CN101383436B - 一种电池充电方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池充电方法，包括：电池充电模块向电池监测保护模块发送询问该电池监测保护模块是否在线的命令；所述电池监测保护模块接收到所述命令后，获取所述电池充电模块的波特率，校正所述通讯波特率使所述电池监测保护模块的波特率与所述电池充电模块的波特率同步，并获取电池的充电状态信息；所述电池监测保护模块将所获取的充电状态信息回送给所述电池充电模块；所述电池充电模块根据所述充电状态信息来控制电池充电过程。同时，本发明还公开了一种电池充电装置，通过所公开的电池充电方法及装置，可对电池组的每节电池的电压进行准确的检测，对电池的充放电进行可靠控制，并节约了成本。

Description

一种电池充电方法及装置
技术领域
本发明涉及串联电池组的充电控制领域，尤其涉及一种电池充电方法及装置。
背景技术
便携式电子产品以其小巧、便于随身携带等显著的特点而倍受现代人的欢迎。它可以使人们的工作、学习、娱乐免受时间、地域的限制，显著地提高工作效率和生活质量。便携式电子产品广泛使用充电电池，它具有可重复多次充电、容量大的优点。特别是锂电池以其体积小，容量大，寿命长的特点更为人们所接受，已越来越多地应用于各个领域。但如果用户使用不当或充电器和/或用电设备智能化程度不高，就会缩短电池寿命，进而影响新技术在各个行业的推广应用。要想让电池的使用寿命最大程度地发挥出来，在充电器和用电设备上做改进，无疑是一种主要的途径。
目前单节锂电池的管理应用比较成熟，但是多节串联锂电电池包的管理还普遍存在不足之处，例如：成本高、智能化程度不足、控制检测误差偏大，这就迫切需要从充电器和用电设备上着手，寻找一种价格低、控制可靠、精密智能化程度高的锂电电池包充电管理方案。
发明内容
鉴于现有技术中存在的不足，本发明提供一种电池充电方法及装置，可对电池组的每节电池的充电状态准确的判断，对电池的充放电进行可靠控制。
为了达到上述发明目的，本发明提供了一种电池充电方法，包括：
电池充电模块向电池监测保护模块发送询问该电池监测保护模块是否在线的命令；
所述电池监测保护模块接收到所述命令后，获取所述电池充电模块的波特率，校正所述通讯波特率使所述电池监测保护模块的波特率与所述电池充电模块的波特率同步，并获取电池的充电状态信息；
所述电池监测保护模块将所获取的充电状态信息回送给所述电池充电模块；
所述电池充电模块根据所述充电状态信息来控制电池充电过程。
同时，本发明还提供了一种电池充电装置，包括：
电池充电模块，用于与电池监测保护模块通讯来控制电池充电过程；
电池监测保护模块，用于获取所述电池充电模块的波特率，校正所述通讯波特率使所述电池监测保护模块的波特率与所述电池充电模块的波特率同步，获取充电的状态信息，并将该信息发送给电池充电模块；
所述电池充电模块与所述电池监测保护模块连接，所述两模块之间通过半双工通讯来控制对电池的充电。
本发明通过电池充电模块与电池监测保护模块进行半双工的通讯来控制电池的充电过程，在此过程中，电池监测保护模块校正通讯波特率并获取充电的状态信息，并将该信息发送给电池充电模块，使电池充电模块来控制电池的充电过程，本发明的有益效果是，可对电池组的每节电池的电压进行准确的检测，对电池的充放电进行可靠控制，并节约成本。
附图说明
图1是本发明一种电池充电方法的实施例的流程示意图；
图2是本发明一种电池充电方法中电池充电模块工作流程示意图；
图3是本发明一种电池充电方法中电池监测保护模块工作流程示意图；
图4是本发明一种电池充电装置的实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
请参考图1，是本发明一种电池充电方法的实施例的流程示意图，包括步骤：
s101、电池充电模块向电池监测保护模块发送询问该电池监测保护模块是否在线的命令；
此处，所述电池充电模块与所述电池监测保护模块是通过单线连接的半双工通讯方式进行通讯的，在实际应用中，是利用电池充电模块的单片机(以下简称主机)与电池监测保护模块中的单片机(以下简称从机)进行通讯。
s102、所述电池监测保护模块接收到所述命令后，校正通讯波特率并获取电池的充电状态信息；
所述s102中，电池监测保护模块校正通讯波特率的步骤包括：
所述电池监测保护模块接收所述电池充电模块发送的询问所述电池监测保护模块是否在线的命令；
根据所述命令中的命令参数获取所述电池充电模块的波特率；
根据所述电池充电模块的波特率来校正所述电池监测保护模块的波特率，使所述电池监测保护模块的波特率与所述电池充电模块的波特率同步。
上述校正波特率所采用的方法是内部的RC震荡，利用飞思卡尔(freescale)单片机MC9S08QG8内部的异步通讯寄存器配置特点而做的换算处理后得出的结论。
例如，在本实施例中，若主机设定以9600bps的波特率向从机发送命令0x55，所述命令0x55根据通讯协议的设定，其代表的含义是，当电池监测保护模块即从机接收到此命令时，就会校正通讯波特率。所述0x55的字节格式为：一个起始位，8个数据位，一个停止位，因此0x55发送完成时，所用的时间为10÷9600＝1.04ms。
0x55时序波形中有5个上升沿，从机被主机发送的0x55的时序波形中的第一个上升沿所触发，从第一个上升沿起的4ms内计数上升沿个数，当收到第5个上升沿时，从机计数器停止计时，这样，第一个到第五个上升沿之间就有8个位，从机计时器数值除以8就是主机发送一个位数据的时间，这样，从机就可以修正内部的寄存器配置值，以达到和主机波特率同步的目的。
从机采用freescale单片机MC9S08QG8内部的波特率可以设置：
f_bit＝f_busclk/16/BR
那么，一位的时间是：
T_bit＝16*BR/f_busclk……………①
T_bit：一位的时间
f_bit：一位时间的倒数
BR：单片机波特率寄存器的设置值
f_busclk：单片机的总线时钟频率
从机接收0x55，5个上升沿的时间是T＝CNT×PS/f_busclk，那么发送一位数据的时间是：
T_bi＝CNT×PS/f_busclk/8…………②
T_bit：一位的时间
CNT：模数定时计数寄存器(MTIMCNT)的值
PS：模数定时时钟配置(MTIMCLK)寄存器中的时钟源分频器值
f_busclk：单片机的总线时钟频率
由①和②公式可以得出如下结论：
BR＝CNT×PS/128…………………③
单片机可以预先设定寄存器PS值为128分频，即PS＝128，那么公式③就是：
BR＝CNT……………………④
由上述公式④可以看出，只要从机读取寄存器CNT的值，并将值赋予单片机波特率寄存器的设置值BR即可使用与主机相同的波特率来设定从机。
本方案采用内部RC震荡的方法校正波特率，与常用外部晶振的方法相比，节省了成本，并保证了通讯质量。
所述s102中，所述获取电池的充电状态信息的步骤包括：
获取校准电压以及该校准电压经采样后对应的数字量化值；
存储所获取的校准电压及数字量化值；
所述获取及存储校准电压及数字量化值，可以生产的过程中，提前设置并存储校准电压及数字量化值。
获取电池的检测电压经监测保护模块采样后所对应的数字量化值；
根据所述检测电压的数字量化值，通过公式：检测电压与校准电压对应的数字量化值的乘积等于所述检测电压对应的数字量化值与校准电压的乘积，计算检测电压的数值从而获取电池的电压信息；
以下对获取电池的检测电压的过程进行详细阐述。
在生产时，要首先校准采样电压，以获得最佳的电池电压采样精度。例如对于五串锂电池，采用8400mV±5mV的外部预先精确校准。
在用单片机作模拟数字转换(AD)采样高电压时，一般由电阻分压后送至单片机AD口。必须依据如下的公式进行换算：
V×K/D＝Vref/2n……………①
V：所采样的目的电压
K：分压比，是分压电阻的比值，为R下/(R上+R下)
D：单片机采样的数字量化值
Vref：单片机AD基准参考源
n：单片机AD的位数
在一般的测量计算中，要想检测某个定点压点，由此公式人工手算出对应的单片机采样的数字量化值即可，这里的人工手算是把采样通道的电阻和AD参考源看作理想值来考虑计算的，但是实际情况会存在偏差，所以单片机测量控制时也会有一定误差。
为了避免采样通道的电阻和AD参考源的误差，本方案采用一种特殊的算法来避免误差。
特殊的算法原理为：因为无数次的采样都是经过相同的采样通道参数和AD基准参考源来换算的，所以可以预先首次精准采样一次，把采样数据存入单片机的电可擦除只读存储器(EEPROM)内，以后的采样可以与首次的精准采样比较换算，来计算出所测数值。
以下是对这一算法的推理过程。
首次精准采样一次，把本次采样称作为校准采样，套用公式①，得：
V_adj×K/D_adj＝Vref/2n……………②
V_adj：本次校准的电压值
D_adj：本次校准的电压值经单片机采样后对应的数字量化值
以后的检测采样，套用公式①，得：
V_测×K/D_测＝Vref/2n……………③
由公式②和③得：
V_测＝D_测×V_adj/D_adj……………④
V_测：本次检测的电压值
D_测：本次检测的电压值经单片机采样后对应的数字量化值
由此公式④可以看出，测量结果V_测与采样通道的电阻和AD参考源无关，只与校准电压和校准电压采样量化值有关。那么，我们在测量其它点电压时，只要用此公式由单片机采样计算即可得知外部检测电压。这里的D_测与D_adj都是经过32次连续采样排序后，中间16次的平均值作为可靠数据来考虑的。
用此算法时，校准采样电压应尽量精确，≤±5mV。选用元件须注意以下几点，以达到最佳效果。
采样通道分压电阻阻抗低漂移；
单片机AD基准参考源输出低漂移；
单片机AD积分非线性误差尽量小。
电池的充电状态信息除了电池的检测电压信息之外还包括电池的温度信息，如下：
通过热敏电阻所检测的电池的温度获取电池的温度信息。
例如，在获取锂电池温度信息的过程中，若电池的温度高于或低于正常的温度范围时，电池充电模块会控制切断充电，当温度回落至正常范围时，可继续进行充电。
上述电池的电压信息及温度信息组成了电池的充电状态信息，如：充满、快充、补充、过温等。
若所述电池为多节串联的锂电池，所述电池监测保护模块可对每节电池进行单独的电压及温度检测，提高了精确度。
s103、所述电池充电模块向所述电池监测保护模块发送向所述电池充电模块回送充电状态信息的命令；
所述s103在具体实施中也可以省略，也即：所述电池监测保护模块在获取电池充电状态信息后可以直接把充电状态信息回送给电池充电模块。
s104、所述电池监测保护模块将所获取的充电状态信息回送给所述电池充电模块；
s105、所述电池充电模块根据所述充电状态信息来控制电池充电过程。
此处，电池充电模块根据充电状态信息如：预充、快充、过温等信息来控制对电池的充电。
所述的电池充电方法还包括：
当打开电转放电时，所述电池监测保护模块检测电池放电电压，若任意一节的电池电压低于保护电压时，就会切断所述电池对电转的供电。
此处，可以防止当单节锂电池电压低于保护电压时，仍被使用，从而降低了电池寿命，在具体实施中，可在电转模块中增加一电转电源控制电路来进行过放控制，当打开电转放电时，会通过电转的一个通讯端口输出一个上升沿的信号将所述电池监测保护模块从待机状态唤醒，所述监测保护模块开始实时检测电池的电压，当电池电压低于保护电压时，则强行切断电池给电转负载的供 电来保护电池。
为了更容易理解电池充电模块与电池监测保护模块通过半双工的通讯来控制并完成电池的充电过程，以下分别讲述所述电池充电模块与电池监测保护模块的工作流程。
请参考图2，是本发明一种电池充电方法中电池充电模块工作流程示意图，包括：
s201、电池充电模块(以下简称主机)检测充电接口是否存在电压，若不存在，则执行s202，若存在电压，则执行s203。
s202、空载状态，此步骤完成之后结束充电操作；
s203、主机向电池监测保护模块(以下简称从机)发送是否在线的命令0x55；
本实施例中，所述命令0x55根据通讯协议的设定，其代表的含义是，当电池监测保护模块即从机接收到此命令时，就会自动校正通讯波特率。
s204、延时200ms之后，主机向从机发送回送电池信息的命令0x51或0x52；
此处，0x51是说明首次***电池，并请求回送电池信息，而0x52是说明已经***电池，并请求回送电池信息。
s205、判断是否在规定时间内，如500ms内接收到电池的充电状态信息，若判断为是，则执行s207～s212中任意一个或多个步骤，若判断为否，则执行s206；
s206、发生故障，当500ms内没有接收到从机发送的充电状态信息时，可认为其出故障，在超过500ms的同时，充电接口的电压也为零，可认为电池离开了充电装置，此步骤完成之后结束充电操作；
s207、预充，当电池处于某一低压电平时，没有准备好接受完全充电电流，一般就会以一个更低的电流进行预充电；
s208、快充，对电池进行快速充电；
s209、补电，电池已存在电量，还需要补充充电时，其状态为“补电”；
s210、过温，也就是温度超出了电池的保护温度，如>45℃或<0℃，具体的温度值可根据电池性能作适当变动；
s211、充满，当电池充满电时，就会显示“充满”的状态；
s212、故障，当主机收到错误信息时，其状态为“故障”；
上述步骤不分先后顺序，在执行s211或s212之后，结束充电操作。
s213、判断温度是否恢复正常，若判断为是，则重复执行步骤s203～s213，若判断为否，则结束充电操作。
请参考图3，是本发明一种电池充电方法中电池监测保护模块工作流程示意图，包括：
s301、校正电池监测保护模块的电池采样电压；
s302、判断从机是否在规定的时间内被触发，若判断为否，则从机处于待机模式，若判断为是，则执行s303；
s303、从机判断被触发的上升沿的数目，若判断为5，若执行s303，若判断为1，则执行s310，若判断结果不为1也不为5，则执行s309，即出现故障；
s304、校准通讯波特率；
s305、检测电池的电压及温度；
s306、判断并获取电池的充电状态信息；
s307、接收主机发送的回送电池充电状态信息的命令0x51或0x52；
s308、在500ms内，从机向主机发送充电状态信息，此步骤结束之后，再重复执行s302；
s309、若超过500ms从机没有向主机发送充电状态信息，则出现故障；
s310、启动电转，进行电池放电；
s311、放电过程中，电池监测保护模块检测电池的电压是否过低，若判断为是，则执行s312，若判断为否，则执行s314；
s312、切断电池给电转负载的供电；
s313、进入待机模式；
s314、对电池进行放电控制与电压检测处理。
图4是本发明一种电池充电装置40的实施例的示意图。包括：
电池充电模块41，用于与电池监测保护模块42通讯来控制电池充电过程；
所述电池充电模块41包括：
命令发送单元411，用于向电池监测保护模块42发送询问该电池监测保护模块42是否在线的命令以及向电池充电模块41回送充电状态信息的命令；
信息接收单元412，用于接收电池监测保护模块42向所述电池充电模块41发送的充电状态信息；
控制单元413，用于根据所述充电状态信息控制电池充电过程。
电池监测保护模块42，用于校正通讯波特率，获取充电的状态信息，并将该信息发送给电池充电模块41；
所述电池监测保护模块42包括：
命令接收单元421，用于接收电池充电模块41向电池监测保护模块42发送询问该电池监测保护模块42是否在线的命令；
获取单元422，用于根据所述命令，校正通讯波特率并获取电池的充电状态信息；
所述获取单元422包括：
波特率获取子单元4221，用于获取所述电池充电模块41的波特率，根据所述电池充电模块41的波特率来校正所述电池监测保护模块42的波特率，使所述电池监测保护模块42的波特率与所述电池充电模块41的波特率同步；
检测电压获取子单元4222，用于获取电池的检测电压经监测保护模块42采样后所对应的数字量化值，再根据公式：检测电压与校准电压对应的数字量化值的乘积等于所述检测电压对应的数字量化值与校准电压的乘积，计算检测电压的数值从而获取电池的电压信息；
电池温度获取子单元4223，用于通过热敏电阻所检测的电池的温度获取电池的温度信息。
信息发送单元423，用于将所获取的充电状态信息回送给所述电池充电模块41。
所述电池充电模块41与所述电池监测保护模块42连接，所述两模块之间通过半双工通讯来控制对电池的充电。
在具体实施中，电池充电模块41位于一个独立外壳内，有三个接口BAT+、BAT-及COM，其中COM端口是用来与电池监测保护模块42进行通讯的；电池监测保护模块42位于电池包内，通过电池监测保护模块42中的单片机来监控单节锂电池的电压，所述电池监测保护模块42可扩展锂电池均衡管理电路，即，在电池进行充电时，电池电压过高的那些电池开通一个分流电路，以便在充电时，电池的充电电流随着电池电压的改变而改变，从而使充电管理更加智能化，延长了电池的寿命。
电转控制模块43，用于当打开电转放电时，若任意一节经所述电池监测保护模块42所检测的电池电压低于保护电压时，就会切断所述电池对电转的供电。
此处，为了防止当单节锂电池电压低于保护电压时，仍被使用，从而降低了电池寿命，在具体实施中，可在电转控制模块43中增加一电转电源控制电路来进行过放控制，当打开电转放电时，会通过电转的一个通讯端口输出一个上升沿的信号将所述电池监测保护模块42从待机状态唤醒，所述监测保护模块42开始实时检测电池的电压，当电池电压低于保护电压时，则强行切断电池给电转负载的供电来保护电池。
所述电转控制模块43与所述电池监测保护模块42连接，在实际应用中，电转控制模块43输出端子的三个接口BAT+、BAT-及COM与所述电池监测保护模块42输出端子的三个接口BAT+、BAT-及COM相连接。
本方案的有益效果是，可对电池组的每节电池的电压进行准确的检测，对电池的充放电进行可靠控制，并节约成本。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种电池充电方法，包括：
电池充电模块向电池监测保护模块发送询问该电池监测保护模块是否在线的命令；
所述电池监测保护模块接收到所述命令后，获取所述电池充电模块的波特率，校正所述通讯波特率使所述电池监测保护模块的波特率与所述电池充电模块的波特率同步，并获取电池的充电状态信息；
所述电池监测保护模块将所获取的充电状态信息回送给所述电池充电模块；
所述电池充电模块根据所述充电状态信息来控制电池充电过程。
2.根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于，所述电池监测保护模块将所获取的充电状态信息回送给所述电池充电模块的步骤之前包括：
所述电池充电模块向所述电池监测保护模块发送向所述电池充电模块回送充电状态信息的命令。
3.根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于，所述电池充电模块与所述电池监测保护模块通过半双工通讯方式进行通讯。
4.根据权利要求3所述的电池充电方法，其特征在于，所述电池监测保护模块校正通讯波特率的步骤包括：
所述电池监测保护模块接收所述电池充电模块发送的询问所述电池监测保护模块是否在线的命令；
根据所述命令中的命令参数获取所述电池充电模块的波特率；
根据所述电池充电模块的波特率来校正所述电池监测保护模块的波特率，使所述电池监测保护模块的波特率与所述电池充电模块的波特率同步。
5.根据权利要求4所述的电池充电方法，其特征在于，所述获取电池的充电状态信息的步骤包括：
获取电池的检测电压经监测保护模块采样后所对应的数字量化值；
根据所述检测电压的数字量化值，通过公式：检测电压与校准电压对应的数字量化值的乘积等于所述检测电压对应的数字量化值与校准电压的乘积，计算检测电压的数值从而获取电池的电压信息；
通过热敏电阻所检测的电池的温度获取电池的温度信息。
6.根据权利要求5所述的电池充电方法，其特征在于，所述获取电池的检测电压经监测保护模块采样后所对应的数字量化值的步骤之前还包括：
获取校准电压以及该校准电压经采样后对应的数字量化值；
存储所获取的校准电压及数字量化值。
7.一种电池充电装置，包括：
电池充电模块，用于与电池监测保护模块通讯来控制电池充电过程；
电池监测保护模块，用于获取所述电池充电模块的波特率，校正所述通讯波特率使所述电池监测保护模块的波特率与所述电池充电模块的波特率同步，获取充电的状态信息，并将该信息发送给电池充电模块；
所述电池充电模块与所述电池监测保护模块连接，所述两模块之间通过半双工通讯来控制对电池的充电。
8.根据权利要求7所述的电池充电装置，其特征在于，所述电池充电模块包括：
命令发送单元，用于向电池监测保护模块发送询问该电池监测保护模块是否在线的命令以及向电池充电模块回送充电状态信息的命令；
信息接收单元，用于接收电池监测保护模块向所述电池充电模块发送的充电状态信息；
控制单元，用于根据所述充电状态信息控制电池充电过程。
9.根据权利要求7所述的电池充电装置，其特征在于，所述电池监测保护模块包括：
命令接收单元，用于接收电池充电模块向电池监测保护模块发送询问该电池监测保护模块是否在线的命令；
获取单元，用于根据所述命令，校正通讯波特率并获取电池的充电状态信息；
信息发送单元，用于将所获取的充电状态信息回送给所述电池充电模块。
10.根据权利要求9所述的电池充电装置，其特征在于，所述获取单元包括：
波特率获取子单元，用于获取所述电池充电模块的波特率，根据所述电池充电模块的波特率来校正所述电池监测保护模块的波特率，使所述电池监测保护模块的波特率与所述电池充电模块的波特率同步；
检测电压获取子单元，用于获取电池的检测电压经监测保护模块采样后所对应的数字量化值，再根据公式：检测电压与校准电压对应的数字量化值的乘积等于所述检测电压对应的数字量化值与校准电压的乘积，计算检测电压的数值从而获取电池的电压信息；
电池温度获取子单元，用于通过热敏电阻所检测的电池的温度获取电池的温度信息。
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