专利名称：电池组充电放电保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电池保护装置，具体说是一种电池组保护器。
二、背景技术电池组中的电池端电压失衡是影响电池组整体性能和使用寿命的主要因素，主要 表现是充电时端电压失衡会导致有的电池过充电，有的电池欠充电；而放电时端电压失衡 则导致低端电压电池的过放电。这些现象对电池组是极其不利的。目前，市场上电池保护类型的产品很多，但是大多数都是充电器在充电时怎样保 护电池的保护器。一旦多只电池串联使用时，由于电池个体差异、温度差异等原因，很难保 证电池组上单只电池端电压的一致性。时间一长单只电池的端电压不一致性不断恶化，电 池组的性能和使用寿命也跟着缩短。
三、发明内容本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种能保护电池组中每一只电 池的充电放电，稳定、抗干扰能力强、灵敏度高的电池组充电放电保护器。本实用新型的电池组充电放电保护器通过下述技术方案予以实现。本实用新型由保护器1和显示器2两大部分组成。所述保护器1由跳线10、电源 模块11、带AD的单片机12、电阻13、电阻14、通信模块15、负载驱动模块16、负载17、风扇 驱动模块18和风扇19组成。所述电源模块11由跳线111、升压模块112和稳压模块113 组成。所述显示器2由通信模块21和显示模块22组成。所述保护器1对被保护电池组中的每一只电池进行充电放电保护，每一只电池上 用一个保护器1，并且每一个保护器1都有一个互相不重复的地址。所述保护器1的互相不 重复的地址是保护器1自身的通信地址，是在写保护器1程序时定义的互相不重复的一个 地址数据；或是用拨码开关与带AD的单片机12连接，在拨码开关上拨出的互相不重复的地 址数据。拨码开关的位数由电池组中的电池个数来决定，比如八位的拨码开关最多可以用 来定义256只电池上的保护器1的地址，从而做到地址互相不重复。所述跳线10与带AD的单片机12连接，跳线10用于区分保护器1是主保护器或 是从保护器。保护器1由跳线10来设定其中一个为主保护器，其余保护器1为从保护器。 设定方案有两种，一是将保护器1其中一个的跳线10接上跳线帽，该保护器1设定为主保 护器，其余保护器1都不接跳线帽，设定为从保护器；另一种方案是将其中一个保护器1的 跳线10上不接跳线帽，该保护器1设定为主保护器，其余保护器1上的跳线10都接上跳线 帽，这些接上跳线帽的保护器1设定为从保护器。跳线10的作用只是用来区别主保护器和 从保护器，而加上跳线帽后，保护器1为主保护器或是从保护器则在写保护器1上带AD的 单片机12的程序时定义。一个电池组所使用的保护器1中只设定一个保护器1为主保护 器，其余的保护器1都是从保护器。所述跳线111的一端与升压模块112的正电压输入端相连，另一端与升压模块112
3的正电压输出端相连。跳线111用于根据电池组中电池的标称端电压值来选择是否使用升 压模块112。当电池组的电池标称端电压值为12伏时，跳线111接上跳线帽，将升压模块 112短接，这时电池的12伏电源一路直接用来给风扇19供电，一路则由稳压模块113进行 稳压后给系统提供电源。当电池组的电池标称端电压值为2伏时，这一电压无法为保护器 1内的各组件提供适用的电源(比如带AD的单片机12供电电压为3. 3伏，风扇19的供电 电压为12伏)，这时跳线111上不接跳线帽，电池的2伏电压经过升压模块112升压后变成 12伏电压。升压后的12伏电压一路直接用来给风扇19供电，一路经过稳压模块113稳压 后给系统提供电源。电源模块11(无论电池组中电池的标称端电压是2伏或是12伏)经 过跳线111选择后，最终的系统供电电压都为12伏。这个12伏电压，一路直接给风扇19 供电，一路通过稳压模块113进行稳压后分别给系统中的组件带AD的单片机12、通信模 块15、负载驱动模块16供电。 所述电阻13和电阻14串联在一起后，一端与电池正极连接，另一端与电池负极连 接，电阻13和电阻14互相连接的端口同时与带AD的单片机12的AD输入脚连接。两只电 阻构成一个分压采样电路，为带AD的单片机12提供采样值，再由带AD的单片机12通过数 模转换后按采样电阻的比值计算出该电池的当前端电压值。 所述通信模块15与带AD的单片机12连接，通信模块15实现保护器1主保护器与 从保护器之间的数据双向通信。保护器1主保护器通过通信模块15读取各个保护器1从 保护器保护的电池当前端电压值，再由带AD的单片机12将这些端电压值相加，加上保护器 1主保护器保护的电池的端电压值，计算平均值后得到电池组中电池的平均端电压值。保护 器1主保护器又通过通信模块15将这个平均端电压值分别传给各个保护器1从保护器，再 由各保护器1根据这个平均端电压值来决定是否启动保护功能。保护器1主保护器上的通 信模块15将每一只电池的端电压值、充放电状态和容量状态信息传递给显示器2，以供显 示器2显示使用。所述通信模块15是隔离型的有线通信模块或是无线通信模块，通信方式 采用一主多从的自动地址识别方式。隔离型的有线通信模块是光耦隔离的串口通信模块， 或是通信变压器隔离的串口通信模块，或是专用的通信隔离芯片组成的串口通信模块。由 于电池组是由多只电池串联构成，串联的电池越多，电池之间的最大电压差也就越大，而保 护器1是直接连接在被保护电池的正负极上，所以保护器1之间的串口通信只有通过隔离 方式或无线方式才能正常通信。 所述负载驱动模块16电源端与电源模块11连接，控制输入端与带AD的单片机12 连接，驱动控制输出端与负载17的驱动控制输入端连接，负载17正负极分别与电池的正负 极连接。由于负载17是直接连接在电池的正负极之间，所以该负载17可以看成是被保护 电池的负载，无论电池在放电还是充电，开启电池负载都可以影响整个电池组中电池的端 电压分配。负载驱动模块16经电源模块11供电后，由带AD的单片机12控制，以PWM方式 驱动负载17，以此实现对电池的保护。当保护器1得到电池组中电池的当前平均端电压值 后，若该保护器1保护的电池正处在充电状态，而该电池的端电压值比平均端电压值大过 一个设定的值(比如0. 1伏)时，则该保护器1启动负载17的旁路功能对电池进行保护， 该负载17的功率由保护器1根据电池端电压值超过平均端电压值的大小控制负载驱动模 块16，以PWM方式来实现对负载17的功率控制。这时，若充电电流大于负载电流，负载起 到分流作用，被保护且开启负载的电池的升压比没有开启负载时慢，从而达到调压目的；若
4充电电流小于负载电流时，充电电流全部被负载旁路，且电池还会向负载放电，被保护且开 启负载的电池的端电压下降，这样也达到了调压目的。这样，保护器1就起到保护该电池不 过充电的作用。电池组在充电时，用保护器1保护那些端电压偏高的电池，使它们不过充 电的同时，等待低电量的电池持续充电，提高端电压。当电池组全部电池充好电后，这些电 池的端电压相等，并且没有过充电现象发生，使电池组中的电池性能趋于均衡。若保护器1 保护的电池正处在放电状态，而该电池的端电压值比平均端电压值大过一个设定的值(比 如0.5伏)时，则该保护器1启动负载17的旁路功能对电池进行保护。这时，一部分电量 从负载17上被消耗掉，这个电池的端电压在开启负载17时比不开启负载17时下降快，这 样使放电中的电池组的电池端电压保持较小的压差，全部电池端电压值都趋于平均端电压 值，达到放电的平衡，不出现低端电压电池的过放电的情况。若保护器1保护的电池不论是 在放电时还是在充电时，该电池的端电压值都小于平均端电压值时，则该电池不需要充电 或放电保护，保护器1这时处于监视状态，不启动负载17的旁路功能，对电池的端电压没有 影响。电池组用保护器保护调整一段时间后，各个电池的性能差异越来越小，保护器保护调 整的时间也会越来越少，也就不会频繁的启动保护功能。所述风扇驱动模块18输入端与带AD的单片机12连接，控制输出端与风扇19连 接，风扇19的另一端与电源模块11连接。风扇19在负载17对电池进行保护时，由带AD 的单片机12控制风扇驱动模块18，进而驱动控制风扇19，对负载17降温。所述显示器2统一显示每一只电池的端电压值、充放电状态和容量状态，一个电 池组用一个显示器2。所述通信模块21与显示模块22连接。通信模块21用来与保护器 1主保护器中的通信模块15通信，接收来的信号包含被保护电池组中每一只电池的端电压 值、充放电状态和容量状态，通信模块21将这些信号传给显示模块22，由显示模块22统一 显示。通信模块21可以选择能够实现与通信模块15进行正常通信的任一通信模块。所述 显示器2的供电可以是独立的电源单独供电，或是由电池组中任一电池经过与保护器1中 电源模块11相同的处理方法后，为显示器2提供电源。本实用新型电池组充电放电保护器与现有技术相比有如下积极效果。1.保护器在电池组充电时，通过读取被保护电池组中所有电池的当前端电压值， 计算出电池组中电池的平均端电压值，再通过驱动负载并调整其功率的方法调整电池组中 每块电池的端电压值与平均端电压值相等，这样相当于实现了对电池组的并联充电。2.保护器在电池组放电时，通过单只电池端电压值和电池组中电池的平均端电压 值的比较，分辨出电池容量的高低，把高于平均端电压较多的电池通过负载旁路一小部分 电流，来保护低端电压电池的不过放电，使电池组中电池的放电达到平衡状态。3.同时保护电池的充电和放电，将电池组中电池之间的个体差异大幅缩小，从而 提高了电池组的整体性能和使用寿命。4.电池组放电时，通过单只电池端电压值和电池组中电池的平均端电压值的比 较，分辨电池容量的高低，容量过低时通过显示器给出报警信号，以便及时更换。本实用新型的目的、特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
图1是本实用新型的安装示意方框图；[0022]图1中标号说明1-保护器；2-显示器；图2是图1所示方框图中保护器和显示器的内部原理结构方框图；图2中标号说明1-保护器；10-跳线；11-电源模块；111-跳线；112-升压模块；113-稳压模块；12-带AD的单片机；13-电阻；14-电阻；15-通信模块；16-负载驱动模块；17-负载；18-风扇驱动模块；19-风扇；2-显示器；21-通信模块；22-显示模块；
五具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的描述。本实用新型典型的实施例为被保护电池组中电池的标称端电压为12伏。如图1 所示，电池组中每一只电池上安装一个保护器1，由一个显示器2统一显示电池组中每一只 电池的端电压值、充放电状态和容量状态；保护器1互相之间的连接通过通信模块15互相 之间的数据通信来完成，保护器1和显示器2之间的连接通过通信模块15和通信模块21 之间的数据通信来完成。如图2所示，负载17直接连接在电池的正负极之间；由电阻13和 电阻14组成的采样电路为带AD的单片机12提供采样值，以便带AD的单片机12计算出电 池的当前端电压值。保护器1主保护器的跳线10上接上跳线帽，其余的保护器1的跳线10 上不接跳线帽，在带AD的单片机12的程序中定义跳线10加上跳线帽的保护器1为主保护 器。电源模块11中的跳线111加上跳线帽，将升压模块112短路。保护器1主保护器上的 带AD的单片机12通过采样值得到自己保护的电池的端电压值，加上通过通信模块15得到 的电池组中所有保护器1从保护器保护的电池的端电压值，计算出该电池组中电池的平均 端电压值；保护器1主保护器通过通信模块15将平均端电压值传给各保护器1从保护器； 保护器1得到这个平均端电压值后，根据自身所保护电池的端电压值作出判断，是否开启 负载并通过PWM方式控制负载电流。电池组充电时，比电池组平均端电压值高出0. 1伏或以上的电池上的保护器1通过负载驱动模块16开启负载17的旁路功能，保护该电池不过 充电。电池组充满电(电池组充电器无电流输出)时，电池组中各电池的端电压值等于电 池组中电池的平均端电压值，没有电池有过充电现象。电池组放电时，比电池组平均端电压 值高出0. 5伏或以上的电池上的保护器1通过负载驱动模块16开启负载17的旁路功能保 护电池，这时，保护器1保护端电压值低于电池组平均端电压值的电池不过放电，电池组中 每一只电池在放电中达到平衡，没有端电压过低的电池存在，也就没有电池过放电现象。这 时，保护器1同时保护了电池的充电和放电过程，使电池免于遭到损坏，提高了电池组的整 体性能和使用寿命。在保护器1开启负载17的旁路功能时，带AD的单片机12通过风扇驱 动模块18驱动风扇19，为负载17降温。 本实用新型还可在电池组放电时，通过电池端电压值与平均端电压值比较，分辨 出电池容量的高低。若有容量过低的电池，显示器将给出报警提示，并指示出该电池的位 置，以便及时更换。
权利要求一种电池组充电放电保护器，其特征在于所述电池组充电放电保护器由保护器(1)和显示器(2)两大部分组成；所述保护器(1)由跳线(10)、电源模块(11)、带AD的单片机(12)、电阻(13)、电阻(14)、通信模块(15)、负载驱动模块(16)、负载(17)、风扇驱动模块(18)和风扇(19)组成；所述跳线(10)与带AD的单片机(12)连接；所述跳线(10)用于区分保护器(1)是主保护器或是从保护器；所述电源模块(11)由跳线(111)、升压模块(112)和稳压模块(113)组成；所述跳线(111)的一端与升压模块(112)的正电压输入端相连，另一端与升压模块(112)的正电压输出端相连；所述跳线(111)用于选择是否使用升压模块(112)；所述电源模块(11)分别与带AD的单片机(12)、通信模块(15)、负载驱动模块(16)、风扇(19)连接；所述电阻(13)一端与电池正极连接，另一端与电阻(14)的一端连接；所述电阻(14)的一端与电阻(13)连接，另一端与电池的负极连接；所述电阻(13)与电阻(14)相连接的一端同时与带AD的单片机(12)的AD输入脚连接；所述电阻(13)与电阻(14)构成一个分压采样电路，为带AD的单片机(12)提供采样值；所述通信模块(15)与带AD的单片机(12)连接；所述负载驱动模块(16)电源端与电源模块(11)连接，控制输入端与带AD的单片机(12)连接，驱动控制输出端与负载(17)连接；所述负载驱动模块(16)由带AD的单片机(12)控制，以PWM方式驱动控制负载(17)；所述负载(17)正负极分别与电池的正负极连接，驱动控制输入端与负载驱动模块(16)连接；所述风扇驱动模块(18)输入端与带AD的单片机(12)连接，控制输出端与风扇(19)一端连接；所述风扇(19)另一端与电源模块(11)连接；所述显示器(2)由通信模块(21)和显示模块(22)组成；所述通信模块(21)与显示模块(22)连接；所述显示器(2)通过通信模块(21)与保护器(1)中的通信模块(15)连接。
2.根据权利要求1所述电池组充电放电保护器，其特征在于所述保护器(1)用于被 保护的电池组中的每一只电池上，一只电池用一个保护器(1)，并且每只电池上用的保护器 (1)都有一个互相不重复的地址；所述保护器(1)互相不重复的地址是保护器(1)自身的 通信地址，是在写保护器(1)程序时定义的互相不重复的一个地址数据，或是用拨码开关 与带AD的单片机(12)连接，在拨码开关上拨出的互相不重复的地址数据。
3.根据权利要求1所述电池组充电放电保护器，其特征在于所述通信模块(15)是隔 离型的有线通信模块或者是无线通信模块；所述隔离型的有线通信模块是光耦隔离的串口 通信模块，或是通信变压器隔离的串口通信模块，或是专用的通信隔离芯片组成的串口通 信模块。
4.根据权利要求1所述电池组充电放电保护器，其特征在于一个电池组所使用的保 护器(1)中只有一个保护器(1)是主保护器，其余的保护器(1)都是从保护器。
5.根据权利要求1所述电池组充电放电保护器，其特征在于所述显示器(2)用于显 示被保护电池组中每一只电池的电压值、充放电状态和容量状态，一个电池组用一个显示 器(2)显不。
专利摘要本实用新型公开了一种电池组充电放电保护器，旨在提供一种能对电池过充电和过放电进行保护、对电池组中电池性能有均衡作用的电池组充电放电保护器。它由保护器(1)和显示器(2)组成。所述保护器(1)挂接在电池组中的每一只电池上，所述显示器(2)统一显示电池组中每只电池的端电压、充放电状态和容量状态。电池组充电或放电时，保护器(1)(主保护器)通过通信模块(15)读取各个电池的端电压，计算出电池的平均端电压并把它回传给各个保护器(1)，保护器(1)将电池的端电压值与平均端电压值比较，决定是否通过开启负载(17)来调压，最终达到电池端电压的平衡。本实用新型可广泛应用于两只以上电池做后备电源的供电系统中。
文档编号H02J7/00GK201674250SQ20102019910
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者张建兵, 张永军, 郭翌 申请人:张永军;张建兵;郭翌