[发明专利]一种电池组均衡及保护的装置和方法

摘要

本发明涉及一种电池组均衡及保护的装置和方法，它包含：主系统控制单元、上位机单元、可编程高压充电单元、低压恒压充电单元、下位机及电芯检测单元、硬件保护电路、电芯单元、继电器等。主系统控制单元负责接受外部操作、显示当前状态以及控制上位机单元的工作状态、接收上位机单元返回的信息，主系统控制单元根据返回信息做出相应的处置；上位机单元接受主系统控制单元的控制后，执行对其余单元的自动检测，并把检测以及处理结果上传给主系统控制单元；在上述单元的协调控制下，确保每个电芯的充放电循环次数、循环深度基本一致，以及避免电池组在充放电使用的过程中引发的安全事故，使得电池组的可靠性、循环寿命大幅度提高。

主权项

1.一种电池组均衡及保护的装置，其特征在于，它包含：主系统控制单元1、上位机单元2、可编程高压充电单元4、低压恒压充电单元5、下位机及电芯检测单元3、硬件保护电路、电芯单元6、驱动器7、辅助充电单元8、传感器单元9、电机驱动单元10、主系统电池B以及相关的隔离电路、高压超级电容C1、继电器Kl-Kn等组成，其中：主系统控制单元1：负责接受外部操作、显示当前状态以及控制上位机单元2的工作状态、接收上位机单元2返回的信息，主系统控制单元1根据返回信息做出相应的处置，同时将相关信息通过显示屏显示出来；上位机单元2：接受主系统控制单元1的控制后，首先进行标定，即：统计并保存电池组的参数，如电量、电压、ID以及总电量等参数，在整个电池组完成标定后开始执行对下位机及电芯检测单元3、硬件保护电路、电芯单元6和继电器Kl--Kn的自动检测，并把检测以及处理结果上传给主系统控制单元1，在没有安全隐患的前提下，主系统控制单元1令上位机单元2完成对电池组的充放电管理；可编程高压充电单元4：将市电转换为与串联电池组电压匹配的直流电，在上位机单元2的控制下，输出与当前需要充电的电池组匹配的电压和电流为电池组中的串联电芯进行恒流恒压充电，在此之前还为相关单元提供12V直流电源，以保证主系统控制单元1、上位机单元2和其他相关单元的优先正常工作；低压恒压充电单元5：该单元的作用是，其一，将市电转换为直流12V恒流恒压电源为主系统电池B充电；其二，将市电转换为4.2V直流恒压限流电源，为电池组进行后期恒压充电，同时兼具间歇限流激活充电功能；在电芯数量较多时，可以使用多个次级部分相互隔离的低压恒压充电单元5分别为与之对应的并联电芯充电；下位机及电芯检测单元3：负责检测电芯的温度、电流、电压、电量的信息，并将这些信息以及自身的ID信息上传到上位机单元2，进而上传到主系统控制单元1，以及接受上位机单元2或主系统控制单元1经上位机单元2下达给下位机及电芯检测单元3的控制信息，进而对电芯及相关部件进行日常操作；当电池组在充放电运行中，下位机及电芯检测单元3发现电芯的电压或电流参数对比检测异常而保护的同时还通知上位机单元2和主系统单元1进而屏蔽发生异常的下位机及电芯检测单元3；其他正常的下位机及电芯检测单元3则不受任何影响，依旧可以正常进行充放电操作，该单元直到用户将其维修好、并重新标定后才可以恢复正常；当电池组在充放电运行中，出现继电器故障，如触点粘连、失控以及电芯的温度异常时，下位机及电芯检测单元3将会及时发现并把该信息通过上位机单元2上传到主系统控制单元1中，系统将立即停机报警；系统中可以有多个下位机及电芯检测单元3；硬件保护电路：下位机及电芯检测单元3内还设有另外一套硬件保护电路，无论电池组在充电或放电状态下，只要电芯正常工作，硬件保护电路也正常工作，当电芯或者相关电路突然出现异常，如电芯开路时，此时无论下位机及电芯检测单元3或者硬件保护电路是否因此而损坏，都会触发可控硅导通，进而使继电器自动释放并锁定，达到自动切出故障电芯的目的；主系统控制单元1或上位机单元2将会感知这一异常变化，随即去访问下位机及电芯检测单元3以进一步确认电芯的状况，如果下位机及电芯检测单元3没有反馈或返回错误的信息，说明该单元已经损坏将直接屏蔽该单元，以后自检时也不会对该单元操作，如果返回的是正确的信息，说明是保护电路误动作或保护电路故障，此时因可控硅的作用使得该单元都不再参与当前的充放电操作，出现这一状况，将会在自检时进一步确认，如果是误动作，则通过复位该单元的可控硅使其自动恢复正常，如果是保护电路损坏则彻底屏蔽该单元，以后自检时也不会对该单元操作，直到用户将该单元维修好、并重新标定后才可以恢复正常；电芯单元6：该单元的作用是：其一，在一个及一个以上的电芯切出串联充放电回路再切入到低压恒压充电单元5的充电回路时，低压恒压充电单元5可以进行一个及一个以上的电芯并联充电，场效应管61、升压驱动器62、电压比较器63可以防止电流倒灌，起到类似二极管单向导电的作用；其二，在电芯未切出串联充放电回路时，低压恒压充电单元5可以经过相关继电器的选通为对应电芯进行一对一充电；系统中可以有多个电芯单元6；驱动器7：用于接收下位机及电芯检测单元3中的保护电路发出的保护信号，去驱动开关S1的通断；辅助充电单元8：在整个电池组放电期间，用电池组输出的高压经过DC/DC转换为12V电压为主系统电池B进行恒压恒流充电，以便为相关单元、继电器提供稳定持续的电力供应；传感器单元9：包括各种传感器并与主系统控制单元1连接；电机驱动单元10：根据主系统控制单元1的指令对电机进行相关控制，同时将相关的信息返送到主系统控制单元1并通过显示屏显示出来；主系统电池B：为主系统控制单元1、上位机单元2、继电器及其他相关单元供电；隔离电路：实现电源以及信号的隔离传输，确保系统正常运行；超级电容C1：为电机提供更强的瞬时电流，弥补电池组电芯在瞬间切入、切出时对外供电中断的问题；在紧急情况下，如发生事故时，超级电容C1上存储的电荷在主系统控制单元1的控制下经相关的继电器和放电电阻迅速释放掉；继电器Kl-Kn：实现对电芯的切入和切出操作。