弱的電池可以繼續(xù)為負(fù)載供電，大大提高了電池模塊的使用效率。
[0035]單元2輸出端連接有電壓傳感器9和電流傳感器10，將檢測(cè)到DC/DC單元2的輸出電壓和輸出電流信號(hào)送入微處理器單元3，微處理器單元3根據(jù)的輸出電壓和輸出電流大小，輸出控制信號(hào)給DC/DC單元2，用于調(diào)節(jié)輸出電壓和輸出電流大小。
[0036]電池模塊單元5連接有電池輸出電壓傳感器11，將檢測(cè)到的輸出電壓和輸出電流信號(hào)送入微處理器單元3，用于顯示和存儲(chǔ)。
[0037]微處理器端口與鍵盤(pán)12和顯示屏13連接，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信。
[0038]微處理器3與WIFI單元16連接，通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)客戶端的實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。
[0039]微處理器3有USB17接口，支持通過(guò)USB口或SD卡的硬件程序更新
[0040]微處理器3與散熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)單元14連接，通過(guò)散熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)單元14驅(qū)動(dòng)散熱風(fēng)扇15的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0041]圖2是平衡充電原理框圖，本發(fā)明采用的平衡充電是采用了一款專為電池模塊的主動(dòng)平衡而設(shè)計(jì)的模塊，模塊可顯著實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡電流的調(diào)節(jié)，同時(shí)減少了發(fā)熱量。另外，模塊主動(dòng)平衡還可實(shí)現(xiàn)電池模塊中不平衡單體電池的容量恢復(fù)，這是采用被動(dòng)平衡系統(tǒng)無(wú)法獲得的特性。模塊內(nèi)部包括一個(gè)集成的大電流高電壓的電源開(kāi)關(guān)，因而降低了應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜性;該模塊完全依靠其所放電的電池來(lái)運(yùn)行，從而不必增設(shè)采用外部電源供電時(shí)通常所需的復(fù)雜偏置電路;該模塊的相關(guān)端口可以和電池模塊電壓監(jiān)視IC無(wú)縫地協(xié)調(diào)運(yùn)作，當(dāng)模塊停用時(shí)，其消耗總靜態(tài)電流只有nA級(jí)。
[0042]圖2中Al到A12為平衡充電模塊，A13為電池模塊電壓檢測(cè)單元，平衡充電模塊的主要管腳功能如下:GND是引腳地；SW是開(kāi)關(guān)引腳，這是內(nèi)部集成的大電流高電壓的電源開(kāi)關(guān)的集電極;Vin是電源引腳，把該引腳直接連接至電池正端;Vsns是電壓檢測(cè)引腳，把該引腳連接至與變壓器的初級(jí)側(cè)相連的電流檢測(cè)電阻器，使用此引腳來(lái)測(cè)量從電池釋放的平均電流;Ucell是電池電壓監(jiān)視器引腳，該引腳用于提供至電池的連接以實(shí)現(xiàn)正確的電壓監(jiān)視，把此弓I腳直接連接至正的電池端子;OUT是輸出引腳，輸出與內(nèi)部IC溫度成比例的電壓，將該引腳連接至A13電池模塊電壓檢測(cè)單元;DIN是數(shù)據(jù)輸入引腳，將該引腳連接至A13電池模塊電壓檢測(cè)單元的平衡輸出端以實(shí)現(xiàn)平衡。
[0043]在圖2中平衡充電模塊的SW腳接有變壓器Tl初級(jí)側(cè)，當(dāng)電池模塊電壓檢測(cè)單元A13的SI腳有平衡輸出信號(hào)時(shí)，平衡充電模塊Al的數(shù)據(jù)輸入弓I腳DIN得到信號(hào)，平衡充電模塊Al開(kāi)始工作，此時(shí)“模塊+”電流通過(guò)電阻Rl、變壓器TI初級(jí)側(cè)、平衡充電模塊Al的SW腳，對(duì)變壓器Tl初級(jí)側(cè)充電，平衡充電模塊Al內(nèi)部NPN開(kāi)關(guān)接通，并在初級(jí)繞組的兩端施加電壓，因此，初級(jí)線圈中的電流以一定的速率線性上升。初級(jí)線圈輸入電壓感應(yīng)至次級(jí)繞組上，對(duì)次級(jí)側(cè)串聯(lián)二極管Dl施加反射偏置并阻止次級(jí)繞組中的電流流動(dòng)，于是能量被存儲(chǔ)在變壓器Tl的磁芯中。當(dāng)達(dá)到電流限值時(shí)，平衡充電模塊內(nèi)部電流限制比較器使開(kāi)關(guān)鎖存器復(fù)位，平衡充電模塊進(jìn)入操作的第二個(gè)階段，即次級(jí)側(cè)能量轉(zhuǎn)移。存儲(chǔ)在變壓器Tl磁芯中的能量對(duì)串聯(lián)二極管Dl施加正向偏置，Dl導(dǎo)通電流流出輸出到電池模塊單元;在此期間，輸出電壓和二極管壓降反射回初級(jí)線圈。在輸出到變壓器Tl的次級(jí)側(cè)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，電壓將出現(xiàn)在初級(jí)繞組的兩端，由于變壓器的隔直作用，因此變壓器Tl初級(jí)繞組兩端的電壓將衰減至零，此時(shí)平衡充電模塊Al內(nèi)部NPN的集電極(SW引腳)電壓將下降。當(dāng)SW引腳電壓降至低于某一值時(shí)，將設(shè)開(kāi)始一個(gè)新的開(kāi)關(guān)周期，工作狀態(tài)繼續(xù)。
[0044]這樣通過(guò)主動(dòng)地為充電電流設(shè)置分路并將能量回送至電池模塊單元，解決了被動(dòng)分流平衡器的兩個(gè)局限性。能量沒(méi)有被作為熱量而白白損失，而是被再度用來(lái)給電池模塊單元中其余的電池充電。
[0045]圖2中“模塊+”和“模塊分別是電池模塊單元的正負(fù)電源端。
[0046]以上只是分析了其中一路的工作過(guò)程，其它路的工作過(guò)程于此相同。
[0047]圖2中A13是電池模塊電壓檢測(cè)單元，其管腳Cl至C12是電池信號(hào)輸入腳，SI至S12是平衡輸出控制腳，Cl至C12分別與平衡充電模塊Al至A12的OUT輸出引腳連接，SI至S12分別與平衡充電模塊AI至A12的DIN數(shù)據(jù)輸入引腳連接，電池EI至E12分別連接平衡充電模塊Al至A12的Ucell電池電壓監(jiān)視器引腳，Ucell引腳用于提供平衡充電模塊至電池的連接，以實(shí)現(xiàn)正確的電池電壓監(jiān)視，此引腳直接連接至正的電池端子。
[0048]電池模塊電壓檢測(cè)單元A13工作原理:大多數(shù)設(shè)備的鋰電池模塊都是使用多個(gè)串接的電池以增加可用的容量和電壓。充電時(shí)必須對(duì)電池進(jìn)行正確的充電，才能保證鋰電池的安全和使用壽命，在充電過(guò)程中持續(xù)不斷地監(jiān)視其電壓和溫度并且絕對(duì)不允許超過(guò)安全水平；否則，電池的容量和壽命將大打折扣。為此本發(fā)明采用了電池模塊電壓檢測(cè)單元A13來(lái)完成此項(xiàng)任務(wù)。電池模塊電壓檢測(cè)單元A13可監(jiān)視電池模塊中每節(jié)獨(dú)立的電池，并通過(guò)一根專有的串行總線把該信息傳送至微處理器單元，如果某節(jié)電池開(kāi)始接近可容許的電壓限值，微處理器單元?jiǎng)t向電池模塊電壓檢測(cè)單元A13發(fā)布命令，電池模塊電壓檢測(cè)單元A13收到指令后，輸出平衡控制信號(hào)給平衡充電模塊，平衡充電模塊則接通該節(jié)電池，通過(guò)主動(dòng)地為充電電流設(shè)置分路并將能量回送至電池模塊，用來(lái)給電池模塊中其余的電池充電，對(duì)來(lái)自具有較高電壓的電池電荷進(jìn)行再分配，用以給較弱的電池充電。這使得較弱的電池可以繼續(xù)為負(fù)載供電，大大提高了電池模塊的使用效率。
[0049]圖3是微處理器控制框圖，AO是微處理器單元，A14是隔離式通訊接口芯片LTC6820，LTC6820具有跨長(zhǎng)達(dá)100米的外圍接口(SPI)總線的雙向傳輸距離。使用LTC6820時(shí)，SPI數(shù)據(jù)被編碼成差分信號(hào)，然后通過(guò)雙絞線和一個(gè)簡(jiǎn)單和低成本的以太網(wǎng)變壓器發(fā)送。LTC6820支持高達(dá)IMHz的SPI數(shù)據(jù)速率，降低了 EMI(電磁干擾)，從而大大提高了系統(tǒng)接線長(zhǎng)度和信噪比性能。
[0050]隔離式通訊接口芯片LTC6820主要管腳功能如下:
[0051]MOSI腳:主控器輸出/受控器輸入數(shù)據(jù)，該引腳將從微處理器AO的SPI接收數(shù)據(jù)信號(hào)輸出。
[0052]腳:SPI主控器輸入/受控器輸出數(shù)據(jù)。該引腳把數(shù)據(jù)信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)至主從微處理器AO0
[0053]腳:SPI時(shí)鐘輸入/輸出，該引腳將從從微處理器AO接收時(shí)鐘信號(hào)。
[0054]腳:SPI芯片選擇輸入/輸出，則該引腳將從從微處理器AO接收芯片選擇信號(hào)。
[0055]腳:隔離式接口正(+)輸入/輸出。
[0056]腳:隔咼式接口負(fù)(_)輸入/輸出。
[0057]圖3中電池模塊電壓檢測(cè)單元A13的IPA管腳是隔離型兩線式串行接口+端口；IMA管腳是隔離型兩線式串行接口一端口；它們是一對(duì)差分輸入/輸出。
[0058]隔離式通訊接口芯片A14的IP腳和IM腳通過(guò)以太網(wǎng)變壓器YT與電池模塊電壓檢測(cè)單元Al 3的IPA管腳串行接口+端口和IMA管腳串行接口一端口連接，進(jìn)行串口通信。
[0059]隔離式通訊接口芯片A14的IP和IB外接分壓電阻Ra和Rb，用于設(shè)定驅(qū)動(dòng)電流和比較器門(mén)限值大小。
[0060]微處理器單元串口與A14隔離式通訊接口芯片串口連接，進(jìn)行串口通信。
[0061]圖中A15是I2C串行EEPROM芯片(HC24C64)，電池模塊電壓檢測(cè)單元A13的串行時(shí)鐘SCK腳和串行數(shù)據(jù)SDA腳和I2C串行EEPROM芯片A15的串行數(shù)據(jù)腳SDA及串行時(shí)鐘腳SCL連接，用于存儲(chǔ)相關(guān)信息。
[0062]電池模塊電壓檢測(cè)單元A13的C1-_C12是電池信號(hào)輸入；S1-_S12是平衡輸出信號(hào)，這些引腳通過(guò)總線與平衡充電模塊Al至A12的OUT輸出引腳和SI至S12平衡入引腳連接；
[0063]平衡充電模塊Al至A12分別外接單體電池ΕΙ..Ε12，由單體電池Ε1...Ε12組成一個(gè)電池模塊，DC/DC單元輸出直流充電電壓到電池模塊，一個(gè)電池模塊的輸出電壓取決于串聯(lián)電池單元的個(gè)數(shù)和每個(gè)電池單元的電壓。鋰離子電池單元的電壓通常在3.3V到3.6V之間，因此一個(gè)電池模塊的電壓約在30V到45V之間。
[0064]電池模塊中的單體電池Eh_E12分別與平衡充電模塊Α1...Α12連接，平衡充電模塊Α1...Α12的OUT輸