CN207232343U - 一种小型动力装置的电池包soc估算电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种小型动力装置的电池包SOC估算电路，包括电池包、第一电压采集模块、第二电压采集模块以及控制模块，电池包包括若干单体电池；控制模块预先存有若干条OCV‑SOC曲线；第一电压采集模块用于将采集的第一电压输出至控制模块，控制模块用于依据第一电压计算出电池包的电压以及单体电池的电压；第二电压采集模块用于将采集的第二电压输出至控制模块，控制模块还用于依据第二电压计算出电池包的电流大小并依据电池包的电流的方向及大小选择对应的OCV‑SOC曲线且依据单体电池电压找出对应的电池包的SOC。本实用新型提供的小型动力装置的电池包SOC估算电路，结构简单且对电池包SOC的估算比较准确。

Description

一种小型动力装置的电池包SOC估算电路

【技术领域】

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种小型动力装置的电池包SOC估算电路。

【背景技术】

随着新能源汽车产业的迅速发展，锂离子或磷酸铁锂电池因其具有良好的充放电性能、体积小以及循环寿命长等优点受到各大厂商的青睐。目前，除了电动汽车领域，各类小型动力装置，例如，电动工具、电动三轮车或者电动自行车也在使用锂离子或磷酸铁锂电池提供电能。在使用过程中，除了需要提供优质的电能以外，还需要显示电池的剩余电量以供使用者参考。

电动汽车上均安装有电池管理系统(BMS，Battery Management System)以对电池包的电压进行采集并估算电池包的SOC(State of Charge，荷电状态)。然而，对于小型动力装置而言安装电池管理系统无疑是增加成本且电池管理系统体积庞大也不适合简单便携的小型动力装置。

进一步地，由于单体电池的开路电压OCV与单体电池的SOC存在对应关系，因此，可以根据单体电池的开路电压来预测电池的剩余电量。然而，由于单电池在充电的时候存在浮压，其外端电压与开路电压存在较大的差异，若不处理直接查表得到剩余电量，将会造成较大的误差；同理，放电时的外端电压与实际的开路电压也存在较大差异，进而引起剩余电量估算不准的问题。

鉴于此，实有必要提供一种新的小型动力装置的电池包SOC估算电路以克服上述缺陷。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种小型动力装置的电池包SOC估算电路，所述小型动力装置的电池包SOC估算电路，结构简单、成本较低且对电池包SOC的估算比较准确。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种小型动力装置的电池包SOC估算电路，包括电池包、第一电压采集模块、第二电压采集模块以及控制模块，其中，所述电池包包括若干单体电池；所述控制模块预先存有若干条OCV-SOC曲线；所述若干条OCV-SOC曲线包括所述电池包在充电状态时不同充电电流下的OCV-SOC曲线以及所述电池包在放电状态时不同放电电流下的OCV-SOC曲线；所述第一电压采集模块连接于所述电池包与所述控制模块之间并与所述第二电压采集模块相连，所述第一电压采集模块用于采集第一电压并将所述第一电压输出至所述控制模块，所述控制模块用于依据所述第一电压计算出所述电池包的电压并依据所述电池包的电压计算得出所述单体电池的电压；所述第二电压采集模块连接于所述电池包与所述控制模块之间，所述第二电压采集模块用于采集第二电压并将所述第二电压输出至所述控制模块，所述控制模块还用于依据所述第二电压计算出所述电池包的电流大小并依据所述电池包的电流的方向及大小选择对应的OCV-SOC曲线且依据所述单体电池电压找出对应的所述电池包的SOC。

在一个优选实施方式中，所述第二电压为双向电压；当所述第二电压为第一方向时，所述电池包处于充电状态；当所述第二电压为第二方向时，所述电池包处于放电状态。

在一个优选实施方式中，所述小型动力装置的电池包SOC估算电路还包括显示屏；所述显示屏与所述控制模块相连，所述显示屏用于显示所述电池包的电压以及所述电池包的SOC。

在一个优选实施方式中，所述第一电压采集模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一运算放大器；所述第一电阻的一端与所述电池包的正极相连，且另一端依次通过所述第二电阻及所述第三电阻与所述第二电压采集模块相连；所述第一运算放大器的同相输入端连接于所述第二电阻与所述第三电阻之间；所述第一运算放大器的反相输入端连接于所述第三电阻与所述第二电压采集模块之间；所述第一运算放大器的输出端与所述控制模块相连。

在一个优选实施方式中，所述第一运算放大器为单电源运算放大器。

在一个优选实施方式中，所述第二电压采集模块包括检流电阻以及第二运算放大器；所述检流电阻的一端与所述电池包的负极相连，且所述检流电阻的另一端与所述第一运算放大器的反相输入端相连；所述第二运算放大器的同相输入端连接于所述电池包的负极与所述检流电阻之间；所述第二运算放大器的反相输入端连接于所述检流电阻与所述第一运算放大器的反相输入端之间；所述第二运算放大器的输出端与所述控制模块相连。

在一个优选实施方式中，所述第二运算放大器为双电源运算放大器。

在一个优选实施方式中，所述控制模块为MCU。

在一个优选实施方式中，所述单体电池为锂离子电池。

本实用新型提供的小型动力装置的电池包SOC估算电路，结构简单且可以代替电池管理系统来计算得出电池包的SOC，进而降低了小型动力装置的成本。进一步地，小型动力装置的电池包SOC估算电路还能够检测电池包处于充电状态还是放电状态，进而依据所述电池包的充放电状态选择的相应的OCV-SOC曲线，从而使得所述电池包的SOC估算较为准确。

【附图说明】

图1为本实用新型提供的小型动力装置的电池包SOC估算电路的原理框图。

图2为本实用新型提供的小型动力装置的电池包SOC估算电路的电路原理图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1，其为本实用新型提供的小型动力装置的电池包SOC估算电路100的原理框图。其中，小型动力装置可以为电动三轮车、电动自行车或者电动工具。所述小型动力装置的电池包SOC估算电路100包括电池包10、负载20、第一电压采集模块30、第二电压采集模块50、控制模块50以及显示60。其中，所述电池包10用于为小型动力装置提供电能，具体地，所述电池包10用于为所述负载20供电。可以理解，所述负载20可以为电机。在本实施方式中，所述电池包10包括若干单体电池，所述单体电池为锂离子电池。在其他实施方式中，所述单体电池也可以为磷酸铁锂电池。

所述第一电压采集模块30连接于所述电池包10与所述控制模块50之间并与所述第二电压采集模块40相连。所述第一电压采集模块30用于采集第一电压并将所述第一电压输出至所述控制模块50。在本实施方式中，所述第一电压为单向的电压。

所述第二电压采集模块40连接于所述电池包10与所述控制模块50之间，用于采集第二电压并将所述第二电压输出至所述控制模块50。在本实施方式中，所述第二电压为双向电压，即所述第二电压可以为第一方向的电压，也可以为第二方向的电压。其中，所述第一方向与所述第二方向相反。在本实施方式中，当所述第二电压为第一方向时，所述电池包10处于充电状态；当所述第二电压为第二方向时，所述电池包10处于放电状态。

所述控制模块50用于依据所述第一电压计算出所述电池包10的电压并依据所述电池包10的电压计算得出所述单体电池的电压，即单体电池的开路电压。进一步地，所述控制模块50还用于依据所述第二电压计算出所述电池包10的电流大小并依据所述电池包10的电流的方向及大小选择对应的OCV-SOC曲线且依据所述单体电池电压找出对应的所述电池包10的SOC。具体地，若所述电池包10的电流为第一方向，则所述控制模块50判断所述电池包10处于充电状态；若所述电池包10的电流为第二方向，则所述控制模块50判断所述电池包10处于放电状态。在本实施方式中，所述控制模块50预先存有若干条OCV-SOC曲线。其中，所述OCV-SOC曲线是指单体电池开路电压(OCV，Open Circuit Voltage)与单体电池荷电状态(SOC，State of Charge)的关系曲线，亦即，单体电池开路电压与单体电池的荷电状态存在一一对应的关系。由于单体电池的一致性，单体电池的SOC即为电池包10的SOC。所述若干条OCV-SOC曲线包括所述电池包10在充电状态时不同充电电流下的OCV-SOC曲线以及所述电池包在放电状态时不同放电电流下的OCV-SOC曲线。所述控制模块50为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。

所述显示屏60与所述控制模块50相连。所述显示屏60用于显示所述电池包10的电压值以及所述电池包10的SOC。通过显示屏60显示所述电池包10的电压值以及SOC，可以直观的让使用者或者所述电池包10的状态，例如，当所述电池包10的电量(SOC)很低时，使用者可以选择为电池包10充电，进而避免了因所述电池包10过放而将电池包10损坏的情况发生。

请再参阅图2，其为本实用新型所提供的小型动力装置的电池包SOC估算电路100的电路原理图。所述电池包10的正极与负极分别与所述负载20相连以为所述负载20供电。

所述第一电压采集模块30包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一运算放大器OP1。所述第一电阻R1的一端与所述电池包10的正极相连，且另一端依次通过所述第二电阻R2及所述第三电阻R3与所述第二电压采集模块40相连。所述第一运算放大器OP1的同相输入端连接于所述第二电阻R2与所述第三电阻R3之间；所述第一运算放大器OP1的反相输入端连接于所述第三电阻R3与所述第二电压采集模块40之间；所述第一运算放大器OP1的输出端与所述控制模块50相连。在本实施方式中，所述第一运算放大器OP1为单电源运算放大器。

所述第二电压采集模块40包括检流电阻R以及第二运算放大器OP2。所述检流电阻R的一端与所述电池包10的负极相连，且所述检流电阻R的另一端与所述第一运算放大器OP1的反相输入端相连。所述第二运算放大器OP2的同相输入端连接于所述电池包10的负极与所述检流电阻R之间；所述第二运算放大器OP2的反相输入端连接于所述检流电阻R与所述第一运算放大器OP1的反相输入端之间；所述第二运算放大器OP2的输出端与所述控制模块50相连。在本实施方式中，所述第二运算放大器OP2为双电源运算放大器。

所述小型动力装置的电池包SOC估算电路100的工作原理如下：

首先，通过第一运算放大器OP1采集第三电阻R3两端的电压并输出第一电压，由于第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、以及检流电阻R串联于电池包10的正负极之间，且检流电阻R的阻值很小可以忽略，通过第三电阻R3两端的电压以及第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3的阻值可以计算出电池包10两端的电压。接着，通过第二运算放大器OP2采集检流电阻R两端的电压并输出第二电压，由于第二运算放大器OP2为双电源供电，因此，通过第二运算放大器OP2输出的第二电压带有方向，依据第二电压、第二运算放大器OP2的放大倍数以及检流电阻R的阻值即可计算得出电池包10的电流方向及大小。最后，每条OCV-SOC曲线中，都存在单体电池的OCV与SOC的一一对应关系，通过所述电池包10的电压值可以计算得出单体电池的电压值，并依据电池包10的电流大小及方向即可对应查找出相应的SOC。

本实用新型提供的小型动力装置的电池包SOC估算电路100结构简单且可以代替电池管理系统来计算得出电池包的SOC，进而降低了小型动力装置的成本。进一步地，小型动力装置的电池包SOC估算电路100还能够检测电池包10处于充电状态还是放电状态，进而依据所述电池包10的充放电状态选择的相应的OCV-SOC曲线，从而使得所述电池包的SOC估算较为准确。

本实用新型并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本实用新型并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (9)

1.一种小型动力装置的电池包SOC估算电路；其特征在于：包括电池包、第一电压采集模块、第二电压采集模块以及控制模块，其中，所述电池包包括若干单体电池；所述控制模块预先存有若干条OCV-SOC曲线；所述若干条OCV-SOC曲线包括所述电池包在充电状态时不同充电电流下的OCV-SOC曲线以及所述电池包在放电状态时不同放电电流下的OCV-SOC曲线；所述第一电压采集模块连接于所述电池包与所述控制模块之间并与所述第二电压采集模块相连，所述第一电压采集模块用于采集第一电压并将所述第一电压输出至所述控制模块，所述控制模块用于依据所述第一电压计算出所述电池包的电压并依据所述电池包的电压计算得出所述单体电池的电压；所述第二电压采集模块连接于所述电池包与所述控制模块之间，所述第二电压采集模块用于采集第二电压并将所述第二电压输出至所述控制模块，所述控制模块还用于依据所述第二电压计算出所述电池包的电流大小并依据所述电池包的电流的方向及大小选择对应的OCV-SOC曲线且依据所述单体电池电压找出对应的所述电池包的SOC。

2.如权利要求1所述的小型动力装置的电池包SOC估算电路，其特征在于：所述第二电压为双向电压；当所述第二电压为第一方向时，所述电池包处于充电状态；当所述第二电压为第二方向时，所述电池包处于放电状态。

3.如权利要求1所述的小型动力装置的电池包SOC估算电路，其特征在于：所述小型动力装置的电池包SOC估算电路还包括显示屏；所述显示屏与所述控制模块相连，所述显示屏用于显示所述电池包的电压以及所述电池包的SOC。

4.如权利要求1所述的小型动力装置的电池包SOC估算电路，其特征在于：所述第一电压采集模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一运算放大器；所述第一电阻的一端与所述电池包的正极相连，且另一端依次通过所述第二电阻及所述第三电阻与所述第二电压采集模块相连；所述第一运算放大器的同相输入端连接于所述第二电阻与所述第三电阻之间；所述第一运算放大器的反相输入端连接于所述第三电阻与所述第二电压采集模块之间；所述第一运算放大器的输出端与所述控制模块相连。

5.如权利要求4所述的小型动力装置的电池包SOC估算电路，其特征在于：所述第一运算放大器为单电源运算放大器。

6.如权利要求4所述的小型动力装置的电池包SOC估算电路，其特征在于：所述第二电压采集模块包括检流电阻以及第二运算放大器；所述检流电阻的一端与所述电池包的负极相连，且所述检流电阻的另一端与所述第一运算放大器的反相输入端相连；所述第二运算放大器的同相输入端连接于所述电池包的负极与所述检流电阻之间；所述第二运算放大器的反相输入端连接于所述检流电阻与所述第一运算放大器的反相输入端之间；所述第二运算放大器的输出端与所述控制模块相连。

7.如权利要求6所述的小型动力装置的电池包SOC估算电路，其特征在于：所述第二运算放大器为双电源运算放大器。

8.如权利要求1所述的小型动力装置的电池包SOC估算电路，其特征在于：所述控制模块为MCU。

9.如权利要求1所述的小型动力装置的电池包SOC估算电路，其特征在于：所述单体电池为锂离子电池。