专利名称：电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车的充电电池领域，具体涉及一种电场型二次电池与电场型二
次电池组快速充电智能均衡管理装置。
背景技术：
目前电动汽车采用的动力二次电池主要有锂电池和高铁电池。而相对应的二次电 池组智能管理系统是解决锂电池或高铁电池组均衡充电管理的装置。传统的锂电池和高铁 电池存在缺点主要是电池内部导电性差、离子扩散速度慢，高倍率充放电时，实际比容量 低。而锂电池和高铁电池都存在低温性能差，一般情况下，对于单只电芯而言，其(TC时的容 量保持率约60 70%，-10"时为40 55%，-20"时为20 40% ，这样的低温性能显然 不能满足动力电源的使用要求。所以传统的锂电池和高铁电池组智能管理系统是一种低速 的二次电池组充电管理装置。由于传统的锂电池和高铁电池组无法实现有效的快速充电均 衡管理的技术瓶颈，使得电动汽车动力电池组一次充电时间在8小时左右，影响了电动汽
车市场推广与使用。 为了克服现有锂电池与高铁电池内部导电性差、低温性能差，并且无法提高快速 充放电特性。专利号为200910032914. 5的中国发明专利提出一种内置可控电场的二次电 池及其快速充放电装置，该装置的技术方案是电场型二次电池内，在离子交换隔膜的两侧 分别设置有正极材料与负极材料，该正极材料与负极材料均设置在电解质中，所述正极材 料与负极材料分别与电池的正极、负极连接，在该电场型二次电池中设置有一个内置电隔 离的电场极板对，该电场极板对中的A极板设置在所述正极材料板的外侧，并与该正极材 料板绝缘；该电场极板对中的B极板设置在所述负极材料板的外侧，并与该负极材料板绝 缘；电场极板对中的A极板与电场极板对中的B极板分别与电场A极与电场B极端子相连。
电场型二次电池是指一种可控电场的二次电池，电场型二次电池与传统的二次电 池最大不同在于，电场型二次电池本身有正、负输出电极端子外，还有一对输入电场电源电 压的电场A极与电场B极端子，所以电场型二次电池本身有4个接线端子。电场型二次电 池通过电场电源电压控制，能够有效提高电池内部导电性及低温特性，从而使电池的放电 能较长时间地维持在较高电位水平，并在充电时明显縮短充电时间。电场型二次电池可以 采用锂电池或高铁电池，也可以采用镍氢(Ni-HM)电池。二次电池是指在电池放电后可通 过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。二次电池系列中锂电池正极材料可以采 用LiCo02、 LiMn204、 LiNi02、 LiFeP04、 LiFeMnP04、 LiFeYP04等系列，而负极材料主要是石墨 或钛酸盐。高铁电池正极采用高铁酸盐K2Fe04、BaFe04等系列、负极材料可以是锌、铝、铁、 镉或镁。镍氢(Ni-HM)电池正极采用氢氧化镍，负极采用由贮氢材料作为活性物质的氢化 物电极。
发明内容
本发明的目的是，针对电场型二次电池提供一种电动汽车电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置。 实现本发明目的技术方案是电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置，包括若干电场型二次电池，每个电场型二次电池中，在离子交换隔膜的两侧分别设置有正极材料与负极材料，该正极材料与负极材料均设置在电解质中，所述正极材料与负极材料分别与电池的正极、负极端子连接，在所述正极材料和负极材料的外侧分别设有电场极板对，正极材料与电场A极板之间电绝缘，负极材料与电场B极板之间电绝缘；其特征是，若干电场型二次电池组成电池组，电池组与微处理器电量采集与充放电电场控制单元连接，组成电场型二次电池控制单元BCU(Battery Control Unit)，其中，所述微处理器电量采集与充放电电场控制电路，采用多路A/D转换及I2C通信接口的微处理器为核心电路，用于采集多个串连的电场型二次电池的电压、温度，并控制电场型二次电池快速充电时的电场电压；若干个电场型二次电池控制单元BCU通过fC通讯总线相互连接，组成电场型二次电池组能源控制模块ECU (Energy Control Unit);所述电场型二次电池组能源控制模块ECU中，采用带I2C通信接口、 CAN通信接口的微处理器管理控制多个电场型二次电池控制单元BCU ;电场型二次电池组能源控制模块ECU中的微处理器通过CAN现场总线接口与中央电控系统连接。 本发明所述的电场型二次电池控制单元BCU(Battery Control Unit)，是采用微处理器为核心的电路，采集多个串连的电场型二次电池的电压、温度，以及控制快速充电时，电场电压的控制。电场型二次电池控制单元BCU通过fC(也可用12C表示)通讯总线与电场型二次电池组能源控制模块ECU (Energy Control Unit)中微处理器I2C接口连接进行数据交换。 具体地说本发明所述的电场型二次电池装置，其结构主要由电场极板A、正极材料、离子交换隔膜、电解质、负极材料、电场极板B所组成，其中电场极板A、电场极板B在电气连接有电场A极与电场B极端子，组成电场A极与电场B极双端子的电场型二次电池装置。所述的电场型二次电池装置，也可形成单电场A极的电场型二次电池装置与单电场B极的电场型二次电池装置，称之为电场A极二次电池与电场B极二次电池。
本发明所述的电场型二次电池快速充放电原理，在电路原理有三种形式，电场型二次电池充放电方式；电场A极二次电池充放电方式；电场B极二次电池充放电方式；其充放电电路原理图中K2为双联开关，K1为单联开关，并且K1、K2开关同步切换；V1为电场电源，V2为充电电源，V1与V2电源相互隔离；电路中R为负载。当K1、K2开关同步切换到充电状态，此时电场电源的正极连接电场极板A，电场电源的负极连接电场极板B，此时电场型二次电池内部电场电源的电场方向与充电电源的电场方向相同；当Kl 、 K2开关同步切换到放电状态，此时电场电源的正极连接电场极板B，电场电源的负极连接电场极板A，此时电场型二次电池内部电场电源的电场方向与电池自身放电的内电场方向相同；电场型二次电池快速充放电电路原理，参看附图2中图2A。由于电场极板A、电场极板B与二次电池内部是电隔离，同理可知，电场A极二次电池与电场B极二次电池快速充放电方式。
本发明所述的电场型二次电池控制单元BCU结构内部，是由多个串联电场型二次电池、微处理器电量采集与电池充电电场控制电路组成。电场型二次电池控制单元BCU的外部有电池正、负极输出端；外电场电源正、负端子接口 ；I2C通讯总线接口。本实施例的电场型二次电池控制单元BCU结构内部由4个电场型二次电池串联；输出端正、负极电压为4倍电场型二次电池电压；外电场电源正、负端子接口，是充电时电场电源的接口 ；I2C通讯总线接口是多个电场型二次电池控制单元BCU相互连接的的通信接口 。
本发明所述的电场型二次电池组能源控制模块ECU结构，是多个电场型二次电池控制单元BCU通过串并联的形式组成(能源控制模块ECU结构中最多不超过125个控制单元BCU，可以管理电场型二次电池数为125X4);电场型二次电池组能源控制模块ECU中微处理器12C通讯总线接口与多个电场型二次电池控制单元BCU的I2C通讯总线接口连接，进行集中管理与控制多个电场型二次电池控制单元BCU;电场型二次电池组能源控制模块ECU中有快速充电电场电源，电场电源的正、负极，相对应连接到多个电场型二次电池控制单元BCU的电场电源接口 ；电场型二次电池组能源控制模块ECU中微处理器的CAN现场总
线接口与中央电控系统连接，形成电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置，也就是说，电场型二次电池组能源控制模块ECU通过CAN Bus与汽车中央电控系统连接称之为电
动汽车电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置。 本发明所述的电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置结构，也可以由多个电场型二次电池组能源控制模块ECU串联或并联，并通过CAN现场总线接口与其它领域应用的中央电控系统连接，形成其它领域使用的超大型储能电堆电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置；中央电控系统可以管理控制大于127个电场型二次电池组能源控制模块ECU，总体可管理电场型二次电池数大于127X (125X4) = 63500个。
图1A本发明电场型二次电池结构图； 图IB本发明电场A极二次电池结构图； 图1C本发明电场B极二次电池结构图； 图2A本发明电场型二次电池充放电电路原理图 图2B本发明电场A极二次电池充放电电路原理图 图2C本发明电场B极二次电池充放电电路原理图 图3本发明电场型二次电池控制单元BCU结构图； 图4本发明电动汽车电场型二次电池组能源控制模块ECU系统框图； 图5本发明多电场型二次电池组能源控制模块ECU组成电堆系统框图； 图6本发明电场型二次电池控制单元BCU电路原理图； 图7本发明电场型二次电池组能源控制模块ECU电路原理图； 图8本发明电场A极二次电池控制单元BCU电路原理图； 图9本发明电场B极二次电池控制单元BCU电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例作进一步说明。
实施例1 电场型二次电池装置，其结构主要由电场极板A、正极材料、离子交换隔膜、电解质、负极材料、电场极板B所组成，其中电场极板A、电场极板B在电气连接有电场A极与电场B极端子，参看附图1中图1A所示。所述的电场型二次电池装置，也可形成电场A极二次电池装置与电场B极二次电池装置，参看附图1中图1B、1C所示。 参照图1中图1A所示，一种电场型二次电池结构是由电场电极板A 1. 1、绝缘层A 1. 2、正极材料板1. 3、负极材料板1. 4、电场电极板B 1. 5、绝缘层Bl. 6、离子交换隔膜1.7、电解质1.8所组成的结构。其中绝缘层A 1.2、绝缘层B 1.6材料中间包袱有电场电极板A 1. 1、电场电极板B 1. 5，而电场电极板A1. 1、电场电极板B 1. 5与电池的正极材料板与负极材料板，以及电解质1. 8形成电隔离。 参照图1中图1B所示，一种电场A极二次电池结构是由电场电极板Al. 1、绝缘层A 1. 2、正极材料板1. 3、负极材料板1. 4、离子交换隔膜1. 7、电解质1. 8所组成的结构。其中绝缘层A 1.2材料中间包袱有电场电极板A 1. l，而电场电极板A 1. l与电池的正极材料板与电解质1. 8形成电隔离。 参照图1中图1C所示，一种电场B极二次电池结构是由正极材料板1. 3、负极材料板1.4、电场电极板B 1.5、绝缘层B 1.6、离子交换隔膜1.7、电解质1.8所组成的结构。其中绝缘层B 1.6材料中间包袱有电场电极板B1.5，而电场电极板B 1.5与电池的负极材料板与电解质1.8形成电隔离。电场型二次电池结构中，选择锂电池，其正极材料可以采用LiCo02、 LiMn204、 LiNi02、 LiFeP04、 LiFeMnP04、 LiFeYP04等系列，而负极材料主要是石墨或钛酸盐。选择高铁电池，其正极可以采用高铁酸盐K2Fe04、BaFe04等系列、负极材料可以是锌、铝、铁、镉或镁。选择镍氢(Ni-HM)电池，其正极材料可以采用氢氧化镍，负极采用贮氢材料作为活性物质的氢化物电极。 电场型二次电池快速充放电原理，在电路原理有三种形式，电场型二次电池充放电方式；电场A极二次电池充放电方式；电场B极二次电池充放电方式；其充放电电路原理图中K2为双联开关，Kl为单联开关，并且K1、K2开关同步切换；V1为电场电源，V2为充电电源，VI与V2电源相互隔离；电路中R为负载。当Kl、 K2开关同步切换到充电状态，此时电场电源的正极连接电场极板A，电场电源的负极连接电场极板B，此时电场型二次电池内部电场电源的电场方向与充电电源的电场方向相同；当Kl、 K2开关同步切换到放电状态，此时电场电源的正极连接电场极板B，电场电源的负极连接电场极板A，此时电场型二次电池内部电场电源的电场方向与电池自身放电的内电场方向相同；电场型二次电池快速充放电电路原理，参看附图2中图2A。由于电场极板A、电场极板B与二次电池内部是电隔离，同理，电场A极二次电池与电场B极二次电池快速充放电方式，参看附图2中图2B、2C所示。
电场型二次电池控制单元BCU结构，是由多个单体电场型二次电池、微处理器电量采集与电池充电电场控制电路组成。本实施例电场型二次电池控制单元BCU内部共有4个电场型二次电池串联，控制单元BCU的外部有电池正、负极输出端；外电场电源接口、I2C通讯总线接口，其结构框图，参看附图3所示。 电动汽车电场型二次电池组能源控制模块ECU系统框图，参看附图4所示。电场型二次电池组能源控制模块ECU结构，是多个电场型二次电池控制单元BCU通过串并联的形式组成(能源控制模块ECU结构中最多不超过125个控制单元BCU，可以管理电场型二次电池数为125X4);电场型二次电池组能源控制模块ECU中微处理器I2C通讯总线接口与多个电场型二次电池控制单元BCU的I2C通讯总线接口连接，进行集中管理与控制多个电场型二次电池控制单元BCU ;电场型二次电池组能源控制模块ECU中有快速充电电场电源，电场电源的正、负极，相对应连接到多个电场型二次电池控制单元BCU的电场电源接口 ；电
9场型二次电池组能源控制模块ECU中微处理器的CAN现场总线接口与中央电控系统连接， 形成电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置；电场型二次电池组能源控制模块ECU 通过CAN Bus与汽车中央电控系统连接称之为电动汽车电场型二次电池组快速充电智能 电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置结构，也可以由多个电场型二次电 池组能源控制模块ECU串联或并联，并通过CAN现场总线接口与其它领域应用的中央电控 系统连接，形成其它领域使用的超大型储能电堆电场型二次电池组快速充电智能均衡管理 装置；中央电控系统可以管理控制大于127个电场型二次电池组能源控制模块ECU，总体可 管理电场型二次电池数大于127X (125X4) = 63500个。，其多电场型二次电池组能源控制 模块ECU组成电堆系统框图，参看附图5所示。 参照图6所示，本实施例一种电场型二次电池控制单元BCU电路原理图是由3大 电路部份组成。电路部分1主要由稳压电路U1 ;隔离式DC/DC转换器U2 ;光藕合器T1、
T3、T5、T7 ;场效应开关管T2、T4、T6、T8 ;电阻R1-R8 ;电容C1-C7 ;电容CA4所组成。其中稳 压电路Ul是提供5V的稳压工作电压的三端稳压器。隔离式DC/DC转换器U2是将外电场 电压转换成相互隔离的5组直流输出电源，并且该5组输出电源也相互隔离，每组输出电压 > 2EA，EA为电场型二次电池的标称电压，其中有4组电场电源与1组电路工作电源。光藕 合器T1、T3、T5、T7 ;场效应开关管T2、T4、T6、T8 ;电阻R1-R8 ;组成4组光隔离电场电源开 关电路，每组电场电源对应连接4个电场型二次电池的电场A极与电场B极，4组电场电源 分别标示为V1B、 VIA ;V2B、 V2A ;V3B、 V3A ;V4B、 V4A，对应接入电场型二次电池EA1的电场 B极、电场A极；EA2的电场B极、电场A极；EA3的电场B极、电场A极；EA4的电场B极、电 场A极。在微处理器控制端PC0、 PC1、 PD0、 PA4为低电平时，4组光隔离电场电源开关电路 中场效应电场电源开关导通，电场电压加到二次电池EA1、 EA2、 EA3、 EA4的电场极A、 B端， 此时电场极A、 B端对应电场电压正极与负极，形成快速充电状态。 电路部分2主要由4组电场型二次电池，温度传感器、电压分压器与过充电控制 电路所组成，也可以表示为4组电场型二次电池子单元电路。电场型二次电池子单元l电 路由电场型二次电池EA1、温度传感器IC1、电压分压器RY1、 RX1 ( ^ffer口 1 )、光藕合器 Tl-l与场效应开关管Tl-2组成光隔离开关、电阻Rl-l、电阻Rl-2、电阻Rl-3、电容Cl-l、 电容Cl-2组成。电场型二次电池子单元2电路由电场型二次电池EA2、温度传感器IC2、 电压分压器RY2、RX2 ( □ 1/2 )、光藕合器T2-l与场效应开关管T2-2组成光隔离开
关、电阻R2-l、电阻R2-2、电阻R2-3、电容C2_l、电容C2-2组成。电场型二次电池子单元 3电路由电场型二次电池EA3、温度传感器IC3、电压分压器RY3、 RX3 ( □ 1/3 )、光
藕合器T3-l与场效应开关管T3-2组成光隔离开关、电阻R3-l、电阻R3_2、电阻R3_3、电容 C3-l、电容C3-2组成。电场型二次电池子单元4电路由电场型二次电池EA4、温度传感器 IC4、电压分压器RY4、RX4 ( □ 1/4 )、光藕合器T4-l与场效应开关管T4-2组成光隔
离开关、电阻R4-l、电阻R4-2、电阻R4-3、电容C4_l、电容C4-2组成。4组电场型二次电池 子单元电路是串联连接。电场型二次电池子单元l电路的温度传感器输出端接微处理器A/ D转换PB0端；二次电池电压分压器输出端接微处理器A/D转换PB1端；过充电控制电路输 出端接微处理器I/O 口 PA0端，在过充电压时PA0端为低电平时，光隔离开关电路中场效应开关管Tl-2导通，此时电阻Rl-3为二次电池EA1的负载放电；电场型二次电池EA1的电场B极与电场A极分别连接电场电源的V1B与V1A。电场型二次电池子单元2电路的温度传感器输出端接微处理器A/D转换PB2端；二次电池电压分压器输出端接微处理器A/D转换PB3端；过充电控制电路输出端接微处理器I/O 口 PA1端，在过充电压时PA1端为低电平时，光隔离开关电路中场效应开关管T2-2导通，此时电阻R2-3为二次电池EA2的负载放电；电场型二次电池EA2的电场B极与电场A极分别连接电场电源的V2B与V2A。电场型二次电池子单元3电路的温度传感器输出端接微处理器A/D转换PB4端；二次电池电压分压器输出端接微处理器A/D转换PB5端；过充电控制电路输出端接微处理器I/O 口 PA2端，在过充电压时PA2端为低电平时，光隔离开关电路中场效应开关管T3-2导通，此时电阻R3-3为二次电池EA3的负载放电；电场型二次电池EA3的电场B极与电场A极分别连接电场电源的V3B与V3A。电场型二次电池子单元4电路的温度传感器输出端接微处理器A/D转换PB6端；二次电池电压分压器输出端接微处理器A/D转换PB7端；过充电控制电路输出端接微处理器I/O 口 PA3端，在过充电压时PA3端为低电平时，光隔离开关电路中场效应开关管T4-2导通，此时电阻R4-3为二次电池EA4的负载放电；电场型二次电池EA4的电场B极与电场A极分别连接电场电源的V4B与V4A。 电路部分3主要由微处理器ICA1、隔离式12C通讯芯片ICA2、电阻RA1-RA6、电容CA1-CA6、晶振Zl组成。其中微处理器ICA1选择带I2C通讯接口与8通道10位A/D转换器的HT46R23微处理器，也可选择其它系列相适应的微处理器；电阻RA5与RA5、电容CA4与CA6组成微处理器的复位电路；隔离式12C通讯芯片ICA2是双边独立供电隔离式12C通讯芯片，本实施例选择ADUM1250或其它隔离式I2C通讯芯片。 本实施例一种电场型二次电池控制单元BCU电路原理，能够对4个电场型二次电池的电压、内部温度进行快速准确的测量，对每个电场型二次电池进行欠压和过压监视与控制，并能对每个电场型二次电池提供电场电压控制，进行快速充电方式的监控。
参照附图7所示，本实施例一种电场型二次电池组能源控制模块ECU电路原理图主要由微处理器ICB1、复位芯片ICB2、通讯光藕合隔离器ICB4与ICB5、 CAN总线收发器ICB3、LCD显示驱动器ICB6、隔离DC/DC稳压器ICB7、三端稳压器ICB8、隔离DC/DC稳压器ICB9、4X4键盘JP、场效应开关管TB2与TB3、光藕合三极管TBI与TB4、电磁开关SW1、霍尔电流传感器HE、多个电场型二次电池控制单元BCU DY1-DYN组成的电场型二次电池组，以及外围电阻、电容等器件所组成。其中ICB1选择P8XC591系列微处理器，微处理器ICB1引脚40与引脚41是通过通讯光藕合隔离器ICB4与ICB5，CAN总线收发器ICB3，电阻RB14-RB17，电容CB8与CB9组成隔离式CAN通讯现场总线，隔离电源由隔离DC/DC稳压器ICB7提供；微处理器ICB1引脚2与引脚3是SCL与SDA引脚，相对应连接多个电场型二次电池控制单元BCU DY1-DYN的SCL1、 SDA1通讯接口，组成微处理器ICB1为主机，多个电场型二次电池控制单元BCU DY1到DYN为从机的I2C总线，从机最大地址数为7位，主机可以管理控制127个地址从机；场效应开关管TB2、光藕合三极管TB1、电阻RB 12与RB 13组成外电场电源控制开关，外电场电源由电池E(12V或24V)提供，当微处理器ICB1引脚30为高电平时，场效应开关管TB2截止，反之，场效应开关管TB2导通提供外电场电源，外电场电源相对应并连到多个电场型二次电池控制单元BCU DY1到DYN的外电场电源正负端；场效应开关管TB3、光藕合三极管TB4、电磁开关SW1、电阻RB18-RB20、电容CB17组成电场型二次电池组电流过载与故障断路控制，当微处理器ICB1引脚1为高电平时，场效应开关管TB3 截止，电磁开关SWl闭合，反之，场效应开关管TB3导通，电磁开关SW1开路；霍尔电流传感 器HE、电阻RB21与电容CB18组成电场型二次电池组电流监测，信号输出端接微处理器的 A/D转换器AD0通道；隔离DC/DC稳压器ICB9是将电池E与电场型二次电池组能源控制模 块ECU电路电源相隔离；稳压器ICB8是提供电场型二次电池组能源控制模块ECU电路的电 源；LCD显示驱动器ICB6的SCL与SDA端，是通过I2C总线相对应连接到处理器ICB1引脚 2与引脚3的SCL与SDA端。 参照附图8所示，本实施例一种电场A极二次电池控制单元BCU电路原理图该电 路原理图中是选用电场A极二次电池EB1-EB4，每组电场电源正极端，相对应的连接二次电 池EB1-EB4的电场A极，每组电场电源负极端，相对应的连接二次电池EB1-EB4的负极。电 路其它部分与电场型二次电池控制单元BCU电路原理相同。由于每组电场电源是独立隔离 的电源，此时电场电源与二次电池自身电源，通过电场A极电隔离，所以电场电源与二次电 池自身电源不构成电回路。 参照附图9所示，本实施例一种电场B极二次电池控制单元BCU电路原理图该电 路原理图中是选用电场B极二次电池EC1-EC4，每组电场电源负极端，相对应的连接二次电 池EC1-EC4的电场B极，每组电场电源正极端，相对应的连接二次电池EC1-EC4的正极。电 路其它部分与电场型二次电池控制单元BCU电路原理相同。由于每组电场电源是独立隔离 的电源，此时电场电源与二次电池自身电源，通过电场B极电隔离，所以电场电源与二次电 池自身电源不构成电回路。
权利要求
电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置，包括若干电场型二次电池，每个电场型二次电池中，在离子交换隔膜的两侧分别设置有正极材料与负极材料，该正极材料与负极材料均设置在电解质中，所述正极材料与负极材料分别与电池的正极、负极端子连接，在所述正极材料和负极材料的外侧分别设有电场极板对，正极材料与电场A极板之间电绝缘，负极材料与电场B极板之间电绝缘；其特征是，若干电场型二次电池组成电池组，电池组与微处理器电量采集与充放电电场控制单元连接，组成电场型二次电池控制单元BCU，其中，所述微处理器电量采集与充放电电场控制电路，采用多路A/D转换及I2C通信接口的微处理器为核心电路，用于采集多个串连的电场型二次电池的电压、温度，并控制电场型二次电池快速充电时的电场电压；若干个电场型二次电池控制单元BCU通过I2C通讯总线相互连接，组成电场型二次电池组能源控制模块ECU；所述电场型二次电池组能源控制模块ECU中，采用带I2C通信接口、CAN通信接口的微处理器管理控制多个电场型二次电池控制单元BCU；电场型二次电池组能源控制模块ECU中的微处理器通过CAN现场总线接口与中央电控系统连接。
2. 根据权利要求1所述的智能均衡管理装置，其特征是，所述若干电场型二次电池串 联组成电池组。
3. 根据权利要求1或2所述的智能均衡管理装置，其特征是，所述若干电场型二次电 池控制单元BCU之间串联或并联组成电场型二次电池组能源控制模块ECU,电场型二次电 池组能源控制模块ECU中微处理器I2C通讯总线接口与多个电场型二次电池控制单元BCU 的I2C通讯总线接口连接。
4. 根据权利要求3所述的智能均衡管理装置，其特征是，多个电场型二次电池组能源 控制模块ECU串联或并联组成电堆系统，通过CAN现场总线接口与中央电控系统连接。
5. 根据权利要求1所述的智能均衡管理装置，其特征在于，所述的电场型二次电池中， 所述电池正极和电池负极的外侧分别设有电场极板A和电场极板B;电场型二次电池的电 源包括电场电源V1和充电电源V2，电场电源V1与充电电源V2相互隔离；电场电源V1的 一极通过双联开关K2和电场极板A连接，电场电源V1的另一极通过双联开关K2和电场极 板B连接，所述电池正极通过单联开关Kl和充电电源V2正极连接，所述电池负极和充电电 源V2负极连接，充电电源V2通过单联开关Kl和负载R并联；当Kl、 K2开关同步切换到充电状态，此时电场电源VI的正极连接电场极板A，电场电 源V1的负极连接电场极板B，此时电场型二次电池内部电场电源的电场方向与充电电源的 电场方向相同；当Kl、 K2开关同步切换到放电状态，此时电场电源VI的正极连接电场极板B，电场电 源V1的负极连接电场极板A，此时电场型二次电池内部电场电源的电场方向与电池自身放 电的内电场方向相同。
6. 根据权利要求1所述的智能均衡管理装置，其特征在于，所述的电场型二次电池中， 所述电池正极的外侧设有电场极板A，电场型二次电池的电源包括电场电源VI和充电电源 V2，电场电源V1与充电电源V2相互隔离；所述电场电源V1的一极通过双联开关K2和电场 极板A连接，所述电场电源VI的另一极通过双联开关K2和电池负极连接，所述电池正极通 过单联开关K1和充电电源V2正极连接，所述电池负极和充电电源V2负极连接，充电电源 V2通过单联开关Kl和负载R并联；当K1、K2开关同步切换到充电状态，电场电源的正极连接电场极板A，此时电场型二次 电池内部电场电源的电场方向与充电电源的电场方向相同；当Kl、 K2开关同步切换到放电 状态，电场电源的正极连接电池负极，此时电场型二次电池内部电场电源的电场方向与电 池自身放电的内电场方向相同。
7. 根据权利要求1所述的智能均衡管理装置，其特征在于，所述的电场型二次电池中， 所述电池负极的外侧设有电场极板B，电场型二次电池的电源包括电场电源V1和充电电源 V2，电场电源V1与充电电源V2相互隔离；所述电场电源V1的一极通过双联开关K2和电场 极板B连接，所述电场电源VI的另一极通过双联开关K2和电池正极连接，所述电池正极通 过单联开关Kl和充电电源V2正极连接，所述电池负极和充电电源V2负极连接，充电电源 V2通过单联开关Kl和负载R并联；当Kl、 K2开关同步切换到充电状态，电场电源的正极连接电池正极，此时电场型二次 电池内部电场电源的电场方向与充电电源的电场方向相同；当Kl、 K2开关同步切换到放电 状态，电场电源的正极连接电场极板B，此时电场型二次电池内部电场电源的电场方向与电 池自身放电的内电场方向相同。
8. 根据权利要求1所述的智能均衡管理装置，其特征在于，所述电场型二次电池控制单元BCU电路由三个电路部份组成；第一电路部分主要由稳压电路U1 ;隔离式DC/DC转换器U2 ;光藕合器T1、T3、T5、T7 ;场效应开关管T2、T4、T6、T8 ;电阻R1-R8 ;电容C1-C7 ;电容 CA4所组成；其中稳压电路U1是提供5V的稳压工作电压的三端稳压器；隔离式DC/DC转换 器U2是将外电场电压转换成相互隔离的5组直流输出电源，并且该5组输出电源也相互隔 离，每组输出电压^ 2EA， EA为电场型二次电池的标称电压，其中有4组电场电源与l组电 路工作电源。光藕合器T1、T3、T5、T7 ;场效应开关管T2、 T4、 T6、 T8 ;电阻R1-R8 ;组成4组 光隔离电场电源开关电路，每组电场电源对应连接4个电场型二次电池的电场A极与电场 B极，4组电场电源分别标示为V1B、 VIA ;V2B、 V2A ;V3B、 V3A ;V4B、 V4A，对应接入电场型二 次电池EA1的电场B极、电场A极；EA2的电场B极、电场A极；EA3的电场B极、电场A极； EA4的电场B极、电场A极。在微处理器控制端PC0、PC1、PD0、PA4为低电平时，4组光隔离 电场电源开关电路中场效应电场电源开关导通，电场电压加到二次电池EA1、 EA2、 EA3、 EA4 的电场极A、B端，此时电场极A、B端对应电场电压正极与负极，形成快速充电状态；第二电路部分主要由4组电场型二次电池，温度、电压分压器与过充电控制电路所组 成，也可以表示为4组电场型二次电池子单元电路。电场型二次电池子单元l电路由电场 型二次电池EA1、温度传感器IC1、电压分压器RY1、 RXl( ^H = l )、光藕合器T1-1与场 效应开关管Tl-2组成光隔离开关、电阻Rl-l、电阻Rl-2、电阻Rl-3、电容Cl-l、电容Cl-2 组成；电场型二次电池子单元2电路由电场型二次电池EA2、温度传感器IC2、电压分压 器RY2、 RX2 ( ^pf^ □ 1/2 )、光藕合器T2-l与场效应开关管T2-2组成光隔离开关、电阻 R2-l、电阻R2-2、电阻R2-3、电容C2-l、电容C2-2组成；电场型二次电池子单元3电路由电 场型二次电池EA3、温度传感器IC3、电压分压器RY3、 RX3 ( ^;3131/3 )、光藕合器T3-l 与场效应开关管T3-2组成光隔离开关、电阻R3-l、电阻R3-2、电阻R3_3、电容C3_l、电容 C3-2组成；电场型二次电池子单元4电路由电场型二次电池EA4、温度传感器IC4、电压分 压器RY4、 RX4 ( ^f^D 1/4 )、光藕合器T4-l与场效应开关管T4-2组成光隔离开关、电阻R4-l、电阻R4-2、电阻R4-3、电容C4_l、电容C4-2组成。4组电场型二次电池子单元电 路是串联连接。电场型二次电池子单元l电路的温度传感器输出端接微处理器A/D转换 PB0端；二次电池电压分压器输出端接微处理器A/D转换PB1端；过充电控制电路输出端接 微处理器I/O 口 PA0端，在过充电压时PA0端为低电平时，光隔离开关电路中场效应开关管 Tl-2导通，此时电阻Rl-3为二次电池EA1的负载放电；电场型二次电池EA1的电场B极与 电场A极分别连接电场电源的V1B与V1A。电场型二次电池子单元2电路的温度传感器输 出端接微处理器A/D转换PB2端；二次电池电压分压器输出端接微处理器A/D转换PB3端； 过充电控制电路输出端接微处理器I/O 口 PA1端，在过充电压时PA1端为低电平时，光隔离 开关电路中场效应开关管T2-2导通，此时电阻R2-3为二次电池EA2的负载放电；电场型二 次电池EA2的电场B极与电场A极分别连接电场电源的V2B与V2A。电场型二次电池子单 元3电路的温度传感器输出端接微处理器A/D转换PB4端；二次电池电压分压器输出端接 微处理器A/D转换PB5端；过充电控制电路输出端接微处理器I/O 口 PA2端，在过充电压时 PA2端为低电平时，光隔离开关电路中场效应开关管T3-2导通，此时电阻R3-3为二次电池 EA3的负载放电；电场型二次电池EA3的电场B极与电场A极分别连接电场电源的V3B与 V3A ;电场型二次电池子单元4电路的温度传感器输出端接微处理器A/D转换PB6端；二次 电池电压分压器输出端接微处理器A/D转换PB7端；过充电控制电路输出端接微处理器1/ 0 口 PA3端，在过充电压时PA3端为低电平时，光隔离开关电路中场效应开关管T4-2导通， 此时电阻R4-3为二次电池EA4的负载放电；电场型二次电池EA4的电场B极与电场A极分 别连接电场电源的V4B与V4A ;第三电路部分主要由微处理器ICA1、隔离式I2C通讯芯片ICA2、电阻RA1-RA6、电容 CA1-CA6、晶振Zl组成。其中微处理器ICA1选择带I2C通讯接口与8通道10位A/D转换 器的HT46R23微处理器，也可选择其它系列相适应的微处理器；电阻RA5与RA5、电容CA4与 CA6组成微处理器的复位电路；隔离式12C通讯芯片ICA2是双边独立供电隔离式I2C通讯 心片。
9.根据权利要求1、2、5、6、7之一的智能均衡管理装置，其特征在于，所述的电场型二 次电池组能源控制模块ECU电路主要由微处理器ICB1、复位芯片ICB2、通讯光藕合隔离器 ICB4与ICB5、CAN总线收发器ICB3、LCD显示驱动器ICB6、隔离DC/DC稳压器ICB7、三端稳 压器ICB8、隔离DC/DC稳压器ICB9、4X4键盘JP、场效应开关管TB2与TB3、光藕合三极管 TBI与TB4、电磁开关SW1、霍尔电流传感器HE、多个电场型二次电池控制单元BCUDY1-DYN 组成的电场型二次电池组，以及外围电阻、电容等器件所组成。其中ICB1选择P8XC591系 列微处理器或ARM系列微控制器。微处理器ICB1引脚40与引脚41是通过通讯光藕合隔 离器ICB4与ICB5，CAN总线收发器ICB3，电阻RB14-RB17，电容CB8与CB9组成隔离式CAN 通讯现场总线，隔离电源由隔离DC/DC稳压器ICB7提供；微处理器ICB1引脚2与引脚3是 SCL与SDA引脚，相对应连接多个电场型二次电池控制单元BCU DY1-DYN的SCL1、 SDA1通 讯接口 ，组成微处理器ICB1为主机，多个电场型二次电池控制单元BCU DY1到DYN为从机 的I2C总线；场效应开关管TB2、光藕合三极管TB1、电阻RB12与RB13组成外电场电源控制 开关，外电场电源由电池E(12V或24V)提供，当微处理器ICB1引脚30为高电平时，场效应 开关管TB2截止，反之，场效应开关管TB2导通提供外电场电源，外电场电源相对应并连到 多个电场型二次电池控制单元BCU DY1到DYN的外电场电源正负端；场效应开关管TB3、光藕合三极管TB4、电磁开关SW1、电阻RB18-RB20、电容CB17组成电场型二次电池组电流过 载与故障断路控制，当微处理器ICBl引脚1为高电平时，场效应开关管TB3截止，电磁开关 SW1闭合，反之，场效应开关管TB3导通，电磁开关SW1开路；霍尔电流传感器HE、电阻RB21 与电容CB18组成电场型二次电池组电流监测，信号输出端接微处理器的A/D转换器ADO通 道；隔离DC/DC稳压器ICB9是将电池E与电场型二次电池组能源控制模块ECU电路电源相 隔离；稳压器ICB8是提供电场型二次电池组能源控制模块ECU电路的电源；LCD显示驱动 器ICB6的SCL与SDA端，是通过I2C总线相对应连接到处理器ICBl引脚2与引脚3的SCL 与SDA端。
全文摘要
电场型二次电池组快速充电智能均衡管理装置，若干电场型二次电池组成电池组，电池组与微处理器电量采集与充放电电场控制单元连接，组成电场型二次电池控制单元BCU，所述微处理器电量采集与充放电电场控制电路采集多个串连的电场型二次电池的电压、温度，并控制电场型二次电池快速充电时的电场电压；若干个电场型二次电池控制单元BCU通过I2C通讯总线相互连接，组成电场型二次电池组能源控制模块ECU；所述电场型二次电池组能源控制模块ECU中，采用带I2C通信接口、CAN通信接口的微处理器管理控制多个电场型二次电池控制单元BCU；电场型二次电池组能源控制模块ECU中的微处理器通过CAN现场总线接口与中央电控系统连接。
文档编号H01M10/42GK101764420SQ20091026422
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者郭建华, 郭建国 申请人:郭建国;郭建华