電池健康狀況檢測模塊和系統(tǒng)及帶有該檢測模塊的電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電池狀況檢測和管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電池健康狀況檢測模塊和系統(tǒng)以及帶有該檢測模塊的電池。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，用于提供動力電源的電池組已經(jīng)滲透到公共生活的各個方面，各種基于充電的電動工具、電動車、不間斷電源、通訊基站備份電源等已經(jīng)在廣泛應(yīng)用，尤其是隨著電動車的發(fā)展，大容量充電電池被大量使用，在應(yīng)用中必須由多節(jié)單體電池來組成電池組作為車輛的動力源。在實際應(yīng)用中，必須要檢測電池組的當(dāng)前電量、電池組的溫度、電壓、電流數(shù)據(jù)來了解電池組的工作狀態(tài)，更進一步的要求就是要了解電池組隨使用時間增長導(dǎo)致的性能老化狀況。不同的電池類型對使用溫度、充放電的安全要求也不一樣。對于能量密度特別高的鋰電池就必須要求對過度充電、過度放電要有比較精確的測量，出現(xiàn)上述兩種情況時立即切斷充放電通道，更完善有效的要求包括對電池工作時自身溫度的測量。以上表述雖然是對電池組說的，但是實際上這些測量要針對電池組內(nèi)每一個單體電池的充放電狀態(tài)的檢測，無論電池組內(nèi)哪一節(jié)單體電池出現(xiàn)了過充電，或者過放電，電池組管理系統(tǒng)都必須視為異常信號，發(fā)出關(guān)斷指令。雖然制造商通常在電池組出廠時已經(jīng)對電池組的單體電池進行了選擇、適配，盡量保持組內(nèi)單體電池參數(shù)的一致性，但是組內(nèi)單體電池越多，就越不易精確配對，而且隨著時間的推移，電池組內(nèi)單體電池參數(shù)會發(fā)生分化現(xiàn)象，整體上降低電池組的充放電效率，由于個別單體電池的參數(shù)變化，導(dǎo)致電池組的使用壽命變短。以上問題對鋰電池來說尤為明顯，極大的限制了鋰電池組的能量效率水平和使用壽命。解決電池的過充電、過放電、溫度異常及單體電池狀態(tài)不一致問題是各電池組生產(chǎn)廠的核心技術(shù)，也是產(chǎn)品核心競爭力的表現(xiàn)，而電池狀態(tài)的測量是各家廠商首先要解決的技術(shù)問題。
[0003]傳統(tǒng)的電池狀態(tài)檢測系統(tǒng)是在每節(jié)鋰電池上加有過充電和過放電的檢測電路，然后將這組信號用總線接到外部電池管理系統(tǒng)(BMS)。當(dāng)電池組中電池數(shù)量眾多時，有線總線連接就存在布線繁瑣、復(fù)雜、可擴展性弱的問題，同時線路也容易損壞。由于電池結(jié)構(gòu)、體積的限制，傳統(tǒng)的單體電池也不帶電池電量檢測電路，只能將電池組作為一個整體來測量電池電量，因此很難反映每個單體電池電量狀況，也不能對老化嚴(yán)重的單體電池進行定位。如不及時檢測找出老化單體電池并給予調(diào)整，電池組的容量將變小，效率變低，壽命將縮短，影響整個電池組的高效安全運行。由于無法將電池組中老化嚴(yán)重的單體電池簡單標(biāo)識出來，所以造成了很難通過對老化電池進行日常維護來延長電池組的工作壽命的目的，特別是在很多情況下鋰電池組的成本占到整個產(chǎn)品的一半以上。因此造成了明顯的浪費。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供了一種電池健康狀況檢測模塊及帶有該檢測模塊的電池，解決電池組中的每個單體電池的健康狀態(tài)監(jiān)測的問題，對電池組中的單體電池的電壓、電流、電池電量以及溫度狀態(tài)進行監(jiān)測，并將檢測模塊同每個單體電池做成一體形成一體化的帶檢測模塊的電池；
[0005]本實用新型還提供一種電池健康狀況檢測系統(tǒng)，將檢測模塊取得的測量、記錄數(shù)據(jù)以無線的方式發(fā)送到外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)，由外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)進行分析處理，即使電池組已密封，也不影響外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)對電池組中的每個單體電池的健康狀況的監(jiān)控。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0007]1.一種電池健康狀況檢測模塊，其特征在于，包括電流傳感放大器電路、電池電壓檢測器電路、溫度傳感放大器電路、RTC時間控制器、微控制單元、無線收發(fā)器、以及模塊供電電路；所述電流傳感放大器電路、電池電壓檢測器電路、溫度傳感放大器電路、RTC時間控制器、無線收發(fā)器分別連接微控制單元；所述電流傳感放大器電路、電池電壓檢測器電路、溫度傳感放大器電路分別用于測量電池組中的單體電池的電流、電壓和溫度，測量得到的溫度、電流、電壓信號傳送給微控制單元，同時RTC時間控制器也將時間數(shù)據(jù)發(fā)送給微控制單元，所述微控制單元對這些測量信號進行處理和存儲，并通過充電、放電電流值對時間的積分計算分別得到所述單體電池已充電的電量值和可放電的電量值，同時判斷所述單體電池是充電，還是放電狀態(tài)以及每次充放電的完成的百分比和充放電時間；并控制無線收發(fā)器將測量得到的電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)以及計算得到的電量數(shù)據(jù)和充放電程度及充放電時間數(shù)據(jù)以無線的形式發(fā)送出去；所述模塊供電電路為所述檢測模塊提供符合要求的工作電源。
[0008]2.所述微控制單元包括MCU微控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲器，所述電流傳感放大器電路、電池電壓檢測器電路、溫度傳感放大器電路分別連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接數(shù)據(jù)存儲器，所述數(shù)據(jù)存儲器連接所述無線收發(fā)器；所述微控制器分別連接所述RTC時間控制器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲器、無線收發(fā)器；所述電流傳感放大器電路、電池電壓檢測器電路、溫度傳感放大器電路將測量得到的溫度、電流、電壓信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器在微控制器的控制下對這些測量信號進行模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)束信號給微控制器，微控制器發(fā)送寫信號給數(shù)據(jù)存儲器將轉(zhuǎn)換的測量數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)存儲器存儲完成后發(fā)信號給微控制器，微控制器收到信號后控制內(nèi)部電路對下一個測量信號進行轉(zhuǎn)換存儲工作，所述數(shù)據(jù)存儲器存儲經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)和充放電程度及充放電時間數(shù)據(jù)以及經(jīng)微控制器計算得到的電量數(shù)據(jù)，并傳送給無線收發(fā)器。
[0009]3.所述溫度傳感放大器電路通過溫度傳感器的配合對電池溫度進行測量，所述電流傳感放大器電路通過磁電流傳感器的配合采用非接觸方式對電池工作電流進行測量，所述電池電壓檢測器電路連接單體電池的正負(fù)極兩端，對單體電池的電壓進行測量。
[0010]4.所述無線收發(fā)器為RF無線收發(fā)器，具有PCB隱形天線。
[0011]5.所述微控制單元包括非易失數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲標(biāo)識所述電池健康狀況檢測模塊的數(shù)字地址信息ID。
[0012]6.一種帶有電池健康狀況檢測模塊的電池，其特征在于，還包括溫度傳感器、電流傳感器，所述溫度傳感器貼裝在單體電池的外表面上，所述電流傳感器固定在單體電池的一個端子引出線上，通過非接觸的方式測量電池的工作電流，所述溫度傳感器連接所述檢測模塊的溫度傳感放大器電路，所述電流傳感器連接所述檢測模塊的電流傳感放大器電路；所述檢測模塊的電池電壓檢測器電路并聯(lián)在單體電池的兩端子引出線上。
[0013]7.所述電池健康狀況檢測模塊和溫度傳感器、電流傳感器與單體電池封裝為一體，單體電池封裝體上具有正負(fù)極兩個端子，用于多個單體電池之間的連接。
[0014]8.一種電池健康狀況檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括將若干所述帶有電池健康狀況檢測模塊的單體電池串聯(lián)在一起組成的電池組以及外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)，所述電池組串聯(lián)連接負(fù)載和外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)，所述外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)包括無線收發(fā)器、外部數(shù)據(jù)接收控制模塊和控制開關(guān)，所述外部數(shù)據(jù)接收控制模塊通過無線收發(fā)器接收電池健康狀況檢測模塊發(fā)送的每個單體電池的電壓、電流、溫度的測量數(shù)據(jù)以及計算得到的電量數(shù)據(jù)、充放電程度及充放電時間數(shù)據(jù)，對接收到的信息進行記錄分析監(jiān)測，如果某個電池存在過充電、過放電、溫度超標(biāo)