專利名稱：鋰電池充放電檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子儀器儀表領(lǐng)域的一種鋰電池充放電檢測裝置。
背景技術(shù)：
鋰離子電池產(chǎn)量不斷擴大的同時，其高容量超薄技術(shù)開發(fā)與質(zhì)量檢測和品質(zhì)跟蹤也越來越受到業(yè)界的重視。鋰離子電池的應(yīng)用很大程度上取決于其充放電循環(huán)的穩(wěn)定性，而與其他二次電池一樣，鋰離子電池經(jīng)多次充放電循環(huán)后，容量減少是難以避免的。導(dǎo)致容量衰減的原因有很多，有材料方面的，也有制造工藝方面的因素。因此，對鋰電池的檢測就顯得非常的重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種鋰電池充放電檢測裝置。為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)
鋰電池充放電檢測裝置，包括電池組，所述電池組連接有電流檢測部分、溫度保護部分、電壓檢測部分及放電電路部分；所述溫度保護部分、所述電壓檢測部分及所述放電電路部分連接于開關(guān)管控制電路，所述開關(guān)管控制電路連接有所述電池組及充電電路部分；所述放電電路部分及PC連接于MCU，所述MCU連接有所述電池組及所述充電電路部分。進一步的，所述電流檢測部分連接于所述溫度保護部分。進一步的，所述MCU連接于所述電壓檢測部分。本發(fā)明的有益效果是
在鋰電池充放電過程中，實時采集鋰電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持鋰電池充放電運行的可靠性和高效性，可用于鋰池檢測單位。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發(fā)明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖I整體結(jié)構(gòu)不意 圖2 MCU控制電路 圖3 MCU 5V電源電路 圖4鋰電池充電電源電路 圖5 CD4051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖6電壓模擬切換開關(guān)；
圖7放電通道切換開關(guān)；
圖8溫度通道切換開關(guān)； 圖9 RS232通信接口電路；
圖10智能充電電路；
圖11 DS1820多點測溫電路
圖中標(biāo)號說明1、電池組，2、電流檢測部分，3、溫度保護部分，4、電壓檢測部分，5、放電電路部分，6、開關(guān)管控制電路，7、MCU，8、PC，9、充電電路部分。
具體實施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本發(fā)明。參照圖I所示，鋰電池充放電檢測裝置，包括電池組I，所述電池組I連接有電流檢測部分2、溫度保護部分3、電壓檢測部分4及放電電路部分5 ;所述溫度保護部分3、所述電壓檢測部分4及所述放電電路部分5連接于開關(guān)管控制電路6，所述開關(guān)管控制電路6連接有所述電池組I及充電電路部分9 ;所述放電電路部分5及PC8連接于MCU7，所述MCU7連接有所述電池組I及所述充電電路部分9。進一步的，所述電流檢測部分2連接于所述溫度保護部分。進一步的，所述MCU7連接于所述電壓檢測部分4。防止鋰離子電池出現(xiàn)過充電或過放電狀況，是鋰離子電池壽命延長的一個很重要的手段；也是保證鋰離子電池的安全性能的一個必要的措施。避免出現(xiàn)電池特性惡化現(xiàn)象，必須在鋰離子電池組中安裝保護電路。同時為了使得鋰離子電池能夠穩(wěn)定可靠地為設(shè)備提供能量，對于電池的智能檢測與監(jiān)控是必須考慮的環(huán)節(jié)。本發(fā)明從鋰離子電池工作原理入手，通過對鋰離子電池特性認(rèn)識以及充電方法的研究，分析了鋰離子電池的充電過程，并在此基礎(chǔ)上完成了一款多通道鋰離子電池充放電檢測系統(tǒng)的設(shè)計。通過對鋰離子電池特性認(rèn)識以及充電方法的研究，分析了鋰離子電池的充電過程，并在此基礎(chǔ)上完成了一款多通道鋰離子電池充放電檢測系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)采用兩級控制方式，上層為PC機，下層為本檢測系統(tǒng)設(shè)備。上位機采用VB編寫，具有數(shù)據(jù)存儲和處理功能，人機交互界面，操作非常方便，而且易于擴展。下位機采用AD μ C812單片機對8路鋰離子電池進行充放電檢測，采用充電芯片MCP73826對充電過程進行管理，并將采集的電流、電壓信號，送到上位機對數(shù)據(jù)進行處理。鋰離子電池檢測硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計過程。系統(tǒng)的主要功能就是對八路鋰離子電池進行充放電檢測。采用ADy C812單片機與充電芯片MCP73826相結(jié)合的方式，進行充電管理，放電由專門的放電電路組成，軟件主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、充電模塊、溫度控制模塊、放電模塊、通信模塊等。在設(shè)計軟件時盡量采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)實現(xiàn)的功能和各功能間的聯(lián)系，確定各模塊的功能，參數(shù)的傳遞。方便于修改、閱讀及維護，有利于軟件的擴展。
一.鋰電池檢測硬件系統(tǒng)
該檢測系統(tǒng)主要由電源模塊、模擬輸入多路轉(zhuǎn)換單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元及串行通信接口等部分組成。硬件系統(tǒng)框圖如圖I所示。MCU控制電路
美國ADI (Analog Device Inc.模擬器件)公司推出的AD μ C類芯片，雖然將ADC、DAC以及單片機高度集成在一起，但其核心仍然是單片機內(nèi)核。ADy C812除了其單片機內(nèi)核外，還集成了一個8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和兩個12位的DAC。這使得用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)變得非常方便。比傳統(tǒng)的ADC芯片的工作方式靈活得多，這使得用戶利用AD μ C812開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)非常方便。其控制電路圖2所示。 系統(tǒng)電源設(shè)計
單片機ADy C812V電源使用5V電源為其數(shù)字電路部分供電，且需要5V電壓基準(zhǔn)源提供模數(shù)轉(zhuǎn)換參考電壓如圖3所示。鋰電池的充電電源為5V的LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的IA集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等；芯片可提供外部控制引腳。采用了四組LM2575給8組鋰電池充電所要。如圖4所示。3.模擬輸入通道切換單元
可以同時檢測8個的鋰離子電池，為此需要實現(xiàn)多路輸入電壓的切換功能，本系統(tǒng)設(shè)計中選用多片CMOS模擬多路轉(zhuǎn)換器⑶4051實現(xiàn)此功能。⑶4051的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。S為低電平時才能選中某一通路。A2 A1: 00(Tlll，選中(Γ7通路上的開關(guān)處于閉合。CMOS開關(guān)可雙向工作，即可作為8入I出，也可作為I入8出。該款模擬開關(guān)具有較低的導(dǎo)通電阻和很高的斷開電阻。若A/D轉(zhuǎn)換器的速度比較模擬信號變化速度高很多倍，則在A/D芯片之前可不加采樣保持電路?？蓪⒛M信號直接加到A/D轉(zhuǎn)換器上。電壓和電流設(shè)計如圖模擬切換開關(guān)如圖6所示。鋰電池放電和溫度通道如圖7和圖8所示。通過放電模擬開關(guān)連接一個適當(dāng)?shù)碾娮枞鐖D7所示R231即為放電電阻，在電阻選擇時，選擇了耐高溫的碳膜電阻。該放電電路為1000mA，故電阻的阻值為R=(4.2_0.6)/1A=3.6Q。采用的10個36Ω的電阻，從而避免了電阻過熱現(xiàn)象。為了實現(xiàn)模擬開關(guān)的有效的控制，一端接電池，一端接放電電路。當(dāng)電壓小于3V，則關(guān)斷電路，從而實現(xiàn)過保護。4. RS232通信接口電路設(shè)計
一個完整的RS-232接口有22根線。在使用PC機和單片機進行直接通信時，一股選用PC機端的9針串口，因此RS-232只需要少數(shù)幾根線即可正常工作。單片機和PC機就可以分別對異步通信電路芯片編程，設(shè)置成不需要任何聯(lián)絡(luò)或握手信號、直接進行數(shù)據(jù)交換的方式。RS-232 二線式直接數(shù)據(jù)通信接口如圖9所示。5.智能充電電路設(shè)計
充電電路使用的是MCP73826是線性充電管理控制器，從而大簡化了充電器的設(shè)計，適用于空間小而對成本敏感的應(yīng)用場合。MCP73826在節(jié)省空間的6引腳S0T-23A封裝中整合了高精度恒壓以及可控電流調(diào)節(jié)、電池預(yù)充等功能。MCP73826分三個階段對電池進行充電預(yù)充、可控電流充電以及恒壓充電階段。如果電池電壓低于內(nèi)部低電壓門限值，器件將采用涓流電流對電池進行預(yù)充。該預(yù)充階段可對鋰離子電池進行保護，使其散熱量最小。在預(yù)充階段之后，MCP73826進入可控電流充電階段。MCP73826通過外部檢測電阻可對充電電流進行編程，從而實現(xiàn)靈活的應(yīng)用設(shè)計。根據(jù)電池電壓，充電電流從涓流電流開始上升，直至達到由檢測電阻建立的峰值電流。該階段將持續(xù)到電池電壓達到充電穩(wěn)定電壓值為止。隨后，MCP73826進入最后階段，即恒壓充電階段。在器件的整個工作溫度范圍及電源電壓范圍內(nèi)，穩(wěn)壓精度均優(yōu)于±1%。MCP73826-4. I的穩(wěn)定電壓預(yù)置為4. IV，而MCP73826-4. 2為4. 2V。MCP73826的工作電壓范圍為4. 5V至5. 5V。在整個環(huán)境溫度范圍-20° C至+85° C內(nèi)，MCP73826均可正常工作充電電流檢測輸入(VSNS )充電電流是通過外部高精度檢測電阻兩端的電壓來檢測的。檢測電阻應(yīng)置于電源輸入端(VIN)和外部晶體管的源極之間。阻值為50m的檢測電阻可產(chǎn)生典型值為I A的快速充電電流。充電電路如圖10所示。該檢測裝置該采用8個智能充電模塊。對8個充電通道進行實時充電管理。(VBATI到VBAT8表示8個鋰電池通道，VBATl表示I通道，在整體電路圖省去其余七個通道)。6.溫度采集電路設(shè)計
電池檢測過程中，溫度是一個很重要的參數(shù)。當(dāng)鋰電池的溫度超過一定數(shù)值時可能會發(fā)生爆炸等危險。這就要求檢測系統(tǒng)實時的檢測電池的溫度，當(dāng)溫度超過額定值馬上停止工作，使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。溫度連接示意圖如圖11所示。二、系統(tǒng)功能模塊說明 I.數(shù)據(jù)采集模塊
八路鋰離子信號通過⑶4051進行選擇，(由單片機引腳PO. O,PO. UP0. 2決定)信號通過ADC812內(nèi)部的12位A/D完成對電壓、電流、溫度的檢測。I)電壓采集
ADyC812定期采樣充電芯片引腳VBAT的電壓值，送入A/D進行轉(zhuǎn)換。2)電流采集
輸出電流I = VSNS-VBAT / RSENo ADy C812定期采樣充電芯片引腳VSNS的電壓值，電流。2.充電模塊
采用MCP73826充電芯片管理充電部分，在充電過程中，如果電池電壓低于預(yù)充電壓門限值，該值典型情況下為2.4V，MCP73826將采用涓流電流對電池進行預(yù)充電。預(yù)充可安全地對已經(jīng)耗盡的電池進行再充電，并在初始充電周期時使外部晶體管的散熱量最小。當(dāng)電池電壓超過預(yù)充電壓門限值時，預(yù)充階段結(jié)束，電池進入快速充電階段。外部檢測電阻兩端的壓降和輸出電壓VBAT并會在VSNS入引腳上產(chǎn)生電位，根據(jù)該電位產(chǎn)生監(jiān)聽電流對電池進行快速充電。在電池電壓達到穩(wěn)定電壓之前，電池將持續(xù)進行快速充電。引腳VBAT連接到電池的正極，當(dāng)VBAT引腳電壓為4. 2V，則進入恒壓充。SHDN引腳如果為0，則切斷充電回路，該引腳電平由單片機控制。VDRV引腳用來控制充電電流的大小，當(dāng)需要改變電流大小時，通過此引腳的電平改變，來改變MOS管的導(dǎo)通與截止，實現(xiàn)了 PWM控制。從而改變了充電電流的大小。檢測充電電流的大小，可以根據(jù)VSNS點的電位還判斷是否充電已結(jié)束。其中，充電電流由精密電阻RSEN決定，門限電壓VCS的典型值為53mv，要產(chǎn)生IA的快速充電電流，只要選用RSEN為50m Ω即可。溫度控制模塊
由于鋰電池充電時，溫度會不斷升高，鋰電池工作溫度范圍是O度到55度之間，當(dāng)充電溫度超過鋰電池的工作溫度范圍時，鋰電池有可能發(fā)生爆炸。所以溫度檢測是保證鋰離子電池安全充電很重要的環(huán)節(jié)。由于MCP73826內(nèi)部不帶溫度檢測，系統(tǒng)采用DS18B20貼在鋰電池表面，當(dāng)鋰離子電池充電時，如果溫度超過了工作溫度范圍，由單片機發(fā)出控制信號，充電芯片切斷充電回路，從而達到保護鋰電池的目的。4.放電模塊
放電過程由單片機控制放電回路，當(dāng)上位機發(fā)出放電命令時，單片機相應(yīng)引腳輸出高電平，MOS管處于飽和狀態(tài)，鋰離子電池進行恒流放電。單片機每Is采樣R上的電壓VBAT，將其送入A/D進行轉(zhuǎn)換。放電定時由上位機來控制。利用電池容量計算公式C=I*t，計算出來的C值與標(biāo)稱容量進行比較，如果C〉=標(biāo)稱容量，則鋰電池容量符合要求。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.鋰電池充放電檢測裝置，包括電池組(1)，其特征在于所述電池組(I)連接有電流檢測部分(2)、溫度保護部分(3)、電壓檢測部分(4)及放電電路部分(5);所述溫度保護部分(3 )、所述電壓檢測部分(4 )及所述放電電路部分(5 )連接于開關(guān)管控制電路(6 )，所述開關(guān)管控制電路(6 )連接有所述電池組(I)及充電電路部分(9 );所述放電電路部分(5 )及PC(8)連接于MCU (7)，所述MCU (7)連接有所述電池組(I)及所述充電電路部分(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池充放電檢測裝置，其特征在于所述電流檢測部分(2)連接于所述溫度保護部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池充放電檢測裝置，其特征在于所述MCU(7)連接于所述電壓檢測部分(4)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰電池充放電檢測裝置，包括電池組，所述電池組連接有電流檢測部分、溫度保護部分、電壓檢測部分及放電電路部分；所述溫度保護部分、所述電壓檢測部分及所述放電電路部分連接于開關(guān)管控制電路，所述開關(guān)管控制電路連接有所述電池組及充電電路部分；所述放電電路部分及PC連接于MCU，所述MCU連接有所述電池組及所述充電電路部分。在鋰電池充放電過程中，實時采集鋰電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持鋰電池充放電運行的可靠性和高效性，可用于鋰池檢測單位。
文檔編號G01R31/36GK102621500SQ201210089690
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者徐進, 扈羅全, 朱漢敏, 王益, 許新豐 申請人:蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院