專利名稱：基于片上系統(tǒng)一線通訊點對點式單體鋰離子電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于電動自行車和電動汽車動力電池裝置，尤其適合由鋰離子電池組成高容量、大功率的動力源。
背景技術(shù)：
隨著鋰離子電池市場的發(fā)展，電池管理系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜和多樣化，基本上可以劃分為專用型和通用型兩個領(lǐng)域。專用型電池管理系統(tǒng)管理的鋰離子電池的數(shù)量有限，適合手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機以及便捷式小型電器所用小型鋰離子電池的管理系統(tǒng)，不適合電動自行車和電動汽車大型鋰離子電池管理系統(tǒng)。通用型電池管理系統(tǒng)一般采用分層或者分布式體系結(jié)構(gòu)，都沒有涉及到對單體鋰離子電池的管理和監(jiān)控，由于鋰離子電池的化學(xué)特性隨著使用時間、使用環(huán)境的變化而變化，那么它的內(nèi)阻和容量也會做相應(yīng)的改變，數(shù)據(jù)采樣單元對單體鋰離子電池距離太遠， 就會產(chǎn)生阻抗、寄生電容、寄生電感，對電池間的均衡和電池容量的估算不利，影響鋰離子電池的性能和使用壽命，例如，2006年6月7日由中華人民共和國公開和授權(quán)，專利號為 200410081434. 5名稱為《分布式電池管理系統(tǒng)及管理方法》的技術(shù)方案也只是談到對兩節(jié)電池的數(shù)據(jù)采樣，通用型的電池管理系統(tǒng)大多采用CAN總線作為通訊總線，CAN總線不是電池管理系統(tǒng)總線而是汽車電子的通訊總線，這兩者是有區(qū)別的，它的通訊協(xié)議和電氣特性用在電池管理系統(tǒng)是很勉強的，例如，2004年12月8日由中華人民共和國公開和授權(quán)，專利號為200310111599. 8名稱為《一種基于CAN總線多層分布式的電池管理系統(tǒng)》，2004年 12月22日由中華人民共和國公開和授權(quán)，專利號為200410013807. 5名稱為《一種用于電動汽車的動力電池管理系統(tǒng)》和2008年12月31日由中華人民共和國公開和授權(quán)，專利號為2008100211M. 3名稱為《分布式電池管理系統(tǒng)及其管理方法》的技術(shù)方案都是采用CAN 總線，CAN總線是兩根通訊線，通訊線數(shù)量太多，加上分層太多，那么電池管理系統(tǒng)就會變得錯綜復(fù)雜，影響整個網(wǎng)絡(luò)速度，而且電池管理系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)和汽車電子的通訊網(wǎng)絡(luò)處于同一個網(wǎng)絡(luò)布局，兩個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沒有隔離開來，大大削減了電池管理系統(tǒng)的抗干擾能力，而且上述四個專利技術(shù)方案的中央處理器都采用第四代集成電路(微處理器)進行設(shè)計，外圍電路復(fù)雜，造成控制電路的體積增大，與單體鋰離子電池的體形結(jié)構(gòu)不符合，無法對單體鋰離子電池進行監(jiān)控、管理，現(xiàn)在的集成電路已經(jīng)發(fā)展到了第五代，即片上系統(tǒng)，所以說，現(xiàn)在通用型電池管理系統(tǒng)的設(shè)計理念已經(jīng)過時，不能代表電池管理系統(tǒng)的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了拋棄過時的第四代集成電路(微處理器)為中央處理器的設(shè)計理念，摒除不合適的以CAN總線為核心的鋰離子電池網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，革新最小單元以兩個或者兩個以上的鋰離子電池的管理模式，利用片上系統(tǒng)小體積、高性能和一線式通訊總線簡單、實用的技術(shù)優(yōu)勢，精簡鋰離子電池管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，量體裁衣地組建鋰離子電池管理系統(tǒng)點對點的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，加快網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸速度，搭建穩(wěn)定的鋰離子電池管理系統(tǒng)模塊，通過單體鋰離子電池與鋰離子電池組之間點對點異步串行連接和鋰離子電池組與鋰離子電池箱之間點對點同步串行連接，實現(xiàn)對單體鋰離子電池進行直接管理，采用單體鋰離子電池和鋰離子電池組自身電壓的優(yōu)勢，實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)內(nèi)部的通訊網(wǎng)絡(luò)和外部的汽車電子的通訊網(wǎng)絡(luò)隔離，減少電池管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的干擾，對單體鋰離子電池和鋰離子電池組的控制力度大大增強，充分發(fā)揮單體鋰離子電池的性能，延長單體鋰離子電池的使用壽命，從而提高了動力源的整體水平。本發(fā)明的目的是通過鋰離子電池管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、抗干擾技術(shù)三個方面的措施達到在單體鋰離子電池數(shù)據(jù)采集單元中裝入一顆片上系統(tǒng)，然后封裝成一個整體，根據(jù)電動汽車的技術(shù)要求，對單體鋰離子電池進行硬件上的模塊劃分，單體鋰離子電池數(shù)據(jù)采集單元利用單體鋰離子自身電源供電，由多個單體鋰離子電池組成鋰離子電池組，鋰離子電池組適合用做電動自行車的動力源，由多個鋰離子電池組組成的鋰離子電池箱適合做電動汽車的動力源，各個單體鋰離子電池固定在鋰離子電池組的底板上，單體鋰離子電池的數(shù)據(jù)采集單元通過一線式通訊總線與鋰離子電池組的控制板進行點對點的異步串行通訊，每個鋰離子電池組控制板各自帶有一根一線式通訊總線，與鋰離子電池箱的主控板進行點對點同步串行通訊，單體鋰離子電池的數(shù)據(jù)采集板、鋰離子電池組的控制板、鋰離子電池箱的主控板分別由一顆片上系統(tǒng)組成，根據(jù)微電子技術(shù)發(fā)展的各個階段，也可以由一顆片上系統(tǒng)和簡單的外圍電路組成，單體鋰離子電池數(shù)據(jù)采集板與鋰離子電池組的控制板、 鋰離子電池組的控制板與鋰離子電池箱的主控板之間的數(shù)據(jù)傳輸通過高速光耦進行光電隔離，鋰離子電池箱的主控板的充、放電接口與鋰離子電池組的控制板充、放電接口相連， 對鋰離子電池組進行充、放電，鋰離子電池組控制板充、放電接口通過鋰離子電池組底板的充、放電電路對單體鋰離子電池進行充、放電，片上系統(tǒng)的外形尺寸、性能和簡單外圍電路的結(jié)構(gòu)均可以不一樣，參考動力源的技術(shù)參數(shù)，根據(jù)片上系統(tǒng)的性價比和外形尺寸可以選擇X86系列、ARM系列、MIPS系列、SPARC系列的片上系統(tǒng)作為單體鋰離子數(shù)據(jù)采集單元、 鋰離子電池組控制板和鋰離子電池箱主控板的中央處理器。鋰離子電池組的單體鋰離子電池和鋰離子電池箱的鋰離子電池組都是通過串、并聯(lián)的形式進行機械上的連接。對鋰離子電池管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)進行分組，由單體鋰離子數(shù)據(jù)采樣單元和鋰離子電池組控制板共同實現(xiàn)，單體鋰離子數(shù)據(jù)采樣單元承擔(dān)電池間的平衡、電壓測量、溫度測量、點對點的異步串行通訊，鋰離子電池組控制板承擔(dān)過流保護、短路保護、過壓保護、低壓保護、反向電壓保護、高溫保護、低溫保護、電池剩余容量估算、點對點的同步串行通訊，鋰離子電池箱主控板承擔(dān)對各個鋰離子電池組的監(jiān)控、管理以及與外部的數(shù)據(jù)交換?；谄舷到y(tǒng)一線點對點式單體鋰離子電池管理系統(tǒng)的基本參數(shù)如下
參數(shù)最大正常最小單位注釋電壓5. 52. 7V工作電壓電流10025mA工作電流
權(quán)利要求
1.一種適合電動自行車和電動汽車動力源的通用型鋰離子電池管理系統(tǒng)，其特征是 采用第五代集成電路，即片上系統(tǒng)，通過單體鋰離子電池與鋰離子電池組之間點對點異步串行連接和鋰離子電池組與鋰離子電池箱之間點對點同步串行連接，實現(xiàn)對單體鋰離子電池進行直接管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用型鋰離子電池管理系統(tǒng)，其特征是單體鋰離子電池的數(shù)據(jù)采集板、鋰離子電池組的控制板、鋰離子電池箱的主控板分別由一顆片上系統(tǒng)組成，根據(jù)微電子技術(shù)發(fā)展的各個階段，也可以由一顆片上系統(tǒng)和簡單的外圍電路組成，片上系統(tǒng)的外形尺寸、性能和簡單外圍電路的結(jié)構(gòu)均可以不一樣，參考動力源的技術(shù)參數(shù)，根據(jù)片上系統(tǒng)的性價比和外形尺寸可以選擇X86系列、ARM系列、MIPS系列、SPARC系列的片上系統(tǒng)作為單體鋰離子數(shù)據(jù)采集單元、鋰離子電池組控制板和鋰離子電池箱主控板的中央處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用型鋰離子電池管理系統(tǒng)，其特征是單體鋰離子電池的數(shù)據(jù)采集單元通過一線式通訊總線與鋰離子電池組的控制板進行點對點的異步串行通訊，實現(xiàn)對單體鋰離子電池的直接管理，每個鋰離子電池組控制板各自帶有一根一線式通訊總線，與鋰離子電池箱的主控板進行點對點同步串行通訊，實現(xiàn)對鋰離子電池箱的直接管理， 鋰離子電池組控制板與單體鋰離子數(shù)據(jù)采集單元的一線式總線是首尾相連的順序連接，鋰離子電池箱主控板與鋰離子電池組控制板的一線式總線是地位平等的并行連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用型鋰離子電池管理系統(tǒng)，其特征是根據(jù)電動汽車動力源的需要，對單體鋰離子電池進行模塊劃分，由多個單體鋰離子電池組成鋰離子電池組，鋰離子電池組適合用做電動自行車的動力源，由多個鋰離子電池組組成鋰離子電池箱，鋰離子電池箱適合做電動汽車的動力源。
全文摘要
一種適合電動自行車、電動汽車組建大功率、大容量動力源的鋰離子電池管理系統(tǒng)，通過對單體鋰離子電池的監(jiān)控、管理，使整個電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化、模塊化；通過組建點對點式通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、實用。
文檔編號G06F15/173GK102545292SQ20101061256
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者李鑫 申請人:李鑫