CN201859926U - 电池组自动充电及维护均衡诊断装置 - Google Patents

Abstract

自动充电及维护均衡诊断装置，其中连接电池组有充电机，智能充电维护逻辑控制单元分别连接充电机、电池组、维护操作执行单元、放电维护负载、维护充电机和设定显示单元，维护操作执行单元还连接放电维护负载、维护充电机和电池组，放电维护负载和维护充电机互相连接。本装置能根据电池组中各电池容量高低，完成电池组的维护均衡过程；放电维护负载采用DC/DC转换给维护充电机供电，能量效率可以达到90％；能有效地提高电池组10％-15％有效容量，延长电池组的使用寿命；通过切换方式，减小了体积；通过检测放电电流，计算电池内阻，对电池进行等级分类诊断，并提示需要更换的电池；电池组采用插接方式，方便多个电池组共用。

Description

电池组自动充电及维护均衡诊断装置 

技术领域

本实用新型属于动力电池能源领域，特别涉及一种电池组自动充电及维护均衡诊断装置。 

背景技术

在目前的市场上，对于多个电池组成的锂离子电池组(或者镍氢电池、镍铬电池、铅酸电池等也同样)，在电动汽车上使用时，使用寿命远低于单个电池的寿命，这是由于锂离子电池各单体在性能指标上不可能完全一致，再加上使用过程中，各单体间的容量、自放电等的差异，使各个电池处在不均衡的状态中，充放电过程也不均衡，而不断重复的充放电过程更加剧了不均衡现象，充电少的电池寿命缩短，引起所在电池组寿命缩短，从而使整个电池系统寿命缩短。因此，过去人们试图应用旁路电阻或采用电容放电方法，解决电池差异的问题，每组电池就需要一套装置，这种装置体积大并笨重，没有智能诊断功能，对于电动车电池没有实际应用的价值，造成现在电动车电池使用中，并没有可用的产品。所以迫切需要一种新的电池组的均衡维护充电和诊断装置，以实现电池组的维护均衡充电，延长电池使用的寿命，从而降低电动车电池组使用的成本。 

实用新型内容

为高提大功率电池组的使用寿命和性能，本实用新型提供一种自动充电及维护均衡诊断装置。 

本实用新型自动充电及维护均衡诊断装置，包括充电机、智能充电维护逻辑控制单元、维护操作执行单元、放电维护负载、维护充电机和显示设定单元；充电机连接电池组，智能充电维护逻辑控制单元分别连接充电机、电池组、维护操作执行单元、放电维护负载、维护充电机和设定显示单元，维护操作执行单元还连接放电维护负载、维护充电机和电池组，放电维护负载和维护充电机互相连接。 

所述智能充电维护逻辑控制单元包括数字信号处理器，光电耦合器、通道选择器和若干个光电继电器，光电继电器分别连接电池组中的各个电池，其输出并联后连接到光电耦合器，光电耦合器连接到DSP的A/D转换输入端，通道选择器的输入连接到DSP的片选信号段，输出分别连接到各个光电继电器的片选端，用于检测每个电池两端的电压，并根据该电压控制所述开关组的通断以导通或断开放电回路或充电回路；还用于检测每个电池的放电电流，并根据每个电池的放电电流和相应电压实时计算出该电池的内阻。 

所述维护操作执行单元为连接每个电池两极的三个电子开关组成的开关矩阵电路，其开关矩阵的公共端连接到放电维护负载和维护充电机，电池组中的每个电池能够分别连接放电维护负载和维护充电机。 

所述电子开关为场效应开关管。 

所述维护充电机维护负载内部具有高效直流/直流(DC/DC)电压转换电路。 

所述维护充电机和充电机设有外部电源接口。 

所述显示设定单元包括液晶显示器和若干个按键。 

所述电池组和充电机、维护操作执行单元、智能充电维护逻辑控制单元之间采用插接头方式连接。 

本实用新型自动充电及维护均衡诊断装置，能自动根据电池组中各个电池容量的高低，自动完成电池组的维护均衡过程；放电维护负载采用DC/DC直流电能转换给维护充电机供电，能量效率可以达到90％，能量不足时可以由外部电源供电再对电池低容量电池充电；另外通过切换放电维护负载用来给各单体电池放电，减小了体积；通过测得放电电流，得到每只电池的直流内阻，得到各个电池的性能，便于对电池组中电池进行等级分类诊断，并对需要更换电池进行具体提示；电池组采用插接结构，可以更换多个电池组共用；本实用新型能有效地提高电池组10％-15％有效容量，延长电池组的使用寿命。 

附图说明

图1电池组自动均衡装备结构图 

图2电池组放电和充电切换开关电路示意图 

图3智能充电维护逻辑控制单元单只电池电压采集线路图 

图4智能充电维护逻辑控制单元检测部分线路图 

图5智能充电维护逻辑控制框图 

具体实施方式

下面结合实施例，对本实用新型自动充电及维护均衡诊断装置做进一步地阐述。 

本实施例的自动充电及维护均衡诊断装置，包括智能充电维护逻辑控制单元1、充电机2、电池组3、维护操作执行单元4、放电维护负载5、维护充电机6和设定显示单元7。充电机2连接电池组3，智能充电维护逻辑控制单元1分别连接充电机2、电池组3、维护操作执行单元4、放电维护负载5、维护充电机6和设定显示单元7，维护操作执行单元4还连接放电维护负载5、维护充电机6和电池组3，放电维护负载5和维护充电机6互相连接。 

智能充电维护逻辑控制单元采用数字信号处理器DSP作为控制芯片，DSP采用TI公司产 品型号为TMS320F2812，该芯片为32位定点处理芯片，运算速度快，可以实现较复杂的算法，存储空间Flash有128K，有多种通讯模式可以进行选择，便于进行功能的扩展。读取电压，电流，温度的信息，存到EEPROM中，这样，进行数据的显示和分析。将读取的信息在液晶屏上显示，通过按键可以翻看电池的各种参数，并具有报誓功能。 

显示设定单元7包括液晶屏的显示部分，可以选择图形点阵式液晶显示器，可以显示汉字和任意图形，选用GTG240128液晶显示模块，点阵的大小为240x128，带背光功能。内置1片T6963C液晶显示控制器和5片KS0086驱动器。该液晶显示模块具有如下特点：1.具有8位并行总线接口；2.可以显示数字、字母、汉字和图形等；3.具有128种5x8点阵的ASCI字符字模库CGROM；4.具有64kb的显示存储器(可被划分为文本显示区、图形显示区、文本属性区和自定义字符库区)，并允许MCU随时防问；5.可用图形方式、文本方式以及图形和文本合成方式显示。 

显示设定单元7还包括按键，使用三个：向上翻，向下翻，返回键。 

因为液晶屏和按键部是慢速设备，所以与DSP通信时应加缓冲电路，按键采用中断的方式，即只有在接受到来自键盘的中断信号后才读取键盘的信号。 

所述智能充电维护逻辑控制单元除包括连接的数字信号处理器DSP外，还有光电耦合器、通道选择器和光电继电器(见图4)。光电耦合器选用美国CLEAR公司产品LOC110，光电继电器选用台湾安良公司产品AQW214，每只电池输出电压输入端连接光电继电器输入端6脚、8脚，其输出口5脚、7脚分别逢接线性光电耦合器的2脚、1脚，3脚接地，4脚连接数字信号处理器的模数转换器A/D输入端(见图3、图4)，线性光电继电器器所有的1脚、3脚联接+5V电源，2脚、4脚并联输出端依次连接内部有2-14路的通道选择器的驱动端(CS1、CS2、CSIO)，通道选择器选用内部有2-14路数据通道的摩托罗拉公司产品CD4067，通道选择器与数字信号处理器DSP的片选信号RIB5与通道选择器15脚连接，DSP的RD0-RD3通道分别与通道选择器10-13脚连接，可根据数字信号处理器DSP控制其选择端导通或关断不同的光电继电器，将电池电压值经进光电藕合器传给数信号处理器DSP的A/D输入端进行数据处理，因为电池电压是逐个按顺序地取，同时通过光电藕合器进行隔离。解决了不同电池负极与数字信号处理器不同接地点接入从而造成测得电池电压值是浮动变化的问题，同时解决了可直接读取每一个电池电压的问题，减少了测量误差。 

所述电池组由n(n≤200)个电池组成，所述维护操作执行单元由3×n个场效应开关管组成(见图2)，每个电池的两端连接三个场效应开关管，依次为k1～kn，k11～k1n，k21～k2n，由于场效应开关管，具有较低的导通内阻，高输入内阻的导通特性，能量消耗低，友热少， 有非常高的开关寿命，代替普通继电器提高了元件的寿命和可靠性二十倍以上，上述技术方案中，所述维护操作执行单元中各开关的导通与关断通过由数字信号处理器DSP组成的控制电路给出相应的信号进行控制，当需要给某只电池进行放电维护时，由智能充电维护逻辑控制单元发出高电平信号控制维护操作执行单元导通相应场效应开关管，接到放电维护负载。 

当电池B1需要放电要导通下列场效应开关管K1和K11； 

当电池B2需要放电要导通下列场效应开关管K2、K21和k12； 

当电池B3需要放电要导通下列场效应开关管K3、K21、k22和K13； 

当电池Bn-I需要放电要导通下列场效应开关管kn-1、K21、k22、K23和k1n-1； 

当电池Bln需要放电要导通下列场效应开关管kn、K2n-1、k23、K22、k21和k1n； 

当电池B1需要充电要导通下列场效应开关管K1、K21、k22、k23、k2n-1和k11； 

当电池B2需要充电要导通下列场效应开关管K2、K22、k23、k2n-1和k12； 

当电池B3需要充电要导通下列场效应开关管K3、K23、k2n-1和K13； 

当电池Bn-I需要充电要导通下列场效应开关管kn-1、K1n-1和k2n-1； 

当电池Bn需要充电要导通下列场效应开关管kn和K1n； 

当智能充电维护逻辑控制单元判断出需要充电电池编号Bn大于需要放电电池编号时，放电负载将把电能提供给维护充电机给电池补充电。 

每次充电机2对钾离子电池组充电时，充电机2先恒流充电再恒压充电，智能充电维护逻辑控制单元通过信号线采集电池组内每个单体电池电压，将测量电压最高值作为充电机恒流转恒压充电的依据，当个别电池先到电池充电电压上限时，调节主充电机逐渐降低充电电流，使得电池组每个电池充饱电，克服常规充电机以电池组整体电压值为设定恒流转恒压的方法不足，避免了电池组过充电或欠充电问题。 

另外当主充电机电流小到设定电流的1/10时，智能充电维护逻辑控制单元控制关断主充电机，经过一段延时，并检测电池组各个电池电压值、内阻值，与数据库经验值进行比较、判断，当需要对电池单体维护时，智能充电维护逻辑控制单元与控制维护操作执行单元连接，控制维护操作执行单元与放电维护负载连接，智能充电维护逻辑控制单元与维护充电机连接，维护操作执行单元与维护充电机连接，并与电池组连接形成维护充电或放电回路，对电池组中个别电池进行充电或放电维护。 

维护负载内部具有高效直流/直流(DC/DC)电压转换电路，该电路将电池放电能量转换为5V直流电并提供给维护充电机供应电源(见图2)。当DC/DC电压转换电路提供的能量不足时，维护充电机可转由外部电源同时补充供电。本实施例中，DC/DC转换电路输入电压的 范围为3.0V～4.3V，采用ucc2808开关控制器pwm控制方式对输出进行调节；采取电流模式的控制方式，具有内部斜坡补偿电路；开关频率设计为500KHz，选用小的表面陶瓷电容、平面变压器，可节省板面积：采用前沿消隐电路(LEB)，无须外加低通滤波网络对检测的电流进行处理；具有内部软启动功能，防止启动瞬间的浪涌电流。 

本实用新型采用DC/DC转换电路作为放电负载，相比现有技术中采用电阻或电容电路作为放电负载的方法，本实用新型能够有效地进行提升电压控制，且减小了体积。 

最后，通过上述对个别电池充电和放电操作，分别测出电池的电压和相应的放电电流，智能充电维护逻辑控制单元计算出电池内阻，不断刷新数据，并与数据库值比较，内阻值大者排在表的后面，当内阻值大到某一规定值时，智能充电维护逻辑控制单元将这一信息送到设定显示单元显示：“电池XX存在问题，提示更换”。 

本实用新型在与电池组中各电池连接采用插接件(见图2)，该插接件使得本实用新型可以灵活的插拔，当电池组需要维护时插入本装置进行维护，不用时则取下本装置，因此本实用新型能够不占电动车的空间，灵活方便操作，对多个电池组进行均衡，当电池组使用一段时间后，可以随机得对电池组的电压进行充电维护均衡，延长电池组的使用寿命。 

Claims (8)

1.一种自动充电及维护均衡诊断装置，其特征在于：所述自动充电及维护均衡诊断装置包括充电机、智能充电维护逻辑控制单元、维护操作执行单元、放电维护负载、维护充电机和显示设定单元；充电机连接电池组，智能充电维护逻辑控制单元分别连接充电机、电池组、维护操作执行单元、放电维护负载、维护充电机和设定显示单元，维护操作执行单元还连接放电维护负载、维护充电机和电池组，放电维护负载和维护充电机互相连接。

2.根据权利要求1所述的自动充电及维护均衡诊断装置，其特征在于：所述智能充电维护逻辑控制单元包括数字信号处理器，光电耦合器、通道选择器和若干个光电继电器，光电继电器分别连接电池组中的各个电池，其输出并联后连接到光电耦合器，光电耦合器连接到DSP的A/D转换输入端，通道选择器的输入连接到DSP的片选信号段，输出分别连接到各个光电继电器的片选端。

3.根据权利要求2所述的自动充电及维护均衡诊断装置，其特征在于：所述维护操作执行单元为连接每个电池两极的三个电子开关组成的开关矩阵电路，其开关矩阵的公共端连接到放电维护负载和维护充电机，电池组中的每个电池能够分别连接放电维护负载和维护充电机。

4.根据权利要求3所述的自动充电及维护均衡诊断装置，其特征在于：所述电子开关为场效应开关管。

5.根据权利要求4所述的自动充电及维护均衡诊断装置，其特征在于：所述维护充电机维护负载内部具有高效直流/直流(DC/DC)电压转换电路。

6.根据权利要求5所述的自动充电及维护均衡诊断装置，其特征在于：所述显示设定单元包括液晶显示器和若干按键。

7.根据权利要求6所述的自动充电及维护均衡诊断装置，其特征在于：所述维护充电机和充电机设有外部电源接口。

8.根据权利要求7所述的自动充电及维护均衡诊断装置，其特征在于：所述电池组和充电机、维护操作执行单元、智能充电维护逻辑控制单元之间采用插接头方式连接。 

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