專利名稱：動力鋰電池組充放電智能化精細管理器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及二次能源動力鋰電池組，具體涉及動力鋰電池組充放電智能化精細管理器。
背景技術：
鋰離子動力電池作為一種驅動用的二次能源已經廣泛應用于航空航天、移動通訊、電動車輛等軍民領域，然而目前國內外的動力鋰電池組充放電控制電路都是采用電池組整體電壓作為控制依據，屬于粗放管理模式。眾所周知，單體鋰電池的標稱電壓是3.6V，充電時不得高于4.2V，放電時不得低于2.6V，過充或過放都將縮短電池壽命甚至引發(fā)事故；假設某電池組由m個單體電池串聯組成，則該電池組的標稱電壓是3.6V×m，理想狀態(tài)下總的充電電壓不得高于4.2V×m，總的放電電壓不得低于2.6V×m；實際上，考慮到單體電池的差異性，為了確保安全，電池組充電停止電壓可能設定為3.8V×m左右，放電停止電壓往往設定為3V×m左右，本來應該是m個1.6V(＝4.2V-2.6V)的使用幅度卻縮水為m個0.8V(＝3.8V-3.0V)左右，這就無形中浪費了大約一半的資源，既降低了每次充電后的續(xù)航指標，也難以保證整個電池組達到預期壽命，甚至造成提前報廢的損失。
為了確保電池安全必須“斬頭去尾只用中間”，因此形成電池組“充電不足、放電不夠”的通病，即使是剛出廠時電池組內各個單體電池性能相對一致時，粗放管理也不能確保單體電池恰到好處地充足放夠；使用一段時間后，單體電池出現較為明顯的差異性，粗放管理就更無能為力了，這種普遍存在的充放電管理不到位就成了司空見慣、習以為常的弊端。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了挖掘鋰電池組充放電潛力，提供一種動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，利用該管理器控制鋰電池組的充放電，延長動力鋰電池組的續(xù)航指標。
本發(fā)明的技術解決方案是由一組單體電池串聯成電池組主電路，其特征在于各單體電池上連接一個永磁保持繼電器，永磁保持繼電器的輸出端分別連接單體電池的正極、負極以及電池組串聯主線，永磁保持繼電器的輸入端連接微電腦測控器，所述的微電腦測控器主要由電子切換開關、上下限電壓比較器、微處理器組成，電子切換開關的擲端對應連接各永磁保持繼電器，電子切換開關的刀端分別連接上限電壓比較器、下限電壓比較器的測試輸入端和接地，微處理器的其中二根輸入線分別連接上下限電壓比較器的輸出端，微處理器的其中若干根輸出線分別連接電子切換開關的編碼總線，微處理器的其中若干根輸出線經過驅動分別連接永磁保持繼電器的輸入端；其中1根輸入線連接充電檢測點，微處理器的其中若干根輸出線分別連接發(fā)光二極管。
本發(fā)明的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器中，在微電腦測控器上通過接插件或紅外線聯接鍵盤顯示模塊，鍵盤顯示模塊可以做成類似于電視遙控器樣的獨立單元。
鋰電池組的各節(jié)單體電池上連接永磁保持繼電器，該繼電器有3個輸出端和3個輸入端，3個輸出端相當于“單刀雙擲”開關的3個觸點稱作a、b、c，其中c為中間轉換觸點，a接單體電池的正極，b接單體電池的負極，c接串聯主線，若ca相通則相應單體電池E為在線狀態(tài)，若cb相通則相應單體電池E為離線狀態(tài)，3個輸入端稱作S、O、R，其中的O連接微電腦測控器的“地”，S端和R端分別經過驅動器連接微電腦測控器的輸出線，輸出高電平時可將永磁保持繼電器分別置位和復位，也就是單體電池分別在線和離線。
微電腦測控器主要由電子切換開關、上下限電壓比較器、微處理器組成，電子切換開關相當于一刀多擲的轉換開關，它的“擲端”對應聯接于各個永磁保持繼電器的a端和b端即各個單體電池的正極和負極，3個“刀端”有2個分別接上下限電壓比較器的測試輸入端，1個“刀端”固定接地，微處理器的其中2根輸入線分別聯接上下限電壓比較器的輸出端，其中若干根輸出線分別聯接電子切換開關的編碼總線以確定“一刀多擲”的通道號，其中若干根輸出線經過驅動分別聯接永磁保持繼電器的S端和R端，根據需要控制單體電池的在線和離線，其中1根輸入線聯接“充電檢測點”以告知電腦當前是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，其中若干根輸出線分別聯接發(fā)光二極管用來指示各單體電池的在線和離線。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點①各單體電池由固定串聯轉化為可變串聯，結合單體冗余以最大限度地充放電到位，在充電時確保每節(jié)單體電池m+n都能恰到好處地充足電，放電時也能最大限度地保證所充電能放完，若n＝m，則可確保m個單體電池全部恰到好處地放完，即便是n＝0即無備用電池情況下，充電時m個單體電池都充足，放電時至少1個放到最低允許值，在智能化精細管理器的控制下，不僅電池組的續(xù)航指標會有明顯改善，而且杜絕了因使用過程中充放電不當以至于電池組提前報廢的損失，實現物盡其用、節(jié)約資源的目的；②管理器配備鍵盤顯示模塊，對單體電池差異性的統計存檔、實時顯示、維護提醒、更換建議等實現智能化附加管理。


圖1為本發(fā)明的主電路。
圖2為圖1的單體電池連接圖。
圖3為管理器微電腦測控器電路圖。
圖4為管理器鍵盤顯示模塊電路圖。
圖5為程序框圖。
圖中1.單體電池，2.永磁保持繼電器，3.微電腦測控器，4.電子切換開關，5.上限電壓比較器，6.下限電壓比較器，7.微處理器，8.鍵盤顯示模塊。
具體實施例方式
如圖1、2、3由一組單體電池1串聯成電池組主電路，其特征在于各單體電池1上連接一個永磁保持繼電器2，永磁保持繼電器2的輸出端分別連接單體電池1的正極、負極以及電池組串聯主線，永磁保持繼電器2的輸入端連接微電腦測控器3，所述的微電腦測控器3主要由電子切換開關4、上下限電壓比較器5、6、微處理器7組成，電子切換開關4的擲端對應連接各永磁保持繼電器2，電子切換開關4的刀端分別連接上限電壓比較器5、下限電壓比較器6的測試輸入端，微處理器7的其中二根輸入線分別連接上下限電壓比較器5、6的輸出端，微處理器7的其中若干根輸出線分別連接電子切換開關4的編碼總線，微處理器7的其中若干根輸出線經過驅動分別連接永磁保持繼電器2的輸入端。
本發(fā)明的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器中，微處理器7的其中1根輸入線連接充電檢測點，微處理器7的其中若干根輸出線分別連接發(fā)光二極管。
本發(fā)明的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器中，微電腦測控器3通過接插件或紅外線聯接鍵盤顯示模塊8，如圖4所示，該模塊可以做成類似于電視遙控器樣的獨立單元。
鋰電池組的各節(jié)單體電池上連接永磁保持繼電器，該繼電器有3個輸出端和3個輸入端，3個輸出端相當于“單刀雙擲”開關的3個觸點稱作a、b、c，其中c為中間轉換觸點，a接單體電池的正極，b接單體電池的負極，c接串聯主線，若ca相通則相應單體電池E為在線狀態(tài)，若cb相通則相應單體電池E為離線狀態(tài)，3個輸入端稱作S、O、R，其中的O連接微電腦測控器的“地”，S端和R端分別經過驅動器連接微電腦測控器的輸出線，輸出高電平時可將永磁保持繼電器分別置位和復位，也就是單體電池分別在線和離線。
微電腦測控器主要由電子切換開關、上下限電壓比較器、微處理器組成，電子切換開關相當于一刀多擲的轉換開關，它的“擲端”對應聯接于各個永磁保持繼電器的a端和b端即各個單體電池的正極和負極，3個“刀端”有2個分別接上下限電壓比較器的測試輸入端，1個“刀端”固定接地，微處理器的其中2根輸入線分別聯接上下限電壓比較器的輸出端，其中若干根輸出線分別聯接電子切換開關的編碼總線以確定“一刀多擲”的通道號，其中若干根輸出線經過驅動分別聯接永磁保持繼電器的S端和R端，根據需要控制單體電池的在線和離線，其中1根輸入線聯接“充電檢測點”以告知電腦當前是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，其中若干根輸出線分別聯接發(fā)光二極管用來指示各單體電池的在線和離線。
假設某電池組原來是由m個單體電池串聯，現在為m+n個單體電池串聯(0≤n≤m，m、n均為整數)，為了敘述方便，不妨以m＝4、n＝1為例來說明，當繼電器觸點c1a1接通時E1在線串聯，而觸點c1b1接通時E1離線休息，其余相似，以此類推，這就改變了以往電池組各單體電池的固定聯接為可變串聯，盡管電池組由5節(jié)單體電池組成，但在放電時其總電壓不超過4節(jié)單體電池串聯后的總電壓，也就是說始終有1節(jié)單體電池處于離線休息狀態(tài)，如圖1中所示為E1→E4在線串聯，E5離線休息，永磁保持繼電器的目的是節(jié)約電能，這種繼電器只有在兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間互相切換時需要脈沖電流驅動一下，而平時是借助永磁力穩(wěn)定在某一狀態(tài)的因此不消耗寶貴的電池能量。
圖3和圖1雖然分開畫圖，但實際上它們是不可分割的整體，都安裝在一塊印刷線路板上，電子切換開關相當于一刀多擲的轉換開關，它的“擲端”對應聯接于各個永磁保持繼電器的a端和b端即各個單體電池的正極和負極，3個“刀端”有2個分別接上下限電壓比較器的測試輸入端，1個“刀端”固定接地，微處理器其中的2根輸入線分別聯接上下限電壓比較器的輸出端，其中6根輸出線分別聯接電子切換開關的編碼總線以確定“一刀多擲”的通道號；其中10根輸出線經過驅動分別聯接永磁保持繼電器的S端和R端，根據需要控制單體電池的在線和離線，其中1根輸入線聯接“充電檢測點”即圖3中的CD以告知電腦當前是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，其中5根輸出線分別聯接5個紅色發(fā)光二極管用來指示5節(jié)單體電池的在線和離線；微電腦測控器由一塊微處理器MCU在專用軟件的協調下通過電子切換開關、雙限電壓比較器巡回測量監(jiān)視每節(jié)單體電池的電壓，確保充電時每一節(jié)都能充足4.2V且不過充，放電時如果某一節(jié)單體電池首先降到2.6V，則自動控制主電路由備用電池將其替換，直到沒有備用電池可換時才停止放電，這時已經至少有2個單體電池放電到最低允許值。
如圖4所示的鍵盤顯示模塊，在具體實施時將它做成類似于電視遙控器樣的獨立單元，該模塊與微電腦測控器通過接插件或紅外線聯接，它與微處理器之間的聯接隨集成塊型號不同而不同，為了降低產品成本和減少其體積及重量，鍵盤顯示模塊一般僅作為一個專用工具供廠方維修人員查詢各節(jié)單體電池的統計資料，必要時也能作為一種選購件單獨出售。
如圖5所示為程序框圖，系統軟件將隨所選用MCU的不同而不同，即程序語言應與微處理器相配套。
特別需要注意的是，電池組串聯主回路(不含“永磁保持繼電器”的輸入端)與微電腦測控器的電路相對獨立、不得共地！
權利要求
1.動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，其特征在于由一組單體電池(1)串聯成電池組的主電路，各單體電池(1)上連接一個永磁保持繼電器(2)，永磁保持繼電器(2)的輸出端分別連接單體電池(1)的正極、負極以及電池組的串聯主線，永磁保持繼電器(2)的輸入端分別連接微電腦測控器(3)。
2.根據權利要求1所述的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，其特征在于微電腦測控器(3)主要由電子切換開關(4)、上下限電壓比較器(5、6)、微處理器(7)組成，電子切換開關(4)的“擲端”對應聯接于各個永磁保持繼電器(2)，電子切換開關(4)的“刀端”分別連接上下限電壓比較器(5、6)的測試輸入端和固定接地，微處理器(7)的其中2根輸入線分別聯接上下限電壓比較器(5、6)的輸出端，微處理器(7)的其中若干根輸出線分別聯接電子切換開關(4)的編碼總線，微處理器(7)的其中若干根輸出線經過驅動分別聯接永磁保持繼電器(2)的S端和R端。
3.根據權利要求2所述的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，其特征在于微處理器(7)的其中1根輸入線連接充電檢測點。
4.根據權利要求2所述的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，其特征在于微處理器(7)的其中若干根輸出線分別連接發(fā)光二極管。
5.根據權利要求2所述的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，其特征在于在微電腦測控器(3)上通過接插件或紅外線聯接鍵盤顯示模塊(8)。
6.根據權利要求2所述的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，其特征在于在鋰電池組的各節(jié)單體電池(1)上連接永磁保持繼電器(2)，該繼電器有3個輸出端和3個輸入端，3個輸出端相當于“單刀雙擲”開關的3個觸點稱作a、b、c，其中c為中間轉換觸點，a接單體電池(1)的正極，b接單體電池(1)的負極，c接串聯主線，3個輸入端稱作S、O、R，其中的O連接微電腦測控器的“地”，S端和R端分別經過驅動器連接微電腦測控器的輸出線。
7.根據權利要求2所述的動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，其特征在于電子切換開關(4)的“擲端”對應聯接于各個永磁保持繼電器(2)的a端和b端即各個單體電池(1)的正極和負極，3個“刀端”有2個分別接上下限電壓比較器(5、6)的測試輸入端，1個“刀端”固定接地，微處理器(7)其中的2根輸入線分別聯接上下限電壓比較器(5、6)的輸出端，其中6根輸出線分別聯接電子切換開關(4)的編碼總線以確定“一刀多擲”的通道號；其中10根輸出線經過驅動分別聯接永磁保持繼電器(2)的S端和R端。
全文摘要
本發(fā)明公開了動力鋰電池組充放電智能化精細管理器，在電池組的各單體電池(1)上聯接永磁保持繼電器(2)，電池組內各個單體電池(1)為可變串聯，由微處理器(7)對各單體電池實時監(jiān)控，確保電池組充放到位，延長電池組每次充電后的續(xù)航時間且能達到預期的使用壽命以便充分利用資源，為了確保電池組最大限度地充放到位，允許單體冗余即增加備用電池，為了便于維護電池組，鍵盤顯示模塊(8)可輸出單體電池(1)差異性的統計資料，具有查詢、打印等智能化管理功能。本發(fā)明實現動力鋰電池組充放電的智能化精細管理，構思新穎，技術先進，結構合理，市場廣闊。
文檔編號H02J7/00GK1956254SQ200610096170
公開日2007年5月2日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權日2006年9月20日
發(fā)明者徐建明 申請人:徐建明