CN103117576B - 一种蓄电池电压平衡装置 - Google Patents
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Abstract
一种蓄电池电压平衡装置，属电力系统直流电源用蓄电池组充、放电智能控制装置。蓄电池充电控制电路与单片机连接，蓄电池管理芯片通过SPI总线与单片机连接；蓄电池电压采集电路：相互串联的多个蓄电池组成蓄电池组，蓄电池组中的每个蓄电池的正极分别与蓄电池管理芯片连接；蓄电池放电控制电路：每个蓄电池的正极与一个P型MOSFET的源极S连接，该蓄电池的负极串接一个放电电阻后接于该P型MOSFET的漏极D，该P型MOSFET的栅极G与蓄电池管理芯片连接。放电时，仅对过充电池进行放电，充电时，仅对容量低的电池进行充电。本发明具有体积小、噪音小、可靠性高、控制实时的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池组充电装置，特别是应用铅酸电池，锂电池，镍镉电池等串联电池组的电压检测及电压均衡充、放电智能装置。
背景技术
在电力操作电源、通讯电源、ＵＰＳ电源等系统中都使用到了蓄电池组，且蓄电池组要求一定是在线的，正常运行时要处于浮充电状态，但由于电池本身特性并不一致，比如自放电速度不一样，长期浮充电时就会造成本组电池中，有的电池容量多，有的电池容量少，而蓄电池组的容量等于本组的最小容电池的容量；等到事故放电时电池组就不能放出标称的容量。由于浮充电压的存在，电池组所有电池一直都处于充电状态，理想情况下，即所有电池特性一样时，充电电流正好等于电池自放电电流，从而使整组电池一只保持在满容量状态；但是所有单个电池的特性并不完成一致，在相同的浮充电流下，自放电小的电池一直处于过充状态，自放电大的电池一直处于欠充状态。长期下去过充的电池就会电解水，使电解液减少；欠充的电池就会酸化，并出现结晶体；永久性的损坏电池。
虽然定期对电池组进行均衡充电操作，可以缓解这种情况，但是这时有的电池已是处于欠充电状态了，要把整组电池充满，过充电的电池要充入更多的电量，这样欠充电的电池才能充满，这样对过充的电池也是有损害的。这就要求实时的对过充电的电池进行放电操作，对欠充电的电池进行补充电操作，随时保持电池组每只电池时刻处于满电状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时监测蓄电池电压，自动对单只过充蓄电池进行放电，对单只欠充蓄电池进行补充电的蓄电池电压平衡装置。
本发明的目的是这样实现的：一种蓄电池电压平衡装置，包括单片机，与单片机连接的蓄电池充电控制电路，还具有，
蓄电池管理芯片：通过SPI总线与所述单片机连接；
蓄电池电压采集电路：相互串联的多个蓄电池组成蓄电池组，蓄电池组中的每个蓄电池的正极分别与蓄电池管理芯片连接；
蓄电池放电控制电路：每个蓄电池的正极与一个P型MOSFET的源极S连接，该蓄电池的负极串接一个放电电阻后接于该P型MOSFET的漏极D，该P型MOSFET的栅极G与蓄电池管理芯片连接。
所述单片机型号为STM32F100，蓄电池的型号为LTC6802；单片机STM32F100引脚PB12~PB15分别连接到蓄电池管理芯片LTC6802；所述蓄电池组由12个蓄电池B1~B12串联组成，蓄电池B1~B12的正极分别连接到蓄电池管理芯片LTC6802的引脚C12~C1；蓄电池管理芯片LTC6802的引脚S1~S12分别连接对应P型MOSFET的栅极G。
所述蓄电池充电控制电路为：单片机STM32F100的引脚PB8与三极管2N4403的基极连接，三极管2N4403的发射极接于整流器AC/DC的+5V输出端，单片机STM32F100的引脚PA9~PA12分别与译码芯片CD4028输入端连接，译码芯片CD4028的12个输出端分别串接一个继电器的线圈后均接于三极管2N4403的集电极，分别与继电器K1~K12一一对应的蓄电池B1~B12中，上一极蓄电池B1的正、负极分别接于继电器K1的一对常开触点，继电器K1的两个公共端分别接于整流器AC/DC的2.35V的正、负输出端，继电器K1的一对常闭触点分别接于下一级蓄电池B2对应的继电器K2的两个公共端。
还具有主机和液晶显示器，该液晶显示器与主机连接；所述单片机经通讯端口与该主机连接。
本发明的有益效果是：
1、本装置可以对每只蓄电池进行实时放电、充电，并对放电电流时行了限制，系统异常时能断开放电回路，避免由于操作或装置异常时对电池过放电；对充电电压、电流进行了限制，电压最高不超过单只电池的浮充电压或安全充电电压，装置异常时并能可靠断开充电回路，避免由于操作或装置异常时对电池过充电。
2、通过监测蓄电池的电压，温度实时对蓄电池组进行均衡，使电池组的电池时刻处于满充状态，可以有效延长电池定期均充的时间，最大限度的提高电池组的寿命。
蓄电池组充电时，对过充电池进行放电保护电池，蓄电池组放电时，只对容量低的电池进行充电，不对容量过多的电池放电，使整组蓄电池放出容量提高。
3、本发明实施例提供一种电池组单节电池电压监测的自动装置，由于采用了专业的串联电池电压采集芯片，避免了传统的采用电阻分压法采集误差大的问题，以及传统的继电器切换法采集速度慢、可靠性低、设置体积大、噪音大等问题。从而保证了电压采集的精度，长期工作的可靠性，本装置具有体积小，噪音小，采集迅速，控制实时的特点。
本装置提供了一种对每只电池单放电的控制回路，本放电回路由集成芯片控制，动作迅速，控制可靠，装置异常时可以可靠断开，本控制可由集成ＩＣ独立控制，也可由微控制器控制，或两者结合控制。集成控制ＩＣ与微制器通异常时自动停止放电，从而保证了放电的可靠性。
本装置提供了一种稳压限流电源，电压稳定在电池的浮充电压或安全充电电压，电流限制在一定范围内，不会对电池造成过充，不会出现大电流对电池造成冲击。并可由微控制器控制电源的开关。本电源与主电源及其它制制电源隔离，不会引起其它电路的串扰，不会对测量回路引入共模干扰。
本装置提供了一种充电切换回路，本切换回路实现了电气闭锁，每次只能切换一条回路，不会造成两只电池的短接现象，切换回路的控制由硬件译码控制，即每次只能控一路有输出，本切换回路驱动电源可由微控制器控制，充电回路切换时，稳压电源处于关闭状态，即实现了无电流切换，这样继电器动作时就不会产生火花，提高了继电器的寿命。
本装置提供了一种电池均衡的方式，即同时对过充电池放电，对落后电池补充电，快速的使整组电池达到平衡状态。
本装置提供一种组合应用方式，当一组电池节数多于一个均衡监测模块所能监测的节时，或对本装置有更多的要求时，可以由主机，配合多个本装置共同工作，以实现更优的控制，此时所有控制可由主机完成，统一规划电池的均衡操作，比如：电池组充电时，对过充电池放电，电池组放电时对落后电池补充电。
附图说明
图1是本装置电原理框图。
图2是图1所示蓄电池充电控制电路图。
图3是图1所示蓄电池电压采样电路图。
图4是图1所示蓄电池放电控制电路图。
具体实施方式
图1示出一种蓄电池电压平衡装置，包括蓄电池充电控制电路与单片机连接；
蓄电池管理芯片通过SPI总线与所述单片机连接；
蓄电池电压采集电路：相互串联的多个蓄电池组成蓄电池组，蓄电池组中的每个蓄电池的正极分别与蓄电池管理芯片连接；
蓄电池放电控制电路：每个蓄电池的正极与一个P型MOSFET的源极S连接，该蓄电池的负极串接一个放电电阻后接于该P型MOSFET的漏极D，该P型MOSFET的栅极G与蓄电池管理芯片连接（参见图3、图4）。图3中，蓄电池B12负极接于LTC6802的引脚GND。单片机型号为STM32F100，蓄电池的型号为LTC6802；单片机STM32F100引脚PB12~PB15分别连接到蓄电池管理芯片LTC6802；所述蓄电池组由12个蓄电池B1~B12串联组成，蓄电池B1~B12的正极分别连接到蓄电池管理芯片LTC6802的引脚C12~C1；蓄电池管理芯片LTC6802的引脚S1~S12分别连接对应P型MOSFET的栅极G（参见图3）。参见图2，蓄电池充电控制电路为：单片机STM32F100的引脚PB8与三极管2N4403的基极连接，三极管2N4403的发射极接于整流器AC/DC的+5V输出端，单片机STM32F100的引脚PA9~PA12分别与译码芯片CD4028输入端连接，译码芯片CD4028的12个输出端分别串接一个继电器的线圈后均接于三极管2N4403的集电极，分别与继电器K1~K12一一对应的蓄电池B1~B12中，上一极蓄电池B1的正、负极分别接于继电器K1的一对常开触点，继电器K1的两个公共端分别接于整流器AC/DC的2.35V的正、负输出端，继电器K1的一对常闭触点分别接于下一级蓄电池B2对应的继电器K2的两个公共端。继电器失电时，两个公共端分别与一对常闭触点连接，继电器得电时，两个公共端分别与一对常开触点连接。图2中，与B1对应的继电器K1有三对触点，左边一对（上、下各1个，下同）为常闭触点，中间一对为公共端点，右边一对为常开触点。
图2说明：AC/DC设置可直接由DC供电。充电电压2.35V提供了限流供电，充电电压2.35V正、负极分别连接到继电器K1的两个公共端。继电器K1的一对常闭触点分别连接到K2的两个公共端，以此依次连接。K1~K12的（一对）常开触点分别连接到蓄电池B1~B12正、负极之间。
继电器的线圈供电经过N极<2N4403>三极管供电。直接由单片机STM32F100单片机引脚PB8控制。单片机STM32F100引脚PA9~PA12经过译码芯片CD4028选通来控制输出。
图3说明：蓄电池管理芯片LTC6802通过SPI总线与STM32F100单片机连接。LTC6802内置12位ADC，可以独立执行电压采集，并且也有可控制引脚，专用于电池放电。充电部份专门设计。直接由STM32F100单片机控制充电。
图4说明：单片机STM32F100引脚PB12~PB15连接到电池管理芯片LTC6802（电池B1~B12串联：B1负接B2正，B2负接B3正，……）。电池B1~B12正极分别连接到电池管理芯片LTC6802的引脚C12~C1。
图4说明：单片机STM32F100引脚PB12~PB15连接到电池管理芯片LTC6802。电池管理芯片LTC6802的引脚S1~S12分别连接P型MOSFET的栅极G。源极S接电池B1的正极，漏极D连接放电电阻后连到蓄电池B1的负极（即B2正极）。
还具有主机和液晶显示器，该液晶显示器与主机连接；所述单片机经通讯端口与该主机连接。
蓄电池均衡系统工作流程：
1、蓄电池巡检均衡模块采集电压，上传到蓄电池均衡主机。
2、蓄电池整组电压电流模块采集电压电流，上传到蓄电池均衡主机。
3、蓄电池均衡主机通过采集到的整组电流，判断当前蓄电池工作状态放电还是充电状态。通过蓄电池单体电压计算蓄电池单体最高电压、最低电压、平均电压。然后广播下发整组蓄电池工作状态、蓄电池单体最高电压、最低电压、平均电压、控制均衡使能位到蓄电池巡检均衡模块。
4、蓄电巡检均衡模块获得主机下发均衡参数后，计算出需要充电或放电的电池进行充电或放。
5、重复执行以上步骤。
蓄电池管理芯片/LTC6802，LTC6802内程一个12位ADC模拟转换器，自动生成0~5V。测量精度为1.25mV。有12路可驱动JFET管GPIO引脚，引脚控制放电。LTC6802可以管理12节电池自动均衡电压。当LTC6802与CPU控制器通信不上时，所有CPIO引脚复位到IC初始化状态。以至保护电池不过度放电。
蓄电池巡检均衡模块电压采集：蓄电池接线端经过保险丝后直接连到蓄电池管理芯LTC6802，微控制器CPU通过SPI直读出LTC6802采集转换电池电压。采集由硬件完成。采样精度高，温度影响小。简化了复杂的硬件电路。LTC6802自动切换通道采集蓄电池电压，不需要外部微控制器进额外的操作。一次通信可以全部读出12路采集电压。
蓄电池巡检均衡模块充电：独立隔离的充电输出电压，输出电压为2.350V，最大输出充电电流为1000mA。
充电控制多重保护，继电器的供电控制、充电输出电压的前端控制和电池间充电互斥控制。
充电控制过程：
1、从均衡主机上获得整组蓄电池充放电状态、单体最高电压、最低电压、平均电压以及控制使能位。
2、根据实时采集的电压进得计算出需要充电的电池，然后进行充电流程序操作。
3、充电流程操作：假如计算出此巡检均衡模块的第一节蓄电池需要充电，
1> 控制AC/DC使能输出2.35V电压；
2> 使Poer为低电平有效，使Q1三极管导通。给继电器供电；
3> 使CD4028译码芯片的A、B、C、D引脚全部为0,选择U1的0通道低，驱动K1继电器；
4> 其他蓄电池同样操作。
4、充电达到蓄电池平均电压以后，停止对此电池充电。
注：不会同时对二节或二节以上蓄电池充电，硬件设置上做了互斥的保护。充电电压2.35V电的正端连接到K1的公共端6，负端连接到公共端3。K1的常闭触点2、7分别连到K2的公共端6、3。以此接法下去。当K1切换到常开触点时给第1节蓄电池充电。同时断开给下一充电电压，此达到保护作用。
当蓄电池巡检均衡模块通信不上达到4分时停止所以的充电操作。
蓄电池巡检均衡模块放电：通过蓄电池管理芯片LTC6802来使能放电。此有二层保护，当蓄电池巡检均衡模块通信不上达到4分时停止所以的放电操作。当LTC6802与微控制器通信不上或LTC6802检测到蓄电池巡检均衡模块内温度过高时停止放电。
LTC同此可以设置停止放电的电压，当放到到设定的电压时自动停止放电。
放电与充电不同，放电可以同时对多节电池放电。而充电每个蓄电池巡检均衡模块同时只能充一个蓄电池。
放电控制过程：
1、从均衡主机上获得整组蓄电池充放电状态、单体最高电压、最低电压、平均电压以及控制使能位。
2、根据实时采集的电压进得计算出需要放电的电池，然后进行放电流程序操作。
3、放电流程操作：假如计算出此巡检均衡模块的第一节蓄电池需要充电，
1> 向LTC6802设置放电参数值如停止放电电压；
2> 控制LTC6802的S1引脚为低有效，导通放电三极管进行放电；
3> 其他蓄电池同样操作。
4、放电达到蓄电池平均电压以后，停止对此蓄池放电。
上述电池指蓄电池。本装置同样适用于其它充电电池组。
Claims (2)
1.一种蓄电池电压平衡装置，包括，单片机，与单片机连接的蓄电池充电控制电路，其特征是，还具有，
蓄电池管理芯片：通过SPI总线与所述单片机连接；
蓄电池电压采集电路：相互串联的多个蓄电池组成蓄电池组，蓄电池组中的每个蓄电池的正极分别与蓄电池管理芯片连接；
蓄电池放电控制电路：每个蓄电池的正极与一个P型MOSFET的源极S连接，该蓄电池的负极串接一个放电电阻后接于该P型MOSFET的漏极D，该P型MOSFET的栅极G与蓄电池管理芯片连接；
所述单片机型号为STM32F100，蓄电池的型号为LTC6802；单片机STM32F100引脚PB12～PB15分别连接到蓄电池管理芯片LTC6802；所述蓄电池组由12个蓄电池B1～B12串联组成，蓄电池B1～B12的正极分别连接到蓄电池管理芯片LTC6802的引脚C12～C1；蓄电池管理芯片LTC6802的引脚S1～S12分别连接对应P型MOSFET的栅极G；
所述蓄电池充电控制电路为：单片机STM32F100的引脚PB8与三极管2N4403的基极连接，三极管2N4403的发射极接于整流器AC/DC的+5V输出端，单片机STM32F100的引脚PA9～PA12分别与译码芯片CD4028输入端连接，译码芯片CD4028的12个输出端分别串接一个继电器的线圈后均接于三极管2N4403的集电极，蓄电池B1～B12分别与继电器K1～K12一一对应，其中，Bn为上一级蓄电池，Bn+1为下一级蓄电池，Kn为上一级继电器，Kn+1为下一级继电器，n=1，2，3……11；上一级蓄电池Bn的正极接于对应继电器Kn的一个常开触点，负极接于该继电器Kn的另一个常开触点，每个继电器的两个公共端分别接于整流器AC/DC的2.35V的正、负输出端，上一级继电器Kn的第一常闭触点接于下一级蓄电池Bn+1对应的下一级继电器Kn+1的第一公共端，上一级继电器Kn的第二常闭触点接于下一级继电器Kn+1的第二公共端。
2.根据权利要求1所述的一种蓄电池电压平衡装置，其特征是，还具有主机和液晶显示器，该液晶显示器与主机连接；所述单片机经通讯端口与该主机连接。
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| 二极管钳位型五电平逆变器电容电压平衡域研究;高跃等;《电工技术学报》;20080131;第23卷(第1期);第77-83页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103117576A (zh) | 2013-05-22 |
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