断任务。显示器接口， 采用TFT型IXD，240X320真彩色点阵液晶，与CPU数据线直接相连。键盘接口，采用5按键结构，构成上下左右导航键以及确认键，用于对系统界面进行操作，按键与CPU采用中断方式连接，5个按键的低电平有效信号经与门产生中断信号。报警电路，其功能由显示屏闪烁报警和蜂鸣器发声报警两部分组成，显示屏闪烁报警部分由显示屏完成；蜂鸣器发声报警部分包括蜂鸣器以及三级管，CPU驱动三极管，三极管基极低电平控制通断，驱动蜂鸣器发声。电源模块，采用LM2576 s-5.0芯片以及ILl 117-3. 3芯片，电源供电电压取自串联电池组中最后一节电池的12V电压，经LM2576产生5V电压给5V系统供电，再经ILl 117产生 3. 3V低压给液晶显示屏供电。以下将对本发明中的各电路模块逐一进行说明 电压采集电路
电池组由若干节电池组成，而单节电池内部又由多个单体电池组成。单体电池是电池组的基本组成单位，一般一个单体电池电压为2V，6个单体电池串联构成一节12V电池。由于生产工艺和成产过程的不一致，导致电池内部单体电池彼此之间的容量有偏差，从而直接导致电池间容量的偏差。由于电池是以串联方式使用，因此，如果各节电池之间存在容量不平衡，就不可避免的在整组电池中发生部分电池过充、过放或亏充的现象。这又将加大电池性能的进一步恶化，导致电池间的不平衡程度进一步拉大，进入恶性循环。因此，及时有效地发现电池组的不平衡现象，找出落后电池(即电压比较低的电池)，对维护电池性能具有非常重要的意义。判断电池不平衡的一般方法是对单体电池电压进行跟踪检测比较。但是一般单节电池都将内部6节单体电池封装起来，对外部提供接线端，因此不易测取单体电池的端电压。因此，一般的做法是检测电池组中单节电池的端电压。这样做的依据是，如果一节电池内的某一单体电池发生故障，则很难被平均效应所掩盖，也就是说，内部单体电池的故障状况可以通过单节电池反映出来，并且电池组故障处理的最小单位是单节电池。通常的做法是更换掉电池组中落后的单节电池，因此，在进行不平衡检测时，我们采取比较单节电池端电压一致性的方法。系统对电池组每节电池电压都进行采集，采集分为电压接入部分和光电耦合部分两部分组成。电压接入部分把蓄电池各单节接线端接入系统，并在系统前端通过保险丝保护，之后对接入的电压用二极管指示电压接入有效。电压接入电路如图2所示，保险丝采用4A熔断丝，若系统发生短路，熔断丝可迅速切断电池，从而起到保护作用。在电池接入后发光二极管发光，指示电池接入有效，若熔断丝烧断或电池端电压过低，则二极管不亮，指示电池接入无效，应检测保险丝或更换电池。经上述处理之后，12V电池电压经如图3所示的光电耦合电路进行隔离。因为模数转换器要求测量信号共地，又电池串联连接，必然产生高共模电压，因此需采用光电隔离传输电压信号。另外光耦隔离还能防止主回路的强电信号窜入弱电系统，提高系统安全性。如图3所示，光耦器件采用HCNR201，它是一个高精度线性光耦，非线性度达到 0. 05%，确保了电压采集的准确性。光耦的工作原理是将被检测回路的电压信号施加给LED，LED发出红外光照射光电二极管产生电流，施加电压信号的变化引起LED发光光强的变化，从而导致流经光电二极管的电流发生变化，从而实现信号的电-光-电转化，由于采用光信号耦合，彻底断绝电路间的直接电气连接，从而实现信号的隔离。一般光耦施加的前级电压信号或者LED的电流与光电二极管产生的电流是非线性的。线性光耦在普通光耦的基础上增加了一个与原来参数相同的光电二极管PDl用于对前级信号反馈调节，从而实现光耦的线性传输。其主要原理是负反馈原理。如图3所示，前级输入部分，运放Al构成负反馈。其负反馈过程是当Al输出增大(减小)时，LED电流增大(减小)，LED发光变强(弱)，PDl电流增大(减小)，Rl压降增大(减小)，运放输入减小(增大)，运放输出减小(增大)。在负反馈调节下，前级输入达到平衡，根据运放负反馈后虚短虚断特点，正向输入端电压为地电位G1， 即单节蓄电池负端电位，则PDl电流为
权利要求
1. 一种车用蓄电池检测系统，其特征在于由CPU和与其连接的信号采集及转换模块、 显示器接口、键盘接口、报警电路，以及电源电路组成；信号采集及转换模块，由电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路以及A/D转换电路组成；其中电压采集电路由电压接入电路和光电耦合电路组成，系统对电池组每节电池电压都进行采集，电压经光耦电路转换成(T5V信号输入所述A/D转换电路；电流采集电路采用TBC06DS霍尔型电流传感器，电流经霍尔传感器转换成(T5V信号输入所述A/D转换电路；A/D转换电路采用TLC2M3CN模数转换芯片，将电压电流信号转换成数字量送至所述 CPU处理；温度采集电路采用DS18B20数字式温度芯片直接由所述CPU读取；CPU，采用8051内核的STC11F60XE型单片机，为系统核心部分，负责各种数据处理与逻辑判断任务；显示器接口，采用TFT型IXD，240 X 320真彩色点阵液晶，与所述CPU数据线直接相连； 键盘接口，采用5按键结构，构成上下左右导航键以及确认键，用于对系统界面进行操作，按键与所述CPU采用中断方式连接，5个按键的低电平有效信号经与门产生中断信号； 报警电路，包括蜂鸣器以及三级管，所述CPU驱动三极管，三极管基极低电平控制通断，驱动蜂鸣器发声；电源电路，采用LM2576芯片以及IL1117芯片，电源供电电压取自串联电池组中最后一节电池的12V电压，经LM2576产生5V电压给系统供电，再经ILl 117产生3. 3V低压给液晶显示屏供电。
全文摘要
本发明公开一种车用蓄电池检测系统，由CPU和与其连接的信号采集及转换模块、显示器接口、键盘接口、报警电路，以及电源电路组成。本发明能对蓄电池组的底层重要信息进行实时在线检测，主要检测了构成电池组各单节电池的端电压及电池组的放电电流、充电电流，电池的温度等重要信息，并同时采集了环境温度，用以参照。系统可以对这些信息进行直接显示。在此基础上，实现了对采集信息的多种分析功能，主要有电池不平衡判断、温度异常指示、过充电、过放电、深放电指示。并可实现剩余容量的指示以及电池健康状况的判断，给电池用户更好地使用与维护电池提供有效地帮助。
文档编号B60L11/18GK102303542SQ201110165899
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者刘飞, 唐力, 樊鹏鹏 申请人:江南大学