多路锂电池监测与配组装置的制作方法

本实用新型涉及锂电池技术领域，具体涉及一种多路锂电池监测与配组装置。

背景技术：

新能源发电储能、铁路电源、高性能UPS后备电源、通信基站、逆变电源的储能系统、智能抄表系统、新能源汽车的动力电池等都常用锂电池作为储能单元，这些市场的兴起与发展为锂电池以及锂电池监测提供了巨大的市场空间与发展前景。

在相关技术中，常采用多个锂电池串并联组成的锂电池组，要求每个单体锂电池的性能接近，将性能相近的锂电池进行配组。因每个单体锂电池的均匀性不一致、技术参数(电压、容量、内阻等)相差较大而影响配组，进一步引起电池内部的欧姆极化阻抗，以及参加电池反应物质的传输阻抗的差异，若差异太大，必然产生在电池组工作时，各单体电池实时电压分配不均，造成过充电或过放电，以致电池组使用性能恶化，如容量下降，循环寿命急剧衰减，更有甚者会影响锂离子电池的安全使用等问题。传统方法采用人工比较锂电池的特性，然后将性能相近的锂电池进行配组，解决了传统的锂电池人工配组工作繁重、效率低下的问题。

因此，需要提供一种新的多路锂电池监测与配组装置以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种多路锂电池监测与配组装置，其实现锂电池智能配置，使得锂电池配组工作简单，效率高。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种多路锂电池监测与配组装置，包括多路锂电池状态检测单元、微处理器、RS485通信模块以及上位机，所述锂电池状态检测单元包括电压检测电路、充放电电流检测电路以及温度检测电路，所述微处理器内设AD转换单元，所述电压检测电路和所述充放电电流检测电路分别通过所述AD转换单元与所述微处理器连接，所述温度检测电路通过单总线与所述微处理器连接，所述微处理器通过所述RS485通信模块与所述上位机连接。

作为本实用新型的一种改进，所述充放电电流检测电路包括用于对锂电池充放电电流信号进行检测的霍尔电流传感器。

作为本实用新型的一种改进，所述霍尔电流传感器为ACS712霍尔电流传感器。

作为本实用新型的一种改进，所述温度检测电路采用单总线式温度传感器。

作为本实用新型的一种改进，所述单总线式温度传感器为DS18B20温度传感器。

作为本实用新型的一种改进，所述多路锂电池监测与配组装置还包括与多路所述锂电池状态检测单元以及所述微处理器连接的辅助电源。

作为本实用新型的一种改进，所述辅助电源提供+5V和+3.3V电压。

作为本实用新型的一种改进，所述微处理器为STM32F207VC嵌入式微处理器。

作为本实用新型的一种改进，所述电压检测电路采用差模法进行电压采样。

与相关技术相比较，本实用新型提供的多路锂电池监测与配组装置具有如下有益效果：

(1)可对多路锂电池的电压、充放电电流以及温度进行检测，并将数据发送至上位机进行综合分析后，快速辨别锂电池性能的优劣，实现锂电池的智能配组；

(2)具有结构简单，检测精度高，实现了上位机的智能自动锂电池配组，解决传统锂电池人工配组工作繁重、效率低下的问题，提高了生产效率；

(3)采用嵌入式微处理器与单总线式温度传感器，功能强大，简化了外围电路的设计；

(4)微处理器内含12位模数转换电路，可同时实时监测12路锂电池参数，监测量大，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本实用新型多路锂电池监测与配组装置的结构框图；

图2为图1中电压检测电路的电路图；

图3为图1中充放电电流检测电路的电路图；

图4为图1中温度检测电路的电路图；

图5为图1中辅助电源的电路图；

图6为图1中上位机的锂电池配组流程图。

元器件说明：L1～L2为电感；R1～R8、RF均为电阻；RW1为可调电位器；C1～C15为电容；C16～C19为电解电容；D1～D6为二极管；U1A、U1B、U3A、U5A为运算放大器；U4为霍尔电流传感器；U6为温度传感器；T1为电源变压器；FUSE为熔断器；U7为三端可调稳压器；U8为三端稳压器。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种多路锂电池监测与配组装置100，包括多路锂电池状态检测单元1、微处理器2、RS485通信模块3、上位机4以及辅助电源5。所述锂电池状态检测单元1、所述微处理器2、所述RS485通信模块3以及所述上位机4依次连接，所述辅助电源5与所述锂电池状态检测单元1以及所述微处理器2电连接。

图1图示第1路至第n路所述锂电池状态检测单元1，其中，n为不小于2的自然数，所述多路锂电池监测与配组装置100即可实现对n路锂电池进行监测，极大提高监测效率。具体的，所述锂电池状态检测单元1包括电压检测电路10、充放电电流检测电路11以及温度检测电路12，所述微处理器2内部设置AD转换单元20，所述电压检测电路10和所述充放电电流检测电路11分别通过所述AD转换单元20与所述微处理器2连接，所述温度检测电路12通过单总线与所述微处理器2连接。

请结合图2所示，所述电压检测电路10的端口BAT+连接锂电池正极，端口BAT-连接锂电池负极，经过电感L1共模扼流，所述电压检测电路10采用差模法进行采样，再经过电阻R1和电容C1滤波、二极管D1和二极管D2限幅、运算放大器U1A构成的跟随器、运算放大器U1A放大、光耦U2隔离后送至运算放大器U3A放大得到电压信号Uout，所述电压信号Uout送至所述微处理器2的所述AD转换单元20。

在本实用新型的优选实施方式中，所述运算放大器U1A、运算放大器U1B以及所述运算放大器U3A均采用集成芯片LM324，所述光耦U2采用集成芯片PC817A线性光耦。

请结合图3所示，所述的充放电电流检测电路11采用霍尔电流传感器U4作为锂电池组充放电电流信号的检测元件，电流信号经所述霍尔传感器U4转换为电压信号后，再经电阻RF限流、电阻R5与电容C9滤波、运算放大器U5A构成的电压跟随器、电阻R6与电容C11滤波后得到电流信号Iout，所述电流信号Iout送至所述微处理器2的所述AD转换单元20。

在本实用新型的优选实施方式中，所述霍尔电流传感器U4采用集成芯片ACS712，所述运算放大器U5A采用集成芯片LM324。

请结合图4所示，所述温度检测电路13采用单总线式温度传感器U6，具体的，所述单总线式温度传感器U6为DS18B20温度传感器，所述单总线式温度传感器U6的输出经过电阻R7限流后得到对应的温度信号Tout，所述温度信号Tout通过单总线输入所述微处理器2。

请结合图5所示，所述的辅助电源5可提供+5V电压和+3.3V电压，220V电压经变压器T1降压隔离，再经二极管整流桥D3～D6整流变为+12V直流电、电容C13与电解电容C16滤波、可调式三端可调稳压器U7、电解电容C14与电解电容C18滤波等环节得到输出+5VA(为模拟控制电路提供所需的电源电压)。为了能得到数字控制电路所需的电源电压，+5VA电压经电感L2得到+5V电压(为数字控制电路提供所需的电源电压)，+3.3V电压可为所述微处理器2提供电源电压，+5V电压经三端稳压器U8转换取得+3.3V。

在本实用新型的优选实施方式中，所述三端可调稳压器U7型号为CW317，所述三端稳压器U8型号为AMS1117。

所述微处理器2为嵌入式微处理器，具体的，为STM32F207VC嵌入式微处理器。本实用新型提供的所述STM32F207VC嵌入式微处理器是意法半导体公司推出的32位ARM Cortex-M4F内核微控制器，具有体积小，功能强大，内含3个12位模数转换(ADC)模块，采样速率高达2M/s，3个I²C接口。所述STM32F207VC嵌入式微处理器作为所述多路锂电池监测与配置装置100的下位机主控芯片，主要完成多路锂电池的电压信号、充放电电流信号、温度信号的采样检测以及将模拟信号转换为数字信号，所述微处理器2通过所述RS485通信模块3与上位机4通信相连。

所述上位机4采用台式电脑或笔记本电脑均可，所述上位机4通过所述RS485通信模块3获取所述微处理器2发送来的锂电池采样数据信息，完成数据的保存、数据的对比分析、锂电池的智能自动配组等功能。

对锂电池的配组由所述上位机4完成，实现智能自动配组。为对所述上位机4的智能自动配组进行详细说明，现以常见的锂离子的18650或磷酸铁锂的18650为例，单节标称电压一般为3.6V或3.7V；充电电压一般为4.20V；最小放电终止电压一般为2.75V，低于这个电压容易导致电池容量严重下降乃至报废；最大充电终止电压为4.20V。

智能自动配组的主要步骤为：

(1)对参与配组的电池进行完全充电并进行编号，完全充电后静置12～48小时；

(2)分别采集每只电池的开路电压，并剔除开路电压不合格的锂电池；

(3)预设放电平均终止电压为2.75～2.8V/单体锂电池；

(4)锂电池进行串联放电，放电过程中采集每只电池的终止电压与放电时间，选取等同放电时间的终止电压为2.7～2.8V/单体锂电池参与配组；

(5)将参与配组电池的编号、终止电压和开路电压一一对应，按终止电压差≤0.06V，开路电压差≤0.01V的标注，先按终止电压排序，在此排序基础上再按开路电压排序；

(6)将组号标记相同的电池搬到一起进行包装。

更进一步的，所述上位机4的锂电池配组流程图如图6所示，主要包括：初始化端口与预设参数、锂电池开路电压检测、锂电池放电电流检测、锂电池电压与温度检测、参数记录并保存、参数拟合与比较、配组确定、配组清单打印等步骤。

由此可见，本实用新型提供的所述多路锂电池监测与配组装置100能够快速辨别锂电池性能的优劣，实现锂电池的智能配组，具有结构简单，检测精度高，解决了传统方法采用锂电池人工配组工作繁重、效率低下的问题。

与相关技术相比较，本实用新型提供的多路锂电池监测与配组装置具有如下有益效果：

(1)可对多路锂电池的电压、充放电电流以及温度进行检测，并将数据发送至上位机进行综合分析后，快速辨别锂电池性能的优劣，实现锂电池的智能配组；

(2)具有结构简单，检测精度高，实现了上位机的智能自动锂电池配组，解决传统锂电池人工配组工作繁重、效率低下的问题，提高了生产效率；

(3)采用嵌入式微处理器与单总线式温度传感器，功能强大，简化了外围电路的设计；

(4)微处理器内含12位模数转换电路，可同时实时监测12路锂电池参数，监测量大，效率高。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。