專利名稱：蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池組充放電技術(shù)，尤其是一種蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了達到延長蓄電池組的使用壽命，在蓄電池組充放電行業(yè)一般使用均衡充電模式，確保每只單體電池的充電電壓、充電電流和溫度均能在蓄電池的安全工作范圍，確保蓄電池充足電而又不會出現(xiàn)過充電現(xiàn)象及溫度失控現(xiàn)象，確保蓄電池組的使用壽命和安全可靠運行。但常規(guī)均衡充電模式接線復(fù)雜，成本高，而蓄電池的使用已經(jīng)應(yīng)用到我們生活的每個領(lǐng)域，好的均衡充電方式不能適應(yīng)大批量推廣和應(yīng)用。還有的均衡充電是利用放電時是串聯(lián)放電，充電時是并聯(lián)充電，加一組串并聯(lián)轉(zhuǎn)換開關(guān)組，電池組內(nèi)單體電池越多，電路就越復(fù)雜。也還有充電器與蓄電池組之間使用復(fù)雜的多芯插頭，使得充電器與均衡充電模塊之間接線復(fù)雜，不利于大批量推廣。另外，復(fù)雜系統(tǒng)均衡充電使用軟件通訊系統(tǒng)來控制，要用到多芯的通訊控制插頭與插座；通用充電方式是二芯輸出直接接到蓄電池組的正負極二端，大部分使用“品”字形充電器插座，如要用多芯插頭與插座，成本也高，充電器也相當(dāng)復(fù)雜，不易于大批量推廣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有蓄電池充放電技術(shù)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、適用性較差的不足，本發(fā)明提供一種簡化結(jié)構(gòu)、降低成本、適用性良好的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，包括電池組正極和電池組負極，所述電池組正極和電池組負極分別與串聯(lián)的多組單體電池連接，所述串聯(lián)的多組單體電池通過負載開關(guān)與蓄電池放電負載連接，所述控制系統(tǒng)還包括放電模塊和CPU控制器，所述放電模塊包括放電開關(guān)控制單元和放電開關(guān)，每一個單體電池與一個放電開關(guān)并聯(lián)，所述放電開關(guān)控制單元和所述CPU控制器連接，所述CPU控制器設(shè)有單根與充電器數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵕€，每根通訊線均與一線通訊線連接；所述放電模塊還包括電池電壓檢測單元，所述電池電壓檢測單元與電壓檢測支路連接，所述電壓檢測支路包括電阻Rl和電阻R2，所述電壓檢測支路與單體電池并聯(lián)，所述電阻Rl和R2的連接節(jié)點與所述電池電壓檢測單元連接；所述一線通訊線與充電器、放電控制器連接，其中，所述充電器包括用以根據(jù)電池電壓檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體電池的實時電壓參數(shù)的充電電壓參數(shù)計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的電壓高于預(yù)設(shè)電壓值時向放電開關(guān)發(fā)出脈沖放電指令，并直到所有單體電池的電壓均高于預(yù)設(shè)電壓值時發(fā)出充電完成狀態(tài)指示的充電實時控制模塊；所述放電控制器包括用以根據(jù)電池電壓檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體電池的實時電壓參數(shù)的放電電壓參數(shù)計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的電壓低于預(yù)設(shè)電壓值時向負載開關(guān)發(fā)出關(guān)斷指令的放電控制單元。進一步，所述放電模塊還包括溫度檢測單元，單體電池上安裝溫度傳感器，所述溫度傳感器與溫度檢測單元連接。再進一步，所述充電器包括用以根據(jù)溫度檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體的實時工作溫度的充電工作溫度計算單元；用以依照某一單體電池的當(dāng)前溫度確定放電電流的大小的充電溫度實時監(jiān)控模塊。所述放電控制器包括用以根據(jù)溫度檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體的實時工作溫度的放電工作溫度計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的溫度達到預(yù)設(shè)的閾值溫度，發(fā)出告警指令或發(fā)出減小放電電流指令的放電溫度實時監(jiān)控模塊。所述充電器還包括用以保存上電時的每個單體電池的溫度的上電環(huán)境溫度計算單元。所述放電控制器還包括用以保存上電時的每個單體電池的溫度的上電環(huán)境溫度
計算單元。所述充電器還包括用以向放電模塊發(fā)送握手協(xié)議，通過時鐘信號啟動輔助電源的充電節(jié)能控制單元。所述放電控制器還包括用以向放電模塊發(fā)送握手協(xié)議，通過時鐘信號啟動輔助電源的放電節(jié)能控制單元。所述充電器還包括用以計算單體電池充電的容量容量等于實際充電電流與時間的積，然后根據(jù)單體電池的容量差別啟動充電器脈沖充電和放電模塊的負脈沖放電進行正負修復(fù)的修復(fù)控制單元。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為在蓄電池組內(nèi)單體電池上關(guān)聯(lián)一個只有一個放電開關(guān)的放電功能模塊(下面簡稱“放電模塊”)，隨著CPU控制芯片的大批量推廣，其價格已經(jīng)做到相當(dāng)?shù)土?，大家都知道CPU控制軟件編制與修改相當(dāng)方便，CPU之間通訊也相當(dāng)方便，有 RS232，RS485，CAN, USB等等通訊方式，但這些常用的方式，均要多根線進行通訊，再加上充電器的電源正負極二根線，使得在這個均衡充電行業(yè)的好處不能大面積的推廣。利用CPU自制的一線傳輸原理，使用CPU的一根線進行雙向通訊，把電池組內(nèi)“放電模塊”檢測到的每一組單體電池的電壓、溫度參數(shù)反饋給控制中心，使得整體蓄電池組與充電器之間只用到三根線，這樣系統(tǒng)就會變化得相當(dāng)簡單，成本也低、單體電池的放電模塊可以做成一致，硬件完全可以做到相同，方便批量生產(chǎn)，同時又因為模塊是用獨立的CPU控制，可以在寫程序時寫入唯一的IP地址，這樣與主控充電器等之間通訊時會自動把自己的 IP地址發(fā)出去，主控程序無須知道此模塊充電或放電時位于電池組是哪一位置，只要根據(jù)通訊數(shù)據(jù)，自動判定下發(fā)命令讓此“放電模塊”執(zhí)行各種命令。可以預(yù)先給“放電模塊”寫入幾種不同的命令，如PWM放電，電池電壓采樣結(jié)果回送，溫度測量回傳，恒流放電等等。充電器等控制系統(tǒng)只要通過相應(yīng)檢測數(shù)據(jù)，綜合作出不同的命令就可以達到命令所達到的目的。只用到一只放電開關(guān)K1，可以做成PWM放電也可做成恒流放電，由CPU的軟件去完成。與充電器的連接也只有三根線各“放電模塊”之間能通訊線可以直接相連接后接到外部總控制的通訊線上，因為 “放電模塊”是獨立的，只是按命令去執(zhí)行，所以“放電模塊”之間無須通訊，只是一個執(zhí)行元件，一個可軟件通訊的執(zhí)行元件。充電器的控制方案為先向“放電模塊”發(fā)送握手協(xié)議，可連續(xù)發(fā)送多次，目的是讓 “放電模塊”先啟動輔助電源，因為通訊線只有產(chǎn)生CLK信號時，“放電模塊”的輔助電源才會工作，這樣“放電模塊”處于節(jié)能狀態(tài)，握手協(xié)議可，充電器就知道“放電模塊”的IP地址， 方便下一步控制，當(dāng)然也可以在組裝時調(diào)試好充電器與“放電模塊”的配合，把IP地址直接寫到充電器中。充電前先循環(huán)檢測單體電池的電壓與溫度后，并記錄充電器的控制系統(tǒng)中，作為電池的環(huán)境溫度及起始電壓啟動充電器的充電電源輸出給蓄電池組串聯(lián)充電，同時不斷循環(huán)檢測單體電池的電壓與溫度，并通過計算，如果某一單體電壓高于一個預(yù)先設(shè)定的電壓Vx后就通過“命令輸出模塊”給此單體電池發(fā)送脈沖放電命令，直到所有的單體電池均能達到這個設(shè)定值， 并記錄所有的命令執(zhí)行時間，由系統(tǒng)計算出單體電池充電的容量(實際充電電流與時間的積)，然后根據(jù)單體電池的容量差別啟動充電器脈沖充電和“放電模塊”的負脈沖放電進行正負修復(fù)電池組。通過檢測電池的溫度(電池的實際工作溫度)來決定“放電模塊”放電電流的大小，可以是PWM放電也可以是恒流放電，如果單體電池溫度過高達到報警設(shè)定溫度值時應(yīng)該立即停止充電，保護電池。放電控制器的控制方案為先向“放電模塊”發(fā)送握手協(xié)議，可連續(xù)發(fā)送多次，目的是讓“放電模塊”先啟動輔助電源，因為通訊線只有產(chǎn)生CLK信號時，“放電模塊”的輔助電源才會工作，這樣“放電模塊”處于節(jié)能狀態(tài)，握手協(xié)議可，充電器就就知道“放電模塊”的 IP地址，方便下一步控制，當(dāng)然也可以在組裝時調(diào)試好充電器與“放電模塊”的配合，把IP 地址直接寫到充電器中。放電前先循環(huán)檢測單體電池的電壓與溫度后，并記錄充電器的控制系統(tǒng)中，作為電池的環(huán)境溫度及起始電壓。啟動放電控制器的蓄電池放電負載，同時不斷循環(huán)檢測單體電池的電壓與溫度， 并通過計算，如果某一單體電壓低于一個預(yù)先設(shè)定的電壓Vx后就停止放電，并告之用戶已經(jīng)有某一節(jié)電池達到保護電壓，不能再繼續(xù)放電，否則會出現(xiàn)電池過放電現(xiàn)象。因為串聯(lián)電池組放電有差別是正?，F(xiàn)象，有的只有稍微差別是允許的，所以在放電過程中檢測每一節(jié)的電池電壓,如果發(fā)現(xiàn)有一節(jié)電池放電快到過放保護電壓時,而另外幾節(jié)電池電壓相差比較大，就報警告訴用戶，如果差別不大，在預(yù)先設(shè)定的允許范圍內(nèi)就不報警，直到某一個電池達到保護點時就切斷放電負載，從而有效及時地保護蓄電池組。通過檢測電池的溫度(電池的實際工作溫度)，如果達到預(yù)先設(shè)定的保護溫度就報警并按預(yù)先設(shè)定的電流保護方案減小負載的放電電流的，從而保護電池，如果單體電池溫度過高達到極限設(shè)定溫度值時應(yīng)該立即停止放電，保護電池，從而提高電池的使用壽命。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在簡化結(jié)構(gòu)、降低成本、適用性良好。


圖I是蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)的原理框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。參照圖I，一種蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，包括電池組正極和電池組負極，所述電池組正極和電池組負極分別與串聯(lián)的多組單體電池連接，所述串聯(lián)的多組單體電池通過負載開關(guān)與蓄電池放電負載連接，所述控制系統(tǒng)還包括放電模塊和CPU控制器，所述放電模塊包括放電開關(guān)控制單元和放電開關(guān)K1，每一個單體電池與一個放電開關(guān)Kl并聯(lián)，所述放電開關(guān)控制單元所述CPU控制器連接，所述CPU控制器設(shè)有單根與充電器數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵕€，每根通訊線均與一線通訊線連接；所述放電模塊還包括電池電壓檢測單元，所述電池電壓檢測單元與電壓檢測支路連接，所述電壓檢測支路包括電阻Rl和電阻R2，所述電壓檢測支路與單體電池并聯(lián)，所述電阻Rl和R2的連接節(jié)點與所述電池電壓檢測單元連接；所述一線通訊線與充電器、放電控制器連接，其中，所述充電器包括用以根據(jù)電池電壓檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體電池的實時電壓參數(shù)的充電電壓參數(shù)計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的電壓高于預(yù)設(shè)電壓值時向放電開關(guān)發(fā)出脈沖放電指令，并直到所有單體電池的電壓均高于預(yù)設(shè)電壓值時發(fā)出充電完成狀態(tài)指示的充電實時控制模塊；所述放電控制器包括用以根據(jù)電池電壓檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體電池的實時電壓參數(shù)的放電電壓參數(shù)計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的電壓低于預(yù)設(shè)電壓值時向負載開關(guān)發(fā)出關(guān)斷指令的放電控制單元。所述放電模塊還包括溫度檢測單元，單體電池上安裝溫度傳感器，所述溫度傳感器與溫度檢測單元連接。所述充電器包括用以根據(jù)溫度檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體的實時工作溫度的充電工作溫度計算單元；用以依照某一單體電池的當(dāng)前溫度確定放電電流的大小的充電溫度實時監(jiān)控模塊。所述放電控制器包括用以根據(jù)溫度檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體的實時工作溫度的放電工作溫度計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的溫度達到預(yù)設(shè)的閾值溫度，發(fā)出告警指令或發(fā)出減小放電電流指令的放電溫度實時監(jiān)控模塊。所述充電器還包括用以保存上電時的每個單體電池的溫度的上電環(huán)境溫度計算單元。所述放電控制器還包括用以保存上電時的每個單體電池的溫度的上電環(huán)境溫度
計算單元。所述充電器還包括用以向放電模塊發(fā)送握手協(xié)議，通過時鐘信號啟動輔助電源的充電節(jié)能控制單元。所述放電控制器還包括用以向放電模塊發(fā)送握手協(xié)議，通過時鐘信號啟動輔助電源的放電節(jié)能控制單元。所述充電器還包括用以計算單體電池充電的容量容量等于實際充電電流與時間的積，然后根據(jù)單體電池的容量差別啟動充電器脈沖充電和“放電模塊”的負脈沖放電進行正負修復(fù)的修復(fù)控制單元。所述放電開關(guān)Kl與限流電阻RS串聯(lián)。本實施例中，“放電模塊”只用一個放電開關(guān)，“放電模塊”合用一根通訊線，“放電模塊”可軟件做成各種功能，相互之間無須通訊，功能可以不斷根據(jù)硬件進行升級?！胺烹娔K”附帶的AD檢測功能可以檢測溫度與電池電壓，這一點是均衡充電原理所要求的，也是一種公知常識，只是我們盡量使用廉價的CPU去完成。電池電流無須檢測， 因為整組電池是串聯(lián)的，串聯(lián)電路中所有的電池組充放電電流是相同的，可以使用廉價的多功能CPU自帶的或外置的AD檢測與溫度檢測，“放電模塊”的CPU供電，為了做到節(jié)能，可以做成只有通訊有CLK信號時才有輔助電源，這樣系統(tǒng)不工作時可以不消耗蓄電池組的電能“放電模塊”在充電時放電可以達到均衡充電的目的，同時也可以配合充電器做成正負脈沖充電，去除蓄電池硫化的功能因為電池單只落后有的是電池生產(chǎn)時就已經(jīng)有些質(zhì)量問題，不能通過充電方式達到均衡，此時“放電模塊”的檢測功能，通過外部控制系統(tǒng)自動提示用戶蓄電池組的某節(jié)電池有單只落后問題，不能修復(fù)，讓用戶及時更換，確保其他好的電池不再因為過放電或過充電而損壞，如果在“放電模塊”中配置一只LED顯示，就可以明確告訴用戶是哪一節(jié)電池有故障，或通過充電器的控制系統(tǒng)中顯示“放電模塊”對應(yīng)的IP地址，也能準(zhǔn)確告之用戶是哪一節(jié)電池有故障。通過不同時間有通訊數(shù)據(jù)，可以計算出電池的環(huán)境溫度與工作溫度，也能計算出電池的容量差別，并作出不同時間有脈沖修改時間，確保電池充電均衡一致，同時可以不同單體電池不同的去硫化修復(fù)操作。蓄電池組中，放電過程中檢測每一節(jié)的電池電壓，如果發(fā)現(xiàn)有一節(jié)電池放電快到過放保護電壓時，而另外幾節(jié)電池電壓相差比較大，就報警告訴用戶，如果差別不大，在預(yù)先設(shè)定的允許范圍內(nèi)就不報警，直到某一個電池達到保護點時就切斷放電負載，從而有效及時地保護蓄電池組。通過檢測電池的溫度(電池的實際工作溫度)，如果達到預(yù)先設(shè)定的保護溫度就報警并按預(yù)先設(shè)定的電流保護方案減小負載的放電電流的，從而保護電池，如果單體電池溫度過高達到極限設(shè)定溫度值時應(yīng)該立即停止放電，保護電池，從而提高電池的使用壽命。串聯(lián)電池組中保證每節(jié)電池均正好放到保護點(均衡放電)實際是無法實現(xiàn)的， 我們是以單體電池作為放電保護標(biāo)準(zhǔn)，同時配合單體電池電壓采樣，可以提醒用戶電池的差別，讓用戶及時去更換差別大的電池單體，從而保護好的電池單體。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，包括電池組正極和電池組負極，所述電池組正極和電池組負極分別與串聯(lián)的多組單體電池連接，所述串聯(lián)的多組單體電池通過負載開關(guān)與蓄電池放電負載連接，其特征在于所述控制系統(tǒng)還包括放電模塊和CPU控制器，所述放電模塊包括放電開關(guān)控制單元和放電開關(guān)，每一個單體電池與一個放電開關(guān)并聯(lián)，所述放電開關(guān)控制單元和所述CPU控制器連接，所述CPU控制器設(shè)有單根與充電器數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵕€，每根通訊線均與一線通訊線連接；所述放電模塊還包括電池電壓檢測單元，所述電池電壓檢測單元與電壓檢測支路連接，所述電壓檢測支路包括電阻Rl和電阻R2，所述電壓檢測支路與單體電池并聯(lián)，所述電阻Rl和R2的連接節(jié)點與所述電池電壓檢測單元連接；所述一線通訊線與充電器、放電控制器連接，其中，所述充電器包括用以根據(jù)電池電壓檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體電池的實時電壓參數(shù)的充電電壓參數(shù)計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的電壓高于預(yù)設(shè)電壓值時向放電開關(guān)發(fā)出脈沖放電指令，并直到所有單體電池的電壓均高于預(yù)設(shè)電壓值時發(fā)出充電完成狀態(tài)指示的充電實時控制模塊；所述放電控制器包括用以根據(jù)電池電壓檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體電池的實時電壓參數(shù)的放電電壓參數(shù)計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的電壓低于預(yù)設(shè)電壓值時向負載開關(guān)發(fā)出關(guān)斷指令的放電控制單元。
2.如權(quán)利要求I所述的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，其特征在于所述放電模塊還包括溫度檢測單元，單體電池上安裝溫度傳感器，所述溫度傳感器與溫度檢測單元連接。
3.如權(quán)利要求2所述的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，其特征在于所述充電器包括用以根據(jù)溫度檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體的實時工作溫度的充電工作溫度計算單元；用以依照某一單體電池的當(dāng)前溫度確定放電電流的大小的充電溫度實時監(jiān)控模塊。
4.如權(quán)利要求2所述的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，其特征在于所述放電控制器包括用以根據(jù)溫度檢測單元的數(shù)據(jù)計算每一個單體的實時工作溫度的放電工作溫度計算單元；用以當(dāng)某一單體電池的溫度達到預(yù)設(shè)的閾值溫度，發(fā)出告警指令或發(fā)出減小放電電流指令的放電溫度實時監(jiān)控模塊。
5.如權(quán)利要求3所述的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，其特征在于所述充電器還包括: 用以保存上電時的每個單體電池的溫度的上電環(huán)境溫度計算單元。
6.如權(quán)利要求4所述的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，其特征在于所述放電控制器還包括用以保存上電時的每個單體電池的溫度的上電環(huán)境溫度計算單元。
7.如權(quán)利要求I 6之一所述的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng),其特征在于所述充電器還包括用以向放電模塊發(fā)送握手協(xié)議，通過時鐘信號啟動輔助電源的充電節(jié)能控制單元。
8.如權(quán)利要求I 6之一所述的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，其特征在于所述放電控制器還包括用以向放電模塊發(fā)送握手協(xié)議，通過時鐘信號啟動輔助電源的放電節(jié)能控制單兀。
9.如權(quán)利要求I 6之一所述的蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng),其特征在于所述充電器還包括用以計算單體電池充電的容量容量等于實際充電電流與時間的積，然后根據(jù)單體電池的容量差別啟動充電器脈沖充電和放電模塊的負脈沖放電進行正負修復(fù)的修復(fù)控制單元。
全文摘要
一種蓄電池均衡充放電控制系統(tǒng)，包括電池組正極、電池組負極、放電模塊和CPU控制器，放電模塊包括放電開關(guān)控制單元和放電開關(guān)，每一個單體電池與一個放電開關(guān)并聯(lián)，放電開關(guān)控制單元和所述CPU控制器連接，CPU控制器設(shè)有單根與充電器數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵕€，每根通訊線均與一線通訊線連接；所述放電模塊還包括電池電壓檢測單元，所述電池電壓檢測單元與電壓檢測支路連接，所述電壓檢測支路包括電阻R1和電阻R2，所述電壓檢測支路與單體電池并聯(lián)，所述電阻R1和R2的連接節(jié)點與所述電池電壓檢測單元連接；所述一線通訊線與充電器、放電控制器連接。本發(fā)明簡化結(jié)構(gòu)、降低成本、適用性良好。
文檔編號H02H7/18GK102593888SQ20121001349
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者張?zhí)忑?申請人:浙江凱能科技有限公司