專利名稱：電池組自動維護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動力電池能源領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種電池組充 電維護(hù)診斷裝置。
背景技術(shù)：
在目前的市場上，對于多串電池組成的鋰離子電池組(或用于鎳氬電 池、鎳鉻電池、鉛酸電池等)，在電動汽車上使用時，使用壽命遠(yuǎn)低于單 個電池的壽命，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，再加上使用過程中，各單體間的容量、自放電等的差異，使電池處在
不均衡的狀態(tài)中，充^:電過程也不均^f,而不斷重復(fù)的充ii電過程更加劇 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 使整個電池系統(tǒng)壽命縮短。因此，過去人們試圖應(yīng)用旁路電阻或釆用電容 放電方法，解決電池差異的問題，每組電池就需要一套裝置，這種裝置體 積大并笨重，沒有智能診斷功能，對于電動車電池沒有實際應(yīng)用的價值， 造成現(xiàn)在電動車電池使用中，并沒有可用的產(chǎn)品。所以迫切需要一種新的 電池組的均匸銜維護(hù)充電和診斷裝置，以實現(xiàn)電池組的維護(hù)均衡充電，延長 電池使用的壽命，從而降低電動車電池組使用的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有整體充電機充電技術(shù)的不足，提供一種能延長 電池組使用壽命的自動充電及維護(hù)均衡診斷裝置。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的電池組自動維護(hù)裝置，包括智能 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)載和維護(hù)充電機； 所述放電維護(hù)負(fù)載分別與電池組的每個電池兩端連4妄形成每個電池的放
池的充電回路；維護(hù)操作執(zhí)行單元包括位于所述每個電池的放電回路和充 電回路上的開關(guān)組成的開關(guān)電路；所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元用于檢 測每個電池兩端的電壓，并根據(jù)該電壓控制所述開關(guān)組的通斷以導(dǎo)通或斷開放電回路或充電回路；所述放電維護(hù)負(fù)載包括直流/直流轉(zhuǎn)換電路，該 電路的輸出端與所述維護(hù)充電機連接。
上述技術(shù)方案中，所述開關(guān)電路連接一組插接件，所述插接件可與電 池組的相應(yīng)電池的兩端的插接結(jié)構(gòu)連接。
上述技術(shù)方案中，所述充電自動維護(hù)診斷裝置還包括用以對整個電池 組充電的主充電才幾。
上述技術(shù)方案中，所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元還用于檢測每個電 池的放電電流，并才艮據(jù)每個電池的方文電電流和相應(yīng)電壓實時計算出該電池 的內(nèi)阻。
上述技術(shù)方案中，所述充電自動維護(hù)診斷裝置還包括與所述智能充電 維護(hù)邏輯控制單元連接的顯示單元，當(dāng)所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元連 接計算出的某個電池的內(nèi)阻超過閾值時，所述顯示單元提示更換該電池。 上述技術(shù)方案中，所述維護(hù)充電機還具有外部電源接口。 上述技術(shù)方案中，所述開關(guān)組由場效應(yīng)開關(guān)管組成。
上述技術(shù)方案中，所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元包括數(shù)字信號處理
器，光電耦合器、通道選擇器和光電繼電器；所述光電耦合器用于隔離檢 測每個電池的電壓并將該電壓提供給所述數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號 處理器輸出的控制信號經(jīng)過通道選擇器提供給所述光電繼電器。 本發(fā)明具有如下技術(shù)效果
電池組與本發(fā)明裝置采用插接結(jié)構(gòu)，與采用固定式的產(chǎn)品相比，本裝 置通過插接件可以與電池組分離，可以被多個電池組共用；本裝置采用數(shù) 字信號處理器DSP進(jìn)行數(shù)字信號控制、可靠性高、自耗電低、控制系統(tǒng)穩(wěn) 定；本裝置能自動根據(jù)電池組中各個電池容量的高低，自動完成電池組的 維護(hù)均衡過程；放電維護(hù)負(fù)載采用DC/DC直流電能轉(zhuǎn)換給維護(hù)充電機供 電，能量效率可以達(dá)到卯％ ，能量不足時可以由外部電源供電再對電池 低容量電池充電；另外本發(fā)明通過切換放電維護(hù)負(fù)載用來給各單體電池放 電，減小了體積；通過測得放電電流，得到每只電池的直流內(nèi)阻，得到各 個電池的性能，便于對電池組中電池進(jìn)行等級分類診斷，并對需要更換電 池進(jìn)行具體提示；本發(fā)明能有效地提高電池組10%-15%有效容量，延長電 池組的使用壽命。


圖1電池組自動均衡裝備結(jié)構(gòu)圖
圖2電池組放電和充電切換開關(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)邏輯控制單元檢測部分線路圖 圖5智能充電維護(hù)邏輯控制框圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步地描述。 實施例1
本實施例的電池組自動均衡裝置，包括智能充電維護(hù)邏輯控制單元1、 充電機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 6和設(shè)定顯示單元7,每次充電機通過電纜線8對鋰離子電池組充電時， 充電機先恒流充電再恒壓充電，智能充電維護(hù)邏輯控制單元通過信號線14 采集電池組內(nèi)每個單體電池電壓，將測量電壓最高值作為充電機恒流轉(zhuǎn)恒 壓充電的依據(jù)，當(dāng)個別電池先到電池充電電壓上限時，通過控制線9調(diào)節(jié) 主充電機逐漸降低充電電流，使得電池組每個電池充飽電，克服常規(guī)充電 機以電池組整體電壓值為設(shè)定恒流轉(zhuǎn)恒壓的方法不足，避免了電池組過充 電或欠充電問題。
另外當(dāng)主充電機電流小到設(shè)定電流的1/10時，智能充電維護(hù)邏輯控制 單元控制關(guān)斷主充電才幾，經(jīng)過一段延時，并一企測電池組各個電池電壓值、 內(nèi)阻值，與數(shù)據(jù)庫經(jīng)驗值進(jìn)行比較、判斷，當(dāng)需要對電池單體維護(hù)時，充 電維護(hù)邏輯控制單元通過控制線15控制維護(hù)操作執(zhí)行單元連接，控制維 護(hù)操作執(zhí)行單元通過控制線13與放電維護(hù)負(fù)載連接，充電維護(hù)邏輯控制 單元通過控制線11與維護(hù)充電機連接，維護(hù)操作執(zhí)行單元通過控制線12 與維護(hù)充電機連接，并通過切換線16形成維護(hù)充電或方文電回路，對電池 組中個別電池進(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直流電并通 過電源線17提供給維護(hù)充電機供應(yīng)電源，如圖1所示。當(dāng)DC/DC電壓轉(zhuǎn) 換電路提供的能量不足時，維護(hù)充電機可轉(zhuǎn)由外部電源同時補充供電。本 實施例中，DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸入電壓的范圍為3.0V 4.3V，采用ucc2808 開關(guān)控制器p wm控制方式對輸出進(jìn)行調(diào)節(jié);采取電流模式的控制方式,具有 內(nèi)部斜坡補償電路;開關(guān)頻率設(shè)計為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),無須外加低通濾波網(wǎng)絡(luò) 對檢測的電流進(jìn)行處理;具有內(nèi)部軟啟動功能,防止啟動瞬間的浪涌電流。 本發(fā)明采用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，本發(fā)明能夠有效地進(jìn)行提升電壓控制，且 減小了體積。
最后，通過上述對個別電池充電和放電操作，分別測出電池的電壓和 相應(yīng)的放電電流，智能充電維護(hù)邏輯控制單元計算出電池內(nèi)阻，不斷刷新 數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)庫值比較，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，智能充電維護(hù)邏輯控制單元將這一信息通過傳送線10送到設(shè) 定顯示單元顯示"電池xx存在問題，提示更換"。
智能充電維護(hù)邏輯控制單元采用數(shù)字信號處理器DSP 19作為控制芯 片，DSP采用TI公司產(chǎn)品型號為TMS320F2812,該芯片為32位定點處理 芯片，運算速度快，可以實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，存儲空間Flash有128K,有 多種通訊模式可以進(jìn)行選擇，便于進(jìn)行功能的擴展。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，通過按鍵可以翻看電池的各種參數(shù)，并具有報警功 能。關(guān)于液晶屏的顯示部分，可以選擇圖形點陣式液晶顯示器，可以顯 示漢字和任意圖形，選用GTG240128液晶顯示模塊，點陣的大小為 240x128，帶背光功能。內(nèi)置1片T6963C液晶顯示控制器和5片KS0086 驅(qū)動器。該液晶顯示模塊具有如下特點l.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128種5x8點陣的ASCI字符 字模庫CGROM; 4.具有64kb的顯示存儲器(可被劃分為文本顯示區(qū)、 圖形顯示區(qū)、文本屬性區(qū)和自定義字符庫區(qū))，并允許MCU隨時訪問；5. 可用圖形方式、文本方式以及圖形和文本合成方式顯示。
按鍵使用三個向上翻，向下翻，返回鍵。因為液晶屏和按鍵都是 慢速設(shè)備，所以與DSP通信時應(yīng)加緩沖電路，按鍵采用中斷的方式，即 只有在接受到來自鍵盤的中斷信號后才讀取鍵盤的信號。
所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元除包括連接的數(shù)字信號處理器DSP 外，還有光電耦合器18、通道選擇器20和光電繼電器21。光電耦合器選 用美國CLEAR公司產(chǎn)品LOC110,光電繼電器選用臺灣安良公司產(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腳分別連接線性光電耦合器的2腳、l腳，3腳接地，4腳連接數(shù)字信號處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入端，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)動端(CS1、 CS2、 CS10),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CD4067，通道選擇器與數(shù)字信號處 理器DSP的片選信號RB5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) 信號處理器DSP的A/D輸入端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因為電池電壓是逐個按順 序地取，同時通過光電藕合器進(jìn)行隔離。解決了不同電池負(fù)極與數(shù)字信號
解決了可直接讀取每一個電池電壓的問題，減少了測量誤差。
所述電池組由n (n《200)個電池組成，所述維護(hù)才喿作執(zhí)4亍單元由3 xn個場效應(yīng)開關(guān)管組成，每個電池的兩端連接三個場效應(yīng)開關(guān)管，依次 為k廣kn , k ~kln， k2廣k2n，由于場效應(yīng)開關(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，發(fā)熱少，有非常高的開關(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，
DSP組成的控制電路給出相應(yīng)的信號進(jìn)行控制，當(dāng)需要給某只電池進(jìn)行放 電維護(hù)時，由充電維護(hù)邏輯控制單元發(fā)出高電平信號控制維護(hù)操作執(zhí)行單 元導(dǎo)通相應(yīng)場效應(yīng)開關(guān)管，接到》丈電維護(hù)負(fù)載。
當(dāng)電池B1需要放電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管Kl和Kll ;
當(dāng)電池B2需要》文電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管K2、 K21和kl2;
當(dāng)電池B3需要放電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管K3、 K21、 k22和K13;
當(dāng)電池Bn-l需要放電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管kn-l、 K21、 k22、
K23和kln-l;
當(dāng)電池Bin需要放電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管kn、 K2n-1、 k23、 K22、 k21和kln;
當(dāng)電池B1需要充電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管Kl、 K21、 k22、 k23 、 k2n-l和kll ;
當(dāng)電池B2需要充電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管K2、 K22、 k23 、 k2n-l 和kl2;
當(dāng)電池B3需要充電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管K3、K23、k2n-l和K13;當(dāng)電池Bn-l需要充電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(guān)管kn-l、Kln-l和k2n-l;
當(dāng)電池Bn需要充電要導(dǎo)通下列場效應(yīng)開關(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Bn大于需要 放電電池編號時，放電負(fù)載將把電能提供給維護(hù)充電機給電池補充電。
圖2為單只電池接通開關(guān)后，通過l, 2端連接負(fù)載進(jìn)行放電的電路。
本發(fā)明在與電池組中各電池連接釆用插接件22,該插接件22使得本 發(fā)明可以靈活的插拔，當(dāng)電池組需要維護(hù)時插入本裝置進(jìn)行維護(hù)，不用時 則取下本裝置，因此本發(fā)明能夠不占電動車的空間，靈活方便操作，對多 個電池組進(jìn)4亍均衡，當(dāng)電池組使用 一段時間后，可以隨才幾得對電池組的電 壓進(jìn)行充電維護(hù)均衡，延長電池組的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種電池組自動維護(hù)裝置，包括智能充電維護(hù)邏輯控制單元，維護(hù)操作執(zhí)行單元、放電維護(hù)負(fù)載和維護(hù)充電機；所述放電維護(hù)負(fù)載分別與電池組的每個電池兩端連接形成每個電池的放電回路，所述維護(hù)充電機也分別與電池組的每個電池兩端連接形成每個電池的充電回路；維護(hù)操作執(zhí)行單元包括位于所述每個電池的放電回路和充電回路上的開關(guān)組成的開關(guān)電路；所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元用于檢測每個電池兩端的電壓，并根據(jù)該電壓控制所述開關(guān)電路中各開關(guān)的通斷以導(dǎo)通或斷開放電回路或充電回路；所述放電維護(hù)負(fù)載包括直流/直流轉(zhuǎn)換電路，該電路的輸出端與所述維護(hù)充電機連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組自動維護(hù)裝置，其特征在于，所述 開關(guān)電路連接有一組插接件，所述插接件可與電池組的相應(yīng)電池的兩端的 插接結(jié)構(gòu)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組自動維護(hù)裝置，其特征在于，還包 :括用以對整個電池組充電的主充電才幾。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組自動維護(hù)裝置，其特征在于，所述 智能充電維護(hù)邏輯控制單元還用于檢測每個電池的放電電流，并根據(jù)每個 電池的》丈電電流和相應(yīng)電壓實時計算出該電池的內(nèi)阻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池組自動維護(hù)裝置，其特征在于，還包 括與所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元連接的顯示單元，當(dāng)所述智能充電維 護(hù)邏輯控制單元連接計算出的某個電池的內(nèi)阻超過閾值時，所述顯示單元 ^是示更換該電池。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組自動維護(hù)裝置，其特征在于，維護(hù) 充電機還具有外部電源接口 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組自動維護(hù)裝置，其特征在于，所述 開關(guān)組由場效應(yīng)開關(guān)管組成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組自動維護(hù)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)字信號處理器，光電耦合器、通道選擇 器和光電繼電器；所述光電耦合器用于隔離檢測每個電池的電壓并將該電 壓提供給所述數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器輸出的控制信號經(jīng)過 通道選擇器提供給所述光電繼電器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池組自動維護(hù)裝置，包括智能充電維護(hù)邏輯控制單元，維護(hù)操作執(zhí)行單元、放電維護(hù)負(fù)載和維護(hù)充電機；所述放電維護(hù)負(fù)載分別與電池組的每個電池兩端連接形成每個電池的放電回路，所述維護(hù)充電機也分別與電池組的每個電池兩端連接形成每個電池的充電回路；所述智能充電維護(hù)邏輯控制單元用于檢測每個電池兩端的電壓，并根據(jù)該電壓控制所述開關(guān)電路中各開關(guān)的通斷以導(dǎo)通或斷開放電回路或充電回路；所述放電維護(hù)負(fù)載包括直流/直流轉(zhuǎn)換電路，該電路的輸出端與所述維護(hù)充電機連接。本發(fā)明采用插接結(jié)構(gòu)，可以與電池組分離，被多個電池組共用；本裝置能量效率高；能夠延長電池組的使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK101515657SQ20081010082
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者魯 其, 劉正耀, 亮 周, 雪 孫 申請人:中信國安盟固利新能源科技有限公司