基于STM32的电池管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于STM32的电池管理系统，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块；所述主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；所述AFE除与主控制器外，还与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；所述电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；所述AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块通过外部电池实现自供电。本发明专利技术可以有效监视电池运行状态，准确估算出电池电量，并通过主控制器控制AFE，使得电池在充放电时，电池包能够均衡放电，减少电池包中各个电池因电量不均造成的损耗，延长电池寿命，并发挥电池最佳工作性能。

【技术实现步骤摘要】
基于STM32的电池管理系统
本专利技术属于信息系统
，尤其涉及一种基于STM32的电池管理系统。
技术介绍
经过长期的发展，传统资源日益枯竭，人们渴望更美好的生态环境。传统交通工具由于噪声大、污染高、消耗多、效率低，严重制约了社会经济和生态的发展。一些
的成熟使得新型交通工具的出现成为了可能。其中，电力驱动的载具以其噪声小、无污染的特点受到大众青睐，发展势头迅猛。但是，电动载具的续航能力成为制约这一领域发展的重大瓶颈。怎样将一定的电量获得最大限度的利用，成为了亟待解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于STM32的电池管理系统，通过控制AFE来实现对电池的监视、控制与保护，同时通过安时积分法测算出电池SOC值，得到准确的电量。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于STM32的电池管理系统，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块；所述主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；所述AFE与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；所述电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；所述AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块通过接入外部电池实现自供电；所述主控制器用于对电池电压均衡的控制及电池SOC值的测算；所述串口通信模块用于主控制器与外部设备通信，接收指令并发送外部设备所要求的信息；所述数据存储模块用于存储电池状态信息；所述AFE用于监视电池运行状态及控制电池充放电过程；所述温度测量模块用于测量电池包温度；所述电池平衡驱动模块用于辅助AFE监测电池运行状况并平衡电池电压。进一步地，所述主控制器为STM32F103ZE芯片。进一步地，所述串口通信模块采用MAX3232芯片，将TTL电平转换成232信号。进一步地，所述数据存储模块采用W25Q64的FLASH来存储数据信息，以及用于插入SD卡的卡座来传递数据信息。进一步地，所述AFE采用bq76940芯片。进一步地，所述温度测量模块采用10K欧姆的NTC电阻。进一步地，所述电源模块采用LM5166芯片。进一步地，所述电池平衡驱动模块采用MOS管构成开关电路，提供接口与外部电池连接。有益效果：本专利技术可以有效监视电池运行状态，准确估算出电池电量，并通过主控制器控制AFE，使得电池在充放电时，电池包能够均衡放电，减少电池包中各个电池因电量不均造成的损耗，延长电池寿命，并发挥电池最佳工作性能。不同于市面上销售的电池管理系统，本系统采用高性能STM32+bq76940的电池管理方案，提供数据存储模块用于存储数据，方便诊断系统错误；并且增加串口通信模块与其他设备通信，增强了其拓展性。附图说明图1是本专利技术的整体结构图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如图1所示，本专利技术所述的基于STM32的电池管理系统，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、用于监视和控制电池运行的AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块。其中，主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；AFE除与主控制器外，还与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；串口通信模块用于主控制器与外部设备通信，接收指令并发送外部设备所要求的信息；数据存储模块用于存储电池状态信息，包括电压值、电流值、电池温度值、SOC值以及错误诊断值；AFE用于监视电池运行状态，控制电池充放电过程；温度测量模块用于测量电池包温度。AFE采用bq76940芯片，该模块是一个高度集成的模拟前端，可以实现对电池的监视、控制与保护。所谓监视，指的是其利用自身的ADC模块采集电池运行中的电流、电压和温度；所谓控制，指的是其与电池平衡驱动模块连接，通过控制该模块实现对电池包内各个电池电压的均衡；所谓保护，指的是其具有过流放电、短路放电、过压与低压保护功能。该芯片本身不具备独立运行的能力，它通过I2C协议与主控制器通信，接收指令并发送主控制器要求的信息。此外，其与主控制器之间还通过ALERT线和WAKE线连接。当bq76940的状态寄存器任意一位被置“1”时，ALERT线被拉起，提示主控制器有重要信息需要查看，并根据不同的情况采取相应的处理措施；当bq76940需要初始化或从SHIP模式唤醒时，主控制器拉高WAKE线，bq76940会自动复位或进入NORMAL模式。AFE模块承担了电池管理的关键角色，在系统中其下游通过电池平衡模块与电池的检测脚相连接，与NTC电阻直接连接，同时其上游通过I2C通信以及ALERT线和WAKE线与主控制器连接。该AFE采用正常模式，在该模式下，ADC被使能，bq76940的14位和16位ADC被唤醒，前者负责采集单节电池两端的电压AD值以及电池外部温度AD值，后者则负责采集电流AD值。在电流AD值的采集方式上，采用正常模式，置SYS_CTRL2寄存器中CC_EN(bit6)为1，CC_ONESHOT(bit5)为0。这样，每隔250ms，AFE就会自动采集一次电压数据，并将SYS_STAT寄存器中CC_READY(bit7)置位，拉高ALERT线，提醒主控制器查看电压数据。当需要均衡电池包电压时，则会将CELLBALx(x＝1,2,3)寄存器中对应电池包的均衡控制位置1，达到均衡电池包内各个电池电压的要求。电池平衡驱动模块采用MOS管构成开关电路，提供接口与外部电池连接。它的主要功能是辅助AFE监测电池运行状况并平衡电池电压，属于AFE外围电路，其一端与AFE连接，另一端引出与电池监测脚连接。标准bq76940用于15节电池所组成的电池包，该实施例中采用12节电池组成的电池包，故需要将原来CELL4、CELL9、CELL14的均衡电路移除。电池电压通过VCx(x＝0～15)引脚采集，其实质上是采集相邻两个引脚之间电容的电压值。电压平衡也是通过VCx引脚进行控制，但需要注意的是只有接入单节电池负极的检测引脚才可以打开mos管导通其左侧电路，从而可以使单节电池放电，使电流流过电阻，消耗多余的电量。串口通信模块采用MAX3232芯片将TTL电平转换成232信号，实现串口通信功能；该芯片一端通过TX线发送信息到主控制器，通过RX线接受主控制器发送的信息，经过内部逻辑电路的转换成232信号，再与其他设备通信。温度测量模块采用3个10K欧姆的NTC电阻。该电阻随着温度的升高，阻值降低。该电阻的电压值会被bq76940转换成AD值，并通过该公式换算出阻值：R＝(10000×V)÷(3.3-V)。其中，R是NTC阻值，V是电压值，V＝(ADC值)×382μV/LSB。然后通过查表即可得出与阻值对应的温度值。主控制器主要用于对电池包电压均衡的控制以及电池SOC值的测算，主控制器采用STM32F103ZE芯片。其与AFE、串口通信模块、数据存储模块相连接，对于串口通信模块，其采用USART通信；对于数据存储模块，其采用SPI和SDIO模式通信。除此之外，需要在STM32上移植FatFs文件系统，将SPI和SDIO数据收发函数接入到该文件系统中。这样就可以通过文件指令对文件进行操作。这一点对于基于SD卡的数据存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于STM32的电池管理系统，其特征在于，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块；所述主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；所述AFE与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；所述电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；所述AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块通过接入外部电池实现自供电；所述主控制器用于对电池电压均衡的控制及电池SOC值的测算；所述串口通信模块用于主控制器与外部设备通信，接收指令并发送外部设备所要求的信息；所述数据存储模块用于存储电池状态信息；所述AFE用于监视电池运行状态及控制电池充放电过程；所述温度测量模块用于测量电池包温度；所述电池平衡驱动模块用于辅助AFE监测电池运行状况并平衡电池电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于STM32的电池管理系统，其特征在于，包括主控制器、电源模块、串口通信模块、数据存储模块、AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块；所述主控制器分别与串口通信模块、数据存储模块、AFE连接；所述AFE与温度测量模块、电池平衡驱动模块连接；所述电源模块为主控制器、串口通信模块、数据存储模块供电；所述AFE、温度测量模块、电池平衡驱动模块通过接入外部电池实现自供电；所述主控制器用于对电池电压均衡的控制及电池SOC值的测算；所述串口通信模块用于主控制器与外部设备通信，接收指令并发送外部设备所要求的信息；所述数据存储模块用于存储电池状态信息；所述AFE用于监视电池运行状态及控制电池充放电过程；所述温度测量模块用于测量电池包温度；所述电池平衡驱动模块用于辅助AFE监测电池运行状况并平衡电池电压。2.根据权利要求1所述的基于STM32的电池管理系统，其特征在于，所述主控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海青，吴琛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32