CN103698711A - 一种电池包双节检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池包双节检测***，包括：电池组，MCU，电池电压采集模块、温度检测模块NTC，所述的电池组有n节电池，n为正整数；放电过程中，电池电压采集模块以双节电池电压的采集方式进行电压采集，即单节电池进行两两组合，采集每两节组合的电压值；当n为奇数时，单节电池两两组合后剩余的一个单节电池的电压乘2参与后续的计算，本发明实现了硬件成本低、检测通道少、软件开销小一种双节检测电池包***。
Description
技术领域
本发明涉及直流工具领域中的可充锂电***，特别涉及一种电池包双节检测***。
背景技术
目前在直流工具领域中的可充电锂电电池包在放电过程中判断自己是否满电的方式是检测单节电池电压信息，但是会导致硬件成本高、检测通道多、软件开销大。
发明内容
所要解决的技术问题：针对以上问题本发明提供了一种硬件成本低、检测通道少、软件开销大一种双节检测电池包***。
技术方案：为了解决以上问题，本发明提供了一种电池包双节检测***，包括：用于供能的电池组，用于负责电池的电压及温度监控、充电及放电的管理的MCU，用于采集和监控电池的电池电压采集模块、用于检测电池温度检测模块NTC，所述的电池组有n节电池，n为正整数；放电过程中，电池电压采集模块以双节电池电压的采集方式进行电压采集，即单节电池进行两两组合，采集每两节组合的电压值；当n为奇数时，单节电池两两组合后剩余的一个单节电池的电压乘2参与后续的计算。
所述的电池电压采集模块使用滤波的方式进行电压信息的采集，每次采集的电压值通过以下公式进行计算：
S输出值上次 = S输入值本次 公式1
公式1在一个***上电周期内只会被执行一次，公式1仅仅运算一次，以后不再运算；
S输出值本次 = （S输出值上次* N + S输入值本次）/ N + 1
或 S输出值本次 = （S输出值上次 * (N-1) + S输入值本次）/ N 公式2
S输入值本次为每次采集的电压值；
通过公式2得到S输出值本次，命S输出值上次=S输出值本次 公式3
再参与下次公式2的运算；
N表示系数，N的取值范围是4——1024，优选值是32。
使用滤波方式对电池电压状态进行采集和监控的周期为50ms-1s，优选值是200ms。
所述的采集双节电池电压，即对每两节电池电压为一组进行检测及监控，然后将通过计算公式1和公式2获得的电压值传递给适配工具，当检测到的任何一组电池电压低于额定阈值即被保护。
所述的电池组在物理连接上分成两组，即第一组电池，第二组电池；
所述的MCU包括主MCU和次MCU，主MCU负责第一组电池的电压及温度监控、充电及放电的管理，是整个电池包保护PCBA的核心部件，次MCU负责第二组电池电压及温度的采集，通过通讯的方式将当前的电压信息、温度信息传递给主MCU进行统一处理；
所述的电池电压采集模块包括用于采集和监控第一组电池的第一电池电压采集模块、用于采集和监控第二组电池的第二电池电压采集模块；
所述的温度检测模块NTC包括用于检测第一组电池的第一温度检测模块NTC、用于检测第二组电池的第二温度检测模块NTC。
所述的一种双节检测电池包***还包括智能存储放电电路，智能存储放电电路包括使第一组电池进入放电的状态的第一智能存储放电电路、使第二组电池进入放电的状态的第二智能存储放电电路。
所述的一种双节检测电池包***还包括受控于主MCU的用于检测滤波电池包***单节电池温度的第三温度检测模块晶体管、用于检测按键状态的按键检测模块、用于计时的RTC模块、用于显示电量的电量显示模块、用于与充电器、工具进行通讯的通讯模块。
所述的一种电池包双节检测***
还包括用于将电池高电压转换成MCU工作电压的电源转换模块、用于启动电源电路的电源启动电路、电池包正极输出端、电池包负极输出端、与充电器进行通讯的D端、在电池组与电池包正极输出端之间的铜箔保险丝、与充电器相连用于传输电池包温度信息的T端。
有益效果：本发明使用双节检测方式，使得电池包的硬件成本低、检测通道少、软件开销小、单节电池不均衡风险小。
附图说明
图1为本发明整体框架图。
图2为本发明具体实施方式结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1至2所示，本实施例以电池包有14节电池为例。
本滤波电池包***：包括含14节电池的电池组，14节电池在物理连接上分成两组，第一组是1至7节电池： {（1+2）（3+4）（5+6）（7）}，第二组是8至14节电池：{（8+9）（10+11）（12+13）（14）}，电池电压采集模块在放电过程中以双节电池电压的采集方式进行电压采集，即单节电池进行两两组合，采集每两节组合的电压值；当电池数量为奇数时，单节电池两两组合后剩余的一个单节电池的电压乘2参与后续的计算，即编号为7及14的电芯电压乘2参与后续的计算与控制。
包括MCU，MCU包括主MCU和次MCU，主MCU负责第一组电池的电压及温度监控、充电及放电的管理，是整个电池包保护PCBA的核心部件，次MCU负责第二组电池电压及温度的采集，通过通讯的方式将当前的电压信息、温度信息传递给主MCU进行统一处理；充电状态下，次MCU传递给主MCU的信息包括单节最高电压Vmax、单节最低电压Vmin、电池温度（NTC）；放电状态下，次MCU传递给主MCU的信息包括双节最低电压Vdmin、电池温度（NTC），采集和监控的周期为200ms。
包括智能存储放电电路，智能存储放电电路包括使第一组电池进入放电的状态的第一智能存储放电电路、使第二组电池进入放电的状态的第二智能存储放电电路。
包括电池电压采集模块，电池电压采集模块包括用于采集和监控第一组电池的第一电池电压采集模块，用于采集和监控第二组电池的第二电池电压采集模块。
包括温度检测模块NTC，温度检测模块NTC包括用于检测第一组电池的第一温度检测模块NTC，用于检测第二组电池的第二温度检测模块NTC。
包括受控于主MCU的用于检测滤波电池包***单节电池温度的第三温度检测模块晶体管、用于检测按键状态的按键检测模块、用于计时的RTC模块、用于显示电量的电量显示模块、用于与充电器、工具进行通讯的通讯模块。
包括用于将电池高电压转换成MCU工作电压的电源转换模块、用于启动电源电路的电源启动电路、电池包正极输出端、电池包负极输出端、与充电器进行通讯的D端、在电池组与电池包正极输出端之间的铜箔保险丝、与充电器相连用于传输电池包温度信息的T端。
充电过程如下：
1.1待机时，充电器D端口输出高电平约5v，电池包检测到D端口有高电平，识别到有充电器；
1.2电池包插上充电器后，D端被电池包内部电路拉低到约4.4V，充电器检测到D端口电压下降识别有电池包，充电器开始计时，并准备接收命令；
1.3电池包中单节电池电压检测方式如下：
电池电压采集模块使用滤波的方式进行电压信息的采集，每次采集的电压值通过以下公式进行计算：
S输出值上次 = S输入值本次 公式1
公式1在一个***上电周期内只会被执行一次，公式1仅仅运算一次，以后不再运算；
S输出值本次 = （S输出值上次* N + S输入值本次）/ N + 1
或 S输出值本次 = （S输出值上次 * (N-1) + S输入值本次）/ N 公式2
S输入值本次为每次采集的电压值,程序中的控制是基于运算结果S输出值（本次）实现的；
通过公式2得到S输出值本次，命S输出值上次=S输出值本次 公式3
再参与下次公式2的运算；
若N = 32，第一次采样信号得到S输入值本次 = 10,
S输出值上次= S输入值本次 = 10 公式1
S输出值本次= （S输出值上次*N + S输入值本次）/（N+ 1）= ( 10 * 32 + 10) /（ 32 + 1）=10 公式2
S输出值上次 = S输出值本次 = 10 公式3
第二次采样信号得到S输入值本次 = 9
S输出值本次=（S输出值上次*N + S输入值本次）/（N+ 1） = （10 * 32 + 9）/ （32 + 1）=9.970 公式2
S输出值上次= S输出值本次= 9.970 公式3
第三次采样信号得到S输入值本次= 11
S输出值本次=（S输出值上次*N + S输入值本次）/（N+ 1） = （9.970* 32 + 11）/ （32 + 1）= 10.001 公式2
S输出值上次= S输出值本次= 10.001 公式3
1.4正常充电状态：
单节电池的电压状态与电池包的温度在预设的范围内，则以通讯命令的方式控制充电器给电池包进行充电；
单节电池最小电压Vmin < 2.7V，进行预充电；
单节电池最小电压Vmin ≥ 2.7V，进行恒流充电；
单节电池最小电压Vmin ≥ 4.15V，进行恒压充电；
当在恒压充电过程中，充电电流≤ 0.1C时，充电完成。
1.5充电异常状态：
单节电池的电压状态及电池包的温度状态超出预设的范围，则电池包以通讯命令的方式控制充电器停止充电，并使得充电器显示相应的异常状态的人机界面。
2.放电过程如下：
2.1电池包中与适配工具连接；
2.2电池包实时监控电池包中双节电池电压以及电池温度的状态；
2.3电池包与适配工具之间通过D端口进行信息互动机制，电池包发送信息，适配工具接收信息；
2.4电池包每100ms发送一次信息，信息包括当前实时监控的双节电池电压、电池温度以及电池允许的最大放电电流；
2.5电池包中双节电池电压检测方式如下：
电池电压采集模块使用滤波的方式进行电压信息的采集，每次采集的电压值通过以下公式进行计算：
S输出值上次 = S输入值本次 公式1
公式1在一个***上电周期内只会被执行一次，公式1仅仅运算一次，以后不再运算；
S输出值本次 = （S输出值上次* N + S输入值本次）/ N + 1
或 S输出值本次 = （S输出值上次 * (N-1) + S输入值本次）/ N 公式2
S输入值本次为每次采集的电压值,程序中的控制是基于运算结果S输出值（本次）实现的；
通过公式2得到S输出值本次，命S输出值上次=S输出值本次 公式3
再参与下次公式2的运算；
若N = 32，第一次采样信号得到S输入值本次 = 10,
S输出值上次= S输入值本次 = 10 公式1
S输出值本次= （S输出值上次*N + S输入值本次）/（N+ 1）= ( 10 * 32 + 10) /（ 32 + 1）=10 公式2
S输出值上次 = S输出值本次 = 10 公式3
第二次采样信号得到S输入值本次 = 9
S输出值本次=（S输出值上次*N + S输入值本次）/（N+ 1） = （10 * 32 + 9）/ （32 + 1）=9.970 公式2
S输出值上次= S输出值本次= 9.970 公式3
第三次采样信号得到S输入值本次= 11
S输出值本次=（S输出值上次*N + S输入值本次）/（N+ 1） = （9.970* 32 + 11）/ （32 + 1）= 10.001 公式2
S输出值上次= S输出值本次= 10.001 公式3
所述的采集双节电压电压，即对每两节电池的电压状态进行采集，并且将采集的值经过公式1和公式2获得滤波后的每双节电压值，另设定一个预值5.4V，滤波后的每双节电池电压值与预值5.4V做比较，若每双节电池电压值均大于预值5.4V，则发送给适配工具的电压数据值为大于5.4V的值，若有任一个双节电池电压值不大于预值电压5.4V，则发送给工具的电压值数据为5.4V。
适配工具接收到的电压值数据大于5.4V，则适配工具可以正常运行，如果适配工具接收到的电压数据值为5.4V，则适配工具停止电机的运行。
2.6电池包与适配工具进行放电时，具有电量显示及电池过温显示功能
Vd_min（最小双节电压） > 6.9V ----点亮绿灯，表示电池包电量充足；
5.4V < Vd_min（最小双节电压） < 6.9V ----点亮红灯，表示电池包电量不足，但适配工具依然可以使电机运行；
Vd_min（最小双节电压） < 5.4V ----红灯闪烁，表示电池包电量严重不足，适配工具不可以使电机运行；
电池温度 > 70 ℃ ---- 橙灯闪烁，表示电池包温度过高，适配工具不可以使电机运行。
上面所述的实施例仅仅是对本发明专利的优选实施方式进行描述，并非对本发明专利的构思和范围进行限定，在不脱离本发明专利设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明专利的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明专利的保护范围，本发明专利请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种电池包双节检测***，包括：用于供能的电池组，用于负责电池的电压及温度监控、充电及放电的管理的MCU，用于采集和监控电池的电池电压采集模块、用于检测电池温度检测模块NTC，所述的电池组有n节电池，n为正整数；其特征在于：放电过程中，电池电压采集模块以双节电池电压的采集方式进行电压采集，即单节电池进行两两组合，采集每两节组合的电压值；当n为奇数时，单节电池两两组合后剩余的一个单节电池的电压乘2参与后续的计算。
2.根据权利要求1所述的一种电池包双节检测***，其特征在于：所述的电池电压采集模块使用滤波的方式进行电压信息的采集，每次采集的电压值通过以下公式进行计算：
S输出值上次 = S输入值本次 公式1
公式1在一个***上电周期内只会被执行一次，公式1仅仅运算一次，以后不再运算；
S输出值本次 = （S输出值上次* N + S输入值本次）/ N + 1
或 S输出值本次 = （S输出值上次 * (N-1) + S输入值本次）/ N 公式2
S输入值本次为每次采集的电压值；
通过公式2得到S输出值本次，命S输出值上次=S输出值本次 公式3
再参与下次公式2的运算；
N表示系数，N的取值范围是4-1024。
3.根据权利要求2所述的一种电池包双节检测***，其特征在于:所述N的取值为32。
4.根据权利要求2所述的一种电池包双节检测***，其特征在于，使用滤波方式对电池电压状态进行采集和监控的周期为50ms-1s。
5.根据权利要求4所述的一种电池包双节检测***，其特征在于，所述的采集和监控的周期为200ms。
6.根据权利要求2所述的一种电池包双节检测***，其特征在于：所述的采集双节电池电压，即对每两节电池电压为一组进行检测及监控，然后将通过计算公式1和公式2获得的电压值传递给适配工具，当检测到的任何一组电池电压低于额定阈值即被保护。
7.根据权利要求1所述的一种电池包双节检测***，其特征在于：所述的电池组在物理连接上分成两组，即第一组电池，第二组电池；
所述的MCU包括主MCU和次MCU，主MCU负责第一组电池的电压及温度监控、充电及放电的管理，是整个电池包保护PCBA的核心部件，次MCU负责第二组电池电压及温度的采集，通过通讯的方式将当前的电压信息、温度信息传递给主MCU进行统一处理；
所述的电池电压采集模块包括用于采集和监控第一组电池的第一电池电压采集模块、用于采集和监控第二组电池的第二电池电压采集模块；
所述的温度检测模块NTC包括用于检测第一组电池的第一温度检测模块NTC、用于检测第二组电池的第二温度检测模块NTC。
8.根据权利要求1所述的一种电池包双节检测***，其特征在于：还包括智能存储放电电路，智能存储放电电路包括使第一组电池进入放电的状态的第一智能存储放电电路、使第二组电池进入放电的状态的第二智能存储放电电路。
9.根据权利要求1所述的一种电池包双节检测***，其特征在于：还包括受控于主MCU的用于检测滤波电池包***单节电池温度的第三温度检测模块晶体管、用于检测按键状态的按键检测模块、用于计时的RTC模块、用于显示电量的电量显示模块、用于与充电器、工具进行通讯的通讯模块。
10.根据权利要求1所述的一种电池包双节检测***，其特征在于：还包括用于将电池高电压转换成MCU工作电压的电源转换模块、用于启动电源电路的电源启动电路、电池包正极输出端、电池包负极输出端、与充电器进行通讯的D端、在电池组与电池包正极输出端之间的铜箔保险丝、与充电器相连用于传输电池包温度信息的T端。
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