CN209356645U - 一种蓄电池充放电检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种蓄电池充放电检测仪，通过设置电池监控芯片，可以同时监控多个单体蓄电池两端的电压，通过电池监控芯片的串联，可以根据实际的单体蓄电池的数目来确定电池监控芯片的数目，增大监控的数目，减少微处理器的工作量，简化电路，进而提高微处理器的处理能力和精度；通过设置单体蓄电池过压状况时对电压均衡电路中的电阻进行放电的电压均衡电路，可以将单体蓄电池上多的电压消耗掉，并且电路结构更简单，在单体蓄电池数目很多的情况下，可以简化电路结构，节约电路成本；整个装置可以使过压的单体蓄电池恢复成正常，并且在单体蓄电池数目很多时，可以简化电路结构，分担微处理器的工作，提高电压采集的精度。

Description

一种蓄电池充放电检测仪

技术领域

本实用新型涉及蓄电池充放电领域，尤其涉及一种蓄电池充放电检测仪。

背景技术

由于蓄电池的生产原料和工艺的原因，是生产出的各种电池单体之间会多或少的存在一些差异，如果随着蓄电池多次充放电循环使用次数的增多，这种差异性会越来越明显，从而导致整个电池组的实际容量越来越低。串联工作的蓄电池或超级电容在充电和放电时，由于种种原因都存在不均衡性；充电时：容量小的蓄电池或超级电容常常会产生过充，严重时将导致蓄电池或超级电容损坏，而容量大的蓄电池或超级电容往往不能充满电能；放电时：电量不足的蓄电池或超级电容会最先进入放电下限值，同样存在放电不均衡性，如果继续放电，该蓄电池或超级电容就会产生过放电，从而缩短蓄电池或超级电容的使用寿命，严重时会出现反极性，彻底损坏蓄电池或超级电容。

目前采用的均衡电路的设计中，分为两种均衡方式：能量消耗型和能量非消耗型。常采用能量非消耗型，能量非消耗型常用两种方法：电容均衡电路和同轴变压器补充均衡电路，电容均衡电路是使能量从容量高的单体蓄电池转移到容量低的单体蓄电池，从而实现蓄电池组的均衡，这种电路能量消耗比较小，但是均衡电流小，当容量高的单体蓄电池与容量低的单体蓄电池相距较远时，能量传递很慢，不适合串联蓄电池单体较多的蓄电池组；同轴变压器均衡电路是通过对容量低的单体蓄电池进行补充来实现所有单体的均衡，但是这种均衡方式只能进行充电均衡，对二次侧绕线组的一致性要求较高。

而且，现有技术中对蓄电池充放电检测技术中，都是通过一个主控芯片来监控串联蓄电池组中的单体蓄电池两侧的电压，或两个相邻蓄电池两端的电压，当蓄电池组里的蓄电池数目较多时，如果采用上述的方式进行电压采集，整个电路的成本增加，结构复杂，还可能导致蓄电池的一致性较差。

综上，本实用新型提供了一种带有新型的均衡电路和对多个单体蓄电池组监控的简易电池监控电路的蓄电池充放电测试仪。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种带有新型并且通用的均衡电路和对蓄电池组总电压采集电路的蓄电池充放电测试仪。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种蓄电池充放电检测仪，其包括充电器、充放电控制电路、串联蓄电池组、电流采集电路和微处理器，还包括多个单体电压采集电路、多个电压均衡电路和电池监控芯片；

单体电压采集电路包括相互连接的光耦隔离电路和滤波电路；

充放电控制电路分别与充电器、蓄电池组和微处理器电性连接，多个光耦隔离电路分别与蓄电池组内的单体蓄电池一一对应电性连接，多个滤波电路分别与电池监控芯片电性连接，多个电压均衡电路分别与多个单体蓄电池一一对应电性连接，多个电压均衡电路均与电池监控芯片电性连接，电流采集电路分别与蓄电池组和微处理器电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，电池监控芯片为LTC6802，微处理器为AT89C51；

LTC6802的SCLK、SDI、SDO和CSBI引脚分别与AT89C51的P1.0、P1.1、 P1.2和P1.3引脚一一对应电性连接。

更进一步优选的，光耦隔离电路包括：TLP521-1光耦合器、电阻R2和电阻R4；

滤波电路包括：电阻R1、电阻R3、电阻R5、电阻R6、二极管D1、二极管D2、三极管Q1和三极管Q2；

电阻R1的一端分别与单体蓄电池的正极和三极管Q1的发射极电性连接，三极管Q1的集电极与二极管D1的负极电性连接，二极管D1的正极与电阻R5 的一端电性连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和LTC6802的C2引脚电性连接，电阻R6的另一端接地，三极管Q1的基极分别与电阻R1的另一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端TLP521-1光耦合器的1引脚电性连接，TLP521-1光耦合器的4引脚与电阻R4的一端电性连接，电阻R4的另一端与LTC6802的C1引脚电性连接，TLP521-1光耦合器的2引脚分别与电阻R3的一端和三极管Q2的基极电性连接，电阻R3的另一端分别与三极管Q2 的发射极和单体蓄电池的负极电性连接，三极管Q2的集电极与二极管D2的正极电性连接，二极管D2的负极与LTC6802的C1引脚电性连接。

更进一步优选的，电压均衡电路包括：电阻R7、电阻R8、二极管D3和场效应管Q3；

场效应管Q3的源极分别与单体蓄电池的正极和二极管D3的正极电性连接，场效应管Q3的漏极与电阻R7的一端电性连接，电阻R7的另一端与单体蓄电池的负极电性连接，场效应管Q3的栅极分别与二极管D3的负极荷电阻R8 的一端电性连接，电阻R8的另一端与LTC6802的S2引脚。

更进一步优选的，充放电控制电路包括：充电开关、放电开关、充电开关驱动电路和放电开关驱动电路；

充电开关分别与充电器的一端、蓄电池组的一端和充电开关驱动电路电性连接，充电器的另一端与蓄电池组的另一端电性连接，放电开关分别与蓄电池的两端和放电开关控制电路电性连接。

进一步优选的，充电开关为场效应管Q4；

充电开关驱动电路包括：电阻R9、电阻R10、电阻R11和三极管Q5；

场效应管Q4的源极分别与充电器的一端和电阻R10的一端电性连接，场效应管Q4的漏极分别与电阻R9的一端和蓄电池组的负极电性连接，电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和三极管Q5的基极电性连接，场效应管Q4的栅极分别与三极管Q5的集电极、电阻R9的另一端和AT89C51的P2.0引脚电性连接，三极管Q5的发射极和电阻R11的另一端均接地。

进一步优选的，放电开关为场效应管Q6；

放电开关驱动电路包括：电阻R12、电阻R13、电阻R14和三极管Q7；

场效应管Q6的源极分别与充电器的一端和电阻R13的一端电性连接，场效应管Q6的漏极分别与电阻R12的一端和蓄电池组的负极电性连接，电阻R13 的另一端分别与电阻R14的一端和三极管Q7的基极电性连接，场效应管Q6的栅极分别与三极管Q7的集电极、电阻R12的另一端和AT89C51的P2.1引脚电性连接，三极管Q7的发射极和电阻R14的另一端均接地。

更进一步优选的，电流采集电路包括ACS712电流传感器。

本实用新型的一种蓄电池充放电检测仪相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置电池监控芯片，可以同时监控多个单体蓄电池两端的电压，通过电池监控芯片的串联，可以根据实际的单体蓄电池的数目来确定电池监控芯片的数目，增大监控的数目，减少微处理器的工作量，简化电路，进而提高微处理器的处理能力和精度；

(2)通过设置单体蓄电池过压状况时对电压均衡电路中的电阻进行放电的电压均衡电路，可以将单体蓄电池上多的电压消耗掉，跟传统的电压均衡电路相比，本实用新型的电压均衡电路结构更简单，在单体蓄电池数目很多的情况下，可以简化电路结构，节约电路成本；

(3)整个装置可以使过压的单体蓄电池恢复成正常，并且在单体蓄电池数目很多时，可以简化电路结构，分担微处理器的工作，提高电压采集的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种蓄电池充放电检测仪结构图；

图2为本实用新型的一种蓄电池充放电检测仪中电池监控芯片的引脚图；

图3为本实用新型的一种蓄电池充放电检测仪中电压采集电路的电路图；

图4为本实用新型的一种蓄电池充放电检测仪中电压均衡电路的电路图；

图5为本实用新型的一种蓄电池充放电检测仪中充电控制电路的电路图；

图6为本实用新型的一种蓄电池充放电检测仪中放电控制电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种蓄电池充放电检测仪，其包括充电器、充放电控制电路、串联蓄电池组、电流采集电路、微处理器、多个单体电压采集电路、多个电压均衡电路和电池监控芯片；其中，单体电压采集电路包括相互连接的光耦隔离电路和滤波电路。

微处理器，主要接受来自LTC6802的电压采集信息，并对LTC6802的相关参数进行设置，对电池组温度和电流的采集。在本实施例中，采用AT89C51，具体的，LTC6802的SCLK、SDI、SDO和CSBI引脚分别与AT89C51的P1.0、 P1.1、P1.2和P1.3引脚一一对应电性连接。

电池监控芯片，用于电池组监控。在本实施例中，电池监控芯片采用 LTC6802，LTC6802是一款专门用于电池组监控的芯片，每片可以检测12个串联连接的单体电池电压，输入总电压高达60V，可以通过分布式总线结构或自接将芯片串联的方式来实现更多的串联单体电池的电压检测，此外，具有12位 ADC，电压采集精度高，具有被动均衡能力，可通过外部场效应管对过压的单体蓄电池进行放电，驱动外部场效应管的具体方式为：在场效应管驱动输出端内置上拉电阻。如图2所示，BAT为蓄电池的接口，每组单体蓄电池电压检测均用到三个引脚，本实施例中用到了C1、C2和S2引脚，当监控的蓄电池组增多时，按照图2上BAT连接的引脚进行连接。

充放电控制电路，当充电器对蓄电池充电时，达到饱和状态时或当蓄电池在放电达到对蓄电池所设置的剩余容量参数时，能够中断蓄电池充放电。充放电控制电路包括：充电开关、放电开关、充电开关驱动电路和放电开关驱动电路。其中，如图5所示，充电开关为场效应管Q4，放电开关为场效应管Q5；充电开关驱动电路包括：电阻R9、电阻R10、电阻R11和三极管Q5；场效应管Q4的源极分别与充电器的一端和电阻R10的一端电性连接，场效应管Q4的漏极分别与电阻R9的一端和蓄电池组的负极电性连接，电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和三极管Q5的基极电性连接，场效应管Q4的栅极分别与三极管Q5的集电极、电阻R9的另一端和AT89C51的P2.0引脚电性连接，三极管Q5的发射极和电阻R11的另一端均接地。如图6所示，放电开关驱动电路包括：电阻R12、电阻R13、电阻R14和三极管Q7；场效应管Q6的源极分别与充电器的一端和电阻R13的一端电性连接，场效应管Q6的漏极分别与电阻R12的一端和蓄电池组的负极电性连接，电阻R13的另一端分别与电阻R14的一端和三极管Q7的基极电性连接，场效应管Q6的栅极分别与三极管Q7的集电极、电阻R12的另一端和AT89C51的P2.1引脚电性连接，三极管Q7的发射极和电阻R14的另一端均接地。通过驱动场效应管Q4和场效应管Q6的开断，在蓄电池的端电压达到截止电压或者电池容量达到饱和时，驱动场效应管Q4断开，场效应管Q6接通，进行放电；当蓄电池的端电压达到最小极限电压或电池容量剩余容量达到设置参数时，接通场效应管Q4，切断场效应管Q6，进行充电。由于充电开关和放电开关的型号一样，其充放电开关驱动电路相同，因此，驱动原理一样，即：电池监控芯片发出高低电平来控制三极管Q5和三极管Q7的通断，进而控制场效应管Q4和场效应管Q6的通断。

单体电压采集电路，采集单体蓄电池两端的电压。其包括：光耦隔离电路和滤波电路。光耦隔离电路，将电路之间的信号与负载隔离，增加电路的安全性；滤波电路，滤除电路中的干扰信号。其中，如图3所示，光隔离电路包括： TLP521-1光耦合器、电阻R2和电阻R4；滤波电路包括：电阻R1、电阻R3、电阻R5、电阻R6、二极管D1、二极管D2、三极管Q1和三极管Q2；具体的，电阻R1的一端分别与单体蓄电池的正极和三极管Q1的发射极电性连接，三极管Q1的集电极与二极管D1的负极电性连接，二极管D1的正极与电阻R5的一端电性连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和LTC6802的C2引脚电性连接，电阻R6的另一端接地，三极管Q1的基极分别与电阻R1的另一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端TLP521-1光耦合器的1引脚电性连接，TLP521-1光耦合器的4引脚与电阻R4的一端电性连接，电阻R4的另一端与LTC6802的C1引脚电性连接，TLP521-1光耦合器的2引脚分别与电阻R3 的一端和三极管Q2的基极电性连接，电阻R3的另一端分别与三极管Q2的发射极和单体蓄电池的负极电性连接，三极管Q2的集电极与二极管D2的正极电性连接，二极管D2的负极与LTC6802的C1引脚电性连接。

电压均衡电路，在单体蓄电池出现过压时，通过电压均衡电路将单体蓄电池放出的电能消耗在电压均衡电路中的电阻上。如图4所示，电压均衡电路包括：电阻R7、电阻R8、二极管D3和场效应管Q3；具体的，场效应管Q3的源极分别与单体蓄电池的正极和二极管D3的正极电性连接，场效应管Q3的漏极与电阻R7的一端电性连接，电阻R7的另一端与单体蓄电池的负极电性连接，场效应管Q3的栅极分别与二极管D3的负极荷电阻R8的一端电性连接，电阻 R8的另一端与LTC6802的S2引脚。

电流采集电路，检测蓄电池组的电流，并将检测结果输出到微处理器中。在本实施例中，电流采集电路包括ACS712电流传感器，其与AT89C51的输入口P2.3电性连接。

本实用新型的工作原理是：充电器对蓄电池组充电，单体电压采集电路对单体蓄电池两端的电压进行采集，采集信号经光耦隔离电路进行光电隔离处理后，又经滤波电路进行滤波处理后，输送到电池监控芯片LTC6802，当单体电压采集电路采集到当前单体蓄电池两端的电压出现过压时，LTC6802的场效应管输出端会控制电压均衡电路中的场效应管Q3导通，单体蓄电池对其放电，放出的电能消耗在电阻R7上，当单体蓄电池两端的电压将到正常参数值时，电压均衡电路不工作，AT89C51接受来自LTC6802的电压采集信息，并对LTC6802 的相关参数进行设置，对电池组温度和电流的采集。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种蓄电池充放电检测仪，其包括充电器、充放电控制电路、串联蓄电池组、电流采集电路和微处理器，其特征在于：还包括多个单体电压采集电路、多个电压均衡电路和电池监控芯片；

所述单体电压采集电路包括相互连接的光耦隔离电路和滤波电路；

所述充放电控制电路分别与充电器、蓄电池组和微处理器电性连接，多个光耦隔离电路分别与蓄电池组内的单体蓄电池一一对应电性连接，多个滤波电路分别与电池监控芯片电性连接，多个电压均衡电路分别与多个单体蓄电池一一对应电性连接，多个电压均衡电路均与电池监控芯片电性连接，电流采集电路分别与蓄电池组和微处理器电性连接。

2.如权利要求1所述的一种蓄电池充放电检测仪，其特征在于：所述电池监控芯片为LTC6802，微处理器为AT89C51；

所述LTC6802的SCLK、SDI、SDO和CSBI引脚分别与AT89C51的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3引脚一一对应电性连接。

3.如权利要求2所述的一种蓄电池充放电检测仪，其特征在于：所述光耦隔离电路包括：TLP521-1光耦合器、电阻R2和电阻R4；

所述滤波电路包括：电阻R1、电阻R3、电阻R5、电阻R6、二极管D1、二极管D2、三极管Q1和三极管Q2；

所述电阻R1的一端分别与单体蓄电池的正极和三极管Q1的发射极电性连接，三极管Q1的集电极与二极管D1的负极电性连接，二极管D1的正极与电阻R5的一端电性连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和LTC6802的C2引脚电性连接，电阻R6的另一端接地，三极管Q1的基极分别与电阻R1的另一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端TLP521-1光耦合器的1引脚电性连接，TLP521-1光耦合器的4引脚与电阻R4的一端电性连接，电阻R4的另一端与LTC6802的C1引脚电性连接，TLP521-1光耦合器的2引脚分别与电阻R3的一端和三极管Q2的基极电性连接，电阻R3的另一端分别与三极管Q2的发射极和单体蓄电池的负极电性连接，三极管Q2的集电极与二极管D2的正极电性连接，二极管D2的负极与LTC6802的C1引脚电性连接。

4.如权利要求2所述的一种蓄电池充放电检测仪，其特征在于：所述电压均衡电路包括：电阻R7、电阻R8、二极管D3和场效应管Q3；

所述场效应管Q3的源极分别与单体蓄电池的正极和二极管D3的正极电性连接，场效应管Q3的漏极与电阻R7的一端电性连接，电阻R7的另一端与单体蓄电池的负极电性连接，场效应管Q3的栅极分别与二极管D3的负极荷电阻R8的一端电性连接，电阻R8的另一端与LTC6802的S2引脚。

5.如权利要求2所述的一种蓄电池充放电检测仪，其特征在于：所述充放电控制电路包括：充电开关、放电开关、充电开关驱动电路和放电开关驱动电路；

所述充电开关分别与充电器的一端、蓄电池组的一端和充电开关驱动电路电性连接，充电器的另一端与蓄电池组的另一端电性连接，放电开关分别与蓄电池的两端和放电开关控制电路电性连接。

6.如权利要求5所述的一种蓄电池充放电检测仪，其特征在于：所述充电开关为场效应管Q4；

所述充电开关驱动电路包括：电阻R9、电阻R10、电阻R11和三极管Q5；

所述场效应管Q4的源极分别与充电器的一端和电阻R10的一端电性连接，场效应管Q4的漏极分别与电阻R9的一端和蓄电池组的负极电性连接，电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和三极管Q5的基极电性连接，场效应管Q4的栅极分别与三极管Q5的集电极、电阻R9的另一端和AT89C51的P2.0引脚电性连接，三极管Q5的发射极和电阻R11的另一端均接地。

7.如权利要求5所述的一种蓄电池充放电检测仪，其特征在于：所述放电开关为场效应管Q6；

所述放电开关驱动电路包括：电阻R12、电阻R13、电阻R14和三极管Q7；

所述场效应管Q6的源极分别与充电器的一端和电阻R13的一端电性连接，场效应管Q6的漏极分别与电阻R12的一端和蓄电池组的负极电性连接，电阻R13的另一端分别与电阻R14的一端和三极管Q7的基极电性连接，场效应管Q6的栅极分别与三极管Q7的集电极、电阻R12的另一端和AT89C51的P2.1 引脚电性连接，三极管Q7的发射极和电阻R14的另一端均接地。

8.如权利要求2所述的一种蓄电池充放电检测仪，其特征在于：所述电流采集电路包括ACS712电流传感器。