專利名稱：一種電池管理器及使用方法
技術領域：
本發明涉及一種電池管理器及使用方法，尤其涉及一種控制充電機充電的電池管
理器及使用方法。
背景技術：
隨著"節能減排"概念日益貼近生活，加之汽車技術，電池加工技術的不斷成熟，混 合動力車和電動車備受市場關注。而對于混合動力車和電動車電池包這種大容量的蓄電設 備來講，其充電技術并不完善，由于功率較大，技術難度也由此提升。 現有的大功率充電機存在的缺點目前大功率充電機的充電曲線事先存入充電曲 線庫中，充電時再由曲線庫中讀出充電曲線來控制充電機的工作，其充電曲線并非針對某 一個電池包，關聯性很差。
發明內容
本發明的一個目的在于克服現有充電機的關聯性差的缺點，提供一種關聯性好 的、用于控制充電機充電的電池管理器。 根據本發明的電池管理器，包括單片機，其中，所述單片機用于根據待充電電池包 的剩余容量確定充電電壓和充電電流，并控制與所述電池管理器相連的充電機按照確定的 充電電壓和充電電流給電池包充電。 本發明的另一個目的是提供一種電池管理器的使用方法。
根據本發明的電池管理器的使用方法，包括以下步驟 (1)所述單片機根據待充電電池包的剩余容量確定充電電壓和充電電流； (2)所述單片機控制與所述電池管理器相連的充電機根據步驟(1)中確定的充電
電壓和充電電流給所述電池包充電。 本發明提供的電池管理器及使用方法，能根據每個電池包的實際狀態即當前剩余 容量確定出相應的充電電壓和充電電流，并控制與電池管理器相連的充電機按照確定好的 充電電壓和充電電流給電池包充電，這樣充電電壓、充電電流和電池包的當前狀態相對應， 關聯性好。
圖1是現有技術中的充電電量、充電電壓和充電電流與時間的關系曲線圖；
圖2是本發明的一種實施方式的充電機、電池管理器和電池包的連接關系示意 圖； 圖3是本發明的一種實施方式的電池管理器的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施方式作詳細說明。
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如圖1所示，現有技術中提供了一種充電電量、充電電壓和充電電流與時間的關 系曲線，通過大量的試驗，本領域技術人員可以做出電池包3中的剩余容量和充電電壓、充 電電流之間的最佳匹配的關系曲線，例如，技術人員可以將電池包3完全放電，再根據電池 的特性曲線，采用多組不同的充電電壓和充電電流對電池包進行充電，建立起多組電池包 的剩余容量和充電電壓、充電電流的關系曲線，通過長期大量的試驗，從中確定出最佳的電 池包的剩余容量和充電電壓、充電電流的關系曲線。當檢測或計算出電池包的剩余容量之 后，就可以依照做出的關系曲線來確定此時的充電電壓和充電電流。由于電池的種類不同， 所作出的關系曲線也可以不同，電池的各種固定信息可以存入各種存儲模塊中，充電前直 接從中讀取相關數據即可完成充電。 根據本發明的一種實施方式，如圖2所示，電池管理器2，包括單片機25，其中，單
片機25用于根據待充電電池包3的剩余容量確定充電電壓和充電電流，并控制與電池管理
器2相連的充電機1按照確定的充電電壓和充電電流給電池包3充電。 充電機1為本領域技術人員公知的充電設備，可包括用于將市電等電力來源轉換
為電池包所需電壓范圍的AC/DC電壓轉換模塊或DC/DC電壓轉換模塊，對硬件進行保護的
硬件保護電路以及用于充電的充電接口 。 為了檢測電池包3的剩余容量，電池管理器2還可以包括電量檢測模塊(圖中未 示出)、A/D轉換模塊(圖中未示出)，電量檢測模塊、A/D轉換模塊和單片機25依次相連， 電量檢測模塊用于檢測待充電電池包3的剩余容量。電量檢測模塊為本領域技術人員公 知，只要可以檢測電池包的剩余容量即可。 由于充電機常工作在高壓、大電流狀態，電磁干擾較大，會對檢測得到的弱小檢測
信號造成很大的影響，信號檢測困難。為了降低高壓、大電流的影響，更好的檢測電池包的
各種數據，根據本發明的另一種實施方式，如圖3所示，電池管理器2包括電流檢測模塊
21、電壓檢測模塊22、溫度檢測模塊23、A/D轉換模塊24、單片機25和存儲模塊26。其中，
電流檢測模塊21、電壓檢測模塊22和溫度檢測模塊23分別與A/D轉換模塊24相連，A/D
轉換模塊24與單片機25相連，存儲模塊26與單片機25相連。 電池包3可以包括一個或多個單體電池，優選為包括多個串聯單體電池。 為了便于安裝，電池包3中的多個串聯單體電池分為多個電池組，每個電池組中
的單體電池數量可以相等，也可以不相等，優選為每個電池組中的單體電池數量相等。電池
包3中的多個串聯單體電池分為多個電池組，溫度檢測模塊23用于檢測每個單體電池和每
個電池組的溫度。 電流檢測模塊21用于檢測電池包3在使用過程中的放電電流；電壓檢測模塊22 用于檢測電池包3在充電過程中每個單體電池的電壓。 電流檢測模塊21、電壓檢測模塊22和溫度檢測模塊23分別與A/D轉換模塊24相 連，A/D轉換模塊24用于將電流檢測模塊21、電壓檢測模塊22和溫度檢測模塊23檢測得 到的電流、電壓和溫度信號轉換為相應的數字信號并發送給與其相連的單片機25。
存儲模塊26用于存儲電池包3的總容量、剩余容量、單體電池額定電壓、電池包3 的額定電壓即放電電壓等信息。存儲模塊26還可以記錄電池包每次充放電的各種數據， 如放電電流、電池包每次的使用時間、每次充電的時間、充電次數等。這樣可以便于對電池 包3進行數據分析，以利于電池包3和單體電池的研究開發。
電池管理器2與充電機l之間可以通過各種已知的適合方式連接，在一實施例中， 電池管理器2與充電機1均具有CAN通訊模塊，充電機1還包括一單片機，電池管理器2與 充電機1之間通過CAN總線相連以便于數據通訊。電池管理器2與充電機1之間還可以通 過其它的方式連接，只要充電機1可以接收到電池管理器2發出的充電電壓和充電電流信 號即可，這樣充電機1即可按照接收到的充電電壓和充電電流進行充電。
根據本發明的一種實施方式，本發明還提供一種電池管理器2的使用方法，包括 以下步驟 (1)單片機25根據待充電電池包3的剩余容量確定充電電壓和充電電流；
(2)單片機25控制與電池管理器2相連的充電機1根據步驟(1)中確定的充電電 壓和充電電流給電池包3充電。 為了檢測電池包3的剩余容量，電池管理器2還可以包括電量檢測模塊(圖中未 示出)、A/D轉換模塊(圖中未示出)，電量檢測模塊、A/D轉換模塊和單片機25依次相連， 電量檢測模塊用于檢測待充電電池包3的剩余容量。電量檢測模塊為本領域技術人員公 知，只要可以檢測電池包的剩余容量即可。 由于充電機常工作在高壓、大電流狀態，電磁干擾較大，會對檢測得到的弱小檢測
信號造成很大的影響，信號檢測困難。為了降低高壓、大電流的影響，更好的檢測電池包的
各種數據，根據本發明的另一種實施方式，如圖3所示，電池管理器2包括電流檢測模塊
21、電壓檢測模塊22、溫度檢測模塊23、A/D轉換模塊24、單片機25和存儲模塊26。其中，
電流檢測模塊21、電壓檢測模塊22和溫度檢測模塊23分別與A/D轉換模塊24相連，A/D
轉換模塊24與單片機25相連，存儲模塊26與單片機25相連。 電池包3可以包括一個或多個單體電池，優選為包括多個串聯單體電池。 為了便于安裝，電池包3中的多個串聯單體電池分為多個電池組，每個電池組中
的單體電池數量可以相等，也可以不相等，優選為每個電池組中的單體電池數量相等。電池
包3中的多個串聯單體電池分為多個電池組，溫度檢測模塊23用于檢測每個單體電池和每
個電池組的溫度。 電流檢測模塊21用于檢測電池包3在使用過程中的放電電流；電壓檢測模塊22 用于檢測電池包3在充電過程中每個單體電池的電壓。 電流檢測模塊21、電壓檢測模塊22和溫度檢測模塊23分別與A/D轉換模塊24相 連，A/D轉換模塊24用于將電流檢測模塊21、電壓檢測模塊22和溫度檢測模塊23檢測得 到的電流、電壓和溫度信號轉換為相應的數字信號并發送給與其相連的單片機25。
存儲模塊26用于存儲電池包3的總容量、剩余容量、單體電池額定電壓、電池包3 的額定電壓即放電電壓等信息。存儲模塊26還可以記錄電池包每次充放電的各種數據， 如放電電流、電池包每次的使用時間、每次充電的時間、充電次數等。這樣可以便于對電池 包3進行數據分析，以利于電池包3和單體電池的研究開發。 電池管理器2與充電機l之間可以通過各種已知的適合方式連接，在一實施例中， 電池管理器2與充電機1可以均具有CAN通訊模塊，電池管理器2與充電機1之間通過CAN 總線相連以便于數據通訊。只要充電機1可以接收到電池管理器2發出的充電電壓和充電 電流信號即可，這樣充電機1即可按照接收到的充電電壓和充電電流進行充電。
根據本發明的一種實施方式，步驟(1)是通過以下步驟實現的
(1-1)單片機25從存儲模塊26得到電池包3的初始剩余容量并根據初始剩余容 量確定初始充電電壓和初始充電電流； (1-2)在充電過程中，單片機25根據當前剩余容量確定當前充電電壓和當前充電 電流。 其中，步驟(1-1)中的初始剩余容量是通過以下步驟得到的 (1-1-1)在電池包3使用過程中，電池管理器2與電池包3相連，單片機25對放電
電壓和放電電流積分得到已用電量； (1-1-2)單片機25計算電池包3的總容量與已用容量的差值，該差值即為電池包 3的初始剩余容量； (1-1-3)步驟(1-1-2)中計算出的初始剩余容量存入存儲模塊26中； (1-1-4)充電時，單片機25從存儲模塊26中讀取初始剩余容量數據。 在步驟(1-1-1)中，在電池包3使用過程中，電池管理器2與電池包3相連，是指
電池管理器2與電池包3可以連接在一起使用，如在電池包3外集成一個電池管理器2，以
用于記錄管理電池包3的各種信息、動作等。 進一步地，步驟(1-2)中的當前剩余容量是通過以下步驟得到的 (1-2-1)在充電過程中，單片機25對充電電壓和充電電流積分得到已充電量； (1-2-2)單片機25計算初始剩余容量與已充電量的和值，該和值即為當前剩余容 進一步地，使用方法還包括(3)單片機25判斷電池包3是否充滿。 步驟(3)中判斷電池包3是否充滿，單片機25可以判斷電池包3的剩余容量是否
達到總容量，也可以判斷單體電池的電壓是否達到額定電壓，為了更好的延長電池包3的
使用壽命，優選地，通過判斷單體電池的電壓是否達到額定電壓來實現。
步驟(3)還包括如下步驟 (3-1)如果單體電池的電壓達到額定電壓，則單片機25控制充電機1停止充電；
(3-2)如果單體電池的電壓未達到額定電壓，則單片機25控制充電機1繼續充電， 直到單體電池的電壓達到額定電壓。 步驟(3)中判斷單體電池的電壓是否達到額定電壓，是指判斷任一單體電池電 壓，只要有一個單體電池的電壓達到額定電壓，單片機25就控制充電機1停止充電。
為了更好的保護電池包3中的單體電池，在充電前和充電過程中還包括
(s-l)電池管理器2中的溫度檢測模塊23檢測每個單體電池和每個電池組的溫 度； (s-2)單片機25判斷檢測得到的任意一個單體電池溫度或電池組的溫度是否達 到設定安全溫度； (s-3)如果判斷的結果為是，則報警并退出充電；
(s-4)如果判斷的結果為否，則繼續原來的動作。 設定的安全溫度可以根據電池的種類不同而不同，例如可以設為65攝氏度。
在步驟(s-3)中，判斷的結果為是，是指只要有一個單體電池的溫度或有一個電 池組的溫度達到設定的安全溫度，則判斷結果為是。 在步驟(s-4)中繼續原來的動作是指當充電前任一單體電池的溫度或任一電池組的溫度都沒有達到設定的安全溫度，則判斷可以開始充電并開始給電池包3充電；當充 電過程中任一單體電池的溫度或任一電池組的溫度都沒有達到設定的安全溫度時，則繼續 充電。 檢測并判斷單體電池和電池組的溫度的目的是為了防止電池包3在充電時發生 意外如爆炸，從而更好的保護電池包3。當任意一個單體電池或者電池組的溫度達到設定的 安全溫度，就報警并退出充電。報警可以通過設置在充電機1或者電池管理器2中的報警 裝置實現，如蜂鳴器。 根據本發明的電池管理器及其使用方法，由于電池包3的各種數據檢測由電池管 理器2完成，這樣可以降低充電機1中高壓、大電流的影響，從而更好的進行數據檢測，提高 數據檢測的準確性。
權利要求
一種電池管理器，包括單片機，其特征在于，所述單片機用于根據待充電電池包的剩余容量確定充電電壓和充電電流，并控制與所述電池管理器相連的充電機按照確定的充電電壓和充電電流給電池包充電。
2. 根據權利要求1所述的電池管理器，其特征在于，所述電池管理器還包括電量檢測 模塊和A/D轉換模塊，所述電量檢測模塊、A/D轉換模塊和單片機依次相連，所述電量檢測 模塊用于檢測待充電電池包的剩余容量。
3. 根據權利要求1所述的電池管理器，其特征在于，所述電池管理器還包括電流檢測 模塊、存儲模塊和A/D轉換模塊，所述電流檢測模塊、A/D轉換模塊和單片機依次相連，所述 存儲模塊與所述單片機相連。
4. 一種電池管理器的使用方法，其中，所述電池管理器包括單片機，所述使用方法包括 以下步驟(1) 所述單片機根據待充電電池包的剩余容量確定充電電壓和充電電流；(2) 所述單片機控制與所述電池管理器相連的充電機根據步驟(1)中確定的充電電壓 和充電電流給所述電池包充電。
5. 根據權利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述電池管理器還包括電量檢測模 塊和A/D轉換模塊，所述電量檢測模塊、A/D轉換模塊和單片機依次相連，所述步驟(1)中 的電池包剩余容量由所述電量檢測模塊檢測得到。
6. 根據權利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述電池管理器還包括電流檢測模 塊、存儲模塊和A/D轉換模塊，所述電流檢測模塊、A/D轉換模塊和單片機依次相連，所述存 儲模塊與所述單片機相連。
7. 根據權利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述步驟(1)是通過以下步驟實現的(1-1)所述單片機從所述存儲模塊得到電池包的初始剩余容量并根據初始剩余容量確 定初始充電電壓和初始充電電流；(1-2)在充電過程中，所述單片機根據當前剩余容量確定當前充電電壓和當前充電電流。
8. 根據權利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述步驟(1-1)中的初始剩余容量是通過以下步驟得到的(1-1-1)在電池包使用過程中，所述電池管理器與所述電池包相連，所述單片機對放電 電壓和放電電流積分得到已用電量；(1-1-2)所述單片機計算電池包總容量與已用電量的差值，該差值即為電池包初始剩 余容量；(1-1-3)所述單片機將計算出的初始剩余容量存入存儲模塊中； (1-1-4)充電時，所述單片機從所述存儲模塊中讀取初始剩余容量數據。
9. 根據權利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述步驟(l-2)中的當前剩余容量是 通過以下步驟得到的(1-2-1)在充電過程中，所述單片機對充電電壓和充電電流積分得到已充電量； (1-2-2)所述單片機計算初始剩余容量與已充電量的和值，該和值即為當前剩余容量。
10. 根據權利要求4至9中任一權利要求所述的充電方法，其特征在于，所述充電方法還包括(3)所述單片機判斷所述電池包是否充滿；(3-1)如果判斷的結果為是，則所述單片機控制所述充電機停止充電； (3-2)如果判斷的結果為否，則所述單片機控制所述充電機繼續充電。
11. 根據權利要求10所述的充電方法，其特征在于，所述電池管理器還包括與A/D轉換 模塊相連的電壓檢測模塊，所述步驟(3)是通過判斷所述單體電池的電壓是否達到額定電壓來實現的。
12. 根據權利要求11所述的充電方法，其特征在于，所述電池管理器還包括與A/D轉換模塊相連的溫度檢測模塊，在所述步驟(1)和所述步驟(2)中還包括(s-l)所述電池包中的多個串聯單體電池分為多個電池組，所述溫度檢測模塊檢測每個單體電池和每個電池組的溫度；(s-2)判斷檢測得到的任意一個單體電池溫度或電池組的溫度是否達到設定安全溫度；(s-3)如果判斷的結果為是，則報警并退出充電； (s-4)如果判斷的結果為否，則繼續原來的動作。
全文摘要
一種電池管理器，包括單片機，其中，所述單片機用于根據待充電電池包的剩余容量確定充電電壓和充電電流，并控制與所述電池管理器相連的充電機按照確定的充電電壓和充電電流給電池包充電。本發明還提供了一種電池管理器的使用方法。本發明提供的電池管理器及使用方法，能根據每個電池包的實際狀態即當前剩余容量確定出相應的充電電壓和充電電流，并控制與電池管理器相連的充電機按照確定好的充電電壓和充電電流給電池包充電，這樣充電電壓、充電電流和電池包的當前狀態相對應，關聯性好。
文檔編號H01M10/44GK101783518SQ200910105109
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月16日 優先權日2009年1月16日
發明者張建華, 鄧林旺, 鄔學建 申請人:比亞迪股份有限公司