一种电池有效性分析模型的制作方法
【专利摘要】一种锂离子电池有效性分析模型，包括电压监测控制单元，主要由光电MOSFET管Q、采集电阻R组成；电流监测控制单元，主要分流器T、运算放大器N组成；光电MOSFET管Q控制接通或断开电压测量结点，实对所需采集结点的切换；分流器T起到将锂离子电池在回路中的电流信号转换为电压信号的作用，对应的运算放大器N输出放大后的电压信号以供单片机采集；电池有效性分析模型中，设置用以控制光电MOSFET管Q导通或关闭，切换电池测量结点的单片机。本发明对其有效性分析，及时筛选出其中个性差异较大的锂离子电池进行更换，提高了整组电池应用效率，解决了锂离子电池使用过程中的因锂离子电池个体差异导致整组电池使用寿命降低设置损坏的结果。
【专利说明】一种电池有效性分析模型
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电池管理系统，特别是涉及一种电池有效性分析模型。
【背景技术】
[0002]锂离子电池在新能源产品中的应用越来越多，其管理系统作为控制核心，是锂离子电池应用系统中相当重要的一个环节。现今的锂离子电池存在个体差异大、充放电寿命低的自身缺陷，从而当一组电池串联或并联应用时会由于单个电池的充放电差异性导致整组电池寿命都降低甚至损坏，为了更好的合理利用锂离子电池，就要对其应用过程实时监测，进而对其进行充放电性能有效性分析，将个体锂离子电池额定电压值过大或过低、内阻过大导致自身损耗过高的锂离子电池进行筛选更换。从而通过锂离子电池有效性分析模型实现对锂离子电池应用过程中的性能监测。
[0003]有鉴于上述现有的触控系统电源管理装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种电池有效性分析模型使其更具有实用性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，克服现有的离子电池存在个体差异大、充放电寿命低的自身缺陷存在的缺陷，而提供一种新型结构的电池有效性分析模型，所要解决的技术问题是使其通过对锂离子电池应用过程的电压监测控制、电流监测控制保证其在使用过程中不会损坏，使锂离子电池应用更合理，使用寿命得以延长。
[0005]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种电池有效分析模型，其包括:电压监测控制单元、电流监测控制单元两部分；单片机通过通用IO 口对电压监测控制与电流监测控制进行采集控制，采集后锂离子电池的电压、电流信号经过A/D转换后接入单片机AD 口上进行采集。
[0006]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0007]前述的电池有效分析模型，其中所述电压监测控制单元主要由光电MOSFET管Q、采集电阻R组成；U1、U2为锂离子电池电压测量结点，分别连接在锂离子电池的正负极；CPUJQ、CPU_K2、CPU_KAH、CPU_KBL连接单片机通用IO 口作为控制，当我们需要监测U1、U2之间电压时，单片机控制CPUJQ、CPU_K2输出髙电平控制光电MOSFET管Q1、Q2导通，使Ul连接A结点，U2连接B结点。
[0008]前述电池有效分析模型，其中所述Ul连接锂离子电池的正极，U2连接锂离子电池负极，所以Ul的对地电压要大于U2对地电压，A结点的采集电压值减去B结点的电压采集值即为U1、U2之间的相对电压，将A结点接入单片机默认设置为高位的AD电压采集口 CPU_ADH上，反之将B结点接入单片机默认设置为低位的AD电压采集口 CPU_ADL上。
[0009]前述电池有效分析模型，其中所述电流监测控制单元主要是分流器Tl、运算放大器NI组成；其中符号(g)代表锂离子电池所供应的设备系统，通过它将锂离子电池构成电流回路，分流器Tl串联在电流回路中，输出电压为V1，V1经过运算放大器NI将电压放大至单片机AD 口安全采集值范围内后接入单片机AD 口进行电压采集。
[0010]前述电池有效分析模型，其中所述运算放大器电压放大倍数计算方法为Vlout=(1+Rf/Ri)*VI。
[0011]前述电池有效分析模型，其中所述锂离子电池为多个锂离子电池串联组成锂离子电池组。
[0012]本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明通过对锂离子电池使用过程的电压、电流监测控制及对其有效性分析，及时筛选出其中个性差异较大的锂离子电池进行更换，大幅度的提高了整组电池应用效率，解决了锂离子电池使用过程中的因锂离子电池个体差异导致整组电池使用寿命降低设置损坏的结果。从而延长了锂离子电池的使用寿命，具有设计合理、成本低的特点。
[0013]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的电压监测控制单元工作原理示意图；
[0015]图2是本发明的电流监测控制单元工作原理示意图；
[0016]图3是多个锂离子电池组的有效性分析模型工作原理示意图；
[0017]图4是锂离子电池有效性分析模型的系统框图；
[0018]图中:Ql、Q2、Qn、Qah、Qal、Qbh、Qbl:光电 MOSFET 管
[0019]Rx:普通限流电阻或下拉电阻；
[0020]Rl、R2、Rn、Rah、Ral、Rbh、Rbl:采集电阻
[0021]Ri, Rf:运算放大器放大参数电阻
[0022]Tl、T2、Tn:分流器
[0023]Ν1、Νη:运算放大器
[0024]CPUJQ、CPU_K2、CPU_Kn、CPU_KAH、CPU_KBH、CPU_KAL、CPU_KBL:单片机通用 IO 控
制输出口
[0025]CPU_ADH、CPU_ADL:单片机 AD 采集输入 口
[0026]Ul、U2、U3、Un、Un+l:所需采集锂离子电池测量结点
[0027]B:控制所需采集哪两个被测量的电压结点
[0028]Vl、V2、Vn:锂离子电池在回路中的电流信号经过分流器Tl、T2、Tn后所分离出的电压信号；
[0029]Vlout、Vnout:V1、Vn经过运算放大器N1、Nn放大后的输出电压；
[0030]VCC:运算放大器N1、Nn的供电电压。
【具体实施方式】
[0031]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种电池有效性分析模型，其【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。[0032]请参阅图4所示，一种电池有效分析模型，其包括:有效分析模型包括电压监测控制单元、电流监测控制单元两部分；单片机通过通用IO 口对电压监测控制与电流监测控制进行采集控制。采集后锂离子电池电压、电流信号经过A/D转换后接入单片机AD 口上进行米集。
[0033]请参阅图1所示，为电压监测控制单元主要由光电MOSFET管Q、采集电阻R组成；所述的电压监测控制单元主要是由光电MOSFET管Q1、Q2、Qah、Qbl,采样电阻Rl、R2、Rah、Rbl组成；其中Ul、U2为锂离子电池电压测量结点，分别连接在锂离子电池的正负极；CPU_Kl、CPU_K2、CPU_KAH、CPU_KBL连接单片机通用IO 口作为控制。当我们需要监测Ul、U2之间电压时，单片机控制CPUJQ、CPU_K2输出高电平控制光电MOSFET管Q1、Q2导通，使Ul连接A结点，U2连接B结点。由于Ul连接锂离子电池的正极U2连接锂离子电池负极，所以Ul的对地电压要大于U2对地电压，A结点的采集电压值减去B结点的电压采集值即为U1、U2之间的相对电压，故需将A结点接入单片机默认设置为高位的AD电压采集口 CPU_ADH上，反之将B结点接入单片机默认设置为低位的AD电压采集口 CPU_ADL上，用来防止计算电压为负值的情况发生。因此仍需要两组光电MOSFET管Qah、Qbl、采样电阻Rah、Rbl。当单片机控制CPU_KAH输出高电平时Qah导通，A结点接入单片机默认设置为高的AD电压采集口CPU_ADH上，当单片机控制CPU_KBL输出高电平时Qbl导通，B结点接入单片机默认设置为低的AD电压采集口 CPU_ADL上。图中Rx为普通的限流电阻。至此完成对一个锂离子电池的电压监测控制。
[0034]请参阅图2所示，是本发明的电流监测控制单元工作原理示意图，所述的电流监测控制主要是分流器Tl、运算放大器NI组成；其中符号代表锂离子电池所供应的设备系统，通过它将锂离子电池构成电流回路，分流器Tl串联在电流回路中，输出电压为VI。Vl经过运算放大器NI将电压放大至单片机AD 口安全采集值范围内后接入单片机AD 口进行电压采集。其中运算放大器电压放大倍数计算方法为Vlout= (l+Rf/Ri)*Vl。图中Rx为普通的下拉电阻。至此完成对一个锂离子电池的电流监测控制。
[0035]如图2所示，为电流监测控制单元主要由分流器Tl、运算放大器NI组成；所述的光电MOSFET管Q设置在电压监测控制单元中，起到接通或断开电路的作用，从而实现对所需采集结点的切换；所述的分流器Tl设置在电流监测控制单元中，起到将单个锂离子电池回路上的电流信号转变为电压信号的作用，对应运算放大器NI设置有基准电压VCC，输出Vnout以供单片机及时采集分析；所述电压监测控制单元、电流监测控制单元均由单片机控制。
[0036]请参阅图3所示，是多个锂离子电池组的有效性分析模型工作原理示意图，它由多个锂离子电池串联组成锂离子电池组，其电压、电流监测控制工作原理与单个锂离子电池电压、电流监测控制工作原理相同。只是由N个单个锂离子电池电压、电流监测控制单元组成而已。值得注意的是:当监测第二个锂离子电池电压时，即U2结点对地电压与U3结点对地电压的差值，单片机控制CPU_K2、CPU_K3输出髙电平控制光电MOSFET管Q2、Q3导通，使U2连接B结点，U3连接A结点。由于U2连接锂离子电池的正极U3连接锂离子电池负极，所以单片机控制CPU_KBH输出高电平Qbh导通，B结点接入单片机默认设置为高的AD电压采集口 CPU_ADH上，同样单片机控制CPU_KAL输出高电平Qal导通，A结点接入单片机默认设置为低的AD电压采集口 CPU_ADL上。以此类推，单片机完成对锂离子电池组的电压监测控制。图中Rx为普通的限流电阻或下拉电阻。
[0037]当锂离子电池正常使用时，由单片机控制光电MOSFET管Q导通，经采集电阻R将电压稳定在单片机AD 口安全采集值范围内后接入单片机AD 口进行电压采集，完成对锂离子电池的电压监测控制。电流监测控制是在电池回路中串联接入分流器T，将电流信号转换为电压信号后经运算放大器将电压放大至单片机AD 口安全采集值范围内接入单片机AD 口进行米集。
[0038]在所述的锂离子电池为多个串联或并联成锂离子电池组应用时，对应锂离子电池组分别设置电压监测控制装置和电流监测控制装置；所述的锂离子电池组为多个锂离子电池串联或并联组成；所述的电压监测控制装置是由多个电压监测控制单元构成；所述的电流监测控制装置是由多个电流监测控制单元构成；对应每一个锂离子电池电压监测控制单元均设置有光电MOSFET管Q和采样电阻R ;对应每一个锂离子电池电流监测控制单元均设置有分流器T和运算放大器N。
[0039]本发明提出的一种锂离子电池有效性分析模型，通过对锂离子电池的电压监测控制、电流监测控制及时分析每一个电池的应用性能参数，从而进一步检测出一组锂离子电池中的个体差异性大的锂离子电池及时将其更换。使锂离子电池应用更合理，使用寿命得以延长。本发明提出的电池有效性分析模型具有设计合理、成本低的特点。
[0040]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种电池有效分析模型，其特征在于包括:电压监测控制单元、电流监测控制单元两部分；单片机通过通用IO 口对电压监测控制与电流监测控制进行采集控制，采集后锂离子电池的电压、电流信号经过A/D转换后接入单片机AD 口上进行采集。
2.根据权利要求1所述电池有效分析模型，其特征在于所述电压监测控制单元主要由光电MOSFET管Q、采集电阻R组成；Ul、U2为锂离子电池电压测量结点，分别连接在锂离子电池的正负极；CPU_K1、CPU_K2、CPU_KAH、CPU_KBL连接单片机通用IO 口作为控制，当我们需要监测Ul、U2之间电压时，单片机控制CPUJQ、CPU_K2输出髙电平控制光电MOSFET管Q1、Q2导通，使Ul连接A结点，U2连接B结点。
3.根据权利要求2所述电池有效分析模型，其特征在于所述Ul连接锂离子电池的正极，U2连接锂离子电池负极，所以Ul的对地电压要大于U2对地电压，A结点的采集电压值减去B结点的电压采集值即为Ul、U2之间的相对电压，将A结点接入单片机默认设置为高位的AD电压采集口 CPU_ADH上，反之将B结点接入单片机默认设置为低位的AD电压采集口 CPU_ADL 上。
4.根据权利要求1所述电池有效分析模型，其特征在于所述电流监测控制单元主要是分流器Tl、运算放大器NI组成；其中符号@代表锂离子电池所供应的设备系统，通过它将锂离子电池构成电流回路，分流器Tl串联在电流回路中，输出电压为VI，Vl经过运算放大器NI将电压放大至单片机AD 口安全采集值范围内后接入单片机AD 口进行电压采集。
5.根据权利要求4所述电池有效分析模型，其特征在于所述运算放大器电压放大倍数计算方法为 Vlout= (1+Rf/Ri ) *V1。
6.根据权利要求1所述电池有效分析模型，其特征在于所述锂离子电池为多个锂离子电池串联组成锂离子电池组。
【文档编号】G01R31/36GK103837831SQ201210505481
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】仝利锋, 李亚军, 张昉 申请人:凯迈(洛阳)电子有限公司