[发明专利]多级联高压、大功率电池组监测管理装置

说明书

技术领域

本发明涉及电池组监测管理装置，特别涉及多级联高压、大功率电池组监测管理装置，

用于电动汽车、混合动力汽车及其他大功率电池驱动系统的电池组监测管理。

背景技术

当今社会能源紧缺，环境污染问题给人类提出了重要课题，各电池厂家积极研究开发出各种类型的蓄电池，尤其以锂离子动力电池为先进的代表，从而解决了这一难题。但锂动力电池应用和推广的瓶颈，主要是在组合应用时电池组中的单只电池失效，导致电池组综合性能下降和电池组被超限使用。

因此需要设计一种电池组监测管理装置，从而解决制约其发展的难题。而目前国内市场尚无此类装置出现，也未见文献报道。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种多级联高压、大功率电池组监测管理装置的设计方案，通过串、并多级联接方式，组成的大功率、高电压电池组包的控制保护和管理。对电池组中串联单体电池电压、电流、环境与操作温度的采集、分析、决策，经过接口与充电器、负载控制器、指示仪表外部设备功能联动，实时对电池组工作状态检测，延长电池组使用寿命。

 本发明是通过这样的技术方案实现的：多级联高压、大功率电池组监测管理装置，其特征在于，包括中央处理器ECU、电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块；中央处理器ECU分别与电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块连接；中央处理器ECU通过数据通信端口与上位计算机连接；

中央处理器ECU选用MSP430F149单片机；

电压采集模块由电池监测智能化数据采集接口芯片MAX11068及其外围电路构成；

电流采集模块由高侧电流检测放大器MAX4081及外围元件构成，

温度采集模块采用单线数字温度传感器DS18B20；

MSP430F149单片机的P3.0、P3.1、 P3.2、P3.3端与电压采集接口芯片MAX11068的15、16、17、18管脚端连接；在多个（最高可达31个）电压采集模块之间通过SMBus?串行链路通信；多个电压采集模块分别连接串联电池组中的单体电池；对电池组中单体电池电压进行实时检测，防止电池发生过充、过放、超高温、低温、断路，进行充电均衡检测、报警显示、电池安全保护、电池故障诊断；

中央处理器ECU的P6.0端与电流采集模块的高侧电流检测放大器MAX4081的P5（out）端连接；高侧电流检测放大器MAX4081在放大微弱的差分电压的同时，抑制输入共模电压，通过单一输出引脚，连续监视到放电整个变化过程；

中央处理器ECU的P1.1端与单线数字温度传感器DS18B20的P2（DQ）端连接；温度信号直接以“一线总线”的数字方式传输；

通过在数据采集接口芯片MAX11068片内设定寄存器（CELLEN）使能扫描位，使输入复用器/开关组允许对电池组的每节电池进行差分测量，同时设定寄存器（ADCCFG）启动过压、欠压、超温、低温、通信、辅助输入检测功能；

测量扫描开始后，扫描波道将依照设定使能位，按照从高到低的次序（12～1）逐一切换移动到高压复用的ADC前端，然后采用高速、12位逐次逼近(SAR) A/D转换器量化电池电压并保存测量值；此时所得电压量化结果是未经处理的，这样第一阶段扫描完成；

第二阶段是误差修正阶段，对前、末端放大器突然出现的偏移及相关引起的误差进行修正,全部12节电池的整个测量过程在107μs的时间内完成；

MAX11068采用二次扫描架构采集电池数据并对它们进行误差修正；

每个MAX11068最多可与12节电池组成一个电池集成模块，扫描采集12节电池的数据；扫描的第一阶段为数据采集，对所有12节电池的电压进行采样；第二阶段为误差修正，对ADC输入进行斩波，消除误差；

通过上述两个步骤，能够在整个温度范围和嘈杂环境下获得优异的精度指标，每一个电池集成模块在数据采集模式下，从供电电源消耗的电流为2.0mA，待机模式下消耗的电流为75μA，关断模式下消耗的电流低于1μA，选择被测电池组或采用外部电源作为供电电源。

利用多级联高压、大功率电池组监测管理装置进行处理信号的步骤包括：

a)  中央处理器ECU即 MSP430F149单片机启动电压采集模块为待机模式；

b)  中央处理器ECU 即MSP430F149单片机初始设定电压采集模块内部功能寄存器，工作值；