專利名稱：電池組自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于動(dòng)力電池能源領(lǐng)域，特別涉及一種電池組自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診 斷裝置。
背景技術(shù)：
在目前的市場(chǎng)上，對(duì)于多個(gè)電池組成的鋰離子電池組(或者鎳氫電池、鎳鉻電池、 鉛酸電池等也同樣)，在電動(dòng)汽車上使用時(shí)，使用壽命遠(yuǎn)低于單個(gè)電池的壽命，這是由于鋰 離子電池各單體在性能指標(biāo)上不可能完全一致，再加上使用過(guò)程中，各單體間的容量、自放 電等的差異，使各個(gè)電池處在不均衡的狀態(tài)中，充放電過(guò)程也不均衡，而不斷重復(fù)的充放電 過(guò)程更加劇了不均衡現(xiàn)象，充電少的電池壽命縮短，引起所在電池組壽命縮短，從而使整個(gè) 電池系統(tǒng)壽命縮短。因此，過(guò)去人們?cè)噲D應(yīng)用旁路電阻或采用電容放電方法，解決電池差異 的問(wèn)題，每組電池就需要一套裝置，這種裝置體積大并笨重，沒(méi)有智能診斷功能，對(duì)于電動(dòng) 車電池沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值，造成現(xiàn)在電動(dòng)車電池使用中，并沒(méi)有可用的產(chǎn)品。所以迫切需 要一種新的電池組的均衡維護(hù)充電和診斷裝置，以實(shí)現(xiàn)電池組的維護(hù)均衡充電，延長(zhǎng)電池 使用的壽命，從而降低電動(dòng)車電池組使用的成本。
實(shí)用新型內(nèi)容為高提大功率電池組的使用壽命和性能，本實(shí)用新型提供一種自動(dòng)充電及維護(hù)均 衡診斷裝置。本實(shí)用新型自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，包括充電機(jī)、智能充電維護(hù)邏輯控制 單元、維護(hù)操作執(zhí)行單元、放電維護(hù)負(fù)載、維護(hù)充電機(jī)和顯示設(shè)定單元；充電機(jī)連接電池組， 智能充電維護(hù)邏輯控制單元分別連接充電機(jī)、電池組、維護(hù)操作執(zhí)行單元、放電維護(hù)負(fù)載、 維護(hù)充電機(jī)和設(shè)定顯示單元，維護(hù)操作執(zhí)行單元還連接放電維護(hù)負(fù)載、維護(hù)充電機(jī)和電池 組，放電維護(hù)負(fù)載和維護(hù)充電機(jī)互相連接。所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理器，光電耦合器、通道選擇器 和若干個(gè)光電繼電器，光電繼電器分別連接電池組中的各個(gè)電池，其輸出并聯(lián)后連接到光 電耦合器，光電耦合器連接到DSP的A/D轉(zhuǎn)換輸入端，通道選擇器的輸入連接到DSP的片選 信號(hào)段，輸出分別連接到各個(gè)光電繼電器的片選端，用于檢測(cè)每個(gè)電池兩端的電壓，并根據(jù) 該電壓控制所述開(kāi)關(guān)組的通斷以導(dǎo)通或斷開(kāi)放電回路或充電回路；還用于檢測(cè)每個(gè)電池的 放電電流，并根據(jù)每個(gè)電池的放電電流和相應(yīng)電壓實(shí)時(shí)計(jì)算出該電池的內(nèi)阻。所述維護(hù)操作執(zhí)行單元為連接每個(gè)電池兩極的三個(gè)電子開(kāi)關(guān)組成的開(kāi)關(guān)矩陣電 路，其開(kāi)關(guān)矩陣的公共端連接到放電維護(hù)負(fù)載和維護(hù)充電機(jī)，電池組中的每個(gè)電池能夠分 別連接放電維護(hù)負(fù)載和維護(hù)充電機(jī)。所述電子開(kāi)關(guān)為場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管。所述維護(hù)充電機(jī)維護(hù)負(fù)載內(nèi)部具有高效直流/直流(DC/DC)電壓轉(zhuǎn)換電路。 所述維護(hù)充電機(jī)和充電機(jī)設(shè)有外部電源接口。所述顯示設(shè)定單元包括液晶顯示器和若干個(gè)按鍵。所述電池組和充電機(jī)、維護(hù)操作執(zhí)行單元、智能充電維護(hù)邏輯控制單元之間采用插接頭方式連接。本實(shí)用新型自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，能自動(dòng)根據(jù)電池組中各個(gè)電池容量的 高低，自動(dòng)完成電池組的維護(hù)均衡過(guò)程；放電維護(hù)負(fù)載采用DC/DC直流電能轉(zhuǎn)換給維護(hù)充 電機(jī)供電，能量效率可以達(dá)到90 %，能量不足時(shí)可以由外部電源供電再對(duì)電池低容量電池 充電；另外通過(guò)切換放電維護(hù)負(fù)載用來(lái)給各單體電池放電，減小了體積；通過(guò)測(cè)得放電電 流，得到每只電池的直流內(nèi)阻，得到各個(gè)電池的性能，便于對(duì)電池組中電池進(jìn)行等級(jí)分類診 斷，并對(duì)需要更換電池進(jìn)行具體提示；電池組采用插接結(jié)構(gòu)，可以更換多個(gè)電池組共用；本 實(shí)用新型能有效地提高電池組10% -15%有效容量，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。
圖1電池組自動(dòng)均衡裝備結(jié)構(gòu)圖圖2電池組放電和充電切換開(kāi)關(guān)電路示意圖圖3智能充電維護(hù)邏輯控制單元單只電池電壓采集線路圖圖4智能充電維護(hù)邏輯控制單元檢測(cè)部分線路圖圖5智能充電維護(hù)邏輯控制框圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置做進(jìn)一步地闡述。本實(shí)施例的自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，包括智能充電維護(hù)邏輯控制單元1、充 電機(jī)2、電池組3、維護(hù)操作執(zhí)行單元4、放電維護(hù)負(fù)載5、維護(hù)充電機(jī)6和設(shè)定顯示單元7。 充電機(jī)2連接電池組3，智能充電維護(hù)邏輯控制單元1分別連接充電機(jī)2、電池組3、維護(hù)操 作執(zhí)行單元4、放電維護(hù)負(fù)載5、維護(hù)充電機(jī)6和設(shè)定顯示單元7，維護(hù)操作執(zhí)行單元4還連 接放電維護(hù)負(fù)載5、維護(hù)充電機(jī)6和電池組3，放電維護(hù)負(fù)載5和維護(hù)充電機(jī)6互相連接。智能充電維護(hù)邏輯控制單元采用數(shù)字信號(hào)處理器DSP作為控制芯片，DSP采用TI 公司產(chǎn)品型號(hào)為TMS320F2812，該芯片為32位定點(diǎn)處理芯片，運(yùn)算速度快，可以實(shí)現(xiàn)較復(fù) 雜的算法，存儲(chǔ)空間Flash有U8K，有多種通訊模式可以進(jìn)行選擇，便于進(jìn)行功能的擴(kuò)展。 讀取電壓，電流，溫度的信息，存到EEPROM中，這樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和分析。將讀取的信息 在液晶屏上顯示，通過(guò)按鍵可以翻看電池的各種參數(shù)，并具有報(bào)誓功能。顯示設(shè)定單元7包括液晶屏的顯示部分，可以選擇圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器，可以 顯示漢字和任意圖形，選用GTGM0U8液晶顯示模塊，點(diǎn)陣的大小為M0xl28，帶背光功能。 內(nèi)置1片T6963C液晶顯示控制器和5片KS0086驅(qū)動(dòng)器。該液晶顯示模塊具有如下特點(diǎn) 1.具有8位并行總線接口 ；2.可以顯示數(shù)字、字母、漢字和圖形等；3.具有1 種5x8點(diǎn)陣 的ASCI字符字模庫(kù)CGROM ；4.具有641Λ的顯示存儲(chǔ)器(可被劃分為文本顯示區(qū)、圖形顯示 區(qū)、文本屬性區(qū)和自定義字符庫(kù)區(qū))，并允許MCU隨時(shí)防問(wèn)；5.可用圖形方式、文本方式以及 圖形和文本合成方式顯示。顯示設(shè)定單元7還包括按鍵，使用三個(gè)向上翻，向下翻，返回鍵。因?yàn)橐壕梁桶存I部是慢速設(shè)備，所以與DSP通信時(shí)應(yīng)加緩沖電路，按鍵采用中 斷的方式，即只有在接受到來(lái)自鍵盤(pán)的中斷信號(hào)后才讀取鍵盤(pán)的信號(hào)。所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元除包括連接的數(shù)字信號(hào)處理器DSP外，還有光電 耦合器、通道選擇器和光電繼電器(見(jiàn)圖4)。光電耦合器選用美國(guó)CLEAR公司產(chǎn)品L0C110， 光電繼電器選用臺(tái)灣安良公司產(chǎn)品AQW214，每只電池輸出電壓輸入端連接光電繼電器輸入端6腳、8腳，其輸出口 5腳、7腳分別逢接線性光電耦合器的2腳、1腳，3腳接地，4腳連接數(shù) 字信號(hào)處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入端(見(jiàn)圖3、圖4)，線性光電繼電器器所有的1腳、3腳 聯(lián)接+5V電源，2腳、4腳并聯(lián)輸出端依次連接內(nèi)部有2-14路的通道選擇器的驅(qū)動(dòng)端(CS1、 CS2、CSI0)，通道選擇器選用內(nèi)部有2-14路數(shù)據(jù)通道的摩托羅拉公司產(chǎn)品⑶4067，通道選 擇器與數(shù)字信號(hào)處理器DSP的片選信號(hào)RIB5與通道選擇器15腳連接，DSP的RD0-RD3通 道分別與通道選擇器10-13腳連接，可根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理器DSP控制其選擇端導(dǎo)通或關(guān)斷 不同的光電繼電器，將電池電壓值經(jīng)進(jìn)光電藕合器傳給數(shù)信號(hào)處理器DSP的A/D輸入端進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理，因?yàn)殡姵仉妷菏侵饌€(gè)按順序地取，同時(shí)通過(guò)光電藕合器進(jìn)行隔離。解決了不同 電池負(fù)極與數(shù)字信號(hào)處理器不同接地點(diǎn)接入從而造成測(cè)得電池電壓值是浮動(dòng)變化的問(wèn)題， 同時(shí)解決了可直接讀取每一個(gè)電池電壓的問(wèn)題，減少了測(cè)量誤差。所述電池組由n(n ^ 200)個(gè)電池組成，所述維護(hù)操作執(zhí)行單元由3Xn個(gè)場(chǎng)效 應(yīng)開(kāi)關(guān)管組成(見(jiàn)圖2)，每個(gè)電池的兩端連接三個(gè)場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管，依次為kl kn，kll kin, k21 k2n，由于場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管，具有較低的導(dǎo)通內(nèi)阻，高輸入內(nèi)阻的導(dǎo)通特性，能量消 耗低，友熱少，有非常高的開(kāi)關(guān)壽命，代替普通繼電器提高了元件的壽命和可靠性二十倍 以上，上述技術(shù)方案中，所述維護(hù)操作執(zhí)行單元中各開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷通過(guò)由數(shù)字信號(hào)處 理器DSP組成的控制電路給出相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)需要給某只電池進(jìn)行放電維護(hù)時(shí)， 由智能充電維護(hù)邏輯控制單元發(fā)出高電平信號(hào)控制維護(hù)操作執(zhí)行單元導(dǎo)通相應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)開(kāi) 關(guān)管，接到放電維護(hù)負(fù)載。當(dāng)電池Bl需要放電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管Kl和Kll ；當(dāng)電池B2需要放電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管K2、K21和kl2 ；當(dāng)電池B3需要放電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管K3、K21、k22和K13 ；當(dāng)電池^1-I需要放電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管kn_l、K21、k22、K23和kln_l ；當(dāng)電池Bln需要放電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管kn、K2n-l、k23、K22、k21和kin ；當(dāng)電池Bl需要充電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管1(1、1(21、1^22、1^23、1^211-1和1^11 ；當(dāng)電池B2需要充電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管K2、K22、k23、k2n_l和kl2 ；當(dāng)電池B3需要充電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管K3、K23、k2n_l和K13 ；當(dāng)電池&1-I需要充電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管kn-1、Kln-I和k2n_l ；當(dāng)電池需要充電要導(dǎo)通下列場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管kn和Kln ；當(dāng)智能充電維護(hù)邏輯控制單元判斷出需要充電電池編號(hào)大于需要放電電池編 號(hào)時(shí)，放電負(fù)載將把電能提供給維護(hù)充電機(jī)給電池補(bǔ)充電。 每次充電機(jī)2對(duì)鉀離子電池組充電時(shí)，充電機(jī)2先恒流充電再恒壓充電，智能充電 維護(hù)邏輯控制單元通過(guò)信號(hào)線采集電池組內(nèi)每個(gè)單體電池電壓，將測(cè)量電壓最高值作為充 電機(jī)恒流轉(zhuǎn)恒壓充電的依據(jù)，當(dāng)個(gè)別電池先到電池充電電壓上限時(shí)，調(diào)節(jié)主充電機(jī)逐漸降 低充電電流，使得電池組每個(gè)電池充飽電，克服常規(guī)充電機(jī)以電池組整體電壓值為設(shè)定恒 流轉(zhuǎn)恒壓的方法不足，避免了電池組過(guò)充電或欠充電問(wèn)題。 另外當(dāng)主充電機(jī)電流小到設(shè)定電流的1/10時(shí)，智能充電維護(hù)邏輯控制單元控制 關(guān)斷主充電機(jī)，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)，并檢測(cè)電池組各個(gè)電池電壓值、內(nèi)阻值，與數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)驗(yàn)值進(jìn) 行比較、判斷，當(dāng)需要對(duì)電池單體維護(hù)時(shí)，智能充電維護(hù)邏輯控制單元與控制維護(hù)操作執(zhí)行 單元連接，控制維護(hù)操作執(zhí)行單元與放電維護(hù)負(fù)載連接，智能充電維護(hù)邏輯控制單元與維護(hù)充電機(jī)連接，維護(hù)操作執(zhí)行單元與維護(hù)充電機(jī)連接，并與電池組連接形成維護(hù)充電或放 電回路，對(duì)電池組中個(gè)別電池進(jìn)行充電或放電維護(hù)。維護(hù)負(fù)載內(nèi)部具有高效直流/直流(DC/DC)電壓轉(zhuǎn)換電路，該電路將電池放電能 量轉(zhuǎn)換為5V直流電并提供給維護(hù)充電機(jī)供應(yīng)電源(見(jiàn)圖2)。當(dāng)DC/DC電壓轉(zhuǎn)換電路提供 的能量不足時(shí)，維護(hù)充電機(jī)可轉(zhuǎn)由外部電源同時(shí)補(bǔ)充供電。本實(shí)施例中，DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸 入電壓的范圍為3. OV 4. 3V，采用UCW808開(kāi)關(guān)控制器pwm控制方式對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)； 采取電流模式的控制方式，具有內(nèi)部斜坡補(bǔ)償電路；開(kāi)關(guān)頻率設(shè)計(jì)為500KHZ，選用小的表 面陶瓷電容、平面變壓器，可節(jié)省板面積采用前沿消隱電路(LEB)，無(wú)須外加低通濾波網(wǎng) 絡(luò)對(duì)檢測(cè)的電流進(jìn)行處理；具有內(nèi)部軟啟動(dòng)功能，防止啟動(dòng)瞬間的浪涌電流。本實(shí)用新型采用DC/DC轉(zhuǎn)換電路作為放電負(fù)載，相比現(xiàn)有技術(shù)中采用電阻或電容 電路作為放電負(fù)載的方法，本實(shí)用新型能夠有效地進(jìn)行提升電壓控制，且減小了體積。最后，通過(guò)上述對(duì)個(gè)別電池充電和放電操作，分別測(cè)出電池的電壓和相應(yīng)的放電 電流，智能充電維護(hù)邏輯控制單元計(jì)算出電池內(nèi)阻，不斷刷新數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)庫(kù)值比較，內(nèi) 阻值大者排在表的后面，當(dāng)內(nèi)阻值大到某一規(guī)定值時(shí)，智能充電維護(hù)邏輯控制單元將這一 信息送到設(shè)定顯示單元顯示“電池XX存在問(wèn)題，提示更換”。本實(shí)用新型在與電池組中各電池連接采用插接件(見(jiàn)圖幻，該插接件使得本實(shí)用 新型可以靈活的插拔，當(dāng)電池組需要維護(hù)時(shí)插入本裝置進(jìn)行維護(hù)，不用時(shí)則取下本裝置，因 此本實(shí)用新型能夠不占電動(dòng)車的空間，靈活方便操作，對(duì)多個(gè)電池組進(jìn)行均衡，當(dāng)電池組使 用一段時(shí)間后，可以隨機(jī)得對(duì)電池組的電壓進(jìn)行充電維護(hù)均衡，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。
權(quán)利要求1.一種自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其特征在于所述自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝 置包括充電機(jī)、智能充電維護(hù)邏輯控制單元、維護(hù)操作執(zhí)行單元、放電維護(hù)負(fù)載、維護(hù)充電 機(jī)和顯示設(shè)定單元；充電機(jī)連接電池組，智能充電維護(hù)邏輯控制單元分別連接充電機(jī)、電池 組、維護(hù)操作執(zhí)行單元、放電維護(hù)負(fù)載、維護(hù)充電機(jī)和設(shè)定顯示單元，維護(hù)操作執(zhí)行單元還 連接放電維護(hù)負(fù)載、維護(hù)充電機(jī)和電池組，放電維護(hù)負(fù)載和維護(hù)充電機(jī)互相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其特征在于所述智能充電 維護(hù)邏輯控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理器，光電耦合器、通道選擇器和若干個(gè)光電繼電器，光 電繼電器分別連接電池組中的各個(gè)電池，其輸出并聯(lián)后連接到光電耦合器，光電耦合器連 接到DSP的A/D轉(zhuǎn)換輸入端，通道選擇器的輸入連接到DSP的片選信號(hào)段，輸出分別連接到 各個(gè)光電繼電器的片選端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其特征在于所述維護(hù)操作 執(zhí)行單元為連接每個(gè)電池兩極的三個(gè)電子開(kāi)關(guān)組成的開(kāi)關(guān)矩陣電路，其開(kāi)關(guān)矩陣的公共端 連接到放電維護(hù)負(fù)載和維護(hù)充電機(jī)，電池組中的每個(gè)電池能夠分別連接放電維護(hù)負(fù)載和維 護(hù)充電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其特征在于所述電子開(kāi)關(guān) 為場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其特征在于所述維護(hù)充電 機(jī)維護(hù)負(fù)載內(nèi)部具有高效直流/直流(DC/DC)電壓轉(zhuǎn)換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其特征在于所述顯示設(shè)定 單元包括液晶顯示器和若干按鍵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其特征在于所述維護(hù)充電 機(jī)和充電機(jī)設(shè)有外部電源接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其特征在于所述電池組和 充電機(jī)、維護(hù)操作執(zhí)行單元、智能充電維護(hù)邏輯控制單元之間采用插接頭方式連接。
專利摘要自動(dòng)充電及維護(hù)均衡診斷裝置，其中連接電池組有充電機(jī)，智能充電維護(hù)邏輯控制單元分別連接充電機(jī)、電池組、維護(hù)操作執(zhí)行單元、放電維護(hù)負(fù)載、維護(hù)充電機(jī)和設(shè)定顯示單元，維護(hù)操作執(zhí)行單元還連接放電維護(hù)負(fù)載、維護(hù)充電機(jī)和電池組，放電維護(hù)負(fù)載和維護(hù)充電機(jī)互相連接。本裝置能根據(jù)電池組中各電池容量高低，完成電池組的維護(hù)均衡過(guò)程；放電維護(hù)負(fù)載采用DC/DC轉(zhuǎn)換給維護(hù)充電機(jī)供電，能量效率可以達(dá)到90％；能有效地提高電池組10％-15％有效容量，延長(zhǎng)電池組的使用壽命；通過(guò)切換方式，減小了體積；通過(guò)檢測(cè)放電電流，計(jì)算電池內(nèi)阻，對(duì)電池進(jìn)行等級(jí)分類診斷，并提示需要更換的電池；電池組采用插接方式，方便多個(gè)電池組共用。
文檔編號(hào)H01M10/44GK201859926SQ201020270600
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者劉正耀, 周亮, 毛永志, 王雅和, 蔡春華 申請(qǐng)人:中信國(guó)安盟固利動(dòng)力科技有限公司