CN103236726A - 电池的独立充电控制系统和充放电快速检测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池的独立充电控制系统和充放电快速检测控制系统。通过设置MCU、采样转换开关和电池组转换开关，通过MCU精确地自动控制充电电路或放电电路的充电或放电电压，彻底避免过充、欠充现象，通过MCU控制电池组转换开关，选择不同电池组并对选中电池组中的各节电池分别进行独立充电或放电，通过独立控制，互不干扰，使各电池组中每节电池每次充电容量最大，整个过程效率高，电池寿命长；通过MCU实现自动对多组电池组进行轮流充电或放电，无需手动操作，使用方便；在对电池组每节电池进行独立充电或放电时，对其电流和电压进行检测，通过与存储的标准容量对比，可以快速检测到其电容量，具有结构简单，检测速度快。

Description

电池的独立充电控制系统和充放电快速检测控制系统

技术领域

本发明涉及电池的充放电技术，尤其涉及的是一种多节串联电池的独立充电控制系统和多节串联电池的充放电快速检测控制系统。

背景技术

现有技术中，多节电池的充电，有以下几种方式：

1、串充，现有电池组充电的方式是电池串联方式充电；由于电池组每节电池的内阻等各参数不可能做到一致，电池串联方式充电不可避免出现单节过充、欠充的现象，对电池伤害很大。

2、采用旁路式平衡方式：即有些增加了平衡功能，即通过电阻和MOS管组成的平衡电路并联在每节电池上实现充电平衡；平衡功能是通过电阻和MOS管进行放电只能是对过充进行补救，不可避免过充和欠充且增加了放电循环次数，所以效率不高，易产生热量，减少了电池的使用寿命。

3、并联充电接口：接口为不同电池组配置不同的充电插口，而各插口电池之间电路上是并联的，当使用者同时插上不同节数的电池时会造成电池之间充放电；现有的充电接口为不同节数的电池组配置不同的充电插口，而各插口电池之间电路上是并联的，当使用者同时插上不同节数的电池时会造成电池之间充放电。

并且，目前电池容量检测是采用充满后恒流放电，测截止放电时间，目前的电池容量检测方式时间太长。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以通过独立控制，互不干扰，使各节电池每次充电容量最大，彻底避免过充、欠充现象，整个过程效率高，电池寿命长的多节电池的独立充电控制系统，以及提供一种用于多节电池在充电或放电时，快速检测电容量，具有结构简单，检测速度快的多节串联电池的充放电快速检测控制系统。

本发明的技术方案如下：一种多节串联电池的独立充电控制系统，包括至少一电池组，还包括一MCU、以及与所述MCU连接的采样转换开关和电池组转换开关；每一所述电池组设置至少一节电池，并且，每节电池设置对应单独的充电电路；所述电池组转换开关设置至少两组电池转换开关，电池组中各节电池通过各电池转换开关分别与各充电电路连接；并且，所述MCU设置PID调节单元。

应用于上述技术方案，所述的多节串联电池独立充电控制系统中，设置至少八电池组，所述电池组转换开关设置至少八电池转换开关组。

应用于各个上述技术方案，所述的多节串联电池独立充电控制系统中，每一电池组设置一电池组连接器插头，并且，对应每一电池组连接器插头，还设置一连接器插座。

应用于各个上述技术方案，所述的多节串联电池独立充电控制系统中，所述电池组连接器插头的插接端侧边还设置两凸起的防反插卡条，所述连接器插座设置对应的卡槽。

应用于各个上述技术方案，所述的多节串联电池独立充电控制系统中，对应所述电池组的电池节数，所述电池组连接器插头设置预设间距的两所述防反插卡条，所述连接器插座对应不同节数的所述电池组连接器插头设置若干预设间距的卡槽。

应用于各个上述技术方案，所述的多节串联电池独立充电控制系统中，还设置与所述MCU连接的LCD显示单元。

一种多节串联电池的充放电快速检测控制系统，包括至少一电池组，还包括一MCU、以及与所述MCU连接的采样转换开关和电池组转换开关；每一所述电池组设置至少两节电池，并且，设置至少两充放电电路，所述电池组转换开关设置至少两电池转换开关，各节电池通过各电池转换开关分别与各充放电电路连接；并且，所述MCU设置PID调节单元和存储单元。

应用于上述技术方案，所述的多节串联电池充放电快速检测控制系统中，每一电池组设置一电池组连接器插头，并且，对应每一电池组连接器插头，还设置一连接器插座；所述电池组连接器插头的插接端侧边还设置两凸起的防反插卡条，所述连接器插座设置对应的卡槽。

应用于上述技术方案，所述的多节串联电池充放电快速检测控制系统中，对应所述电池组的电池节数，所述电池组连接器插头设置预设间距的两所述防反插卡条，所述连接器插座对应设置若干预设间距的卡槽。

应用于上述技术方案，所述的多节串联电池充放电快速检测控制系统中，还设置与所述MCU连接并一体固定的LCD显示单元。

采用上述方案，本发明通过设置MCU、以及与所述MCU连接的采样转换开关和电池组转换开关，将其应用于多节串联电池的独立充电控制系统，通过MCU根据采样的AD值，精确地自动控制充电电路的充电电压，彻底避免过充、欠充现象，并且，通过MCU控制电池组转换开关，通过电池组转换开关设置的电池转换开关连接充电电路，选择不同电池组并对选中电池组，为各组电池中的各节电池分别进行独立充电，通过独立控制，互不干扰，从而使各节电池每次充电容量最大，整个过程效率高，电池寿命长；并且，可以通过MCU实现自动控制对多组电池组进行轮流充电，无需手动操作，使用方便；以及将其应于多节串联电池的充放电快速检测控制系统，通过在对电池组每节电池进行独立充电或放电时，对其电流和电压进行检测，并通过与存储的标准容量对比，可以快速检测到其电容量，具有结构简单，检测速度快。

附图说明

图1为本发明中多节串联电池的独立充电控制系统电路示意图。

图2为本发明中电池组连接器插头和连接器插座结构示意图。

图3为本发明中多节串联电池的充放电快速检测控制系统的电路示意图。

图4为锂电池的充放电曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种多节串联电池的独立充电控制系统，所述独立充电控制系统可以应用于一个电池组中多节电池的独立充电控制系统，可以使电池组中每节电池都有专用独立充电回路，独立控制，互不干扰，从而使电池组中各节电池每次充电容量最大，彻底避免多节电池共用一回路串联充电引起的过充、欠充现象，整个过程效率高，电池寿命长。

如图1所示，所述独立充电控制系统包括一个或多个电池组，优选地，可以设置八个电池组，每一电池组设置两节或两节以上的电池，例如，设置两节电池、三节电池、四节电池、五节电池、七节电池等等，其中，每一电池组的电池节数可以根据实际需要充电的电池数量确定。

并且，独立充电控制系统还包括一MCU，即单片机，以及与所述MCU单片机连接的采样转换开关、电池组转换开关和两路或两路以上的充电电路，其中，MCU控制采样转换开关，采样转换开关通过不同的电流电压采样电路对每一充电电路分别进行电流和电压的采样，并将采样AD值发送给MCU。

并且，所述MCU设置PID调节单元，即自动控制调节单元，MCU根据AD值，并通过所述PID调节单元实时调节各充电电路的电压，使各充电电路的电压保持在标准的充电电压值范围内。

并且，还设置与MCU连接的电池组转换开关，电池组转换开关与各充电电路连接，对应每一电池组，可以对应设置一组电池转换开关组，并且，优选的，可以设置八组电池组，所述电池组转换开关设置八组电池转换开关组。

例如，设置K组的电池组，每一电池组设置n节电池，并且，设置n路的充电电路，其中K和n均为大于1的自然数，n路的充电电路分别与电池组转换开关连接；对应K组的电池组，所述电池组转换开关可以设置K组的电池转换开关组；对应n路的充电电路，每一组电池转换开关组可以设置n个电池转换开关，每一组电池转换开关组中的n个电池转换开关分别与n路充电电路相分别对应连接。

如此，在给第一组电池组充电时，将第一组电池组与第一组电池转换开关组连接，具体地，将第一组电池组内的每一节电池分别与第一组电池转换开关组的一电池转换开关连接，其中，第一组电池组可以包括两节电池、或三节电池、或五节电池、或七节电池等，第一组电池转换开关组可以设置七个或七个以上的电池转换开关，如此，在充电时，可以直接将不同电池节数的电池组直接连接到电池转换开关组上，并达到每一节电池都有对应的一个电池转换开关独立连接充电。

并且，对应第一组电池转换开关组中的电池转换开关数量，可以设置相同数量的充电电路，每一电池转换开关连接一充电电路，并给一组电池组中的一节电池进行充电，如此，在充电时，通过MCU控制第一组电池转换开关组的各电池转换开关，可以独立给第一组电池组的各节电池分别进行独立的充电。从而使电池组转换开关控制与其连接的各电池组的每一节电池形成一独立充电回路，从而使每一电池组中的每节电池都有一个独立的充电回路对其进行充电，真正实现电池组各单元独立充电，独立控制，互不干扰。

同样，在给多组电池组进行充电时，每一充电电路可以分别与多组电池转换开关组中每一组电池转换开关组的一个电池转换开关连接，可以通过MCU控制多组的电池转换开关组，通过分别轮流控制启动各电池转换开关组，分别轮流给其对应的每组电池组进行独立充电，例如，可以通过MCU设定，可以在给第一组电池组充电完毕后，自动给第二组电池组进行充电，如此，无需人工手动更换，满足多组电池的充电需求。

或者，还在所述的多节电池独立充电控制系统中设置与所述MCU连接的LCD显示单元，如此，通过MCU控制LCD显示单元，可以对整个充电过程每节电池电压、电流、容量等参数进行显示；并且，可以根据设置，选择显示各组电池组各节电池的电池电压、电流、容量等参数的显示。

或者，每一电池组设置一电池组连接器插头，并且，对应每一电池组连接器插头，还设置一连接器插座，如此，在对各电池组进行充电时，只需要将电池组连接器插头插接在连接器插座上，即可以接通电池组与其对应的电池转换开关组之间的连接，从而对各电池组进行独立充电。

如图2所示，电池组连接器插头203为市场上标准的电池组连接器插头，电池组连接器插头203根据电池组包括的电池节数，其充电连接线的数量不同，并且，电池组连接器插头203对应的插接端的大小不相同，如图2中，电池组连接器插头203为三节电池的电池组的连接器插头，电池组连接器插头206为七节电池的电池组的连接器插头。

并且，现有标准的连接器插头的插接端侧边还设置两凸起的防反插卡条，防反插卡条可以用于防止反接，所述连接器插座201设置对应的卡槽202，在连接充电时，通过凸起的两防反插卡条卡紧到连接器插座201对应的卡槽202内，使连接器插头稳固固定，例如，电池组连接器插头203设置有凸起的防反插卡条204和防反插卡条205，并且，现有标准的连接器插头中，两防反插卡条的间距设置也是根据电池组中电池节数设置，由于电池节数不一样，电池组连接器插头的插接端大小也不一样，两防反插卡条的间距也不同。

因此，对应所述电池组的电池节数，所述电池组连接器插头设置预设间距的两所述防反插卡条，所述预设间距为市场上任意节数充电电池组的连接器插头的标准间距；并且，所述连接器插座对应设置若干预设间距的卡槽；如此，可以在同一连接器插座201中，连接不同电池节数电池组的连接器插头，并将不同电池节数电池组连接器插头的各防反插卡条，卡紧固定在对应的卡槽中。

如此，所述连接器插座201可适用任意XH的插头，不同节数电池组可共用一个充电插口，即连接器插座，无需为不同节数电池并联多个充电插口，防止了用户并联多个电池充电，避免了电池并联互充风险。

或者，还可以在每一连接器插座上设置一指示灯点，如此，在连接对应的电池组，并通过MCU进行控制充电时，对应的指示灯点亮，指示充电的进行。

实施例2

如图3所示，本实施例提供了一种多节串联电池的充放电快速检测控制系统，所述充放电快速检测控制系统根据不同电压段采用充放电快速检测实现电池电量检测，单片机检测充放电电路的电流和电压，并智能选择与其对应的充放电曲线的数据段进行对比，可以快速检测其电容量，具有电路简单，检测速度快，避免电池的过充、欠充等现象。

如图1所示，所述充放电快速检测控制系统包括一个或多个电池组，优选地，可以设置八个电池组，每一电池组设置两节或两节以上的电池，例如，设置两节电池、三节电池、四节电池、五节电池、七节电池等等，其中，每一电池组的电池节数可以根据实际需要充电的电池数量确定。

并且，充放电快速检测控制系统包括一MCU，即单片机，以及与所述MCU单片机连接的采样转换开关、电池组转换开关和两路或两路以上的充放电电路，其中，MCU控制采样转换开关，采样转换开关通过转换不同的电流电压采样电路对每一充电电路分别进行电流和电压的采样，并将采样AD值发送给MCU。

并且，所述MCU设置PID调节单元，即自动控制调节单元，MCU根据AD值，并通过所述PID调节单元实时调节各充放电电路的电压，使各充放电电路的电压保持在标准的充放电电压值范围。

并且，还设置与MCU连接的电池组转换开关，电池组转换开关与各充放电电路连接，对应每一电池组，可以对应设置一组电池转换开关组，并且，优选的，可以设置八组电池组，所述电池组转换开关设置八组电池转换开关组。

例如，设置K组的电池组，每一电池组设置n节电池，并且，设置n路的充放电电路，其中K和n均为大于1的自然数，n路的充放电电路分别与电池组转换开关连接；对应K组的电池组，所述电池组转换开关可以设置K组的电池转换开关组；对应n路的充放电电路，每一组电池转换开关组可以设置n个电池转换开关，每一组电池转换开关组中的n个电池转换开关分别与n路充放电电路相分别对应连接。

如此，在给第一组电池组充电或放电时，将第一组电池组与第一组电池转换开关组连接，具体地，将第一组电池组内的每一节电池分别与第一组电池转换开关组的一电池转换开关连接，其中，第一组电池组可以包括两节电池、或三节电池、或五节电池、或七节电池等，第一组电池转换开关组可以设置七个或七个以上的电池转换开关，如此，在充电或放电时，可以直接将不同节数的电池组直接连接到电池转换开关组上，并达到每一节电池都有对应的一个电池转换开关独立连接充电。

并且，对应第一组电池转换开关组中的电池转换开关数量，可以设置相同数量的充放电电路，每一电池转换开关连接一充放电电路，并给一组电池组中的一节电池进行充电或放电，如此，在充电或放电时，通过MCU控制第一组电池转换开关组的各电池转换开关，可以独立给第一组电池组的各节电池分别进行独立的充电或放电。从而使电池组转换开关控制与其连接的各电池组的每一节电池形成一独立充电回路或放电回路，从而使每一电池组中的每节电池都有一个独立的充电回路对或放电回路其进行充电或放电，真正实现电池组各单元独立充电和放电，独立控制，互不干扰。

同样，在给多组电池组进行充电或放电时，每一充放电电路可以分别与多组电池转换开关组中每一组电池转换开关组的一个电池转换开关连接，可以通过MCU控制多组的电池转换开关组，通过分别轮流控制启动各电池转换开关组，分别轮流给其对应的每组电池组进行独立充电或独立放电，例如，可以通过MCU设定，可以在给第一组电池组充电或放电完毕后，自动给第二组电池组进行充电或放电，如此，无需人工手动更换，满足多组电池的充电或放电需求。

并且，所述MCU还设置一用于存储各种容量电池的电压与时间变化曲线值的存储单元。

例如，如图4所示，图4为锂电池的充放电曲线，从图看处于放电平台阶段和恒压阶段电压变化缓慢，而在恒流充电和放电初级阶段(图4的t1-t2之间)电压变化很大。如此，可以提前根据各种容量的电池绘制成图4的曲线，然后根据曲线把电压变化和时间变化关系绘制成表格，并保存到所述存储单元。

如此，在电池容量检测时，先通过MCU控制采样转换开关采集充放电电路的电流和电压值，如果电池电压低于某个值，即低于各种电池容量的经验值，设定时间内我们利用恒流充电，通过采样转换开关采集记录充电起始电压和充电终止电压，如果高于该值，即高于各种电池容量的经验值，设定时间内我们利用恒流放电，记录采样转换开关采集放电起始电压和放电终止电压。如此，再通过将采集的电流和电压值与存储单元中的电压变化和时间变化关系表进行对比，就可以判断该电池的容量了。

或者，还设置与所述MCU连接的LCD显示单元。如此，通过MCU控制LCD显示单元，可以对整个充电或放电过程每节电池电压、电流、容量等参数进行显示。并且，可以根据设置，选择显示各组电池组各节电池的电池电压、电流、容量等参数的显示。还可以将所述MCU与LCD显示单元一体固定设置，如此，结构简单，查看LCD显示单元的显示数据方便。

或者，每一电池组还设置一电池组连接器插头，并且，对应每一电池组，还设置一连接器插座，如此，在对各电池组进行充电或放电检测时，只需要将电池组连接器插头插接在连接器插座上，即可以接通电池组与其对应的电池转换开关组之间的连接，从而对各电池组进行独立充电或放电检测。

如图2所示，电池组连接器插头203为市场上标准的电池组连接器插头，电池组连接器插头203根据电池组包括的电池节数，其充电连接线的数量不同，并且，电池组连接器插头203对应的插接端的大小不相同，如图2中，电池组连接器插头203为三节电池的电池组的连接器插头，电池组连接器插头206为七节电池的电池组的连接器插头。

并且，现有标准的连接器插头的插接端侧边还设置两凸起的防反插卡条，防反插卡条可以用于防止反接，所述连接器插座201设置对应的卡槽202，在连接充电时，通过凸起的两防反插卡条卡紧到连接器插座201对应的卡槽202内，使连接器插头稳固固定，例如，连接器插头203设置有凸起的防反插卡条204和防反插卡条205，并且，现有标准的连接器插头中，两防反插卡条的间距设置也是根据电池组中电池节数设置，由于电池节数不一样，电池组连接器插头的插接端大小也不一样，两防反插卡条的间距也不同。

因此，对应所述电池组的电池节数，所述电池组连接器插头设置预设间距的两所述防反插卡条，所述预设间距为市场上任意节数充电电池组的连接器插头的标准间距；并且，所述连接器插座对应设置若干预设间距的卡槽；如此，可以在同一连接器插座201中，连接不同电池节数电池组的连接器插头，并将不同电池节数电池组连接器插头的各防反插卡条，卡紧固定在对应的卡槽中。

如此，所述连接器插座201可适用任意XH的插头，不同节数电池组可共用一个充电插口，即连接器插座，无需为不同节数电池并联多个充电插口，防止了用户并联多个电池充电或放电，避免了电池并联互充互放的风险。

或者，还可以在每一连接器插座上设置一指示灯点，如此，在连接对应的电池组，并通过MCU进行控制充电或放电进行检测时，对应的指示灯点亮，指示充电或放电检测的进行。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多节串联电池的独立充电控制系统，包括至少一电池组，其特征在于，

还包括一MCU、以及与所述MCU连接的采样转换开关和电池组转换开关；

每一所述电池组设置至少一节电池，并且，每节电池设置对应单独的充电电路；所述电池组转换开关设置至少两组电池转换开关，电池组中各节电池通过各电池转换开关分别与各充电电路连接；

并且，所述MCU设置PID调节单元。

2.根据权利要求1所述的多节串联电池独立充电控制系统，其特征在于，设置至少八电池组，所述电池组转换开关设置至少八电池转换开关组。

3.根据权利要求1或2所述的多节串联电池独立充电控制系统，其特征在于，每一电池组设置一电池组连接器插头，并且，对应每一电池组连接器插头，还设置一连接器插座。

4.根据权利要求3所述的多节串联电池独立充电控制系统，其特征在于，所述电池组连接器插头的插接端侧边还设置两凸起的防反插卡条，所述连接器插座设置对应的卡槽。

5.根据权利要求4所述的多节串联电池独立充电控制系统，其特征在于，对应所述电池组的电池节数，所述电池组连接器插头设置预设间距的两所述防反插卡条，所述连接器插座对应不同节数的所述电池组连接器插头设置若干预设间距的卡槽。

6.根据权利要求1或2所述的多节串联电池独立充电控制系统，其特征在于，还设置与所述MCU连接的LCD显示单元。

7.一种多节串联电池的充放电快速检测控制系统，包括至少一电池组，其特征在于，

还包括一MCU、以及与所述MCU连接的采样转换开关和电池组转换开关；

每一所述电池组设置至少两节电池，并且，设置至少两充放电电路，所述电池组转换开关设置至少两电池转换开关，各节电池通过各电池转换开关分别与各充放电电路连接；

并且，所述MCU设置PID调节单元和存储单元。

8.根据权利要求7所述的多节串联电池充放电快速检测控制系统，其特征在于，每一电池组设置一电池组连接器插头，并且，对应每一电池组连接器插头，还设置一连接器插座；所述电池组连接器插头的插接端侧边还设置两凸起的防反插卡条，所述连接器插座设置对应的卡槽。

9.根据权利要求8所述的多节串联电池充放电快速检测控制系统，其特征在于，对应所述电池组的电池节数，所述电池组连接器插头设置预设间距的两所述防反插卡条，所述连接器插座对应设置若干预设间距的卡槽。

10.根据权利要求7-9任一所述的多节串联电池充放电快速检测控制系统，其特征在于，还设置与所述MCU连接并一体固定的LCD显示单元。

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