CN202586386U - 一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，可以由多个动力电池组检测和均衡保养设备组成上下位机的分布控制***，每个设备包括一个切换充电电路、多个单体电池均衡充电电路、多个单体电池电压采样电路和一个单片机控制***，所述切换充电电路，分别与所述动力电池组和单片机控制***相连接；所述切换充电电路包括有一个外部充电器和一个内部充电电源；每个单体电池均衡充电电路，分别与动力电池组中的一个单体电池和单片机控制***相连接；每个单体电池电压采样电路分别与动力电池组中的一个单体电池和单片机控制***相连接。本实用新型可对动力电池组进行定期检测维护，在电池组中单体电池的电压不均衡时进行电压均衡保养，大大提高动力电池组的工作性能，延长整个动力电池组的使用寿命。

Description

一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备。 

背景技术

目前，随着锂离子电池技术的不断更新和发展，其质轻、高容、长寿命的优点逐渐得到消费者的青睐。其中，锂动力电池组在电动汽车、电动摩托车和电动自行车以及其他动力用电器上的应用迅速发展。 

锂电池和其他类型的电池相比较，其均衡与维护保养问题特别明显，目前已经引起了广大电池及电动车生产厂家的重视。 

对于动力电池组，其通过多个单体电池串联在一起，从而实现达到所需要电压的目的。一个动力电池组，其在经过一段时间的充放电使用后，各个单体电池之间就会出现例如电压有高有底的不均衡以及容量不均衡等问题，甚至会造成单体电池发生损坏，这些问题使得整个动力电池组不能继续使用，或者降低了动力性能，这一直是电池生产厂家加以研究和需要解决的问题。例如，一个电动汽车的动力电池组，最初充满电后，电动汽车一次可行驶40公里，但是在经过一段时间的充放电使用后，由于单体电池出现了问题，那么该动力电池组充满电后，电动汽车可能只能行驶20公里甚至更少的距离。 

为此，对于锂离子动力电池组，如果用户使用时出现问题，有的电池厂家许诺有问题就换，这大大增加了生产运营成本，给电池厂家带来严重的经济损失。同样，镍氢、镍镉及铅酸等其他类型动力电池组也存在相同的问题，特别是有些电池组没有保护板或保护板失效、一旦有一个单体电池损坏，很容易使整组电池的其他单体过充损坏。 

因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以对锂离子动力电池组以及其他类型的动力电池组进行定期检测维护，在电池组中单体电池的电压不均衡时进行电压均衡保养，并且在单体电池发生问题时，及时进行检测并提示电池厂家等用户及时进行维修，从而大大提高动力电池组的工作性能，有效延长整个动力电池组的使用寿命，增强电池组用户的产品使用感受。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，其可以对锂离子动力电池组以及其他类型的动力电池组进行定期检测维护，在电池组中单体电池的电压不均衡时进行电压均衡保养，从而大大提高动力电池组的工作性能，有效延长整个动力电池组的使用寿命，增强电池组用户的产品使用感受，有利于扩大电池厂家的产品生产应用前景，促进电动车产业的应用，能够形成产业的规模化，具有重大的生产实践意义。 

为此，本实用新型提供了一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，所述动力电池组包括有多个串联在一起的单体电池，该设备包括有一个切换充电电路100、多个单体电池均衡充电电路200、多个单体电池电压采样电路300和一个单片机控制***400，其中： 

切换充电电路100，分别与所述动力电池组和单片机控制***400相连接，所述切换充电电路包括有一个外部充电器和一个内部充电电源；

每个单体电池均衡充电电路200，分别与动力电池组中的一个单体电池和单片机控制***400相连接；

每个单体电池电压采样电路300，分别与动力电池组中的一个单体电池和单片机控制***400相连接。

单片机控制***包括有光电隔离的通信接口与主控制机相连接。

其中，所述切换充电电路100还包括有一个内外充电切换继电器K2和一个单体充电切换继电器K1，所述内部充电电源与所述内外充电切换继电器K2的常闭点A相连接，所述外部充电器与所述内外充电切换继电器K2的常开点B相连接，所述内外充电切换继电器K2和单体充电切换继电器K1相连接，所述单体充电切换继电器K1的常开点C与动力电池组BT相连接； 

所述单片机控制***400分别与所述内外充电切换继电器K2和单体充电切换继电器K1相连接。

其中，所述单体电池均衡充电电路200，包括有一个DC恒流恒压控制电路201、一个光电耦合电阻Ur为主控的单体电池充电电压调节电路202和一个单体电池充电电流采样电路203，所述DC恒流恒压控制电路201分别与所述UR单体电池充电电压调节电路202和单体电池充电电流采样电路203相连接。 

其中，所述DC恒流恒压控制电路包括有一个单体电池充电电源Vin，所述单体电池充电电源Vin分别接电流采样电阻Rw、DC恒流恒压控制芯片U1的针脚3、电容C1和所述单体电池充电电流采样电路203中的电阻R5，电流采样电阻Rw分别接所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚1、5、6以及所述单体电池充电电流采样电路203中的电阻R4，所述电容C1的另一端分别接所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚7、电容C2、二极管D的正极、UR单体电池充电电压调节电路202中的光电耦合电阻Ur输入端、电容C和单体电池的负极； 

所述电容C2接DC恒流恒压控制芯片U1的针脚8，所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚2依次接电感L、继电器K3n和单体电池的正极，所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚4分别接电阻R1、UR单体电池充电电压调节电路202中的光电耦合电阻Ur的节点Z，所述电阻R1的另一端分别接电感L与继电器K3n之间的节点、电容C。 

其中，所述单体电池充电电流采样电路203包括有运算放大器U4，所述运算放大器U4的正向输入端分别接电阻R5和电阻R6，所述电阻R6接地； 

所述运算放大器U4的反向输入端分别接电阻R4和电阻R3，所述电阻R3接电阻R7，所述电阻R7分别接采样电流输出端Iout和电容C3，所述电容C3与电阻R6相接；

所述运算放大器U4的输出端与所述电阻R3和电阻R7之间的节点相连接，所述运算放大器U4的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U4的接地端Vss接-12V。

其中，所述UR单体电池充电电压调节电路202包括有一个与光电耦合电阻Ur耦合的光电耦合二极管，所述光电耦合二极管的正极分别接5V的直流电源，所述光电耦合二极管另一端一个三极管Q2的集电极； 

所述三极管Q2的发射极接电阻R9和一个运算放大器U3的反向输入端，所述电阻R9接地；

所述三极管Q2的基极接运算放大器U3的输出端，所述运算放大器U3的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U3的接地端Vss接地；

所述运算放大器U3的正向输入端分别接电阻R8和一个单片机DA输出电压的调节控制端DV。

其中，所述单体电池电压采样电路300包括有一个运算放大器U5，所述运算放大器U5的正向输入端分别接电阻R62和R64，所述电阻R62与单体电池B的正极相连接，所述电阻R64接地； 

所述运算放大器U5的反向输入端分别接电阻R63和电阻R61，所述电阻R63与单体电池的负极相连接，所述电阻R61与运算放大器U5的输出端相连接，所述运算放大器U5的输出端与采样电压输出端Vout相连接；

所述运算放大器U5的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U5的另一端Vss与-12V的直流电源相连接。

其中，包括有机壳1，所述机壳11的正面设置有两个电池组夹具12，所述机壳11的正面还设置有多个单体电池充电状态指示灯13、一个电池组充电状态指示灯14、多个单体电池充电接口15和多个单体电池电压采样接口16，所述机壳11的背面还设置有一个光电隔离计算机通信接口17。 

其中, 所述检测维护和均衡保养设备和主控制机一起组成用于多个动力电池组的、包括上下位机的分布控制***设备。 

由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，其可以对锂离子动力电池组以及其他类型的动力电池组进行定期检测维护，在电池组中单体电池的电压不均衡时进行电压均衡保养，从而大大提高动力电池组的工作性能，有效延长整个动力电池组的使用寿命，增强电池组用户的产品使用感受，有利于扩大电池厂家的产品生产应用前景，促进电动车产业的应用，能够形成产业的规模化，具有重大的生产实践意义。 

附图说明

图1为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备的电路结构的方框图； 

图2为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备在具有一个单体电池均衡充电电路和一个单体电池电压采样电路时的电路结构简图；

图3为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备中一个单体电池均衡充电电路的电路框图；

图4为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备中一个单体电池均衡充电电路的具体电路线路图；

图5为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备中一个单体电池电压采样电路的电路图；

图6为通过运用本实用新型，所形成的多个电池组的检测维护和均衡保养总控制***的结构框图；

图7为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备具有一种外观结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。 

图1为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备的电路结构的方框图。 

参见图1，本实用新型提供了一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，所述动力电池组包括有多个串联在一起的单体电池，该设备包括有一个切换充电电路100、多个单体电池均衡充电电路200、多个单体电池电压采样电路300和一个单片机控制***400，其中： 

切换充电电路100，分别与所述动力电池组和单片机控制***400相连接，所述切换充电电路100包括有一个外部充电器（所述外部充电器与外部电源相连接）和一个内部充电电源，用于实时接收所述单片机控制***400发送的充电指令，当该充电指令为外部充电器充电指令或内部充电电源充电指令时，分别对应地将所述外部充电器或者内部充电电源与动力电池组相连通而进行充电（串联充电），即具体为：当该充电指令为外部充电器充电指令时，实时将外部充电器与动力电池组相导电连通，断开内部充电电源与动力电池组之间的连接，从而由外部充电器对整个动力电池组进行充电（即外部充电）；而当该充电指令为内部充电电源充电指令时，实时将内部充电电源与动力电池组相导电连通，断开外部充电器与动力电池组之间的连接，从而由内部充电电源对整个动力电池组进行充电（即内部充电）；此外，当该充电指令为电池组整体充电切断指令时，实时切断外部充电器或内部充电电源两者与动力电池组之间的连接；

每个单体电池均衡充电电路200，分别与动力电池组中的一个单体电池和单片机控制***400相连接，用于实时接收所述单片机控制***400发送的充电指令，当该充电指令为单体电池均衡充电启动指令时，实时对所连接的一个单体电池进行均衡充电（即先进行单体电池恒流充电，然后进行恒压充电），反之，当该充电指令为单体电池均衡充电停止指令时，实时停止对所连接的一个单体电池进行充电；

每个单体电池电压采样电路300，分别与动力电池组中的一个单体电池和单片机控制***400相连接，用于实时采集所连接的单体电池的电压，然后输出给单片机控制***400；

单片机控制***400，分别与切换充电电路100、所述多个单体电池均衡充电电路200和多个单体电池电压采样电路300相连接，用于实时设置外部充电器充电指令和内部充电电源充电指令（需要说明的是，这两个指令用户不仅可以通过本发明设备表面设置的按键来输入设置，还可以通过所述单片机控制***400内预先设置的程序，如自动检测均衡保养运行程序来输入设置），然后转发给切换充电电路100，以及预先设置单体电池的充电电压上限，并且实时接收所述多个单体电池电压采样电路300采样输出的多个单体电池的电压，当外部充电器或内部充电电源对整个动力电池组进行充电时，如果某一个或者多个单体电池的电压达到所述单体电池充电电压上限时，首先向切换充电电路100发出电池组整体充电切断指令，从而控制所述切换充电电路100实时切断外部充电器或内部充电电源两者与动力电池组之间的连接，然后对所述多个单体电池均衡充电电路200分别发出一个单体电池均衡充电启动指令，控制所述单体电池均衡充电电路200实时对所连接的每个单体电池进行均衡充电，直到该单体电池的电压都达到所述单体电池充电电压上限为止（即在某个单体电池的电压达到所述单体电池充电电压上限时，实时停止对其继续充电）。

需要说明的是，具体实现上，本实用新型可以通过在设备外壳表面设置一个外部充电按键和一个内部充电电源充电按键，来分别向单片机控制***400输入外部充电器充电指令内部充电电源充电指令，实现控制是由外部电源还是内部充电电源来对动力电池组进行充电。 

具体实现上，所述外部充电器可以与电压为220V的外部电源相连接，当然还可以根据需要，可以是240V以及其他电压数值的外部电源。所述内部充电电源可以是本实用新型设备内设置的其他电池组，还可以是发电机等发电设备。 

具体实现上，所述单片机控制***400可以为包括有至少一片带24位模数AD转换的单片机。 

需要说明的是，对于本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，可以设置多个这种设备，从而可以对多个动力电池组进行检测维护和均衡保养，从而满足高电压电动汽车的使用需求，重要的适用于对高电压电动汽车的日常维护需求。 

在本实用新型中，可以由多个本实用新型提供的动力电池组检测和均衡保养设备和主控制机一起，组成对多个动力电池组上下位机的分布控制***，实现对多个动力电池组的日常检测维护和均衡保养。 

图2为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备在具有一个单体电池均衡充电电路和一个单体电池电压采样电路时的电路结构简图。 

参见图2所示，具体实现上，所述切换充电电路100具体包括有一个内外充电切换继电器K2、一个单体充电切换继电器K1、一个外部充电器（所述外部充电器与外部电源相连接）和一个内部充电电源，其中，所述内部充电电源与所述内外充电切换继电器K2的常闭点A相连接，所述外部充电器与所述内外充电切换继电器K2的常开点B相连接，所述内外充电切换继电器K2和单体充电切换继电器K1相连接，所述单体充电切换继电器K1的常开点C与动力电池组BT相连接，所述单体充电切换继电器K1的常闭点C空置（不连接其他部件）。 

在本实用新型中，参见图2，为了让所述单片机控制***400可以控制所述内外充电切换继电器K2和单体充电切换继电器K1的工作状态，所述单片机控制***400上设置有继电器JK接口，该JK接口分别与所述内外充电切换继电器K2和单体充电切换继电器K1相连接，用于控制K2和K1的通电和失电状态。 

需要说明的是，对于一个继电器来说，它是通过通电来控制常开触点的闭合，通过失电来控制常开触点的断开和常闭触点的闭合。 

在本实用新型中，对于K2来说，JK接口输出电压给K2使其通电，那么K2的常开点B闭合接通，如果JK接口不输出电压给K2，那么K2失电，常闭点A闭合接通；对于K1来说，JK接口输出电压给K1使其通电，那么K1的常开点C闭合接通，如果JK接口不输出电压给K1，那么K1失电，常闭点D闭合接通。 

参见图2，对于切换充电电路100，如果K2常开点B闭合接通以及K1常开点C闭合接通，那么动力电池组与外部充电器相连通，此时形成了对电池组的外部动力充电回路，从而外部电源可以对电池组进行外部充电。为了实现外部充电的目的，所述单片机控制***400输出给切换充电电路100的外部充电器充电指令具体体现为：通过调节JK接口的输出电压来控制所述切换充电电路100中K1和K2的通电以及失电状态，从而最终达到控制K2常开点B闭合接通以及K1常开点C闭合接通的效果，从而实现由外部电源对电池组进行外部充电。 

而如果K2常闭点A闭合接通以及K1常开点C闭合接通，那么动力电池组与内部充电电源相连通，此时形成对电池组的内部充电回路，所述内部充电电源可以对电池组进行内部充电。为了实现内部充电的目的，所述单片机控制***400输出给切换充电电路100的内部充电电源充电指令具体体现为：通过调节JK接口的输出电压来控制所述切换充电电路100中K1和K2的通电以及失电状态，从而最终达到控制K2常闭点A闭合接通以及K1常开点C闭合接通的效果，最终实现由内部充电电源对动力电池组进行内部充电。 

此外，如上所述，如果JK接口不输出电压给K1，那么K1失电，常闭点D闭合接通，这时外部充电器和内部充电电源两者断开与动力电池组之间的连接。为了实现切断外部充电器和内部充电电源两者与动力电池组之间连接的这个目的，所述单片机控制***400输出给切换充电电路100的电池组整体充电切断指令具体体现为：通过JK接口的输出电压来控制所述切换充电电路100中K1的通电以及失电状态，从而最终达到控制K1常闭点2闭合接通的效果。 

为了让所述单片机控制***400可以对内部充电电源的充电电压和充电电流数据进行采集和控制，所述单片机控制***400上设置有VK和IK接口，用于分别控制内部充电电源的充电恒电压和充电恒电流。此外，为了获得外部充电器或内部充电电源的工作电压，所述单片机控制***400上还设置有VC接口。 

此外，参见图2，具体实现上，所述单片机控制***400上还设置有VB接口和充电状态指示灯，其中，所述VB接口用于连接动力电池组的两端，从而获得动力电池组两端的电压，所述充电状态指示灯用于指示本实用新型***的工作状态。 

图3为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备中一个单体电池均衡充电电路的电路框图，图4为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备中一个单体电池均衡充电电路的具体电路线路图。 

参见图3、图4，具体实现上，对于本实用新型提供的单体电池均衡充电电路200，包括有一个DC（直流）恒流恒压控制电路201、一个光电耦合电阻UR单体电池充电电压调节电路202和一个单体电池充电电流采样电路203，所述DC（直流）恒流恒压控制电路201分别与所述光电耦合电阻Ur单体电池充电电压调节电路202和单体电池充电电流采样电路203相连接，其中： 

所述DC（直流）恒流恒压控制电路包括有一个单体电池充电电源Vin，所述单体电池充电电源Vin分别接电流采样电阻Rw、DC恒流恒压控制芯片U1的针脚3、电容C1和所述单体电池充电电流采样电路203中的电阻R5，电流采样电阻Rw分别接所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚1、5、6以及所述单体电池充电电流采样电路203中的电阻R4，所述电容C1的另一端分别接所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚7、电容C2、二极管D的正极、UR单体电池充电电压调节电路202中的光电耦合电阻Ur一端、电容C和单体电池B的负极；

所述电容C2接U1的针脚8，所述U1的针脚2依次接电感L、继电器K3n和单体电池B的正极，所述U1的针脚4分别接电阻R1、UR单体电池充电电压调节电路202中的光电耦合电阻Ur的节点Z，所述电阻R1的另一端分别接电感L与继电器K3n之间的节点、电容C。

需要说明的是，U1芯片可以为恒流恒压控制芯片MC34063，该芯片是控制电流与电压的主要芯片，Vin可达DC3~40V，在本实用新型中，所述单体电池充电电源Vin是7V，它用RW采样来控制电流（同时我们也用此电阻采样电流给单片机），用R1与Ur的分压来控制Vout输出电压，所以控制Ur的电阻大小就可以达到控制输出电压的效果。参见图4，所述单体电池充电电流采样电路203包括有运算放大器U4，所述运算放大器U4的正向输入端分别接电阻R5和R6，所述R6接地。所述运算放大器U4的反向输入端分别接电阻R4和R3，所述R3接电阻R7，所述电阻R7分别接采样电流输出端Iout和电容C3，所述电容C3与电阻R6相接。此外，所述运算放大器U4的输出端与所述电阻R3和R7之间的节点相连接，所述运算放大器U4的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U4的接地端Vss接-12V。 

参见图4，所述UR单体电池充电电压调节电路202包括有一个与光电耦合电阻Ur耦合的光电耦合二极管，所述光电耦合二极管的正极分别接5V的直流电源，所述光电耦合二极管另一端接一个三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的发射极接电阻R9和一个运算放大器U3的反向输入端，所述电阻R9接地，所述三极管Q2的基极接运算放大器U3的输出端，所述运算放大器U3的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U3的接地端Vss接地。所述运算放大器U3的正向输入端分别接电阻R8和一个单片机DA输出电压的调节控制端DV。 

具体实现上，所述DV端可以是单片机控制***400中具有的单片机DA输出电压用来控制U3，U3及三极管组成对光耦二极管端的恒流控制电路，控制光耦二极管电流的大小同时就决定了另一端电阻Ur的大小，这样就达到了单体充电恒压输出的控制。 

在本实用新型中，具体实现上，为了让所述单片机控制***400可以控制所述继电器K3n的工作状态，进而控制对单体电池均衡充电电路200是否对单体电池B进行均衡充电，参见图2、图4，具体实现上，所述单片机控制***400上还设置有JVn接口和Ix接口，所述JVn接口是所述单体电池均衡充电电路200中的继电器K3n的驱动线圈，用于控制继电器K3n的通电和失电状态。 

在本实用新型中，参见图2、图4，所述Ix接口与所述单体电池均衡充电电路200中采样电流输出端Iout相连接，从而所述单片机控制***400可以获知所述单体电池均衡充电电路200中是否有无充电电流，即是否在进行充电。 

同样需要说明的是，对于一个继电器来说，它是通过通电来控制常开触点的闭合，通过失电来控制常开触点的断开和常闭触点的闭合。 

对于继电器K3n来说，JVn接口输出电压给K3n使其通电，那么K3n的常开点E闭合接通，这时所述单体电池均衡充电电路200对单体电池B进行均衡充电，而如果JVn接口不输出电压给K3n，那么K3n失电，K3n的常开点E断开，这时所述单体电池均衡充电电路200不再对单体电池B进行均衡充电。为了实现控制所述单体电池均衡充电电路200的充电状态的目的，所述单片机控制***400输出给单体电池均衡充电电路200的单体电池均衡充电启动指令具体体现为：通过调节JVn接口的输出电压来控制所述单体电池均衡充电电路200中K3n的通电以及失电状态，从而最终达到控制K3n的常开点E闭合接通和断开的效果，从而控制单体电池均衡充电电路200是否对对单体电池B进行均衡充电。 

对于本实用新型，其在动力电池组放电后开始检测各单体电池，在动力电池组的充电过程中可检测诊断出单体的低容的情况、若无大问题可以进行单体均衡充电保养，使电池组保持最佳状况。 

需要说明的是，对于本实用新型，当单片机控制***400通过单体电池电压采样电路300检测到通过外部充电或者内部充电，使得某一个单体电压充到上限时，继电器接口JK动作使K1切换到常闭点D，即动力电池组的充电回路被切断，本实用新型的设备可以自动进入单体均衡充电状态，即先对各单体恒流充电后进行恒压充电。 

对于一个单体电池来说，其恒流充电过程，参见图4所示，某路单体电池充电电源Vin经电流采样电阻RW，进入到DC控制电路，即电阻通过单体电流时两端形成的电压等于或小于300mV（即DC恒流恒压控制芯片U1的预设开关电压），则自动切断或开通输出通路、如此反复，再通过D、L、C储能滤波，以达到控制恒流，当某单体的电池电压恒流充电到达电压上限时，在单片机控制***400的继电器接口JVn的作用下，使K3n关断，如此各单体都达到电压上限后，转为恒压充电；因为各单体电池所设定的上限电压是一样的，所以这时的各单体电池的电压基本均衡。 

对于一个单体电池来说，其恒压充电过程，参见图4所示，因为电池内阻及线路等通过电流时造成虚电压的存在，故此时单体电池的电压并没有达到真正所需的电压值，要进行恒压充电才可将电压稳定；电阻R1采集输出点的电压，并通过与光电耦合电阻Ur的分压点Z（即U1的4脚）来控制输出电压达到稳定值，而UR电路实际是通过对光耦二极管一侧电流的控制，来实现对Ur电阻值的控制，进而调节单体充电输出电压；因为单片机已经对各单体的电池电压进行了采集见图5、这样通过PID（比例-积分-微分）调节对输出电压就可以构成了闭环的恒压调节控制；某单体恒压充电到关断电流参数后、再次关断JVn继电器的K3n，当各单体电池的恒压充电都停止后，均衡保养结束。 

图5为本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备中一个单体电池电压采样电路的电路图。 

参见图5，所述单体电池电压采样电路300包括有一个运算放大器U5及电阻R61、R62、R63、R64组成的差分采样电路，所述运算放大器U5的正向输入端分别接电阻R62和R64，所述电阻R62与单体电池B的正极相连接，所述电阻R64接地；所述运算放大器U5的反向输入端分别接电阻R63和电阻R61，所述电阻R63与单体电池B的负极相连接，所述电阻R61与运算放大器U5的输出端相连接，所述运算放大器U5的输出端与采样电压输出端Vout相连接；所述运算放大器U5的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U5的接地端Vss与-12V的直流电源相连接。 

对应地，参见图2、图5，所述单片机控制***400上还设置有Vx接口，所述Vx接口用于连接所述多路单体电池电压采样电路300的各采样电压输出端Vout，从而所述单片机控制***400可以获得所述单体电池电压采样电路300所采集的单体电池电压。 

图6为通过运用本实用新型，所形成的多个电池组的检测维护和均衡保养总控制***的结构框图。 

参见图6，对于本实用新型，为了实现对高电压的大串数电池组的检测控制，鉴于高精度模数AD的单片机采集数据量不会太大，例如每个单体电池的电池电压及充电电流数据，为了实现对多个电池组进行检测维护和均衡保养，多个电池组的总控制***可以包括有多个如图1、图2所示的本实用新型设备，参见图6所示，图6所示的检测维护和均衡保养总控制***包括有八个如图1、图2所示的本实用新型设备，即设备1至设备8，这多个设备之间相互串联，同时在串联时它们的地电压不同即不能共地。在本实用新型中，所示设备1至设备8分别通过一个URAT光电隔离通信接口Ut与主控制机相连接，所述主控制***为一个高速大内存的32位单片机，其可以以电子切换方式分别收集各分***（即设备1至设备8）的数据，然后传送给PC机并下传控制命令，主充电的总电压/电流采集及主充电与单体充电切换控制仍由第一位置的单片机负责。 

需要说明的是， URAT接口采用光电隔离的通讯技术实现计算机监示控制、也可以利用此接口与总控制机通信将多个控制***串联组成对电动汽车等高压大串数电池组的检测保养，由此构成了整机的控制***。 

参见图7，具体实现上，本实用新型提供的一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，包括有机壳1，所述机壳11的正面设置有两个电池组夹具12，所述机壳11的正面还设置有多个单体电池充电状态指示灯13、一个电池组充电状态指示灯14、多个单体电池充电接口15和多个单体电池电压采样接口16，所述机壳11的背面还设置有一个光电隔离计算机通信接口17。 

对于本实用新型，鉴于实时数据量较大，动态智能诊断较繁琐，故可以采用PC计算机作为单片机控制***400。 

其中，对于低容单体电池的智能诊断过程为：在动力电池组的电压低于充电电压的情况下，如果某个单体电池的电压很快先于其他的单体电池达到了预设的充电电压上限并且与电压第二高的电压之间的电压差值达到预设的数值，那么这个单体电池可能就是低容的电池或者存在严重低容故障，从而及时提示电池厂家等用户及时进行维修或者进行电池的更换。 

对于本实用新型的检测结果报告，除如实记录检测情况用作可靠的检测依据功能外，对诊断或自检出来的问题与故障、可同时用作提供给维修单位的报修凭证，以便尽快修复。检测结果是开机充电保养之前对锂电池组现状的检测诊断结果，反应出最高单体电压与最低单体的电压及零单体电压的情况，检测/保养结果是充电过程中对低容情况的诊断结果，保养结果是均衡保养结束的情况。 

对于本实用新型，其通过对整个动力电池组主充电及对单体均衡充电的动态过程检测，诊断出动力电池组的整体性能及各单体电池的工作情况，对不正常的问题及问题所在提供全面准确的检测报告，以便修复并可及时的对不均衡问题进行现场均衡保养，使电池组发挥应有的动力性能及使用寿命。并且此设备不仅适用于锂离子动力电池组，只要设定合适的参数，还可以适用于其他类型的动力电池组。 

本实用新型不但避开了锂动力电池组应用中保护管理***的均衡问题在世界范围内的长期困扰，为锂动力电池组在电动车的广泛应用开辟了一个可行性的路子，对锂动力电池组生产商、电动车生产商、维修点及用户都能起到有益的作用，可推进其绿色能源尽快的得到应用发展，而且也能解决现有其他类型电池动力电池组应用中的同样问题。 

由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，其可以对锂离子动力电池组以及其他类型的动力电池组进行定期检测维护，在电池组中单体电池的电压不均衡时进行电压均衡保养，从而大大提高动力电池组的工作性能，有效延长整个动力电池组的使用寿命，增强电池组用户的产品使用感受，有利于扩大电池厂家的产品生产应用前景，促进电动车产业的应用，能够形成产业的规模化，具有重大的生产实践意义。 

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (9)

1.一种动力电池组的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，所述动力电池组有多个串联在一起的单体电池，该设备包括有一个切换充电电路（100）、多个单体电池均衡充电电路（200）、多个单体电池电压采样电路（300）和一个单片机控制***（400），其中：

切换充电电路（100），分别与所述动力电池组和单片机控制***（400）相连接，所述切换充电电路包括有一个外部充电器和一个内部充电电源；

每个单体电池均衡充电电路（200），分别与动力电池组中的一个单体电池和单片机控制***（400）相连接；

每个单体电池电压采样电路（300），分别与动力电池组中的一个单体电池和单片机控制***（400）相连接。

2.如权利要求1所述的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，所述切换充电电路（100）还包括有一个内外充电切换继电器K2和一个单体充电切换继电器K1，所述内部充电电源与所述内外充电切换继电器K2的常闭点A相连接，所述外部充电器与所述内外充电切换继电器K2的常开点B相连接，所述内外充电切换继电器K2和单体充电切换继电器K1相连接，所述单体充电切换继电器K1的常开点C与动力电池组相连接；

所述单片机控制***（400）分别与所述内外充电切换继电器K2和单体充电切换继电器K1相连接。

3.如权利要求1所述的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，所述单体电池均衡充电电路（200），包括有一个DC恒流恒压控制电路（201）、一个光电耦合电阻Ur为主控的UR单体电池充电电压调节电路（202）和一个单体电池充电电流采样电路（203），所述DC恒流恒压控制电路（201）分别与所述UR单体电池充电电压调节电路（202）和单体电池充电电流采样电路（203）相连接。

4.如权利要求3所述的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，所述DC恒流恒压控制电路包括有一个单体电池充电电源Vin，所述单体电池充电电源Vin分别接电流采样电阻Rw、DC恒流恒压控制芯片U1的针脚3、电容C1和所述单体电池充电电流采样电路（203）中的电阻R5，电流采样电阻Rw分别接所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚1、5、6以及所述单体电池充电电流采样电路（203）中的电阻R4，所述电容C1的另一端接所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚7、电容C2、二极管D的正极、UR单体电池充电电压调节电路（202）中的光电耦合电阻Ur一端、电容C和单体电池的负极；

所述电容C2接DC恒流恒压控制芯片U1的针脚8，所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚2接电感L、二极管D的负极、依次接继电器K3n和单体电池的正极，所述DC恒流恒压控制芯片U1的针脚4分别接电阻R1与UR单体电池充电电压调节电路（202）中的光电耦合电阻Ur的节点Z，所述电阻R1的另一端分别接电感L与继电器K3n之间的节点、电容C。

5.如权利要求4所述的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，所述单体电池充电电流采样电路（203）包括有运算放大器U4，所述运算放大器U4的正向输入端分别接电阻R5和电阻R6，所述电阻R6接地；

所述运算放大器U4的反向输入端分别接电阻R4和电阻R3，所述电阻R3接电阻R7，所述电阻R7分别接采样电流输出端Iout和电容C3，所述电容C3与电阻R6相接；

所述运算放大器U4的输出端与所述电阻R3和电阻R7之间的节点相连接，所述运算放大器U4的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U4的接地端Vss接-12V。

6.如权利要求4所述的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，所述UR单体电池充电电压调节电路（202）包括有一个与光电耦合电阻Ur耦合的光电耦合二极管，所述光电耦合二极管的正极分别接5V的直流电源，所述光电耦合二极管另一端负极接一个三极管Q2的集电极；

所述三极管Q2的发射极接电阻R9和一个运算放大器U3的反向输入端，所述电阻R9接地；所述三极管Q2的基极接运算放大器U3的输出端，所述运算放大器U3的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U3的接地端Vss接地；

所述运算放大器U3的正向输入端分别接电阻R8和一个单片机DA输出电压的调节控制端DV。

7.如权利要求1所述的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，所述单体电池电压采样电路（300）包括有一个运算放大器U5，所述运算放大器U5的正向输入端分别接电阻R62和R64，所述电阻R62与单体电池的正极相连接，所述电阻R64接地；

所述运算放大器U5的反向输入端分别接电阻R63和电阻R61，所述电阻R63与单体电池的负极相连接，所述电阻R61与运算放大器U5的输出端相连接，所述运算放大器U5的输出端与采样电压输出端Vout相连接；

所述运算放大器U5的电源输入端Vdd与+12V的直流电源相连接，所述运算放大器U5的另一端Vss与-12V的直流电源相连接。

8.如权利要求1所述的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，包括有机壳（1），所述机壳（11）的正面设置有两个电池组夹具（12），所述机壳（11）的正面还设置有多个单体电池充电状态指示灯（13）、一个电池组充电状态指示灯（14）、多个单体电池充电接口（15）和多个单体电池电压采样接口（16），所述机壳（11）的背面还设置有一个光电隔离计算机通信接口（17）。

9.如权利要求1所述的检测维护和均衡保养设备，其特征在于，所述检测维护和均衡保养设备和主控制机一起组成用于多个动力电池组的、包括有上下位机的分布控制***设备。

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