本實(shí)用新型涉及電池組測量與均衡領(lǐng)域，具體涉及一種電池組均衡裝置。

背景技術(shù)：

目前市面上單體電池的電壓和容量都無法滿足電量電壓要求高的場合應(yīng)用，通常將單體電池串并聯(lián)成組之后使用，電池組性能相比電池單體要明顯下降，因而提出了電池組測量與均衡的需求。

市場上大部分電池測量與均衡系統(tǒng)均采用集成測量芯片或者高壓多通道模擬開關(guān)芯片作為核心器件，這種芯片雖使用方便但價(jià)格昂貴，造成市場上電池均衡板價(jià)格一直居高不下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種電池組均衡裝置，采用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置與碼盤代替高壓多通道模擬開關(guān)，采用飛電容法與單片機(jī)進(jìn)行電壓采樣，大大降低了成本。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

電池組均衡裝置，包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、無線傳輸模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、電池選擇模塊、恒流輸出模塊、隔離降壓模塊；由多節(jié)電池串聯(lián)的電池組通過隔離降壓模塊連接至單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)同時(shí)與無線傳輸模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、電池選擇模塊和恒流輸出模塊連接，隔離降壓模塊還通過恒流輸出模塊與電池選擇模塊連接；

所述隔離降壓模塊用于將電池組電壓降至單片機(jī)工作電壓，隔離降壓模塊的輸出為單片機(jī)控制系統(tǒng)以及電池選擇模塊、恒流輸出模塊提供額定電壓；

所述恒流輸出模塊用于為電池組提供均衡電流輸出；

所述電池選擇模塊用于將電池組中任意一節(jié)電池選出，并將該節(jié)電池的正負(fù)極連接至電壓正總線與電壓負(fù)總線；

同時(shí)電壓采集模塊用于對(duì)該節(jié)電池電壓進(jìn)行采樣，電流采集模塊用于對(duì)電池組的充放電電流進(jìn)行監(jiān)測，無線傳輸模塊用于將采集到的電池電壓數(shù)據(jù)和充放電電流數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)或者移動(dòng)手持設(shè)備。

按上述方案，所述電池選擇模塊由底部圓盤、頂部旋轉(zhuǎn)碼盤和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置三部分組成；

底部圓盤的外層設(shè)置一圈圓盤觸點(diǎn)，根據(jù)電池組串聯(lián)電池節(jié)數(shù)N，圓盤觸點(diǎn)共設(shè)置2N個(gè)，中間層設(shè)置兩個(gè)半圓弧BAT+和BAT-，靠近圓心的內(nèi)層設(shè)置半圈接口，接口共設(shè)置N+1個(gè)；外層半圈圓盤觸點(diǎn)BAT₁₊—BAT_N+分別連接N節(jié)電池的正極，另外半圈圓盤觸點(diǎn)BAT_1——BAT_N-分別連接N節(jié)電池的負(fù)極；中間層BAT+半圓弧與BAT-半圓弧分別連接至正電壓總線與負(fù)電壓總線；靠近圓心的內(nèi)層半圈接口0-N分別與單片機(jī)控制系統(tǒng)的IO口相連接（接口0用于確定起始位置），用于識(shí)別頂部旋轉(zhuǎn)碼盤選擇了哪一節(jié)電池；

頂部旋轉(zhuǎn)碼盤上設(shè)置有一個(gè)中心圓孔和對(duì)稱布置在中心圓孔兩側(cè)的六個(gè)小孔，中心圓孔用于連接機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，所述機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置連接中心圓孔并控制頂部旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，六個(gè)小孔均用于接入金屬探針或其他導(dǎo)體，第一小孔和第二小孔進(jìn)行電氣連接，用于將各節(jié)電池的正極連接至正極總線，第五小孔和第六小孔進(jìn)行電氣連接，用于將各節(jié)電池的負(fù)極連接至負(fù)極總線，第三小孔和第四小孔之間進(jìn)行電氣連接，用于單片機(jī)控制系統(tǒng)識(shí)別該頂部旋轉(zhuǎn)碼盤選出的電池序號(hào)。

按上述方案，所述頂部旋轉(zhuǎn)碼盤使用PCB直接繪制，或者使用亞克力塑料切割并用導(dǎo)電膠進(jìn)行電器連接。

按上述方案，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)主要包括單片機(jī)（以及附屬的典型復(fù)位電路、典型晶振電路和典型JTAG仿真接口電路），單片機(jī)的PB5端口輸出PWM信號(hào)到電池選擇模塊用于控制機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，單片機(jī)的PA8-PA12、PC7-PC9、PD8-PD11、PB0、PB1端口分別連接電池選擇模塊的靠近圓心的內(nèi)層半圈接口，用于識(shí)別選擇的電池序號(hào)；單片機(jī)的PB11端口連接至電壓采集模塊的輸入端，用于控制繼電器吸合與斷開改變電壓采集電容兩端電壓的狀態(tài)，求出差模電壓即單節(jié)電池電壓；單片機(jī)的PA0端口連接至電壓采集模塊的輸出端，用于測量電池電壓；單片機(jī)的PA1、PA2端口連接電流采集模塊，用于檢測電池組的充放電電流；單片機(jī)的PB10端口連接恒流輸出模塊，用于控制均衡電流輸出給電池組中任意一節(jié)電池做均衡；單片機(jī)的PB3端口連接無線傳輸模塊，控制無線傳輸模塊的開啟與關(guān)斷。

按上述方案，所述隔離降壓模塊包括核心器件高頻變壓器、RC振蕩電路和穩(wěn)壓輸出電路，電池組輸入電壓使RC振蕩電路起振，高頻變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生變化的電流，通過磁芯作用將能量傳輸至高頻變壓器次級(jí)線圈，輸出電壓通過光耦反饋到變壓器反饋線圈，穩(wěn)壓輸出電路根據(jù)輸出電壓變化，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

本實(shí)用新型的工作原理：

電壓采樣：單片機(jī)控制系統(tǒng)通過輸出電壓采樣指令，使機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)頂部旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，當(dāng)識(shí)別電池序號(hào)的IO口接收到信號(hào)時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置停止轉(zhuǎn)動(dòng)，該節(jié)電池的正負(fù)極已經(jīng)通過頂部旋轉(zhuǎn)碼盤的左右兩個(gè)觸點(diǎn)與正電壓總線和負(fù)電壓總線接通，在此采用飛電容法得到電池組的差模電壓，并送至單片機(jī)進(jìn)行采樣，從而得到電池組中每一節(jié)電池的電壓值；

均衡操作：當(dāng)采集完電池組中每一節(jié)電池的電壓后，單片機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算出電池組中電量不足的電池序號(hào)，并控制電池選擇模塊選出該節(jié)電池，打開恒流輸出模塊對(duì)其進(jìn)行恒流充電；

數(shù)據(jù)上傳：單片機(jī)控制系統(tǒng)采集各節(jié)電池電壓，電池組充放電電流以及均衡信息之后，將此信息通過無線傳輸模塊傳送至上位機(jī)并顯示。

本實(shí)用新型的有益效果是：采用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置與碼盤代替高壓多通道模擬開關(guān)，采用飛電容法與單片機(jī)進(jìn)行電壓采樣，大大降低了成本；操作簡單，使用方便，可靠性高。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型電池組均衡裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是圖1中電池選擇模塊的底部圓盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中電池選擇模塊的頂部旋轉(zhuǎn)碼盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖1中電池選擇模塊的電路原理圖；

圖5是圖1中單片機(jī)控制系統(tǒng)的主要電路圖；

圖6是圖1中電壓采集模塊的電路圖；

圖7是圖1中隔離降壓模塊的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1所示，本實(shí)用新型所述的電池組均衡裝置，包括單片機(jī)控制系統(tǒng)1、無線傳輸模塊2、電壓采集模塊3、電流采集模塊4、電池選擇模塊5、恒流輸出模塊6、隔離降壓模塊7；由多節(jié)電池串聯(lián)的電池組通過隔離降壓模塊7連接至單片機(jī)控制系統(tǒng)1，單片機(jī)控制系統(tǒng)1同時(shí)與無線傳輸模塊2、電壓采集模塊3、電流采集模塊4、電池選擇模塊5和恒流輸出模塊6連接，隔離降壓模塊7還通過恒流輸出模塊6與電池選擇模塊5連接；

所述隔離降壓模塊7用于將電池組電壓降至單片機(jī)工作電壓，隔離降壓模塊7的輸出為單片機(jī)控制系統(tǒng)1以及電池選擇模塊5、恒流輸出模塊6提供額定電壓；

所述恒流輸出模塊6用于為電池組提供均衡電流輸出；

所述電池選擇模塊5用于將電池組中任意一節(jié)電池選出，并將該節(jié)電池的正負(fù)極連接至電壓正總線與電壓負(fù)總線；

同時(shí)電壓采集模塊3用于對(duì)該節(jié)電池電壓進(jìn)行采樣，電流采集模塊4用于對(duì)電池組的充放電電流進(jìn)行監(jiān)測，無線傳輸模塊2用于將采集到的電池電壓數(shù)據(jù)和充放電電流數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)或者移動(dòng)手持設(shè)備。

電池選擇模塊5由底部圓盤、頂部旋轉(zhuǎn)碼盤和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置三部分組成；

如圖2所示，以13節(jié)電池串聯(lián)的電池組為例，底部圓盤的外層設(shè)置一圈共26個(gè)圓盤觸點(diǎn)，分別為BAT₁₊—BAT₁₃₊和BAT_1-—BAT_13-，中間層設(shè)置兩個(gè)半圓弧BAT+和BAT-，靠近圓心的內(nèi)層設(shè)置半圈共14個(gè)接口0-13；外層半圈圓盤觸點(diǎn)BAT₁₊—BAT₁₃₊分別連接13節(jié)電池的正極，另外半圈圓盤觸點(diǎn)BAT_1——BAT_13-分別連接13節(jié)電池的負(fù)極；中間層BAT+半圓弧與BAT-半圓弧分別連接至正電壓總線與負(fù)電壓總線；靠近圓心的內(nèi)層半圈接口0-13分別與單片機(jī)控制系統(tǒng)1的IO口相連接，用于識(shí)別頂部旋轉(zhuǎn)碼盤選擇了哪一節(jié)電池，接口0用于確定起始位置；

如圖3所示，頂部旋轉(zhuǎn)碼盤上設(shè)置有一個(gè)中心圓孔和對(duì)稱布置在中心圓孔兩側(cè)的六個(gè)小孔，中心圓孔用于連接機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置連接中心圓孔并控制頂部旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，六個(gè)小孔均用于接入金屬探針或其他導(dǎo)體，第一小孔和第二小孔進(jìn)行電氣連接，用于將各節(jié)電池的正極連接至正極總線，第五小孔和第六小孔進(jìn)行電氣連接，用于將各節(jié)電池的負(fù)極連接至負(fù)極總線，第三小孔和第四小孔之間進(jìn)行電氣連接，用于單片機(jī)控制系統(tǒng)1識(shí)別該頂部旋轉(zhuǎn)碼盤選出的電池序號(hào)。

頂部旋轉(zhuǎn)碼盤使用PCB直接繪制，或者使用亞克力塑料切割并用導(dǎo)電膠進(jìn)行電器連接。

電池選擇模塊5的電路原理圖如圖4所示。

如圖5所示，單片機(jī)控制系統(tǒng)1包括單片機(jī)STM32VET6以及典型復(fù)位電路、典型晶振電路和典型JTAG仿真接口電路；單片機(jī)STM32VET6的PB5端口輸出PWM信號(hào)到電池選擇模塊5用于控制機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，單片機(jī)STM32VET6的PA8-PA12、PC7-PC9、PD8-PD11、PB0、PB1端口分別連接電池選擇模塊5的靠近圓心的內(nèi)層半圈接口0-13，用于識(shí)別選擇的電池序號(hào)；單片機(jī)STM32VET6的PB11端口連接至電壓采集模塊3的輸入端，用于控制繼電器吸合與斷開改變電壓采集電容兩端電壓的狀態(tài)，求出差模電壓，即單節(jié)電池電壓；單片機(jī)STM32VET6的PA0端口連接至電壓采集模塊3的輸出端，用于測量電池電壓；單片機(jī)STM32VET6的PA1、PA2端口連接電流采集模塊4，用于檢測電池組的充放電電流；單片機(jī)STM32VET6的PB10端口連接恒流輸出模塊6，用于控制均衡電流輸出給電池組中任意一節(jié)電池做均衡；單片機(jī)STM32VET6的PB3端口連接無線傳輸模塊2，控制無線傳輸模塊2的開啟與關(guān)斷。電壓采集模塊3的電路圖如圖6所示。

如圖7所示，所述隔離降壓模塊7包括核心器件高頻變壓器、RC振蕩電路和穩(wěn)壓輸出電路，電池組輸入電壓使RC振蕩電路起振，高頻變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生變化的電流，通過磁芯作用將能量傳輸至高頻變壓器次級(jí)線圈，輸出電壓通過光耦反饋到變壓器反饋線圈，穩(wěn)壓輸出電路根據(jù)輸出電壓變化，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

本實(shí)用新型具體工作如下：

電壓采樣指令：單片機(jī)控制系統(tǒng)通過輸出電壓采樣指令，使機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)頂部旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，當(dāng)識(shí)別電池序號(hào)的IO口接收到信號(hào)時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置停止轉(zhuǎn)動(dòng)，該節(jié)電池的正負(fù)極已經(jīng)通過頂部旋轉(zhuǎn)碼盤的左右兩個(gè)觸點(diǎn)與正電壓總線和負(fù)電壓總線接通，在此采用飛電容法得到電池組的差模電壓，并送至單片機(jī)AD進(jìn)行采樣，從而得到電池組中每一節(jié)電池的電壓值。

均衡操作指令：當(dāng)采集完電池組中每一節(jié)電池的電壓后，單片機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算出電池組中電量不足的電池序號(hào)，并控制電池選擇模塊選出該節(jié)電池，打開恒流輸出模塊對(duì)其進(jìn)行恒流充電。

數(shù)據(jù)上傳指令：單片機(jī)控制系統(tǒng)采集各節(jié)電池電壓，電池組充放電電流以及均衡信息之后，將此信息通過無線傳輸模塊傳送至上位機(jī)并顯示。

本實(shí)用新型并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的更改和變型，而所有這些相應(yīng)的更改和變型都屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍。