CN203151186U - 一种锂电池智能充放电***及电脑 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锂电池智能充放电***及包括该***的电脑，该***，包括主控制器、充电控制电路、数据采集电路和均衡电路，所述充电控制电路、所述数据采集电路和所述均衡电路分别和所述主控制器连接。还包括电量计量模块和存储通信模块，所述电量计量模块和所述存储通信模块分别和所述主控制器连接。所述主控制器为单片机。本实用新型针对锂电池组的充电、放电做实时监测和保护。针对有问题充放电情况做出例如报警、停充、停放或者强制关机等处理。防止过充导致锂电池组出现燃烧、爆裂的情况；使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性，延长使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术、智能控制领域，尤其涉及一种锂电池智能充放电***及应用该***的电脑。
背景技术
锂电池由于具有体积小、质量轻、电压高、功率大、自放电少以及使用寿命长等优点，已经成为笔记本电池的主流，但是由于锂离子电池具有明显的非线性、不一致性和时变性，因此在应用时需要进行一定的管理。另外锂电池对充放电的要求很高，当出现过充电、过放电、放电电流过大或电路短路时，会使锂电池温度上升，严重破坏锂电池性能，导致电池的使用寿命缩短。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性，延长使用寿命，对锂电池在充、放电时进行实时监控，提供过压、过流、温度保护和电池间能量均衡的锂电池智能充放电***及电脑，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种锂电池智能充放电***，包括主控制器、充电控制电路、数据采集电路和均衡电路，所述充电控制电路、所述数据采集电路和所述均衡电路分别和所述主控制器连接。
优选的，还包括电量计量模块和存储通信模块，所述电量计量模块和所述存储通信模块分别和所述主控制器连接。
优选的，所述主控制器为单片机。
优选的，所述数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集装置。
优选的，所述温度采集装置为DS18B20数字温度传感器。
优选的，所述电流采集电路包括闭环电流传感器。
优选的，所述存储通信模块包括EEPROM存储器。
一种电脑，包括所述的锂电池智能充放电***。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型针对锂电池组的充电、放电做实时监测和保护。实时获取电池信息，针对有问题充放电情况做出例如报警、停充、停放或者强制关机等处理。防止过充导致锂电池组出现燃烧、爆裂的情况；使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性，延长使用寿命，对锂电池组在充、放电时进行实时监控，提供过压、过流、温度保护和各电池间能量均衡。
附图说明
图1是本实用新型的锂电池智能充放电***结构示意图；
图2是现有技术中充电方法时序示意图；
图3是本实用新型实现的间歇式充电法时序示意图；
图4是均衡电路及其原理示意图；
图5是闭环电流传感器工作特性曲线示意图；
图6是EEPROM存储器原理示意图；
图7是充电控制电路原理示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
为了使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性，延长使用寿命，必须要对锂电池在充、放电时进行实时监控，提供过压、过流、温度保护和电池间能量均衡。通过主控制器，除了可以对电池组在充、放电时提供有效的过充、过流、过放、温度保护外，还可以实现单节锂电池间的能量均衡，使电池组的整体性能得以充分发挥，并可以将电池组的历史充、放电信息等数据保存在EEPROM里，供电脑读取。针对电池组的充电、放电做实时监测和保护。获取到的电池信息上报给主控制器，针对有问题充放电情况做出例如报警、停充、停放或者强制关机等处理。
如图1所示，本实用新型公开了一种锂电池智能充放电***，包括主控制器、充电控制电路、数据采集电路和均衡电路，所述充电控制电路、所述数据采集电路和所述均衡电路分别和所述主控制器连接。还包括电量计量模块和存储通信模块，所述电量计量模块和所述存储通信模块分别和所述主控制器连接。所述主控制器为单片机。所述数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集装置。所述温度采集装置为DS18B20数字温度传感器。所述电流采集电路包括闭环电流传感器。所述存储通信模块包括EEPROM存储器。
本实用新型还公开了一种应用所述锂电池智能充放电***的电脑。
本实用新型的整个***以单片机为主控制器，通过采集电流信息，判断出电池组是在充电、放电还是在闲置状态已经是否有过流现象，并对其状态做出相应处理。对各节电池电压进行采集分析后，决定是否启动均衡电路对整个电池组进行能量均衡，同时判断是否有过充或过放现象。温度的采集主要用于***的过温保护。
充电控制电路原理与实现：
锂电池常规充电法是按预充、恒流、恒压三个阶段进行的，时序如图2所示。本实用新型采用间歇式充电法，如图3所示。间歇式充电法是在预充和保持阶段通过间歇地打开和关闭充电回路，等效地改变充电和保持状态时所需要的小电流，在正常充电时需要大电流的性能要求。
电压采集电路原理与实现：
锂离子电池在充电时要求其端电压控制在4.2V以下，为防止过充损坏电池，要求必须在充电时实时检测各单节锂电池电压。本实用新型采用图4所示的电压采样检测方案。其工作原理是：首先把电子开关K1，K2向上打到电压检测档，并通过MCU(主控制器)控制的多路电子开关Kn-1，Kn-2(n＝1，2，3，4，5，6，7)，同步地将电容分别接到各单节电池两端，使电容充电至电容电压等于被测单节电池的电压；然后断开MCU控制的多路电子开关Kn-1，Kn-2。同时合上K3和K4接入A/D转换器进行测量。
均衡电路原理与设计：
笔记本锂电池组是由多个单节电池串联组成的电池模块，由于电池个体之间内部特性的差异，若干次充放电后，电池组会失衡，严重影响电池组的效率与安全。另外，电池组在充放电过程中的过充、过放电、电流过大、温度过高等现象会加剧电池间特性的差异，从而引起单节锂电池之间容量、电压等特性的不平衡，最终导致电池组整体特性的急剧衰退和部分电池的加速损坏。因此在锂电池组合使用时必须要解决各个单节电池在电池组中的平衡问题。
电池组中各节电池电量的均衡可采用电阻均衡、电容均衡、变压器均衡等多种方案。由于本实用新型是针对大容量的笔记本锂电池组，若采用电阻均衡，均衡速度快但将会有过多的能量白白浪费掉；电容均衡虽然不额外耗能，但是均衡电流一般较小，很难胜任大容量锂电池之间的均衡。故本均衡电路采用兼顾效率和速度的变压器均衡方案。在具体设计中直接采用DC/DC开关电源模块。由于开关电源模块具有功耗小、效率高、体积小、质量轻等优点，将其直接作为均衡模块使用是一个很好的选择。在具体使用时，根据检测到的各单节电池的电压值判断是否需要对电池组进行能量均衡。若需要，闭合均衡总开关K5，开关K1、K2向下打到均衡档，用电池组的整体能量对电压最低电池进行额外的均衡充电，直到各节电池电压值的差别在***要求范围之内。原理图如图4所示。
电流采集电路对电流采样的实现：
电流是电池容量估计的关键参数，因此对电流采样的精度、抗干扰能力和线性度误差的要求都很高。在本实用新型中采用闭环电流传感器，该元件具有出色的精度、良好的线性度和最佳的反应时间。该电流传感器可把充放电电流转换为0V-5V的电压信号，送至单片机的10位A/D转换器进行转换后可测得充放电电流，测量精度为0.2A。其工作特性曲线如图5所示。图中以V REF为参考点电压，默认为2.5V，IP为被测量电流。
温度采集装置对温度采样的实现：
本实用新型中的温度采集装置采用的是美国DALLAS半导体公司生产的数字温度传感器D S18B20。它是单片结构，无需外加A/D转换器即可输出9-12位的数字量。通信采用单总线协议，对D S18B20的各种操作通过一条数据线即可完成。因为每个D S18B20都含有唯一的序列码，使每条总线上可同时连接多个DS18B20，这就使得D S18B20连线简单，***设计灵活，适合用于多点测温***，特别是与单片机合用构成的温度检测与控制***。
存储通信模块对数据存储通信的实现：
本实用新型在锂电池充放电过程中把充放电信息，包括各节电池的电压、充放电电流、工作温度、电池电量等通过采样实时写入EEPROM存储芯片中保存，可以被连接SMBUS上的主控IC读取。本实用新型中所用到的所有模块均为实体硬件模块。
通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本实用新型针对锂电池组的充电、放电做实时监测和保护。实时获取电池信息，针对有问题充放电情况做出例如报警、停充、停放或者强制关机等处理。防止过充导致锂电池组出现燃烧、爆裂的情况；使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性，延长使用寿命，对锂电池组在充、放电时进行实时监控，提供过压、过流、温度保护和各电池间能量均衡。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，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本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种锂电池智能充放电***，其特征在于，包括主控制器、充电控制电路、数据采集电路和均衡电路，所述充电控制电路、所述数据采集电路和所述均衡电路分别和所述主控制器连接。
2.根据权利要求1所述的锂电池智能充放电***，其特征在于，还包括电量计量模块和存储通信模块，所述电量计量模块和所述存储通信模块分别和所述主控制器连接。
3.根据权利要求1或2任一所述的锂电池智能充放电***，其特征在于，所述主控制器为单片机。
4.根据权利要求1或2任一所述的锂电池智能充放电***，其特征在于，所述数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集装置。
5.根据权利要求4所述的锂电池智能充放电***，其特征在于，所述温度采集装置为DS18B20数字温度传感器。
6.根据权利要求4所述的锂电池智能充放电***，其特征在于，所述电流采集电路包括闭环电流传感器。
7.根据权利要求2所述的锂电池智能充放电***，其特征在于，所述存储通信模块包括EEPROM存储器。
8.一种电脑，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的锂电池智能充放电***。
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| CN 201320184565 CN203151186U (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 一种锂电池智能充放电***及电脑 |
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|---|---|---|---|---|
| CN105429212A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-03-23 | 深圳奥特迅电力设备股份有限公司 | 电池组电压均衡控制电路及电池管理设备 |
| CN106602638A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-04-26 | 德阳九鼎智远知识产权运营有限公司 | 一种锂电池组智能管理***及方法 |
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| CN115411823A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-11-29 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种用于ups电池组的监测及报警控制*** |
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