一种通用规格的锂电池单体结构的智能检测装置的制作方法

本实用新型涉及锂电池检测技术领域，更具体地，涉及一种通用规格的锂电池单体结构的智能检测装置。

背景技术：

锂电池以其长寿命，大电流充电能力，大电流放电，高低温特性好的优良性能，是新能源应用领域主力军。但在以往的铅酸电池大量应用领域，需要用锂电池替代铅酸电池，锂电池需要解决电池均衡保护及外型一致性问题，锂电池串联使用过程中，为了保证电池电压的一致性，需要均衡器对充电不均衡的电池单元进行均衡维护，避免过充、过放，以提高整个锂电池组的效率和寿命。

在实际应用中，锂电池组之间由于内阻不一致、自放电（漏电流）特性不一致等特性，导致充电过程出现有些锂电池组已经充满电，再继续充电就会引起过充损坏电池；而有些电池组又未充满，电池性能没有得到充分发挥，影响电池组的整体性能。在放电过程中同样因其特性导致有些电池组过快放完电，使得整体电压急降而影响整个电池系统的使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决锂电池组之间特性不一致的技术问题，提供一种在电池组充放电过程中都能实时检测电池组状态，采用智控均衡策略，有效地解决充电过程和放电过程中电池组之间电量均衡问题的通用规格的锂电池单体结构的智能检测装置。

为解决上述问题，提供一种通用规格的锂电池单体结构的智能检测装置，包括由若干锂电池串联形成的锂电池组、mcu、充电检测装置和放电检测装置；所述锂电池组的正极连接正极电源vbat+，所述锂电池组的负极接地；所述充电检测装置连接每个锂电池之间；所述放电检测装置连接每个锂电池之间；所述mcu连接放电检测装置；所述正极电源vbat+连接mcu、充电检测装置和放电检测装置；

所述充电检测装置包括充电检测芯片bm3451；所述每个锂电池的正极与充电检测芯片bm3451的vc脚一一对应连接；所述每个锂电池的负极与充电检测芯片bm3451的vc脚一一对应连接；所述每个锂电池的正极和负极之间连接有均衡回路；所述均衡回路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一开关管和发光二极管；所述第一电阻一端连接锂电池的正极，另一端连接发光二极管的阳极；所述发光二极管的阴极连接第一开关管的漏极；所述第一开关管的源极连接锂电池的负极；所述第二电阻一端连接锂电池的正极，另一端连接第一开关管的漏极；所述第一开关管的栅极通过第三电阻连接充电检测芯片bm3451的bal脚；所述充电检测芯片bm3451的tov脚、tovd脚、toc1和toc2脚分别一一连接电容c2、电容c3和电容c4后接地；所述充电检测芯片bm3451的ntc脚通过热敏电阻rt1后接地；所述充电检测芯片bm3451的trh脚和vm脚通过电阻r5和电阻r6后接地；所述正极电源vbat+通过连接二极管和电阻r1后连接充电检测芯片bm3451的set脚；所述电容c1连接电阻r1后接地；所述充电检测芯片bm3451的doin脚和coin脚分别通过电阻r2和电阻r3一一连接；所述正极电源vbat+通过电阻r4连接开关管q1的漏极；所述开关管q1的栅极通过电阻r7连接充电检测芯片bm3451的do脚；所述开关管q1的源极连接负极电源bat-；所述开关管q1的栅极还连接开关管q2的漏极；所述开关管q2的源极连接负极电源bat-；所述开关管q2的栅极连接充电检测芯片bm3451的co脚；所述充电检测芯片bm3451的co脚还连接开关管q3的栅极；所述开关管q3的漏极接地；所述开关管q3的源极连接负极电源bat-；所述电阻r8分别连接开关管q2的栅极与开关管q3的源极；所述电阻r9分别连接开关管q2的栅极与开关管q3的源极；所述充电检测芯片bm3451的vin脚接地；所述充电检测芯片bm3451的gnd脚通过并联的电阻r8和电容c6后接地；

所述放电检测装置包括电流传感器、电池监控器bq76920、内置电源bt5、内置电源bt6和光电耦合器；所述每个锂电池的正极与电池监控器bq76920的vc脚一一对应连接；所述每个锂电池的正极连接一个放电开关电路；所述除最接近接地的锂电池bt1外的所有锂电池之间连接有第一电容；所述除最接近接地的锂电池bt1外的所有锂电池的负极连接一个放电开关电路；所述锂电池bt1之间连接有电容c11和电容c12，电容c11和电容c12之间接地；所述锂电池bt1的正极通过电阻r31连接电池监控器bq76920的ts脚；所述锂电池bt1的负极通过热敏电阻rt1连接电池监控器bq76920的ts脚；所述锂电池bt1的负极连接开关管q22的源极；所述开关管q22的漏极连接开关管q23的漏极；所述开关管q22的栅极和开关管q23的栅极分别连接mcu；

所述放电开关电路包括第四电阻、第二开关管和第三开关管，所述第二开关管的漏极连接锂电池的正极，所述第二开关管的源极连接第三开关管的源极，所述第二开关管和第三开关管的栅极分别通过一个控制电路连接mcu；

连接锂电池正极的放电开关电路，其第三开关管的漏极分别连接电流传感器；所述电流传感器的输出端连接mcu；所述电流传感器还连接光电耦合器u1的输出端；所述光电耦合器u1的输入端连接mcu；所述光电耦合器u1的输入端还分别连接开关管q27、开关管q24和开关管q25的栅极；所述开关管q24和开关管q25反向串联；所述内置电源bt6的负极分别连接开关管q24和开关管q25；所述内置电源bt6的正极分别连接电流传感器和光电耦合器u1的输出端；所述开关管q27连接开关管q26的栅极；所述内置电源bt5的正极分别连接开关管q25和开关管q26；

连接锂电池负极的放电开关电路，其第三开关管的漏极与开关管q23的源极分别连接内置电源bt5的负极；所述内置电源bt5的负极还分别连接开关管q25的栅极、开关管q24和开关管q27；

特别的，所述控制电路包括开关管q28和电阻r42；所述开关管q28的源极接地；所述开关管q28的栅极连接mcu；所述电阻r42一端连接开关管q28的栅极，另一端接地。

特别的，所述电池监控器bq76920的chg脚连接开关管q31的源极；所述开关管q31的栅极接地；所述开关管q31的漏极连接二极管d2的阳极；所述二极管d2的阴极连接开关管q30的栅极；所述开关管q30与开关管q29反向串联；所述开关管q30连接负极电源vb-；所述开关管q29通过电阻r45接地；所述电池监控器bq76920的dsg脚一路连接开关管q29的栅极，另一路依次通过电阻r46和电阻r45接地；所述电池监控器bq76920的srn脚通过依次电阻r44和电阻r45接地；所述电池监控器bq76920的srp脚通过电阻r43接地；所述电阻r43和电阻r44之间连接有电容c17。

特别的，所述电池监控器bq76920的refout脚连接3.3v电源后通过电容c20接地；所述电池监控器bq76920的refin脚连接正极电源vbat+通过电容c19接地；所述电池监控器bq76920的bat脚通过电容c18接地；所述电阻r50分别连接电容c18和电容c19。

特别的，所述二极管d2的阳极连接有电阻r49的一端，所述电阻r49的另一端分别连接有电阻r48和开关管q30的栅极；所述电阻r48连接负极电源vb-。

特别的，所述mcu的型号为stc8a8k64s4a12。

特别的，所述电流传感器的型号为acs712-20a。

本实用新型的有益效果：

本实用新型在充电过程中，先进行常规恒流充电，当检测到有电池组电压达到停止充电电压时，将充电电压有效地分解到各个电池串，使得电池组中充满电的电池串涓流充电，其他未充满的继续充电，直到全部充满；在放电过程中，智能监控电池组电压的最低值，当某个电池组电压明显低于均值时，启用内部自均衡措施，从整体电池组中“搬运”部分电能到最低组，循环往复，使得整个电池组放电过程中各个电池组电压相近。

本实用新型能够快捷方便地对接锂电池组，实现充电、均衡、放电测容、平衡电芯电压等功能，修复电池组性能处于最佳工作状态。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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他的附图。

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例的充电检测装置的电路原理图。

图3为本实用新型实施例的放电检测装置的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，本实施例的一种通用规格的锂电池单体结构的智能检测装置，包括由锂电池bt1、锂电池bt2、锂电池bt3、锂电池bt4串联形成的锂电池组、mcu、充电检测装置和放电检测装置。锂电池组的正极连接正极电源vbat+，锂电池组的负极接地。充电检测装置连接每个锂电池之间。放电检测装置连接每个锂电池之间。mcu连接放电检测装置。正极电源vbat+连接mcu、充电检测装置和放电检测装置，为mcu、充电检测装置和放电检测装置供电。mcu的型号为stc8a8k64s4a12。

如图2所示，充电检测装置包括充电检测芯片bm3451。每个锂电池的正极与充电检测芯片bm3451的vc脚一一对应连接。每个锂电池的负极与充电检测芯片bm3451的vc脚一一对应连接。每个锂电池的正极和负极之间连接有均衡回路。均衡回路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一开关管和发光二极管。第一电阻一端连接锂电池的正极，另一端连接发光二极管的阳极。发光二极管的阴极连接第一开关管的漏极。第一开关管的源极连接锂电池的负极。第二电阻一端连接锂电池的正极，另一端连接第一开关管的漏极。第一开关管的栅极通过第三电阻连接充电检测芯片bm3451的bal脚。充电检测芯片bm3451的tov脚、tovd脚、toc1和toc2脚分别一一连接电容c2、电容c3和电容c4后接地。充电检测芯片bm3451的ntc脚通过热敏电阻rt1后接地。充电检测芯片bm3451的trh脚和vm脚通过电阻r5和电阻r6后接地。正极电源vbat+通过连接二极管和电阻r1后连接充电检测芯片bm3451的set脚。电容c1连接电阻r1后接地。充电检测芯片bm3451的doin脚和coin脚分别通过电阻r2和电阻r3一一连接。正极电源vbat+通过电阻r4连接开关管q1的漏极。开关管q1的栅极通过电阻r7连接充电检测芯片bm3451的do脚。开关管q1的源极连接负极电源bat-。开关管q1的栅极还连接开关管q2的漏极。开关管q2的源极连接负极电源bat-。开关管q2的栅极连接充电检测芯片bm3451的co脚。充电检测芯片bm3451的co脚还连接开关管q3的栅极。开关管q3的漏极接地。开关管q3的源极连接负极电源bat-。电阻r8分别连接开关管q2的栅极与开关管q3的源极。电阻r9分别连接开关管q2的栅极与开关管q3的源极。充电检测芯片bm3451的vin脚接地。充电检测芯片bm3451的gnd脚通过并联的电阻r8和电容c6后接地。

如图3所示，放电检测装置包括电流传感器、电池监控器bq76920、内置电源bt5、内置电源bt6和光电耦合器。电流传感器的型号为acs712-20a。每个锂电池的正极与电池监控器bq76920的vc脚一一对应连接。每个锂电池的正极连接一个放电开关电路。除最接近接地的锂电池bt1外的所有锂电池之间连接有第一电容。除最接近接地的锂电池bt1外的所有锂电池的负极连接一个放电开关电路。锂电池bt1之间连接有电容c11和电容c12，电容c11和电容c12之间接地。锂电池bt1的正极通过电阻r31连接电池监控器bq76920的ts脚。锂电池bt1的负极通过热敏电阻rt1连接电池监控器bq76920的ts脚。锂电池bt1的负极连接开关管q22的源极。开关管q22的漏极连接开关管q23的漏极。开关管q22的栅极和开关管q23的栅极分别连接mcu。

放电开关电路包括第四电阻、第二开关管和第三开关管，第二开关管的漏极连接锂电池的正极，第二开关管的源极连接第三开关管的源极，第二开关管和第三开关管的栅极分别通过一个控制电路连接mcu。

连接锂电池正极的放电开关电路，其第三开关管的漏极分别连接电流传感器。电流传感器的输出端连接mcu。电流传感器还连接光电耦合器u1的输出端。光电耦合器u1的输入端连接mcu。光电耦合器u1的输入端还分别连接开关管q27、开关管q24和开关管q25的栅极。开关管q24和开关管q25反向串联。内置电源bt6的负极分别连接开关管q24和开关管q25。内置电源bt6的正极分别连接电流传感器和光电耦合器u1的输出端。开关管q27连接开关管q26的栅极。内置电源bt5的正极分别连接开关管q25和开关管q26。

连接锂电池负极的放电开关电路，其第三开关管的漏极与开关管q23的源极分别连接内置电源bt5的负极。内置电源bt5的负极还分别连接开关管q25的栅极、开关管q24和开关管q27。

控制电路包括开关管q28和电阻r42。开关管q28的源极接地。开关管q28的栅极连接mcu。电阻r42一端连接开关管q28的栅极，另一端接地。

电池监控器bq76920的chg脚连接开关管q31的源极。开关管q31的栅极接地。开关管q31的漏极连接二极管d2的阳极。二极管d2的阴极连接开关管q30的栅极。开关管q30与开关管q29反向串联。开关管q30连接负极电源vb-。开关管q29通过电阻r45接地。电池监控器bq76920的dsg脚一路连接开关管q29的栅极，另一路依次通过电阻r46和电阻r45接地。电池监控器bq76920的srn脚通过依次电阻r44和电阻r45接地。电池监控器bq76920的srp脚通过电阻r43接地。电阻r43和电阻r44之间连接有电容c17。电池监控器bq76920的refout脚连接3.3v电源后通过电容c20接地。电池监控器bq76920的refin脚连接正极电源vbat+通过电容c19接地。电池监控器bq76920的bat脚通过电容c18接地。电阻r50分别连接电容c18和电容c19。二极管d2的阳极连接有电阻r49的一端，电阻r49的另一端分别连接有电阻r48和开关管q30的栅极；电阻r48连接负极电源vb-。

本实用新型的工作原理和使用方法：

使用本实用新型时，使锂电池和本实用新型接入电源vbat+后即可，充电时无需连接负载，放电时使负载连接mcu即可。充电时，电池监控器bq7692先进行常规恒流充电，当检测到有电池组电压达到停止充电电压时，均衡回路将充电电压有效地分解到各个电池串，使得电池组中充满电的电池串涓流充电，其他未充满的继续充电，直到全部充满；放电时，电池监控器bq76920智能监控电池组电压的最低值，电流传感器能够测量出电流，当某个电池组电压明显低于均值时，启用内部自均衡措施，通过放电开关电路和控制电路，从整体电池组中“搬运”部分电能到最低组，循环往复，使得整个电池组放电过程中各个电池组电压相近。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。