CN206237157U - 电池组均衡装置 - Google Patents

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    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
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Abstract

电池组均衡装置，包括单片机控制系统、无线传输模块、电压采集模块、电流采集模块、电池选择模块、恒流输出模块、隔离降压模块；由多节电池串联的电池组通过隔离降压模块连接至单片机控制系统，单片机控制系统同时与无线传输模块、电压采集模块、电流采集模块、电池选择模块和恒流输出模块连接，隔离降压模块还通过恒流输出模块与电池选择模块连接；隔离降压模块将电池组电压降至单片机工作电压；恒流输出模块为单节电池提供均衡电流输出；电池选择模块用于将电池组中任意一节电池选出。本实用新型采用机械转动装置与码盘代替高压多通道模拟开关，采用飞电容法与单片机进行电压采样，大大降低成本；操作简单，可靠性高。

Description

电池组均衡装置
技术领域
本实用新型涉及电池组测量与均衡领域，具体涉及一种电池组均衡装置。
背景技术
目前市面上单体电池的电压和容量都无法满足电量电压要求高的场合应用，通常将单体电池串并联成组之后使用，电池组性能相比电池单体要明显下降，因而提出了电池组测量与均衡的需求。
市场上大部分电池测量与均衡系统均采用集成测量芯片或者高压多通道模拟开关芯片作为核心器件，这种芯片虽使用方便但价格昂贵，造成市场上电池均衡板价格一直居高不下。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种电池组均衡装置，采用机械转动装置与码盘代替高压多通道模拟开关，采用飞电容法与单片机进行电压采样，大大降低了成本。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
电池组均衡装置，包括单片机控制系统、无线传输模块、电压采集模块、电流采集模块、电池选择模块、恒流输出模块、隔离降压模块；由多节电池串联的电池组通过隔离降压模块连接至单片机控制系统，单片机控制系统同时与无线传输模块、电压采集模块、电流采集模块、电池选择模块和恒流输出模块连接，隔离降压模块还通过恒流输出模块与电池选择模块连接；
所述隔离降压模块用于将电池组电压降至单片机工作电压，隔离降压模块的输出为单片机控制系统以及电池选择模块、恒流输出模块提供额定电压；
所述恒流输出模块用于为电池组提供均衡电流输出；
所述电池选择模块用于将电池组中任意一节电池选出，并将该节电池的正负极连接至电压正总线与电压负总线；
同时电压采集模块用于对该节电池电压进行采样，电流采集模块用于对电池组的充放电电流进行监测，无线传输模块用于将采集到的电池电压数据和充放电电流数据发送至上位机或者移动手持设备。
按上述方案，所述电池选择模块由底部圆盘、顶部旋转码盘和机械转动装置三部分组成；
底部圆盘的外层设置一圈圆盘触点，根据电池组串联电池节数N，圆盘触点共设置2N个，中间层设置两个半圆弧BAT+和BAT-，靠近圆心的内层设置半圈接口，接口共设置N+1个；外层半圈圆盘触点BAT1+—BATN+分别连接N节电池的正极，另外半圈圆盘触点BAT1——BATN-分别连接N节电池的负极；中间层BAT+半圆弧与BAT-半圆弧分别连接至正电压总线与负电压总线；靠近圆心的内层半圈接口0-N分别与单片机控制系统的IO口相连接（接口0用于确定起始位置），用于识别顶部旋转码盘选择了哪一节电池；
顶部旋转码盘上设置有一个中心圆孔和对称布置在中心圆孔两侧的六个小孔，中心圆孔用于连接机械转动装置，所述机械转动装置连接中心圆孔并控制顶部旋转码盘旋转，六个小孔均用于接入金属探针或其他导体，第一小孔和第二小孔进行电气连接，用于将各节电池的正极连接至正极总线，第五小孔和第六小孔进行电气连接，用于将各节电池的负极连接至负极总线，第三小孔和第四小孔之间进行电气连接，用于单片机控制系统识别该顶部旋转码盘选出的电池序号。
按上述方案，所述顶部旋转码盘使用PCB直接绘制，或者使用亚克力塑料切割并用导电胶进行电器连接。
按上述方案，所述单片机控制系统主要包括单片机（以及附属的典型复位电路、典型晶振电路和典型JTAG仿真接口电路），单片机的PB5端口输出PWM信号到电池选择模块用于控制机械转动装置转动，单片机的PA8-PA12、PC7-PC9、PD8-PD11、PB0、PB1端口分别连接电池选择模块的靠近圆心的内层半圈接口，用于识别选择的电池序号；单片机的PB11端口连接至电压采集模块的输入端，用于控制继电器吸合与断开改变电压采集电容两端电压的状态，求出差模电压即单节电池电压；单片机的PA0端口连接至电压采集模块的输出端，用于测量电池电压；单片机的PA1、PA2端口连接电流采集模块，用于检测电池组的充放电电流；单片机的PB10端口连接恒流输出模块，用于控制均衡电流输出给电池组中任意一节电池做均衡；单片机的PB3端口连接无线传输模块，控制无线传输模块的开启与关断。
按上述方案，所述隔离降压模块包括核心器件高频变压器、RC振荡电路和稳压输出电路，电池组输入电压使RC振荡电路起振，高频变压器初级线圈产生变化的电流，通过磁芯作用将能量传输至高频变压器次级线圈，输出电压通过光耦反馈到变压器反馈线圈，稳压输出电路根据输出电压变化，进行闭环调节，使输出电压保持稳定。
本实用新型的工作原理：
电压采样：单片机控制系统通过输出电压采样指令，使机械转动装置转动，从而带动顶部旋转码盘旋转，当识别电池序号的IO口接收到信号时，机械转动装置停止转动，该节电池的正负极已经通过顶部旋转码盘的左右两个触点与正电压总线和负电压总线接通，在此采用飞电容法得到电池组的差模电压，并送至单片机进行采样，从而得到电池组中每一节电池的电压值；
均衡操作：当采集完电池组中每一节电池的电压后，单片机控制系统计算出电池组中电量不足的电池序号，并控制电池选择模块选出该节电池，打开恒流输出模块对其进行恒流充电；
数据上传：单片机控制系统采集各节电池电压，电池组充放电电流以及均衡信息之后，将此信息通过无线传输模块传送至上位机并显示。
本实用新型的有益效果是：采用机械转动装置与码盘代替高压多通道模拟开关，采用飞电容法与单片机进行电压采样，大大降低了成本；操作简单，使用方便，可靠性高。
附图说明
图1是本实用新型电池组均衡装置的整体结构框图；
图2是图1中电池选择模块的底部圆盘的结构示意图；
图3是图1中电池选择模块的顶部旋转码盘的结构示意图；
图4是图1中电池选择模块的电路原理图；
图5是图1中单片机控制系统的主要电路图；
图6是图1中电压采集模块的电路图；
图7是图1中隔离降压模块的电路图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
参照图1所示，本实用新型所述的电池组均衡装置，包括单片机控制系统1、无线传输模块2、电压采集模块3、电流采集模块4、电池选择模块5、恒流输出模块6、隔离降压模块7；由多节电池串联的电池组通过隔离降压模块7连接至单片机控制系统1，单片机控制系统1同时与无线传输模块2、电压采集模块3、电流采集模块4、电池选择模块5和恒流输出模块6连接，隔离降压模块7还通过恒流输出模块6与电池选择模块5连接；
所述隔离降压模块7用于将电池组电压降至单片机工作电压，隔离降压模块7的输出为单片机控制系统1以及电池选择模块5、恒流输出模块6提供额定电压；
所述恒流输出模块6用于为电池组提供均衡电流输出；
所述电池选择模块5用于将电池组中任意一节电池选出，并将该节电池的正负极连接至电压正总线与电压负总线；
同时电压采集模块3用于对该节电池电压进行采样，电流采集模块4用于对电池组的充放电电流进行监测，无线传输模块2用于将采集到的电池电压数据和充放电电流数据发送至上位机或者移动手持设备。
电池选择模块5由底部圆盘、顶部旋转码盘和机械转动装置三部分组成；
如图2所示，以13节电池串联的电池组为例，底部圆盘的外层设置一圈共26个圆盘触点，分别为BAT1+—BAT13+和BAT1-—BAT13-，中间层设置两个半圆弧BAT+和BAT-，靠近圆心的内层设置半圈共14个接口0-13；外层半圈圆盘触点BAT1+—BAT13+分别连接13节电池的正极，另外半圈圆盘触点BAT1——BAT13-分别连接13节电池的负极；中间层BAT+半圆弧与BAT-半圆弧分别连接至正电压总线与负电压总线；靠近圆心的内层半圈接口0-13分别与单片机控制系统1的IO口相连接，用于识别顶部旋转码盘选择了哪一节电池，接口0用于确定起始位置；
如图3所示，顶部旋转码盘上设置有一个中心圆孔和对称布置在中心圆孔两侧的六个小孔，中心圆孔用于连接机械转动装置，机械转动装置连接中心圆孔并控制顶部旋转码盘旋转，六个小孔均用于接入金属探针或其他导体，第一小孔和第二小孔进行电气连接，用于将各节电池的正极连接至正极总线，第五小孔和第六小孔进行电气连接，用于将各节电池的负极连接至负极总线，第三小孔和第四小孔之间进行电气连接，用于单片机控制系统1识别该顶部旋转码盘选出的电池序号。
顶部旋转码盘使用PCB直接绘制，或者使用亚克力塑料切割并用导电胶进行电器连接。
电池选择模块5的电路原理图如图4所示。
如图5所示，单片机控制系统1包括单片机STM32VET6以及典型复位电路、典型晶振电路和典型JTAG仿真接口电路；单片机STM32VET6的PB5端口输出PWM信号到电池选择模块5用于控制机械转动装置转动，单片机STM32VET6的PA8-PA12、PC7-PC9、PD8-PD11、PB0、PB1端口分别连接电池选择模块5的靠近圆心的内层半圈接口0-13，用于识别选择的电池序号；单片机STM32VET6的PB11端口连接至电压采集模块3的输入端，用于控制继电器吸合与断开改变电压采集电容两端电压的状态，求出差模电压，即单节电池电压；单片机STM32VET6的PA0端口连接至电压采集模块3的输出端，用于测量电池电压；单片机STM32VET6的PA1、PA2端口连接电流采集模块4，用于检测电池组的充放电电流；单片机STM32VET6的PB10端口连接恒流输出模块6，用于控制均衡电流输出给电池组中任意一节电池做均衡；单片机STM32VET6的PB3端口连接无线传输模块2，控制无线传输模块2的开启与关断。电压采集模块3的电路图如图6所示。
如图7所示，所述隔离降压模块7包括核心器件高频变压器、RC振荡电路和稳压输出电路，电池组输入电压使RC振荡电路起振，高频变压器初级线圈产生变化的电流，通过磁芯作用将能量传输至高频变压器次级线圈，输出电压通过光耦反馈到变压器反馈线圈，稳压输出电路根据输出电压变化，进行闭环调节，使输出电压保持稳定。
本实用新型具体工作如下：
电压采样指令：单片机控制系统通过输出电压采样指令，使机械转动装置转动，从而带动顶部旋转码盘旋转，当识别电池序号的IO口接收到信号时，机械转动装置停止转动，该节电池的正负极已经通过顶部旋转码盘的左右两个触点与正电压总线和负电压总线接通，在此采用飞电容法得到电池组的差模电压，并送至单片机AD进行采样，从而得到电池组中每一节电池的电压值。
均衡操作指令：当采集完电池组中每一节电池的电压后，单片机控制系统计算出电池组中电量不足的电池序号，并控制电池选择模块选出该节电池，打开恒流输出模块对其进行恒流充电。
数据上传指令：单片机控制系统采集各节电池电压，电池组充放电电流以及均衡信息之后，将此信息通过无线传输模块传送至上位机并显示。
本实用新型并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于本领域的技术人员来说，可根据本实用新型作出各种相应的更改和变型，而所有这些相应的更改和变型都属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.电池组均衡装置，其特征在于：包括单片机控制系统（1）、无线传输模块（2）、电压采集模块（3）、电流采集模块（4）、电池选择模块（5）、恒流输出模块（6）、隔离降压模块（7）；由多节电池串联的电池组通过隔离降压模块（7）连接至单片机控制系统（1），单片机控制系统（1）同时与无线传输模块（2）、电压采集模块（3）、电流采集模块（4）、电池选择模块（5）和恒流输出模块（6）连接，隔离降压模块（7）还通过恒流输出模块（6）与电池选择模块（5）连接；
所述隔离降压模块（7）用于将电池组电压降至单片机工作电压，隔离降压模块（7）的输出为单片机控制系统（1）以及电池选择模块（5）、恒流输出模块（6）提供额定电压；
所述恒流输出模块（6）用于为电池组提供均衡电流输出；
所述电池选择模块（5）用于将电池组中任意一节电池选出，并将该节电池的正负极连接至电压正总线与电压负总线；
同时电压采集模块（3）用于对该节电池电压进行采样，电流采集模块（4）用于对电池组的充放电电流进行监测，无线传输模块（2）用于将采集到的电池电压数据和充放电电流数据发送至上位机或者移动手持设备。
2.根据权利要求1所述的电池组均衡装置，其特征在于：所述电池选择模块（5）由底部圆盘、顶部旋转码盘和机械转动装置三部分组成；
底部圆盘的外层设置一圈圆盘触点，根据电池组串联电池节数N，圆盘触点共设置2N个，中间层设置两个半圆弧BAT+和BAT-，靠近圆心的内层设置半圈接口，接口共设置N+1个；外层半圈圆盘触点BAT1+—BATN+分别连接N节电池的正极，另外半圈圆盘触点BAT1——BATN-分别连接N节电池的负极；中间层BAT+半圆弧与BAT-半圆弧分别连接至正电压总线与负电压总线；靠近圆心的内层半圈接口0-N分别与单片机控制系统（1）的IO口相连接，用于识别顶部旋转码盘选择了哪一节电池；
顶部旋转码盘上设置有一个中心圆孔和对称布置在中心圆孔两侧的六个小孔，中心圆孔用于连接机械转动装置，所述机械转动装置连接中心圆孔并控制顶部旋转码盘旋转，六个小孔均用于接入金属探针或其他导体，第一小孔和第二小孔进行电气连接，用于将各节电池的正极连接至正极总线，第五小孔和第六小孔进行电气连接，用于将各节电池的负极连接至负极总线，第三小孔和第四小孔之间进行电气连接，用于单片机控制系统（1）识别该顶部旋转码盘选出的电池序号。
3.根据权利要求2所述的电池组均衡装置，其特征在于：所述顶部旋转码盘使用PCB直接绘制，或者使用亚克力塑料切割并用导电胶进行电器连接。
4.根据权利要求1所述的电池组均衡装置，其特征在于：所述单片机控制系统（1）主要包括单片机，单片机的PB5端口输出PWM信号到电池选择模块（5）用于控制机械转动装置转动，单片机的PA8-PA12、PC7-PC9、PD8-PD11、PB0、PB1端口分别连接电池选择模块（5）的靠近圆心的内层半圈接口，用于识别选择的电池序号；单片机的PB11端口连接至电压采集模块（3）的输入端，用于控制继电器吸合与断开改变电压采集电容的状态，求出差模电压即单节电池电压；单片机的PA0端口连接至电压采集模块（3）的输出端，用于测量电池电压；单片机的PA1、PA2端口连接电流采集模块（4），用于检测电池组的充放电电流；单片机的PB10端口连接恒流输出模块（6），用于控制均衡电流输出给电池组中任意一节电池做均衡；单片机的PB3端口连接无线传输模块（2），控制无线传输模块（2）的开启与关断。
5.根据权利要求1所述的电池组均衡装置，其特征在于：所述隔离降压模块（7）包括核心器件高频变压器、RC振荡电路和稳压输出电路，电池组输入电压使RC振荡电路起振，高频变压器初级线圈产生变化的电流，通过磁芯作用将能量传输至高频变压器次级线圈，输出电压通过光耦反馈到变压器反馈线圈，稳压输出电路根据输出电压变化，进行闭环调节，使输出电压保持稳定。
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