專利名稱：電池組管理系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本系統(tǒng)屬于電池領(lǐng)域，特別涉及一種電池組管理系統(tǒng)及其工作方法，尤其是屬于鉛酸、鎳氫、鋰離子、鋰離子聚合物等類二次電池組成的電池組，旨在發(fā)揮電池潛能、延長電池組壽命的管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，電池組在使用之初各個(gè)單體間的性能差異較小，但在使用中，隨著使用循環(huán)充放電次數(shù)的增加，這些差異會(huì)逐次放大，最終導(dǎo)致電池組報(bào)廢，這既浪費(fèi)資源，又不利于環(huán)保。其原因是在充放電環(huán)節(jié)中，無論三段式充電，還是幾段式充電，都是對(duì)電池組整體進(jìn)行串連充電，無法滿足電池單體充電的技術(shù)要求，更無法解決每只電池不平衡的個(gè)體問題；在放電環(huán)節(jié)中，會(huì)出現(xiàn)類似于充電環(huán)節(jié)的情況，因?yàn)槎际菍?duì)電池組整體進(jìn)行串連放電控制，無法滿足電池單體的放電技術(shù)要求，最終導(dǎo)致了電池組嚴(yán)重不平衡，造成了電池組壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電池單體壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電池組管理系統(tǒng)及其工作方法，它可以解決由多個(gè)相同電池組成的電池組在充、放電環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的各單體電池不平衡進(jìn)而導(dǎo)致電池組循環(huán)壽命縮短的普遍問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種電池組管理系統(tǒng)，包括電動(dòng)執(zhí)行裝置以及外部充電設(shè)備和外部放電設(shè)備，其特征在于它是由數(shù)據(jù)處理單元、充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元、放電控制執(zhí)行單元、電池狀態(tài)采樣單元、系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元、充電狀態(tài)指示單元所構(gòu)成；所說的數(shù)據(jù)處理單元的輸入端分別連接電池狀態(tài)采樣單元的輸出端和系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元的輸出端，其輸出端分別連接充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元的輸入端、放電控制執(zhí)行單元的輸入端、電池狀態(tài)采樣單元的輸入端及充電狀態(tài)指示單元的輸入端；所說的充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元通過引線連接由單體電池組成的電池組中各電池單體的正負(fù)極，其輸入端連接外部充電設(shè)備的輸出端；所說的放電控制執(zhí)行單元通過引線連接電池組，其輸出端連接電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸入端；所說的電池狀態(tài)取樣單元的輸入端通過引線連接電池組中各電池單體的正負(fù)極；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元的輸入端連接外部充電設(shè)備的輸出端和外部放電設(shè)備的輸出端；所說的電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸出端連接外部放電設(shè)備的輸入端；其中充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元包括不少于一組的調(diào)整限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻和調(diào)整管；所說的放電控制執(zhí)行單元包括調(diào)整限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻和調(diào)整管；所說的電池狀態(tài)采樣單元包括不少于一組的采樣電阻；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元包括充電識(shí)別電阻、放電識(shí)別電阻、供電限流電阻、隔離二極管和穩(wěn)壓管；所說的充電狀態(tài)指示單元包括不少于一組的顯示限流電阻和發(fā)光二極管。
上述所說的電池組是由n個(gè)電池單體組成，n的取值范圍為3-250，其連接各電池單體正負(fù)極的引線應(yīng)當(dāng)是(n+1)條。
上述所說的數(shù)據(jù)處理單元可以是管理由5≤n≤250個(gè)電池單體組成的電池組的包括兩個(gè)以上CPU的數(shù)據(jù)處理單元，也可以是管理由3≤n≤4個(gè)電池單體組成的電池組的包括單個(gè)低端CPU的數(shù)據(jù)處理單元。
上述所說的包括兩個(gè)以上CPU的數(shù)據(jù)處理單元是由高端CPU、低端CPU、數(shù)據(jù)傳輸隔離器件、譯碼器和多路模擬開關(guān)所構(gòu)成；所說的高端CPU輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸入端、譯碼器的輸入端和多路模擬開關(guān)的輸入端，其輸入端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端和多路模擬開關(guān)的輸出端；所說的低端CPU的輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸入端，其輸入端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端；所說的數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端連接多路模擬開關(guān)的輸入端，其輸入端連接多路模擬開關(guān)的輸出端；所說的譯碼器的輸出端連接多路模擬開關(guān)的輸入端。
一種電池組管理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(1)外部充電設(shè)備或放電設(shè)備連入系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)電路后，本系統(tǒng)開始工作，判斷是否充電，“是”則轉(zhuǎn)(2)，“否”則轉(zhuǎn)(8)；(2)充電開始；(3)判斷是否是新電池，“是”則轉(zhuǎn)(4)，“否”則轉(zhuǎn)(6)；(4)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(5)對(duì)各電池單體電壓進(jìn)行比較，判斷電壓最大的一路電壓值是否大于電池組最高充電電壓的平均值Vmax/n，“是”則對(duì)該支路進(jìn)行快速調(diào)整，“否”則對(duì)該路進(jìn)行小比例調(diào)整，調(diào)整完畢轉(zhuǎn)(4)；(6)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(7)對(duì)各路電壓進(jìn)行比較，判斷電壓最大的一路電壓值是否大于電池組最高充電電壓的平均值Vmax/n，“是”則對(duì)該支路進(jìn)行快速調(diào)整，“否”則對(duì)該路進(jìn)行大比例調(diào)整，調(diào)整完畢轉(zhuǎn)(6)；(8)放電開始；(9)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(10)判斷各電池單體電壓值是否小于電池組放電終止電壓的平均值Vmin/n，“是”則轉(zhuǎn)(11)，“否”則轉(zhuǎn)(9)；(11)控制輸出；
(12)判斷各電池單體電壓值是否大于電池組恢復(fù)電壓的平均值Vmid/n，“是”則轉(zhuǎn)(13)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(13)取消輸出，轉(zhuǎn)(9)。
上述所說的采集各電池單體數(shù)據(jù)，當(dāng)3≤n≤4時(shí)，由低端CPU直接采集各電池單體的電壓并進(jìn)行控制；當(dāng)5≤n≤250時(shí)，先由高端CPU通過譯碼器、多路模擬開關(guān)等器件進(jìn)行編解碼、片選等工作完成對(duì)n個(gè)電池單體的采樣和控制。
上述所說的充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元包括不少于一組的調(diào)整限流電阻R21、驅(qū)動(dòng)電阻R22和調(diào)整管MOSFET2，其中的調(diào)整管MOSFET2的漏極通過R21連接各電池單體的正極，其柵極通過R22連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，其源極連接各電池單體的負(fù)極。
上述所說的放電控制執(zhí)行單元包括調(diào)整限流電阻R62、驅(qū)動(dòng)電阻R61和調(diào)整管MOSFET6，其中MOSFET6的漏極連接電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸入端，其柵極通過R61連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，其源極接地。
上述所說的電池狀態(tài)采樣單元包括不少于一組的采樣電阻R31、R32，其中每組的R31、R32的兩端分別連接各電池單體的正負(fù)極，其分壓點(diǎn)連接數(shù)據(jù)處理單元的A/D轉(zhuǎn)換口。
上述所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元包括充電識(shí)別電阻R53、R55，放電識(shí)別電阻R52、R54，供電限流電阻R51，隔離二極管D1、D2，和穩(wěn)壓管DW1，其中R52、R54和R53、R55構(gòu)成分壓電路連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，R51、D1、D2和DW1構(gòu)成系統(tǒng)供電電路連接數(shù)據(jù)處理單元的電源端。
上述所說的充電狀態(tài)指示單元包括不少于一組的顯示限流電阻R4和發(fā)光二極管LED，其中LED的正極端通過R4連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，LED的負(fù)極端接地。
上述所說的低端CPU可以采用ATMEL公司的51、AVR系列產(chǎn)品和MICROCHIP的PIC系列產(chǎn)品；所說的高端CPU可以采用ARM、486系列產(chǎn)品；所說的數(shù)據(jù)傳輸隔離器件可以選用光電耦合器、紅外傳感器和數(shù)字變壓器。
本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于可以實(shí)時(shí)對(duì)電池組中各電池單體電壓進(jìn)行取樣，并對(duì)各電池單體進(jìn)行有效的變流調(diào)整，保持充、放電時(shí)電池組的各電池單體平衡，達(dá)到延長電池組使用壽命的目的，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明所涉電池組管理系統(tǒng)及其工作方法中的電池組管理系統(tǒng)原理框圖；圖2為本發(fā)明所涉電池組管理系統(tǒng)及其工作方法中的由n個(gè)電池單體組成的電池組的電池組管理系統(tǒng)的原理框圖；圖3為本發(fā)明所涉電池組管理系統(tǒng)及其工作方法中的由4個(gè)電池單體組成的電池組的電池組管理系統(tǒng)的原理框圖；圖4為圖2所涉電路結(jié)構(gòu)圖；圖5為圖3所涉電路結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明所涉電池組管理系統(tǒng)工作方法的程序流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種電池組管理系統(tǒng)(見圖1)，包括電動(dòng)執(zhí)行裝置以及外部充電設(shè)備和外部放電設(shè)備，其特征在于它是由數(shù)據(jù)處理單元、充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元、放電控制執(zhí)行單元、電池狀態(tài)采樣單元、系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元、充電狀態(tài)指示單元所構(gòu)成；所說的數(shù)據(jù)處理單元的輸入端分別連接電池狀態(tài)采樣單元的輸出端和系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元的輸出端，其輸出端分別連接充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元的輸入端、放電控制執(zhí)行單元的輸入端、電池狀態(tài)采樣單元的輸入端及充電狀態(tài)指示單元的輸入端；所說的充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元通過引線連接由單體電池組成的電池組中各電池單體的正負(fù)極，其輸入端連接外部充電設(shè)備的輸出端；所說的放電控制執(zhí)行單元通過引線連接電池組，其輸出端連接電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸入端；所說的電池狀態(tài)取樣單元的輸入端通過引線連接電池組中各電池單體的正負(fù)極；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元的輸入端連接外部充電設(shè)備的輸出端和外部放電設(shè)備的輸出端；所說的電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸出端連接外部放電設(shè)備的輸入端；其中充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元包括不少于一組的調(diào)整限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻和調(diào)整管；所說的放電控制執(zhí)行單元包括調(diào)整限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻和調(diào)整管；所說的電池狀態(tài)采樣單元包括不少于一組的采樣電阻；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元包括充電識(shí)別電阻、放電識(shí)別電阻、供電限流電阻、隔離二極管和穩(wěn)壓管；所說的充電狀態(tài)指示單元包括不少于一組的顯示限流電阻和發(fā)光二極管。
上述所說的電池組是由4個(gè)電池單體組成，其連接各電池單體正負(fù)極的引線應(yīng)當(dāng)是5條。(見圖5)上述所說的數(shù)據(jù)處理單元(見圖3、圖5)是管理由4個(gè)電池單體組成的電池組的包括單個(gè)低端CPU如ATMEL公司的51系列CPU的數(shù)據(jù)處理單元。
一種電池組管理系統(tǒng)的工作方法(見圖6)，其特征在于它包括以下步驟
(1)外部充電設(shè)備或放電設(shè)備連入系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)電路后，本系統(tǒng)開始工作，判斷是否充電，“是”則轉(zhuǎn)(2)，“否”則轉(zhuǎn)(8)；(2)充電開始；(3)判斷是否是新電池，“是”則轉(zhuǎn)(4)，“否”則轉(zhuǎn)(6)；(4)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(5)對(duì)各電池單體電壓進(jìn)行比較，判斷電壓最大的一路電壓值是否大于電池組最高充電電壓的平均值Vmax/n，“是”則對(duì)該支路進(jìn)行快速調(diào)整，“否”則對(duì)該路進(jìn)行小比例調(diào)整，調(diào)整完畢轉(zhuǎn)(4)；(6)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(7)對(duì)各路電壓進(jìn)行比較，判斷電壓最大的一路電壓值是否大于電池組最高充電電壓的平均值Vmax/n，“是”則對(duì)該支路進(jìn)行快速調(diào)整，“否”則對(duì)該路進(jìn)行大比例調(diào)整，調(diào)整完畢轉(zhuǎn)(6)；(8)放電開始；(9)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(10)判斷各電池單體電壓值是否小于電池組放電終止電壓的平均值Vmin/n，“是”則轉(zhuǎn)(11)，“否”則轉(zhuǎn)(9)；(11)控制輸出；(12)判斷各電池單體電壓值是否大于電池組恢復(fù)電壓的平均值Vmid/n，“是”則轉(zhuǎn)(13)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(13)取消輸出，轉(zhuǎn)(9)。
上述所說的采集各電池單體數(shù)據(jù)(見圖6)，由低端CPU直接采集各電池單體的電壓并進(jìn)行控制。
上述所說的充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元(見圖5)包括不少于一組的調(diào)整限流電阻R21、驅(qū)動(dòng)電阻R22和調(diào)整管MOSFET2，其中的調(diào)整管MOSFET2的漏極通過R21連接各電池單體的正極，其柵極通過R22連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，其源極連接各電池單體的負(fù)極。
上述所說的放電控制執(zhí)行單元(見圖5)包括調(diào)整限流電阻R62、驅(qū)動(dòng)電阻R61和調(diào)整管MOSFET6，其中MOSFET6的漏極連接電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸入端，其柵極通過R61連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，其源極接地。
上述所說的電池狀態(tài)采樣單元(見圖5)包括不少于一組的采樣電阻R31、R32，其中每組的R31、R32的兩端分別連接各電池單體的正負(fù)極，其分壓點(diǎn)連接數(shù)據(jù)處理單元的A/D轉(zhuǎn)換口。
上述所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元(見圖5)包括充電識(shí)別電阻R53、R55，放電識(shí)別電阻R52、R54，供電限流電阻R51，隔離二極管D1、D2，和穩(wěn)壓管DW1，其中R52、R54和R53、R55構(gòu)成分壓電路連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，R51、D1、D2和DW1構(gòu)成系統(tǒng)供電電路連接數(shù)據(jù)處理單元的電源端。
上述所說的充電狀態(tài)指示單元(見圖5)包括不少于一組的顯示限流電阻R4和發(fā)光二極管LED，其中LED的正極端通過R4連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，LED的負(fù)極端接地。
實(shí)施例2一種電池組管理系統(tǒng)(見圖1)，包括電動(dòng)執(zhí)行裝置以及外部充電設(shè)備和外部放電設(shè)備，其特征在于它是由數(shù)據(jù)處理單元、充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元、放電控制執(zhí)行單元、電池狀態(tài)采樣單元、系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元、充電狀態(tài)指示單元所構(gòu)成；所說的數(shù)據(jù)處理單元的輸入端分別連接電池狀態(tài)采樣單元的輸出端和系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元的輸出端，其輸出端分別連接充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元的輸入端、放電控制執(zhí)行單元的輸入端、電池狀態(tài)采樣單元的輸入端及充電狀態(tài)指示單元的輸入端；所說的充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元通過引線連接由單體電池組成的電池組中各電池單體的正負(fù)極，其輸入端連接外部充電設(shè)備的輸出端；所說的放電控制執(zhí)行單元通過引線連接電池組，其輸出端連接電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸入端；所說的電池狀態(tài)取樣單元的輸入端通過引線連接電池組中各電池單體的正負(fù)極；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元的輸入端連接外部充電設(shè)備的輸出端和外部放電設(shè)備的輸出端；所說的電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸出端連接外部放電設(shè)備的輸入端；其中充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元包括不少于一組的調(diào)整限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻和調(diào)整管；所說的放電控制執(zhí)行單元包括調(diào)整限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻和調(diào)整管；所說的電池狀態(tài)采樣單元包括不少于一組的采樣電阻；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元包括充電識(shí)別電阻、放電識(shí)別電阻、供電限流電阻、隔離二極管和穩(wěn)壓管；所說的充電狀態(tài)指示單元包括不少于一組的顯示限流電阻和發(fā)光二極管。
上述所說的電池組是由18個(gè)電池單體組成，其連接各電池單體正負(fù)極的引線應(yīng)當(dāng)是19條。(見圖4)上述所說的數(shù)據(jù)處理單元(見圖2、圖4)可以是管理由18個(gè)電池單體組成的電池組的包括兩個(gè)以上CPU的數(shù)據(jù)處理單元。
上述所說的包括兩個(gè)以上CPU的數(shù)據(jù)處理單元(見圖2、圖4)是由高端CPU如ARM、低端CPU如51系列CPU、數(shù)據(jù)傳輸隔離器件如光電耦合器、譯碼器如74LS138和多路模擬開關(guān)如CD4067所構(gòu)成；所說的高端CPU輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸入端、譯碼器的輸入端和多路模擬開關(guān)的輸入端，其輸入端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端和多路模擬開關(guān)的輸出端；所說的低端CPU的輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸入端，其輸入端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端；所說的數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端連接多路模擬開關(guān)的輸入端，其輸入端連接多路模擬開關(guān)的輸出端；所說的譯碼器的輸出端連接多路模擬開關(guān)的輸入端。
一種電池組管理系統(tǒng)的工作方法(見圖6)，其特征在于它包括以下步驟(1)外部充電設(shè)備或放電設(shè)備連入系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)電路后，本系統(tǒng)開始工作，判斷是否充電，“是”則轉(zhuǎn)(2)，“否”則轉(zhuǎn)(8)；(2)充電開始；(3)判斷是否是新電池，“是”則轉(zhuǎn)(4)，“否”則轉(zhuǎn)(6)；(4)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(5)對(duì)各電池單體電壓進(jìn)行比較，判斷電壓最大的一路電壓值是否大于電池組最高充電電壓的平均值Vmax/n，“是”則對(duì)該支路進(jìn)行快速調(diào)整，“否”則對(duì)該路進(jìn)行小比例調(diào)整，調(diào)整完畢轉(zhuǎn)(4)；(6)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(7)對(duì)各路電壓進(jìn)行比較，判斷電壓最大的一路電壓值是否大于電池組最高充電電壓的平均值Vmax/n，“是”則對(duì)該支路進(jìn)行快速調(diào)整，“否”則對(duì)該路進(jìn)行大比例調(diào)整，調(diào)整完畢轉(zhuǎn)(6)；(8)放電開始；(9)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(10)判斷各電池單體電壓值是否小于電池組放電終止電壓的平均值Vmin/n，“是”則轉(zhuǎn)(11)，“否”則轉(zhuǎn)(9)；(11)控制輸出；(12)判斷各電池單體電壓值是否大于電池組恢復(fù)電壓的平均值Vmid/n，“是”則轉(zhuǎn)(13)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(13)取消輸出，轉(zhuǎn)(9)。
上述所說的采集各電池單體數(shù)據(jù)(見圖6)，先由高端CPU通過譯碼器、多路模擬開關(guān)等器件進(jìn)行編解碼、片選等工作完成對(duì)18個(gè)電池單體的采樣和控制。
上述所說的充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元(見圖4)包括不少于一組的調(diào)整限流電阻R21、驅(qū)動(dòng)電阻R22和調(diào)整管MOSFET2，其中的調(diào)整管MOSFET2的漏極通過R21連接各電池單體的正極，其柵極通過R22連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，其源極連接各電池單體的負(fù)極。
上述所說的放電控制執(zhí)行單元(見圖4)包括調(diào)整限流電阻R62、驅(qū)動(dòng)電阻R61和調(diào)整管MOSFET6，其中MOSFET6的漏極連接電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸入端，其柵極通過R61連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，其源極接地。
上述所說的電池狀態(tài)采樣單元(見圖4)包括不少于一組的采樣電阻R31、R32，其中每組的R31、R32的兩端分別連接各電池單體的正負(fù)極，其分壓點(diǎn)連接數(shù)據(jù)處理單元的A/D轉(zhuǎn)換口。
上述所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元(見圖4)包括充電識(shí)別電阻R53、R55，放電識(shí)別電阻R52、R54，供電限流電阻R51，隔離二極管D1、D2，和穩(wěn)壓管DW1，其中R52、R54和R53、R55構(gòu)成分壓電路連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，R51、D1、D2和DW1構(gòu)成系統(tǒng)供電電路連接數(shù)據(jù)處理單元的電源端。
上述所說的充電狀態(tài)指示單元(見圖4)包括不少于一組的顯示限流電阻R4和發(fā)光二極管LED，其中LED的正極端通過R4連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，LED的負(fù)極端接地。
上述所說的低端CPU(見圖1-5)可以采用ATMEL公司的51、AVR系列產(chǎn)品和MICROCHIP的PIC系列產(chǎn)品；所說的高端CPU(見圖1、圖2、圖4)可以選用如ARM、486系列產(chǎn)品；所說的數(shù)據(jù)傳輸隔離器件(見圖1、圖2、圖4)可以選用光電耦合器、紅外傳感器和數(shù)字變壓器。
權(quán)利要求
1.一種電池組管理系統(tǒng)，包括電動(dòng)執(zhí)行裝置以及外部充電設(shè)備和外部放電設(shè)備，其特征在于它是由數(shù)據(jù)處理單元、充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元、放電控制執(zhí)行單元、電池狀態(tài)采樣單元、系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元、充電狀態(tài)指示單元所構(gòu)成；所說的數(shù)據(jù)處理單元的輸入端分別連接電池狀態(tài)采樣單元的輸出端和系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元的輸出端，其輸出端分別連接充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元的輸入端、放電控制執(zhí)行單元的輸入端、電池狀態(tài)采樣單元的輸入端及充電狀態(tài)指示單元的輸入端；所說的充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元通過引線連接由單體電池組成的電池組中各電池單體的正負(fù)極，其輸入端連接外部充電設(shè)備的輸出端；所說的放電控制執(zhí)行單元通過引線連接電池組，其輸出端連接電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸入端；所說的電池狀態(tài)取樣單元的輸入端通過引線連接電池組中各電池單體的正負(fù)極；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元的輸入端連接外部充電設(shè)備的輸出端和外部放電設(shè)備的輸出端；所說的電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸出端連接外部放電設(shè)備的輸入端；其中充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元包括不少于一組的調(diào)整限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻和調(diào)整管；所說的放電控制執(zhí)行單元包括調(diào)整限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻和調(diào)整管；所說的電池狀態(tài)采樣單元包括不少于一組的采樣電阻；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元包括充電識(shí)別電阻、放電識(shí)別電阻、供電限流電阻、隔離二極管和穩(wěn)壓管；所說的充電狀態(tài)指示單元包括不少于一組的顯示限流電阻和發(fā)光二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種電池組管理系統(tǒng)，其特征在于所說的電池組是由n個(gè)電池單體組成，n的取值范圍為3-250，其連接各電池單體正負(fù)極的引線應(yīng)當(dāng)是(n+1)條。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種電池組管理系統(tǒng)，其特征在于所說的數(shù)據(jù)處理單元可以是管理由5≤n≤250個(gè)電池單體組成的電池組的包括兩個(gè)以上CPU的數(shù)據(jù)處理單元，也可以是管理由3≤n≤4個(gè)電池單體組成的電池組的包括單個(gè)低端CPU的數(shù)據(jù)處理單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所說的一種電池組管理系統(tǒng)，其特征在于所說的包括兩個(gè)以上CPU的數(shù)據(jù)處理單元是由高端CPU、低端CPU、數(shù)據(jù)傳輸隔離器件、譯碼器和多路模擬開關(guān)所構(gòu)成；所說的高端CPU輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸入端、譯碼器的輸入端和多路模擬開關(guān)的輸入端，其輸入端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端和多路模擬開關(guān)的輸出端；所說的低端CPU的輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸入端，其輸入端連接數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端；所說的數(shù)據(jù)傳輸隔離器件的輸出端連接多路模擬開關(guān)的輸入端，其輸入端連接多路模擬開關(guān)的輸出端；所說的譯碼器的輸出端連接多路模擬開關(guān)的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種電池組管理系統(tǒng)，其特征在于所說的充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元包括不少于一組的調(diào)整限流電阻R21、驅(qū)動(dòng)電阻R22和調(diào)整管MOSFET2，其中的調(diào)整管MOSFET2的漏極通過R21連接各電池單體的正極，其柵極通過R22連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，其源極連接各電池單體的負(fù)極；所說的放電控制執(zhí)行單元包括調(diào)整限流電阻R62、驅(qū)動(dòng)電阻R61和調(diào)整管MOSFET6，其中MOSFET6的漏極連接電動(dòng)執(zhí)行裝置的輸入端，其柵極通過R61連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，其源極接地；所說的電池狀態(tài)采樣單元包括不少于一組的采樣電阻R31、R32，其中每組的R31、R32的兩端分別連接各電池單體的正負(fù)極，其分壓點(diǎn)連接數(shù)據(jù)處理單元的A/D轉(zhuǎn)換口；所說的系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元包括充電識(shí)別電阻R53、R55，放電識(shí)別電阻R52、R54，供電限流電阻R51，隔離二極管D1、D2，和穩(wěn)壓管DW1，其中R52、R54和R53、R55構(gòu)成分壓電路連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，R51、D1、D2和DW1構(gòu)成系統(tǒng)供電電路連接數(shù)據(jù)處理單元的電源端；所說的充電狀態(tài)指示單元包括不少于一組的顯示限流電阻R4和發(fā)光二極管LED，其中LED的正極端通過R4連接數(shù)據(jù)處理單元的通用I/O口，LED的負(fù)極端接地。
6.一種電池組管理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(1)外部充電設(shè)備或放電設(shè)備連入系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)電路后，本系統(tǒng)開始工作，判斷是否充電，“是”則轉(zhuǎn)(2)，“否”則轉(zhuǎn)(8)；(2)充電開始；(3)判斷是否是新電池，“是”則轉(zhuǎn)(4)，“否”則轉(zhuǎn)(6)；(4)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(5)對(duì)各電池單體電壓進(jìn)行比較，判斷電壓最大的一路電壓值是否大于電池組最高充電電壓的平均值Vmax/n，“是”則對(duì)該支路進(jìn)行快速調(diào)整，“否”則對(duì)該路進(jìn)行小比例調(diào)整，調(diào)整完畢轉(zhuǎn)(4)；(6)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(7)對(duì)各路電壓進(jìn)行比較，判斷電壓最大的一路電壓值是否大于電池組最高充電電壓的平均值Vmax/n，“是”則對(duì)該支路進(jìn)行快速調(diào)整，“否”則對(duì)該路進(jìn)行大比例調(diào)整，調(diào)整完畢轉(zhuǎn)(6)；(8)放電開始；(9)采集各電池單體數(shù)據(jù)；(10)判斷各電池單體電壓值是否小于電池組放電終止電壓的平均值Vmin/n，“是”則轉(zhuǎn)(11)，“否”則轉(zhuǎn)(9)；(11)控制輸出；(12)判斷各電池單體電壓值是否大于電池組恢復(fù)電壓的平均值Vmid/n，“是”則轉(zhuǎn)(13)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(13)取消輸出，轉(zhuǎn)(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所說的一種電池組管理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所說的步驟(4)、(6)、(9)采集各電池單體數(shù)據(jù)為當(dāng)3≤n≤4時(shí)，由低端CPU直接采集各電池單體的電壓并進(jìn)行控制；當(dāng)5≤n≤250時(shí)，先由高端CPU通過譯碼器、多路模擬開關(guān)等器件進(jìn)行編解碼、片選等工作完成對(duì)n個(gè)電池單體的采樣和控制。
全文摘要
一種電池組管理系統(tǒng)，包括電動(dòng)執(zhí)行裝置以及外部充電設(shè)備和外部放電設(shè)備，其特征在于它是由數(shù)據(jù)處理單元、充電平衡調(diào)整執(zhí)行單元、放電控制執(zhí)行單元、電池狀態(tài)采樣單元、系統(tǒng)供電識(shí)別基準(zhǔn)單元、充電狀態(tài)指示單元所構(gòu)成。系統(tǒng)的工作方法為通過CPU對(duì)電池組中各電池單體電壓進(jìn)行分析，從而控制各電池單體平衡。本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于可以實(shí)時(shí)對(duì)電池組中的各電池單體電壓進(jìn)行取樣，并對(duì)各電池單體進(jìn)行有效的變流調(diào)整，保持充放電時(shí)電池組的各電池單體平衡，達(dá)到延長電池組使用壽命的目的，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01M10/44GK101039034SQ20061001329
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者陳明鑫 申請(qǐng)人:天津市民福熱收縮材料廠, 陳明鑫