專利名稱：電池充放電管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池充放電管理裝置，尤其涉及一種可對蓄電池組的充電和放電進行有效管理和保護的管理裝置。
背景技術(shù)：
鉛酸蓄電池在各行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是隨著電動自行車和電動汽車的發(fā)展，對蓄電池的要求也越來越高，目前市場上大部分的電動自行車、電動汽車的充電器都是為鉛酸蓄電池組充電而設(shè)計的。由于鉛酸蓄電池具有循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、安全性好等優(yōu)點，其已成為主要的可充電蓄電池并被廣泛應(yīng)用于電動車輛領(lǐng)域。但是鉛酸蓄電池也有自身固有的一些缺陷，比如其不允許長時間過充電和過放電，即過充電易使電池極板上的活性物質(zhì)脫落，過放電容易使所述極板活性物質(zhì)不可逆，這兩種情況都會導(dǎo)致電池的失效， 縮短電池的使用壽命。因此有一個裝置來管理電池充放電的過程是十分必要的。另外，在電動車輛上，充電是由充電器來獨立完成，放電則是由電量表顯示來提示用戶。充電過程中充電器的工作狀態(tài)和電池的性能狀態(tài)都無法知曉，這給客戶的維護和分析每個區(qū)域電池使用環(huán)境的影響帶來不便，且所述放電過程缺少必要的控制手段，如果使用者使用很頻繁，將影響電池的使用壽命，而充電的放電過程也沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄，這給電池的維修也帶來了較大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電池充放電管理裝置，其能夠?qū)崟r檢測電池中電壓、溫度和電流，避免出現(xiàn)過充電和過放電，從而增加了電池的使用壽命。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種電池充放電管理裝置，其包括MCU芯片、PFC模塊、輸出控制模塊及與所述MCU芯片連接的電池電壓檢測模塊， 所述MCU芯片內(nèi)預(yù)設(shè)有一充電曲線及閥值電壓，所述電池電壓檢測模塊與電池連接并實時檢測電池的電壓值，并將檢測到的電池電壓值傳送至所述MCU芯片，該MCU芯片將所述電池電壓值與所述閥值電壓進行比較并根據(jù)比較結(jié)果控制所述輸出控制模塊。進一步地，所述電池充放電管理裝置還包括一用于記錄電池的電壓、溫度及電流參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄模塊。進一步地，所述電池充放電管理裝置還包括分別與所述MCU芯片連接的輔助供電模塊及DC/DC轉(zhuǎn)換模塊。進一步地，所述MCU芯片在電池充電前先對電池的電流進行積分運算，使充進電池的電量為前次放電電量的110% -120%之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的電池充放電管理裝置有益效果是有效監(jiān)測和控制充電放電過程，防止電池過充電或過放電，增加電池使用壽命。


圖1為本發(fā)明所述的電池充放電管理裝置的工作原理圖。圖2為本發(fā)明所述電池充放電管理裝置的一個具體實施例的電路原理圖。
具體實施例方式如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供一種電池充放電管理裝置，其包括MCU芯片(microprocessor control unit，微處理機控制單兀)、PFC 模塊(Power Factor Correction,功率因數(shù)校正)、DC/DC轉(zhuǎn)換模塊、輔助供電模塊、輸出控制模塊及電池電壓檢測模塊。外部電網(wǎng)中的交流電經(jīng)過濾波、整流以及功率因數(shù)校正后變?yōu)楦邏褐绷麟?，此高壓直流電?jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換為符合電池組充電電壓的低壓直流電，并通過電池組電壓檢測模塊實時監(jiān)測電池組的電壓，并將監(jiān)測結(jié)果傳輸給MCU芯片，最后由MCU芯片做出控制。所述MCU芯片分別與所述輔助供電模塊、DC/DC轉(zhuǎn)換模塊及電池組電壓檢測模塊相連接，并用于控制所述各個模塊。充電時，所述MCU芯片內(nèi)預(yù)設(shè)有一充電曲線并可根據(jù)該設(shè)定好的充電曲線，對電池進行閉環(huán)控制，整個充電過程分為預(yù)充電、脈沖快速充電、補足充電及浮充電。所述充電曲線包含有閥值電壓、電流等參數(shù)。所述電池電壓檢測模塊與所述電動車電池組的充電輸出端子相連，通過該充電輸出端子來實時檢測電池組內(nèi)的電壓值，該電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后生成的信號傳送至所述 MCU芯片，所述MCU芯片將接收到的信號與預(yù)設(shè)好的充電曲線進行比對，之后將比對結(jié)果反饋到輸出控制模塊，由該輸出控制模塊來控制電池組的充電過程，達到實時控制充電輸出的目的。所述PFC模塊可以在交流轉(zhuǎn)換為直流時提高電源對電的利用率，減小轉(zhuǎn)換過程的電能損耗，達到節(jié)能的目的。所述DC-DC轉(zhuǎn)換模塊能夠產(chǎn)生一個更低的穩(wěn)定電壓，還能夠提升輸入電壓或?qū)⑵浞聪嘀烈粋€負電壓，另外，所述DC-DC轉(zhuǎn)換模塊還能夠在優(yōu)化條件下給出超過95%的轉(zhuǎn)換效率。充電時，本發(fā)明所述的電池充放電管理裝置的MCU芯片將對電流進行積分運算， 而形成所述預(yù)設(shè)的充電曲線，使充進電池的電量為前次放電容量的110% -120%之間。所述MCU芯片利用所述電池電壓檢測模塊對充電過程中電池的電壓狀況，判斷電池的電壓、 溫度、電流等參數(shù)是否在正常的范圍，避免對故障的電池長期充電。放電時，所述電池組電壓檢測模塊將實時監(jiān)測電池組電壓，并判斷這個監(jiān)控電壓與MCU芯片內(nèi)預(yù)設(shè)的閾值電壓的大小進行比較，由MCU芯片根據(jù)比較結(jié)果做出相應(yīng)的反應(yīng)和動作。另外，本發(fā)明所述的電池充放電管理裝置還設(shè)有一數(shù)據(jù)記錄模塊(未圖示)，該數(shù)據(jù)記錄模塊用于記錄充電/放電時保護和故障的電壓、溫度及電流等參數(shù)，以便能夠及時查詢電池的使用問題。以下為本發(fā)明的一個具體實施例，如圖2所示，電池組的正極接電源VCC1，負極接電源VCCl的負極，之后通過Dl連接至R8和R5，其中R5之后接Ql的基極且通過穩(wěn)壓管D2 與地相接，R8接Ql的集電極，Ql的發(fā)射極通過并聯(lián)電容C2與C4后接地，同時Ql發(fā)射極接 UL120的電源正以及繼電器Kl、K2的線圈。VCCl通過R7連接到P89LPC915的AD管腳，同時分別通過C3或R10、Rll接地。由Ql發(fā)射機提供的電壓通過R4、Q6以及D2后連接到外部的報警輸出正，D2的陽極又通過C7接地。P89LPC915KM48V管腳通過Rl接至Q2的基極，Q2的發(fā)射極接地，集電極接Kl的線
4圈以及D3的陽極。Kl為常閉繼電器，開關(guān)的一個觸點通過R16接點火鎖電源入，另一個觸點直接接點火鎖電源出，其中點火鎖電源出又通過Cl接地。P89LPC915的KMSPEED管腳通過R2接Q3的基極，Q3的發(fā)射極接地，集電極接K2 的線圈以及D4的陽極。K2為常開繼電器，其中一個觸點接調(diào)速電位器入負和調(diào)速電位器出負，另一個觸點通過兩個并聯(lián)的電阻R12和R13接調(diào)速電位器入正和調(diào)速電位器出正。P89LPC915的PDA管腳通過R14接紅色發(fā)光二極管的陽極，GLED管腳通過R15接綠色發(fā)光二極管的陽極，兩個發(fā)光二極管的陰極都接地。數(shù)據(jù)記錄模塊使用UL120的差分輸入通道1#和通道2#作為電池組電壓采集通道；通道3#和通道4#作為電流采集通道；通道5#和通道6#作為電池溫度采集通道。由于 UL120的輸入范圍是士500mV，故采用10K: IOM的變阻器進行電壓變換，定容Cl和C2用于穩(wěn)壓，減小車輛啟停時的瞬間電壓變化。我們設(shè)當(dāng)電池組電壓為72V時，電阻R5和R7選用91K0 ；當(dāng)電池組電壓為48V時， 電阻R5和R7選用62K0為例電池組的正極通過Dl (共陽二極管BAW56)連接到R5和R8 Q000/2W)上，R5通過D2(穩(wěn)壓二極管BZX84-B13V)接地，以此產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電壓13V提供給Ql (達林頓管TIP122)的基極，在Ql發(fā)射極將有一個穩(wěn)定的12V電壓，此處的R8用來做保護電阻， C2 (100 μ /25V)和C4 (0. 1 μ )用來穩(wěn)定此12V電壓的輸出，產(chǎn)生的12V電源用來給記錄模塊 UL120提供工作電壓以及做各個繼電器的驅(qū)動電壓。電池的正極通過R7、RlO (3Κ)、Rll(IOK)接地，通過RIO、Rll的分壓，提供一個隨電池組電壓變化的低電壓給單片機Ul (P89LPC915)的AD腳，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后供給微處理器， 以此判斷電池組的電壓。所述單片機Ul (P89LPC915)的所有管腳均有LED的驅(qū)動能力(20mA)，PDA和GLED 兩個管腳分別各驅(qū)動一個綠色和紅色的LED，用作工作狀態(tài)的指示，綠LED慢閃表示正常工作，紅色LED慢閃表示進入停車保護狀態(tài)。當(dāng)電池組的電壓在正常電壓范圍內(nèi)時，單片機U1(P89LPC915)的KM48V和KMSPEED 管腳均輸出為低，Q2(2N22》和Q3QN22》均處于關(guān)閉狀態(tài)，繼電器Kl處于常閉狀態(tài)、K2處于常開狀態(tài)，電動車正常行駛。當(dāng)電池組的電壓低于設(shè)定的“減速保護電壓點”時，單片機U1 (P89LPC91幻的 KMSPEED管腳輸出由低變高，以致Q3QN222)導(dǎo)通，12V的驅(qū)動電壓使繼電器K2由常開變?yōu)殛P(guān)閉，此時調(diào)速電位器的最大輸出由漲變?yōu)?. 5K，使電動車的最大速度降為原來的一半。當(dāng)電池組的電壓低于設(shè)定的“停車保護電壓點”時，Ul (P89LPC915)的KM48V管腳輸出由低變高，以致Q2 0N222)導(dǎo)通，12V的驅(qū)動電壓使繼電器Kl由常閉變?yōu)殚_啟，此時點火鎖斷開，電動車鎖定再行走，并且發(fā)出紅色燈光報警。綜上所述，本發(fā)明所述的電池充放電管理裝置包括一充電電路，放電保護電路以及數(shù)據(jù)記錄電路，另設(shè)有一 MCU芯片以及一輸出控制模塊，在MCU芯片中設(shè)有一充電曲線及一閥值電壓，通過數(shù)據(jù)記錄電路記錄的電池電壓值與MCU芯片中預(yù)設(shè)的充電曲線及閥值電壓進行比對，來控制和管理電池充放電，從而增加鉛酸蓄電池使用壽命。盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進、增加以及取代是可能的。
權(quán)利要求
1.一種電池充放電管理裝置，其包括MCU芯片、PFC模塊、輸出控制模塊及與所述MCU 芯片連接的電池電壓檢測模塊，其特征在于所述MCU芯片內(nèi)預(yù)設(shè)有一充電曲線及閥值電壓，所述電池電壓檢測模塊與電池連接并實時檢測電池的電壓值，并將檢測到的電池電壓值傳送至所述MCU芯片，該MCU芯片將所述電池電壓值與所述閥值電壓進行比較并根據(jù)比較結(jié)果控制所述輸出控制模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的電池充放電管理裝置，其特征在于所述電池充放電管理裝置還包括一用于記錄電池的電壓、溫度及電流參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的電池充放電管理裝置，其特征在于所述電池充放電管理裝置還包括分別與所述MCU芯片連接的輔助供電模塊及DC/DC轉(zhuǎn)換模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的電池充放電管理裝置，其特征在于所述MCU芯片在電池充電前先對電池的電流進行積分運算，使充進電池的電量為前次放電電量的110% -120%之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池充放電管理裝置，其包括MCU芯片、PFC模塊、輸出控制模塊及與所述MCU芯片連接的電池電壓檢測模塊，所述MCU芯片內(nèi)預(yù)設(shè)有一充電曲線及閥值電壓，所述電池電壓檢測模塊與電池連接并實時檢測電池的電壓值，并將檢測到的電池電壓值傳送至所述MCU芯片，該MCU芯片將所述電池電壓值與所述閥值電壓進行比較并根據(jù)比較結(jié)果控制所述輸出控制模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的電池充放電管理裝置有益效果是有效監(jiān)測和控制充電放電過程，防止電池過充電或過放電，增加電池使用壽命。
文檔編號H02J7/10GK102412616SQ20101029097
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者朱彬彬 申請人:蘇州益高電動車輛制造有限公司