專利名稱：機械掃描式串聯(lián)電池組電壓檢測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種機械掃描式串聯(lián)電池組電壓檢測裝置，用于各種類型串聯(lián)電池組，串聯(lián)電容器，超級電容器等其他電能存儲裝置中的每個儲能元件的電壓檢測。
背景技術(shù)：
術(shù)語定義單電池非串聯(lián)的基本電池單元。單電壓單電池的電壓。串聯(lián)數(shù)電池組中串聯(lián)方式連接的單電池的個數(shù)或用N表示。對于由電池(包括電容和超級電容器)構(gòu)成的電力供給系統(tǒng)，由于單個電池的電壓較低，要想獲得較高的輸出電壓，就要將多個電池串聯(lián)使用。早期常用的電池多為鉛酸， 鎳鎘和鎳氫電池，這一類電池由于采用水溶液電解質(zhì)，電池充電至滿電后繼續(xù)以一定的電流充電，充電器提供給電池的能量用于電解電解液中的水，產(chǎn)生的氫和氧在電極的催化作用下又復合成水，結(jié)果是電池滿電后充入的電能變?yōu)闊崮芎纳⒃诃h(huán)境中，因此只要充電電流不是過高環(huán)境散熱條件良好的條件下，即便長時間充電，電池的電壓不會升高，電池也不會損壞，也就是說，在正常的充電制度和環(huán)境下，這類電池不存在過充電問題，因此不需要對每一個電池進行電壓監(jiān)測，通常只是監(jiān)測串聯(lián)電池組的總電壓。然而，對于近年來發(fā)展迅速，應用更為廣泛鋰離子電池而言，因為使用有機電解液，沒有水電解和氫氧復合的過程， 如果電池充滿后繼續(xù)充電，電池電壓將隨充電時間上升，同時電池正極失鋰過多，材料的晶體結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性，電池負極不能按相應的晶體結(jié)構(gòu)和化學配比來接受過多的鋰，導致從正極遷移來的過剩的鋰離子以金屬鋰的形態(tài)沉積在負極，這就是鋰離子電池的過充電。過充電程度較輕時，電池性能變壞報廢。過充電程度嚴重時，導致電池爆炸起火，造成人身傷害。因此無論是串聯(lián)使用的電池組還是單個電池都要配以保護控制電路，以防止電池過充電，過放電，過電流等。保護控制電路的核心是電池電壓的監(jiān)測。根據(jù)充放電過程中電池電壓的變化進行相應的控制。由于電池生產(chǎn)時，不可能保證每個電池的特性完全一致，特別是經(jīng)過若干次充放電循環(huán)后，電池個體之間的差異性會更顯著。對于串聯(lián)電池組，則要求保護電路必須監(jiān)測串聯(lián)電池組中的每個單電池的電壓。目前的串聯(lián)鋰離子電池組保護控制電路基本是基于專用芯片，MCU，或DSP等電子裝置。早期的專用芯片多為日本精工，理光，美上美等公司的產(chǎn)品，如精工的82M，可以用于 4個單電池串聯(lián)的電池組。近年來又有美國02公司的產(chǎn)品，其應用從3個單電池直到13個單電池的串聯(lián)電池組，例如8920。美國InterSil，Maxin，TI等公司的專用芯片均可用于多到10個單電池串聯(lián)的電池組。MCU和DSP等方案也可實現(xiàn)類似的功能。但對于串聯(lián)數(shù)更多的情況，例如電動汽車以及大型蓄能裝置電池組，串聯(lián)數(shù)N甚至超過100，電池組電壓高達幾百伏，上述的方法都無法實現(xiàn)可靠的電壓監(jiān)測。一種解決方案是將芯片或MCU也串聯(lián)起來進行電壓監(jiān)測，測到的電壓數(shù)據(jù)還要再經(jīng)過一個軟硬件電路系統(tǒng)進行處理。這里稱作級聯(lián)方式。這一方法對N不太大的電池組有所應用，但對N較大的電池組較少采用。另一種方法是將整個電池組分成若干個模塊，每個模塊由10個左右的單電池串聯(lián)，再將各個模塊串聯(lián)起來構(gòu)成完整的電池組。每個模塊配有獨立的軟硬件電路系統(tǒng)，然后通過CAN總線或其他類型通訊方式將各個模塊的電壓數(shù)據(jù)傳送到上位處理單元進行處理，這里稱作總線方式。目前電動汽車電池組主要采用這樣的方式進行管理。無論級聯(lián)方式還是總線方式都存在著軟硬件結(jié)構(gòu)復雜，需要的元器件多，各個模塊中的電路結(jié)構(gòu)相同，元器件重復，但電壓卻不同，級聯(lián)方式則要進行電平轉(zhuǎn)換，總線方式也要進行隔離，因而導致可靠性差，成本高等問題，特別是要想進行高精度的檢測，需要多個高精度的AD或芯片或單片機等器件和復雜的電路，成本更高，并且給電池組的生產(chǎn)，檢測，品質(zhì)控制帶來很大的困難。況且，如果包含電池組的其他參數(shù)如溫度，膨脹(變形)等，系統(tǒng)將更加復雜。鑒于目前現(xiàn)狀，尋求一種更為簡單，可靠性更高，成本更低和更容易實現(xiàn)的方法對推動，促進和加快新能源，特別是鋰離子電池在電動車行業(yè)的應用有著十分重要的意義。

實用新型內(nèi)容為了克服上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種機械掃描式串聯(lián)電池組電壓檢測裝置，其特征在于，包括依次相連的電機、臺架運動機構(gòu)、移動臺架，移動臺架上安裝電壓檢測裝置和控制器，控制器分別與電壓檢測裝置、上位機相連，電機與上位機相連，電壓檢測裝置上設有檢測觸點。優(yōu)選的，所述控制器為單片機、DSP、PLC、FPGA或具有檢測和控制功能的其他類型的裝置中的任意一種。串聯(lián)電池組開始工作的同時，控制器控制電機驅(qū)動臺架運動機構(gòu)帶動電壓檢測裝置根據(jù)預設的檢測順序依序檢測串聯(lián)電池組中每節(jié)電池電壓；檢測循環(huán)進行，直至串聯(lián)電池組停止工作。本實用新型的核心思想是利用機械裝置，用一路電壓測量單元(一塊電壓表可看作是一路電壓測量單元)逐個對單電池的基電壓進行測量。就像一個人手持一塊電壓表， 逐個去測量串聯(lián)電池組的每一個單電池的單電壓。將這個人測量電池組電壓的方式用一個機械裝置替代，就實現(xiàn)了機械掃描測量電池組中每一個單電池電壓的功能。不斷循環(huán)掃描， 就可以對電池組中的每一個單電池的電壓進行實時檢測。且測量的永遠都是單電壓，沒有高壓問題，沒有電平轉(zhuǎn)換問題，也不需要總線，且無論電路結(jié)構(gòu)還是機械結(jié)構(gòu)都很簡單，元器件的數(shù)量大量減少，容易實現(xiàn)。這種方法使電池組電壓監(jiān)測得到了極大的簡化。問題的簡化也使可靠性問題變得簡單，可靠性的提高更容易。高精度電壓監(jiān)測不必花費高昂成本。

圖1為本實用新型具體實施例的控制系統(tǒng)框圖；具體實施方式
結(jié)合附圖，下面對本實用新型作進一步描述。一種機械掃描式串聯(lián)電池組電壓檢測裝置，包括依次相連的電機、臺架運動機構(gòu)、 移動臺架，移動臺架上安裝電壓檢測裝置和控制器，控制器分別與電壓檢測裝置、上位機相連，電機與上位機相連，電壓檢測裝置上設有檢測觸點。電源為電機，控制器和電壓檢測裝置提供電能。控制器控制電機和電壓檢測裝置的工作，并將檢測到的參數(shù)進行處理或發(fā)送到上位機。工作時，電機驅(qū)動臺架運動機構(gòu)帶動移動臺架運動。串聯(lián)電池組每節(jié)電池節(jié)點設有與電壓檢測裝置相匹配的電池觸點，串聯(lián)電池組開始工作的同時，控制器控制電機驅(qū)動臺架運動機構(gòu)帶動電壓檢測裝置根據(jù)預設的檢測順序依序檢測串聯(lián)電池組中每節(jié)電池電壓；檢測循環(huán)進行，直至串聯(lián)電池組停止工作。檢測觸點與電池觸點采用接觸式連接，電機帶動電壓檢測裝置移動，使得檢測觸點與電池觸點依次滑動接觸，從一節(jié)電池的電池觸點上移動到另一節(jié)電池的電池觸點上進行電壓檢測。上述描述僅為本實用新型的一種具體實施例，其中串聯(lián)電池組整體布局可為環(huán)形結(jié)構(gòu)、直線結(jié)構(gòu)、矩陣結(jié)構(gòu)、層疊結(jié)構(gòu)中的任意一種。相應的電壓檢測裝置檢測方式也可以為環(huán)形循環(huán)檢測、直線形往復循環(huán)檢測、矩陣循環(huán)檢測。電壓檢測裝置的檢測觸點與電池節(jié)點上的電池觸點還可以采用其他方式連接，例如用脈沖信號控制檢測觸點的動作或采用伸縮式觸點，控制器控制移動臺架運動到指定位置，再控制檢測觸點的動作。采用這種方式， 利用步進電機或伺服電機驅(qū)動，可以實現(xiàn)步進式或跳躍式的檢測，實現(xiàn)重點監(jiān)測某個或某些電池的參數(shù)。電機可為步進電機，伺服電機或直線電機等；臺架運動機構(gòu)可由齒輪，絲桿，齒條，鏈條等構(gòu)成旋轉(zhuǎn)、直線或其他類型的平面及空間運動機構(gòu)；電壓檢測裝置還可以設有多個檢測觸點，可用于同時檢測多個電池電壓，提高效率；控制器可為單片機，DSP，PLC，F(xiàn)PGA或具有檢測和控制功能的其他類型的裝置中的
任意一種。在電壓檢測裝置上還可以設置開關，控制器控制電壓檢測裝置的開關；當串聯(lián)電池組為環(huán)形時，電壓檢測裝置可通過滑環(huán)安裝在移動臺架上轉(zhuǎn)動檢測電壓，也可以通過單圈往復檢測；當串聯(lián)電池組的觸點排列為單環(huán)或多環(huán)，移動臺架單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的工作方式時， 電源和上位機的信號線可以通過安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的導電滑環(huán)引到電壓檢測裝置和控制器。 信號或數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受也可用無線或紅外方式實現(xiàn)，以減少滑環(huán)的數(shù)量。也可正反兩個方向非整圈旋轉(zhuǎn)，這樣就可使用導線而不用導電滑環(huán)。電壓檢測裝置可以是各種類型的儀器儀表或電子電路或附屬于控制器。采用無線或紅外通信方式時，也可在移動臺架上增加一個可充電電池或電容器作為給控制器和電壓檢測裝置供電的電源。在進行參數(shù)檢測的同時，由被測電池通過電池觸點給可充電電池或電容器充電。也可采用定位裝置保證檢測觸點與電池觸點在停止工作時仍可接觸，電壓檢測裝置和控制器的供電電源處于滿電狀態(tài)。這樣就可采用小容量的電池或電容器作供電電源，以減小體積重量和成本。采用定位裝置還可實現(xiàn)電池編號，從而實現(xiàn)測量參數(shù)與被測電池的一一對應。本方法及相應的裝置不限于電池電壓的檢測，對溫度，內(nèi)阻，變形等參數(shù)的檢測也是完全相同的。只需配備相應的傳感器和觸點即可。本文僅以電壓的檢測為例，其他參數(shù)類似。本方法及裝置適用于任何類型的電池，電容器，超級電容器。[0027]本實用新型可通過檢測電池電壓、溫度等相關數(shù)據(jù)，進行分析判斷，根據(jù)數(shù)據(jù)的具體情況進行相應的處理，例如只要有一次采集到高電壓，發(fā)出信號停止充電。有一個電壓低，停止放電?；蚋鶕?jù)各個電池的電壓的差異進行管理。檢測到的數(shù)據(jù)可以通過總線或無線或紅外方式傳送。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例子，顯然，本實用新型不限于以上實施例子，還可以有許多變形。本領域的普通技術(shù)人員能從本實用新型公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種機械掃描式串聯(lián)電池組電壓檢測裝置，其特征在于，包括依次相連的電機、臺架運動機構(gòu)、移動臺架，移動臺架上安裝電壓檢測裝置和控制器，控制器分別與電壓檢測裝置、上位機相連，電機與上位機相連，電壓檢測裝置上設有檢測觸點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械掃描式串聯(lián)電池組電壓檢測裝置，其特征在于，所述控制器為單片機、DSP、PLC、FPGA中的任意一種。
專利摘要本實用新型提供一種機械掃描式串聯(lián)電池組電壓檢測裝置，其特征在于，包括依次相連的電機、臺架運動機構(gòu)、移動臺架，移動臺架上安裝電壓檢測裝置和控制器，控制器分別與電壓檢測裝置、電機、上位機相連，電壓檢測裝置上設有檢測觸點。串聯(lián)電池組開始工作的同時，控制器控制電機驅(qū)動臺架運動機構(gòu)帶動電壓檢測裝置根據(jù)預設的檢測順序依序檢測串聯(lián)電池組中每節(jié)電池電壓；檢測循環(huán)進行，直至串聯(lián)電池組停止工作。
文檔編號G01R31/36GK201974513SQ20102022664
公開日2011年9月14日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者李小平 申請人:李小平