專利名稱：在線式蓄電池電壓監視平衡系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及蓄電池的平衡領域，尤其涉及一種在線式蓄電池電壓監視平衡系統。
背景技術：
目前，我國是世界上高油價的國家之一，電動汽車與電動自行車作為以后人們出行更加便宜與快捷的的出行工具得以更大的發展。據有關部門調查與估算我國電動自行車保有量為1.2億輛，電動汽車目前保有量為100萬兩左右(包含高爾夫車、旅游車、公路車、 特種車輛)。到2015年估計保有量會到500萬輛左右。可以說電動汽車在這幾年會達到井噴式發展，市場發展前景無比巨大。在電動汽車發展的同時作為電動汽車上整車經濟價值能占一半以上的部件蓄能電池顯得尤為重要，蓄電池的壽命長短和使用的效能也是考核電動汽車性能的一個重要指標，如何延長蓄電池的使用時間已經是擺在我們面前的一個重要課題，在線式的監測與修復系統必是未來電動汽車蓄電池的發展方向。由于蓄電池單節的容量、電壓、體積等限制，現有的設備大部分都是對蓄電池進行組合使用，但由于單體電池的個體差異會給蓄電池帶來各種問題。單體電池電極板的厚薄差異，電池電解液的容量與溫度的這些差異在單體電池形成電池組后會產生影響。電池組在使用過程中個別單體電池會出現過早的老化，老化表現為電池的極板硫化、溫度過高、溫度過高引起的電解液減少、單體電壓過高或過低。單體電池在使用過程中出現了進一步差異(單體電池電壓高低為主要表現差異)，各節單體電池會出現互為充放電的現象，這樣會降低電池組的性能整體下降的情況。這就是蓄電池發生故障的主要誘因。整組電池損壞以后，我們往往對電池進行充放電檢測，在檢驗中往往會發現一組電池中有50%的電池并沒有損壞。其原因也就是在串連電池組中，個別的電池落后形成整組電池功能下降，以至于整組電瓶功能下降。爾在損壞的50%中往往是其中的一只單體電池最先引起的故障。而市場上現有傳統的可充電電池可對蓄電池進行的可編程充電/放電循環激活、 充電自動按照三段式過程充電，對單體電池具有一定的修復作用。但是不能對電池組實時監測，在電池進入第一階段電池電壓與電量發生時不具有實時性在線修復，由于傳統的修復儀是在充電電池發生硫化、失水、失活、硫酸比重異常等發生時才進行修復，在此時修復已意義不大，而且修復后的電池會出現單體電池不平衡的現象，在重新配組后電池同樣會不平衡的現象，對于使用充電電池的設備必須提供后背的電池組替換工作。對于傳統的修復儀來說體積過于龐大、重量過沉、在電池故障發生后的階段修復率不高或修復后使用壽命過短都是對于現行階段的蓄電池修復儀的發展障礙。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種在線式蓄電池電壓監視平衡系統，能夠有效延長電池的在線使用壽命。
3[0007]本實用新型采用下述技術方案一種在線式蓄電池電壓監視平衡系統，包括中央處理單元、高速電子開關、儲能器，每個高速電子開關的第一端分別用于連接蓄電池中的每單節電池的正極，每相鄰的兩個高速電子開關的第二端分別連接儲能器的正極和負極，儲能器的負極連接有分流器，分流器的兩端通過差分放大電路與中央處理單元的信號輸入端連接，中央處理單元的信號輸出端通過開關驅動電路與高速電子開關的控制端連接；所述的中央處理單元的信號輸入端連接有便于用戶操作的按鍵電路，所述的中央處理單元的信號輸出端連接有顯示電路。所述每高速電子開關通過極性切換電路與儲能器連接，中央處理單元的信號輸出端通過極性信號驅動電路與極性切換電路的信號控制端連接。所述的極性切換電路包括第一電子開關至第四電子開關，第一電子開關的常開觸點和第四電子開關的常開觸點均與儲能器的正極連接，第二電子開關的常開觸點和第三電子開關的常開觸點均與儲能器的負極連接，第一電子開關的控制端第一端和第二電子開關的第一控制端均連接電源，第三電子開關的控制端第一端和第四電子開關的第一控制端均接地，第一電子開關的第二控制端至第四電子開關的第二控制端均與極性信號驅動電路的信號輸出端連接。所述的高速切換設備為高速電子開關，高速電子開關的常開觸點的輸入端用于連接單節電池的正極，相鄰的高速電子開關的常開觸點的輸出端分別連接儲能器的正極和負極，高速電子開關的一端分別與開關驅動電路的信號輸出端連接。所述的中央處理單元的信號輸出端連接有報警指示電路。本實用新型在線式蓄電池電壓監視平衡系統能夠在線實時監測電池組里的每一節單體電池的電壓和電池組的總電壓，并將數據進行存儲供分析使用；用戶可通過按鍵電路和顯示屏對電池進行管理，當單體電池發生電壓不平衡時能及時的修復，保證串聯電池組內的單個電池在充放電過程中處于能量平衡狀態，能夠有效延長電池在線使用壽命，減低使用者的經濟負擔；當修復失敗時可以及時發出預警，提醒用戶更換某節單體電池，避免用戶饋電使用，以免造成其他的單體電池損壞，減少故障的發生率。
圖1為本實用新型的電路原理框圖；圖2為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，以十六個單體電池為例對本實用新型進行詳細描述本實用新型在線式蓄電池電壓監視平衡系統包括中央處理單元、第五高速電子開關至第二十一高速電子開關、極性切換電路、儲能器，每個高速電子開關的輸入端分別連接每個單節電池的正極， 每相鄰的兩個高速電子開關的輸出端分別連接儲能器的正極和負極，儲能器的負極連接有分流器，分流器的兩端通過差分放大電路與中央處理單元的信號輸入端連接；中央處理單元的信號輸出端通過開關驅動電路與高速電子開關的控制端連接。其中儲能器與高速電子開關之間還連接有極性切換電路；中央處理單元的信號輸出端通過極性信號驅動電路與極性切換電路的信號控制端連接。所述的中央處理單元的信號輸出端連接有報警指示電路；
4所述的中央處理單元的信號輸入端連接有按鍵電路；所述的中央處理單元的信號輸出端連接有顯示電路。如圖2所示，所述的第五高速電子開關至第二十一高速電子開關的常開觸點K5至 K21的輸入端分別與每個單體電池的正極連接；輸出端分別與極性切換電路連接。所述的極性切換電路包括第一高速電子開關至第四高速電子開關，第一高速電子開關的常開觸點 Kl和第四高速電子開關的常開觸點K4均與儲能器Cl的正極連接，第二高速電子開關的常開觸點K2和第三高速電子開關的常開觸點K3均通過電阻Rl與儲能器Cl的負極連接；第一高速電子開關和第二高速電子開關的第一控制端均連接+12V電源，第三高速電子開關和第四高速電子開關的第一控制端均接地；第一高速電子開關至第四高速電子開關的的第二控制端均與極性信號驅動電路的信號輸出端(JDQ17)連接，其中第二高速電子開關的兩端和第四高速電子開關的兩端分別連接有續流二極管D18和D19。電阻Rl的兩端并聯有分流器R2，分流器R2的兩端分別與差分放大電路的信號輸入端連接，差分放大電路由U1A、 UlD, UlB, UlC (tl064)構成，差分放大電路的信號輸出端通過電阻R7與中央處理單元U2 的信號輸入端(引腳18)連接，中央處理單元U2的信號輸入端(引腳18)還連接穩壓二極管 D20后接地。極性信號驅動電路由電阻R8和三極管Q19、三極管Q18構成，電阻R18 —端與中央處理單元U2的信號輸出端(XH17)連接，另一端與三極管Q19、三極管Q18的基極連接， 三極管Q18的集電極連接+12V電源，三極管Q19的集電極接地，三極管Q19、三極管Q18的發射極即極性信號驅動電路的信號輸出端(JDQ17)。所述的開關驅動電路包括16個高速電子開關的驅動電路，其中第一開關驅動電路包括電阻R9、三極管Q1、二極管D1，電阻R9的一端與中央處理單元U2的信號輸出端(XH16)連接，另一端連接三極管Ql的基極，三極管Ql 的集電極連接二極管Dl后與+12V電源連接，三極管Ql的發射極接地，二極管Dl的正極即第一開關驅動電路的信號輸出端，其與第五高速電子開關的控制端(JDQ16)連接；其他15 個高速電子開關的驅動電路與第一開關驅動電路結構原理相同。如圖2所示，以測量單體電池1為例進行說明本實用新型的工作過程中央處理單元U2通過開關驅動電路發出信號給第一開關驅動電路的信號輸入端(XH16、XH15)，則驅動第五高速電子開關的常開觸點K5和第六高速電子開關的常開觸點K6閉合，此時第一高速電子開關的常開觸點Kl和第二高速電子開關的常開觸點K2是閉合的，K3和K4是關斷的。 中央處理單元U2測量完后單體電池1再斷開第五高速電子開關的常開觸點K5和第六高速電子開關的常開觸點K6，然后相同方法分別測試每個單體電池的電量情況。通過測量單體電池電壓，在分流器R2兩端發現某個單體電池電壓不平衡后進行差分、放大輸出到中央處理單元U2的信號輸入端(引腳18)。中央處理單元U2輸出相應的驅動信號至開關驅動電路， 從而使相對應的高速電子開關閉合，同時中央處理單元U2的信號輸出端XH17送出一個高或低電平信號并通過極性信號驅動電路的輸出端輸出一個高電平或低電平信號，送由電池極性切換電路切換通路與極性，儲能器Cl向單體電池持續放電循環直至電位平衡。報警指示電路進行報警指示直至修復成功后恢復；當修復失敗時可以發出預警，提醒用戶更換某節單體電池，避免用戶饋電使用，以免造成其他的單體電池損壞。在電池電壓巡測與修復的過程里中央處理單元進行不斷地存儲，用戶可通過按鍵電路和顯示電路查看實時的單體電壓與歷史記錄，對電池進行管理。本實用新型能夠保證串聯電池組在充放電過程中，單體電池電量處于平均狀態，如此一來，就能使處于同一組能量系統中的電池長期處于均衡狀態。
權利要求1.一種在線式蓄電池電壓監視平衡系統，其特征在于包括中央處理單元、高速電子開關、儲能器，每個高速電子開關的第一端分別用于連接蓄電池中的每單節電池的正極，每相鄰的兩個高速電子開關的第二端分別連接儲能器的正極和負極，儲能器的負極連接有分流器，分流器的兩端通過差分放大電路與中央處理單元的信號輸入端連接，中央處理單元的信號輸出端通過開關驅動電路與高速電子開關的控制端連接；所述的中央處理單元的信號輸入端連接有便于用戶操作的按鍵電路，所述的中央處理單元的信號輸出端連接有顯示電路。
2.根據權利要求1所述的在線式蓄電池電壓監視平衡系統，其特征在于所述每高速電子開關通過極性切換電路與儲能器連接，中央處理單元的信號輸出端通過極性信號驅動電路與極性切換電路的信號控制端連接。
3.根據權利要求1或2所述的在線式蓄電池電壓監視平衡系統，其特征在于所述的極性切換電路包括第一電子開關至第四電子開關，第一電子開關的常開觸點和第四電子開關的常開觸點均與儲能器的正極連接，第二電子開關的常開觸點和第三電子開關的常開觸點均與儲能器的負極連接，第一電子開關的控制端第一端和第二電子開關的第一控制端均連接電源，第三電子開關的控制端第一端和第四電子開關的第一控制端均接地，第一電子開關的第二控制端至第四電子開關的第二控制端均與極性信號驅動電路的信號輸出端連接。
4.根據權利要求3所述的在線式蓄電池電壓監視平衡系統，其特征在于所述的高速切換設備為高速電子開關，高速電子開關的常開觸點的輸入端用于連接單節電池的正極， 相鄰的高速電子開關的常開觸點的輸出端分別連接儲能器的正極和負極，高速電子開關的一端分別與開關驅動電路的信號輸出端連接。
5.根據權利要求4所述的在線式蓄電池電壓監視平衡系統，其特征在于所述的中央處理單元的信號輸出端連接有報警指示電路。
專利摘要本實用新型公開了一種在線式蓄電池電壓監視平衡系統，包括中央處理單元、高速電子開關、儲能器，每個高速電子開關的第一端分別用于連接蓄電池中的每單節電池的正極，相鄰的兩個高速電子開關的第二端分別連接儲能器的正極和負極，中央處理單元的信號輸出端通過開關驅動電路與高速電子開關的控制端連接，儲能器的負極連接有分流器，分流器的兩端通過差分放大電路與中央處理單元的信號輸入端連接；所述的中央處理單元的信號輸入端連接有便于用戶操作的按鍵電路，所述的中央處理單元的信號輸出端連接有顯示電路。本實用新型能夠在線實時監測電池組里的每一節單體電池的電壓和電池組的總電壓；用戶可通過按鍵電路和顯示屏對電池進行管理。
文檔編號H02J7/00GK202150712SQ20112022772
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者姜偉, 王玉慶, 胡愛軍, 范小彬, 邱麗 申請人:鄭州科儀科貿有限公司