CN103904727A - 一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多种电池组合通用型电源管理均衡器及其工作方法，主要由工作电源输出模块、充电模块、电池、功率/功能切换模块、防反充电路模块、电源模块、欠电压基准值模块、CPU、工作电压采样模块、驱动模块及欠压指示报警模块组成；该发明的产品将单节电池串联组合加欠压保护输出供电；电池按分组并联充电工作，且设置有功率/功能切换模块、防反充电路模块、欠电压基准值、驱动模块及欠压指示报警模块，让产品具有安全性高、使用成本低、稳定性好，且使用寿命长的优点。

Description

一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器及其工作方法。 

背景技术

其实电动车的历史比我们现在最常见的内燃机驱动的汽车还要早。直流电机之父匈牙利的发明家、工程师阿纽什耶德利克最早于1828年在实验室试验了电磁转动的行动装置。美国人托马斯达文波特于1834年制造出了第一辆直流电机驱动的电动车。1860年-1920年，随着蓄电池技术的发展，也让电动车得到了技术性的发展，19世纪末期，由于电动车无气味、无震荡、无噪音、不用换挡，并且价格低廉，让市面上的电动车销售量超过了内燃机驱动的车辆的销售量。时至今日，电动车的普及度远远超越了人们的预想，就像以前的自行车一样，基本家家户户都有使用电动车。随着电动车的不断发展和普及，关于电动车的各种问题也随之而来，需要各大生产商来解决。尤其是现在电动车上的重要部件---电池。 

现在的电动车用电池趋向以多节数和大容量单节电池以串联组合成为一整组来使用。由于电池的材料和制造工艺和使用条件决定了电池的单节性能差异，这样以串联方式充电和放电使用就存在单节电池间的过充电及欠充电和过放电现象，不但安全性能过低，也在使用中加速了电池的老化和损坏，如不能及时修复或更换就加速了整组电池损坏，降低使用寿命的同时，也让电池的稳定性无法得到保证，进而也提高了使用成本和维护成本，增加了电池配组的难度。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种安全性高、使用成本低、稳定性好， 且使用寿命长的电池管理控制系统。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器，主要由工作电源输出模块、充电模块、电池、功率/功能切换模块、防反充电路模块、电源模块、欠电压基准值模块、CPU、工作电压采样模块、驱动模块及欠压指示报警模块组成；所述电源模块与电池相连；所述欠电压基准值和CPU与电源模块相连；所述欠电压基准值与CPU相连；所述欠压指示报警与CUP相连；所述驱动模块与CUP相连；所述功率/功能切换模块与驱动模块相连；所述功率/功能切换模块与电池相互连接；所述工作电源输出模块与功率/功能切换模块相连；所述防反充电路模块与功率/功能切换模块相连；所述充电模块分别与电池及防反充电路模块相连；所述电池分别与工作电源输出及工作电压采样模块相连；所述工作电压采样模块与CPU相连；所述电池包括第一电池组及第二电池组；所述功率/功能切换模块设置有第一双掷触点开关组及第二双掷触点开关组。 

作为优选，所述功率/功能切换模块为多刀双掷继电器组。 

作为优选，所述多刀双掷继电器组由1个或1个以上的双掷触点开关组组合而成。 

作为优选，所述双掷触点开关组由1个或1个以上的继电器组合而成。 

本发明要解决的另一技术问题是提供一种安全性高、使用成本低、稳定性好，且使用寿命长，分为充电模式和电源输出运行模式两种，分别包括以下步骤： 

充电模式下： 

1)、插入充电电源后，充电模块开始运作； 

2)、充电模块运作后，防反充电路模块开始检测作业； 

3)、防反充电路模块检测正常后，功率/功能切换模块进行电池负极分组并联切换作业； 

4)、功率/功能切换模块切换成功后，电池开始充电； 

电源输出运行模式下： 

1)、电源输出开始运作，功率/功能切换模块作业，切换电池的工作方式，将电池切换成串联供电电源； 

2)、电池供电后，工作电源输出模块开始作业，输出电源； 

3)、电池在供电过程中，电压开始下降； 

4)、工作电压采样模块作业，实时监测电池的电压； 

5)、电源模块作业，将电池的电源转换后，提供给CPU，CPU开始作业； 

6)、CPU开始运作，接收工作电压采样模块传送的数据； 

7)、电源模块作业，欠电压基准值模块运作； 

8)、欠电压基准值模块作业，将基准值传送到CPU上； 

9)、CPU对接收的两组数据进行比较； 

10)、CPU比较后，工作电压采样模块传递的数值低于欠电压基准值模块传递的数值时，欠压指示报警作业，开始报警； 

11)、驱动模块与欠压指示报警模块同时作业，驱动功率/功能切换模块作业，对电池进行模式切换。 

本发明的适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器及其工作方法的有益效果：由于本发明产品设置有功率/功能切换模块、防反充电路模块、欠电压基准值、驱动模块及工作电压采样模块，将多节电池串联组合成整组的电池做电源输出，又能使电池分别按分组后并联充电，避免了充电时出现欠充、反充或过充的不良现象，确保了电池充电时的安全高效；另外，由单节电池串联的结 构，电池在供电的时候，单独的进行分组供电作业控制，避免了一组电池损坏后因串联组合效应过放电而加速损坏，后续好的电池也被阻隔长期欠充电而损坏，这样不但提升了电池充电性能在供电时加强了稳定性，且损坏电池可以进行及时单独的更换不会损坏整组电池，不用一节电池损坏就更换整组电池，降低了使用成本；对电池使用时的实时监测，避免了电池的超负荷运作，有效保护了电池，大幅提升了电池的使用寿命。 

附图说明

图1为本发明一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器的结构图框图； 

图2为本发明一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器的电路原理图； 

图3为本发明一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器中功率/功能切换模块中的一种双刀双掷触点开关组继电器结构图。 

具体实施方式

本实施例中，参照图1至图3所示，一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器，主要由工作电源输出模块1、充电模块2、电池3、功率/功能切换模块4、防反充电路模块5、电源模块6、欠电压基准值模块7、CPU8、工作电压采样模块9、驱动模块10、及欠压指示报警模块11组成；所述电源模块6与电池3相连；所述欠电压基准值7和CPU8与电源模块6相连；所述欠电压基准值7与CPU8相连；所述欠压指示报警11与CUP8相连；所述驱动模块10与CUP8相连；所述功率/功能切换模块4与驱动模块10相连；所述功率/功能切换模块4与电池3相互连接；所述工作电源输出模块1与功率/功能切换模块4相连；所述防反充电路模块5与功率/功能切换模块4相连；所述充电模块2分别与电 池3及防反充电路模块5相连；所述电池3分别与工作电源输出1及工作电压采样模块9相连；所述工作电压采样模块9与CPU8相连；所述电池3包括第一电池组31及第二电池组32；所述功率/功能切换模块设置有第一双掷触点开关组41及第二双掷触点开关组42。 

所述功率/功能切换模块4为多刀双掷继电器组。所述功率/功能切换模块4由1个或1个以上的双掷触点开关组组合而成。所述双掷触点开关组由1个或1个以上的继电器组合而成。 

多刀双掷继电器组的双掷触点开关组数量与电池组合单元的数量匹配，匹配原则是：电池组合单元数量-1＝多刀双掷继电器组的双掷触点开关组的组合数量，例：将一组由六节电池组成的输出电源：按均匀分配原则以两节电池串联组合成一个独立电池组合单元，则电池组合单元数量为6÷2＝3组，电池组合单元数量是3组时按3-1＝2，则采用2组双掷触点开关组组合的双刀双掷继电器匹配；同理：电池组合单元数量均分为6组(按单节电池为独立的电池组合单元)时匹配双掷触点开关组的组合数量就有6-1＝5组，本发明中将整组电池按节数均匀分配组合成各独立电池组合单元时，其组成独立的电池组合单元统一称为单元电池组；其独立的电池组合单元数量与其相互匹配使用的继电器统一称为多刀双掷继电器组；多刀双掷继电器组按双掷触点开关组组合总数量可以由一个或多个继电器组合而成，完成同步控制所有双掷触点开关进行统一切换。 

充电时：当充电口插入充电电源时电路检测到有正确的充电极性输入时，电路自动将多刀双掷继电器组转换到以单元电池组为单元独立并联充电模式完成充电。如输入极性相反时电路自动保护无充电回路。在电源输出工作运行时：多刀双掷继电器组受控于CPU运算单元的电池欠压监控保护电路，无欠压发生时多刀双掷继电器组线圈未通电、继电器未吸合工作在静态状态，双掷触点开关 为常闭开关组合接通方式，利用常闭开关组合将所有电池按单元电池组以串联方式组合成一个整组电池来使用，这样提高了输出电压降低了输出电流延长了电池的使用寿命，为大功率输出创造了条件；输出工作中CPU运算单元经过比较当单元电池组的工作电压低于欠压基准值时，输出驱动信号给欠压保护驱动电路，使得多刀双掷继电器组自动切换到并联充电工作方式完成切断输出电压，保护电池的过放电损坏；另外CPU运算单元同时驱动声光指示报警。 

声光指示报警电路工作，第一时间给故障修复和维护提供依据，防止因单节电池过放电的损坏加速影响整组电池性能和使用寿命。 

本发明产品在充电方式下：利用多刀双掷继电器组的常开触点开关组合，将整组电池以单元电池组为单元组进行分解，并切换以单元电池组为单元的并联充电模式，确保各个单元电池组单元的完整充电，充电器同时控制不过充电、不欠充电及不充鼓电池。 

本发明产品在电源输出模式下：利用多刀双掷继电器组的常闭触点开关组组合，将以独立的各单元电池组为单元进行串联成为一个整体电池组的工作模式，成为高电压小电流输出工作方式，同时在工作中实时监控各单元电池组端电压并与欠压保护设定电压值进行比较，利用高效的运放单元对应配对组合来完成电压窗口比较保护控制，欠压发生时一路控制切断多刀双掷继电器组由串联工作输出状态转换为充电工作状态，另外输出故障指示和声讯报警。 

一种适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器的工作方法，分为充电模式和整车运行模式两种，分别包括以下步骤： 

充电模式下： 

1)、插入电源后，充电模块2开始运作； 

2)、充电模块2运作后，防反充电路模块5开始检测作业； 

3)、防反充电路模块5检测正常后，功率/功能切换模块4进行切换作业； 

4)、功率/功能切换模块4切换成功后，电池3开始充电； 

整车运行模式下： 

1)、车子开始运作，功率/功能切换模块4作业，切换电池3的工作方式，将电池3切换成供电电源； 

2)、电池3供电后，工作电源输出模块1开始作业，输出电源； 

3)、电池3在供电过程中，电压开始下降； 

4)、工作电压采样模块9作业，实时监测电池3的电压； 

5)、电路模块6作业，将电池3的电源转换后，提供给CPU8，CPU8开始作业； 

6)、CPU8开始运作，接收工作电压采样模块9传送的数据； 

7)、欠电压基准值模块7运作，将基准值传送到CPU8上； 

8)、CPU8对接收的两组数据进行比较； 

9)、CPU8比较后，工作电压采样模块9传递的数值低于欠电压基准值模块7传递的数值时，欠压指示报警11作业，开始报警； 

10)、驱动模块10与欠压指示报警模块11同时作业，驱动功率/功能切换模块4作业，对电池3进行模式切换。 

本发明的适用于多节电池组合通用型电源管理均衡器及其工作方法的有益效果：由于本发明产品设置有功率/功能切换模块、防反充电路模块、欠电压基准值、驱动模块及工作电压采样模块，将多节电池串联组合成整组的电池做电源输出，又能使电池分别按分组后并联充电，避免了充电时出现欠充、反充或过充的不良现象，确保了电池充电时的安全高效；另外，由单节电池串联的结构，电池在供电的时候，单独的进行分组供电作业控制，避免了一组电池损坏 后因串联组合效应过放电而加速损坏，后续好的电池也被阻隔长期欠充电而损坏，这样不但提升了电池充电性能在供电时加强了稳定性，且损坏电池可以进行及时单独的更换不会损坏整组电池，不用一节电池损坏就更换整组电池，降低了使用成本；对电池使用时的实时监测，避免了电池的超负荷运作，有效保护了电池，大幅提升了电池的使用寿命。 

上述实施例，只是本发明的一个实例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围，凡与本发明权利要求所述内容相同或等同的技术方案，均应包括在本发明保护范围内。 

Claims (5)

1.一种适用于多种电池组合通用型电源管理均衡器，其特征在于：主要由工作电源输出模块、充电模块、电池、功率/功能切换模块、防反充电路模块、电源模块、欠电压基准值模块、CPU、工作电压采样模块、驱动模块及欠压指示报警模块组成：所述电源模块与电池相连；所述欠电压基准值与CPU相连；所述欠电压基准值和CPU与电源模块相连；所述欠压指示报警与CUP相连；所述驱动模块与CUP相连；所述功率/功能切换模块与驱动模块相连；所述功率/功能切换模块与电池相互连接；所述工作电源输出模块与功率/功能切换模块相连；所述防反充电路模块与功率/功能切换模块相连；所述充电模块分别与电池及防反充电路模块相连；所述电池分别与工作电源输出及工作电压采样模块相连；所述工作电压采样模块与CPU相连；所述电池包括第一电池组及第二电池组；所述功率/功能切换模块设置有第一双掷触点开关组及第二双掷触点开关组。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多种电池组合通用型电源管理均衡器，其特征在于：所述功率/功能切换模块为多刀双掷继电器组。

3.根据权利要求2所述的一种适用于多种电池组合通用型电源管理均衡器，其特征在于：所述多刀双掷继电器组由1个或1个以上的双掷触点开关组组合而成。

4.根据权利要求3所述的一种适用于多种电池组合通用型电源管理均衡器，其特征在于：所述双掷触点开关组由1个或1个以上的继电器组合而成。

5.一种如权利要求1所述的一种适用于多种电池组合通用型电源管理均衡器的工作方法，其特征在于：分为充电模式和电源输出运行模式两种，分别包括以下步骤：

充电模式下：

1)、插入充电电源后，充电模块开始运作；

2)、充电模块运作后，防反充电路模块开始检测作业；

3)、防反充电路模块检测正常后，功率/功能切换模块进行电池负极分组并联切换作业；

4)、功率/功能切换模块切换成功后，电池开始充电；

电源输出运行模式下：

1)、电源输出开始运作，功率/功能切换模块作业，切换电池的工作方式，将电池切换成串联供电电源；

2)、电池供电后，工作电源输出模块开始作业，输出电源；

3)、电池在供电过程中，电压开始下降；

4)、工作电压采样模块作业，实时监测电池的电压；

5)、电源模块作业，将电池的电源转换后，提供给CPU，CPU开始作业；

6)、CPU开始运作，接收工作电压采样模块传送的数据；

7)、电源模块作业，欠电压基准值模块运作；

8)、欠电压基准值模块作业，将基准值传送到CPU上；

9)、CPU对接收的两组数据进行比较；

10)、CPU比较后，工作电压采样模块传递的数值低于欠电压基准值模块传递的数值时，欠压指示报警作业，开始报警；

11)、驱动模块与欠压指示报警模块同时作业，驱动功率/功能切换模块作业，对电池进行模式切换。

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