对电池充放电进行管理的电池管理装置制造方法
对电池充放电进行管理的电池管理装置制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，它包括主控单元，作为整个电池管理装置的控制中心，可以对采集的各项数据进行计算；用于采集两组串联电池组的电流信息的信息采集模块，所述信息采集模块将采集到的电池电流信号传送给与其信号输出端相连的主控单元；用于将电池的电压降压后输出的调压模块，所述调压模块的信号输入端连接被管理的电池组，控制端连接主控单元的控制信号输出端；用于为主控单元供电的电源模块，所述电源模块的电压输入端连接调压模块的电压输出端，电源模块的电压输出端连接主控单元。本实用新型结构简单，能够对电池电量进行精确管理，方便使用者的使用。本实用新型适用于对任意串联的电池组进行电量的管理。
【专利说明】对电池充放电进行管理的电池管理装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于管理装置领域，尤其涉及对电池充放电的管理，具体地说是一种对电池充放电进行管理的电池管理装置。
【背景技术】
[0002]随着电子产品地不断更新换代，电池作为能源供给元件其功能也备受重视，其中锂电池因其具有高存储能量、寿命长、重量轻和无记忆效应等优点，已经在现行便携式设备中得到了广泛的使用，尤其是在手机、多媒体播放器、GPS终端等消费类电子设备中。而随着电子产品中越来越多功能的加入，在使用时，消耗的电能也增加，为了获得更长单次充电的使用时间，便携式设备中锂电池的容量也不断地增大。以智能手机为例，主流的电池容量已经800mAH增长到现在1500mAH。
[0003]随着大容量电池的使用，如果设备能够精确的了解电池的电量，不仅能够很好地保护电池，防止其过放电，同时也能够让用户精确地知道剩余电量来估算下次充电前所能使用的时间，及时地保存重要数据。现有技术中对电子产品中电池电量的管理有以下三种方法:
[0004]直接电池电压监控方法，即电池电量的估计是通过简单地监控电池的电压得来的，该方法简单易行，广泛应用于现行的电子设备的电池管理中。但该方法精度较低，同时缺乏对电池的有效保护；
[0005]电池建模方法，根据锂电池的放电曲线，建立一个数据表，每测量一个电压值，根据该电压去表中查出所对应的电量。该方法有效地提高电量的测量精度，可以达到5%，且简单易用，无需做电池的初次预估，但是该数据表的建立是一个复杂的过程，尤其是需要考虑到电池的温度、自放电、老化等因素的影响，并且对不同容量或类型的电池的兼容性也是一个问题。
[0006]此外，上述的两种方法是对一节电池或者多节电池并联进行电池充放电的管理，对于多节电池串联的形式则不能适用。
[0007]库仑计是在电池的正极或者负极串入一个电流检测电阻，一旦有电流流入或者流出电池时，就会在电阻的两端产生电压Vsense，通过检测Vsense就可以计算出流过电池的电流，该电流与时间做积分就是变化的电量，因此其可以精确跟踪电池的电量变化，精度可达1%，并且可以对多节串联的电池进行充放电的管理。尽管库仑计对电池的管理达到的效果好，但是现有电子产品中基于库仑计的管理方法的电池管理系统还没有。
实用新型内容
[0008]为了解决上述的问题，本实用新型提供了一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，应用库仑计对串联电池的充放电进行管理，能够精确跟踪电池电量的变化，对电池的管理精度更高，为使用者提供可靠的电池电量管理。
[0009]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:[0010]一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，包括
[0011]主控单元，作为整个电池管理装置的控制中心，可以对采集的各项数据进行计算；
[0012]用于采集串联电池组的电流信息的信息采集模块，所述信息采集模块将采集到的电池电流信号传送给与其信号输出端相连的主控单元；
[0013]用于将电池的电压降压后输出的调压模块，所述调压模块的信号输入端连接被管理的电池组，控制端连接主控单元的控制信号输出端；
[0014]用于为主控单元供电的电源模块，所述电源模块的电压输入端连接调压模块的电压输出端，电源模块的电压输出端连接主控单元。
[0015]作为对本实用新型的限定:它还包括用于进行信息显示的显示模块，所述显示模块的信号输入端连接主控单元的显示信号输出端。
[0016]作为对本实用新型的另一种限定:所述主控单元采用MCU控制器，信息采集模块采用电池管理芯片，调压模块采用具有降压功能的电压转化器；所述电池管理芯片的信号输入端通过第一电阻连接两组串联电池组的串联中间节点，信号输出端连接MCU控制器的信号输入端，所述MCU控制器的控制信号输出端通过场效应管与第一电感线圈的串联电路连接电压转化器的信号输入端，电压转化器的信号输出端通过第二电阻输出终端运行所需的3.3V电压。
[0017]由于采用了以上技术方案，本实用新型可以达到如下的技术效果:
[0018](I)本实用新型通过信息采集模块可以采集串联电池的电流信息，并将采集的信息传送给与其信号输出端相连的主控单元，主控单元对电流信号进行分析处理后，将控制信号输出给调压模块，将串联电池的电压送给调压模块进行降压后输出给终端使用，相比现有的对电池升压后再进行输出，采用本实用新型对电池充放电的控制更为精确；
[0019](2)同时设置了显示屏，可以对电池的电量进行显示，为使用者提供精确的电池剩余电量，使用者可以根据自己的实际情况对及时对电池进行充电，同时保存终端上的内容。
[0020]综上所述，本实用新型结构简单，能够对电池电量进行精确管理，方便使用者的使用。
[0021 ] 本实用新型适用于对任意串联的电池组进行电量的管理。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型实施例的原理框图；
[0023]图2是本实用新型实施例的电路原理图。
[0024]图中:1一主控单兀,2—信息米集模块，3—调压模块，4一电源模块，5—显不模块。【具体实施方式】
[0025]实施例一种对电池充放电进行管理的电池管理装置
[0026]本实施例提供了一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，其结构参考图1，它包括:
[0027](I)主控单元1，作为整个电池管理装置的控制中心，可以对采集的各项数据进行计算。本实施例中采用现有技术中的型号为MSP430F123的MCU控制器Ul作为主控单元1，在MCU控制器Ul中存储有电池的总电量信息(即电池充满电电池的电量信息与电池电压低于额定电压最低值时的电池电量信息之间的差值)，以及作为电池特性参数的电池各温度工况下电池电量的平均电量。
[0028](2)用于采集串联电池组的电流信息的信息采集模块2，所述信息采集模块2将采集到的电池电流信号传送给与其信号输出端相连的主控单元I。本实施例中采用型号为DS2778的电池管理芯片U2作为信息采集模块2，该信息采集模块2通过采集到的电池电流信息可以计算出电池的供电电压、电流、剩余电量，以及剩余使用时间，同时能够将电池的充放电次数结合锂电池的特定地电池电量的衰减做预估，令电池电量的计算更为精确。
[0029](3)用于将电池的电压降压后输出的调压模块3，所述调压模块3的信号输入端连接被管理的电池组，控制端连接主控单元I的控制信号输出端。本实施例中采用现有技术中的型号为LM1117-ADJ具有降压功能的电压转化器U3作为调压模块3，所述的调压模块3可以将串联电池组的电压降压为3.3V电压输送给终端进行使用。
[0030](4 )用于为主控单元供电的电源模块4，所述电源模块4的电压输入端连接调压模块3的电压输出端，电源模块4的电压输出端连接主控单元I。本实施例中采用现有技术中的型号为18650的两节锂电池作为电源模块4，该电源模块4的电压输入端直接连接调压模块3降压后的3.3V电压，电压输出端连接MCU控制器Ul。
[0031](5)用于进行信息显示的显示模块5，所述显示模块5的信号输入端连接主控单元I的显示信号输出端。本实施例中采用现有技术中的LCD显示屏作为显示模块5，其可以显示电池的电量，方便使用者及时对电池充电，以及对终端上的内容进行存储。
[0032]本实施例的具体电路连接如图2所示:所述电池管理芯片U2的信号输入端VINI通过第一电阻Rl连接两个串联电池组的中间节点，其第一信号输出端SDA通过第三电阻R3连接MCU控制器Ul的第一信号输入端P1.2/TA1，第二信号输出端SCL通过第四电阻R4连接MCU控制器的第二信号输入端P1.3/TA2,同时第一信号输出端SDA还通电第五电阻连接
3.3V电压，第二信号输出端SCL还通过第六电阻连接3.3V电压，上述的3.3V电压均为电压转化器U3转化后的3.3V电压。所述电池管理芯片U2的第一管脚充电控制端CC、第三管脚放电控制端DC，以及第十三管脚电池保护端SRC通过双沟道M0SFETUT管连接被管理的串联电池组，其中电池管理芯片U2的第一管脚充电控制端CC通过第七电阻R7连接双沟道MOSFET管的第四管脚，电池管理芯片U2的第三管脚放电控制端DC第八电阻R8连接双沟道MOSFET管的第五管脚，电池管理芯片U2的第十三管脚电池保护端SRC第九电阻R9连接双沟道MOSFET管的第六管脚。
[0033]双沟道MOSFET管的第八管脚连接被管理的串联电池组的正极，同时还分别通过第十三电阻R13与第十四电阻R14分别连接电池管理芯片U2的第二管脚VDD与第四管脚VIN2。而串联电池组的负极通过第十电阻RlO接地，双沟道MOSFET管的第一管脚连接充电口的正极，同时还分别通过第十一电阻Rll与第十二电阻R12分别连接电池管理芯片U2的第十管脚电压采样端PLS与第九管脚通用输入输出端ΡΙ0。
[0034]所述MCU控制器Ul的控制信号输出端Pl.1/TAO通过场效应管Ql与第一电感线圈LI的串联电路连接电压转化器U3的信号输入端IN，其中MCU控制器Ul的控制信号输出端Pl.18TA0连接场效应管Ql的源极，场效应管Ql的漏极分别通过第三电容器C3与第四电容器C4接地，同时还通过第一开关SI与第五电容器C5的串联电路接地；场效应管Ql的栅极通过场效应管Ql与第一电感线圈LI的串联电路连接电压转化器U3的信号输入端IN。电压转化器U3的信号输出端OUT通过第二电阻R2输出终端运行所需的3.3V电压，同时还通过第一电容器Cl与第二电容器C2的并联电路接地。
[0035]此外，本实施例中对于MCU控制器Ul的电源则是将电压转化器U3输出的3.3V电压通过电源模块进行变换后形成的供电电压。
【权利要求】
1.一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，其特征在于它包括: 主控单元，作为整个电池管理装置的控制中心，可以对采集的各项数据进行计算； 用于采集两组串联电池组的电流信息的信息采集模块，所述信息采集模块将采集到的电池电流信号传送给与其信号输出端相连的主控单元； 用于将电池的电压降压后输出的调压模块，所述调压模块的信号输入端连接被管理的电池组，控制端连接主控单元的控制信号输出端； 用于为主控单元供电的电源模块，所述电源模块的电压输入端连接调压模块的电压输出端，电源模块的电压输出端连接主控单元。
2.根据权利要求1所述的对电池充放电进行管理的电池管理装置，其特征在于:它还包括用于进行信息显示的显示模块，所述显示模块的信号输入端连接主控单元的显示信号输出端。
3.根据权利要求1或2所述的对电池充放电进行管理的电池管理装置，其特征在于:所述主控单元采用MCU控制器，信息采集模块采用电池管理芯片，调压模块采用具有降压功能的电压转化器；所述电池管理芯片的信号输入端通过第一电阻连接两组串联电池组的串联中间节点，信号输出端连接MCU控制器的信号输入端，所述MCU控制器的控制信号输出端通过场效应管与第一电感线圈的串联电路连接电压转化器的信号输入端，电压转化器的信号输出端通过第二电阻输出终端运行所需的3.3V电压。
【文档编号】H02J7/00GK203722293SQ201420015797
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月12日 优先权日:2014年1月12日
【发明者】秦彭, 李聚光 申请人:石家庄经济学院
【专利摘要】本实用新型为一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，它包括主控单元，作为整个电池管理装置的控制中心，可以对采集的各项数据进行计算；用于采集两组串联电池组的电流信息的信息采集模块，所述信息采集模块将采集到的电池电流信号传送给与其信号输出端相连的主控单元；用于将电池的电压降压后输出的调压模块，所述调压模块的信号输入端连接被管理的电池组，控制端连接主控单元的控制信号输出端；用于为主控单元供电的电源模块，所述电源模块的电压输入端连接调压模块的电压输出端，电源模块的电压输出端连接主控单元。本实用新型结构简单，能够对电池电量进行精确管理，方便使用者的使用。本实用新型适用于对任意串联的电池组进行电量的管理。
【专利说明】对电池充放电进行管理的电池管理装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于管理装置领域，尤其涉及对电池充放电的管理，具体地说是一种对电池充放电进行管理的电池管理装置。
【背景技术】
[0002]随着电子产品地不断更新换代，电池作为能源供给元件其功能也备受重视，其中锂电池因其具有高存储能量、寿命长、重量轻和无记忆效应等优点，已经在现行便携式设备中得到了广泛的使用，尤其是在手机、多媒体播放器、GPS终端等消费类电子设备中。而随着电子产品中越来越多功能的加入，在使用时，消耗的电能也增加，为了获得更长单次充电的使用时间，便携式设备中锂电池的容量也不断地增大。以智能手机为例，主流的电池容量已经800mAH增长到现在1500mAH。
[0003]随着大容量电池的使用，如果设备能够精确的了解电池的电量，不仅能够很好地保护电池，防止其过放电，同时也能够让用户精确地知道剩余电量来估算下次充电前所能使用的时间，及时地保存重要数据。现有技术中对电子产品中电池电量的管理有以下三种方法:
[0004]直接电池电压监控方法，即电池电量的估计是通过简单地监控电池的电压得来的，该方法简单易行，广泛应用于现行的电子设备的电池管理中。但该方法精度较低，同时缺乏对电池的有效保护；
[0005]电池建模方法，根据锂电池的放电曲线，建立一个数据表，每测量一个电压值，根据该电压去表中查出所对应的电量。该方法有效地提高电量的测量精度，可以达到5%，且简单易用，无需做电池的初次预估，但是该数据表的建立是一个复杂的过程，尤其是需要考虑到电池的温度、自放电、老化等因素的影响，并且对不同容量或类型的电池的兼容性也是一个问题。
[0006]此外，上述的两种方法是对一节电池或者多节电池并联进行电池充放电的管理，对于多节电池串联的形式则不能适用。
[0007]库仑计是在电池的正极或者负极串入一个电流检测电阻，一旦有电流流入或者流出电池时，就会在电阻的两端产生电压Vsense，通过检测Vsense就可以计算出流过电池的电流，该电流与时间做积分就是变化的电量，因此其可以精确跟踪电池的电量变化，精度可达1%，并且可以对多节串联的电池进行充放电的管理。尽管库仑计对电池的管理达到的效果好，但是现有电子产品中基于库仑计的管理方法的电池管理系统还没有。
实用新型内容
[0008]为了解决上述的问题，本实用新型提供了一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，应用库仑计对串联电池的充放电进行管理，能够精确跟踪电池电量的变化，对电池的管理精度更高，为使用者提供可靠的电池电量管理。
[0009]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:[0010]一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，包括
[0011]主控单元，作为整个电池管理装置的控制中心，可以对采集的各项数据进行计算；
[0012]用于采集串联电池组的电流信息的信息采集模块，所述信息采集模块将采集到的电池电流信号传送给与其信号输出端相连的主控单元；
[0013]用于将电池的电压降压后输出的调压模块，所述调压模块的信号输入端连接被管理的电池组，控制端连接主控单元的控制信号输出端；
[0014]用于为主控单元供电的电源模块，所述电源模块的电压输入端连接调压模块的电压输出端，电源模块的电压输出端连接主控单元。
[0015]作为对本实用新型的限定:它还包括用于进行信息显示的显示模块，所述显示模块的信号输入端连接主控单元的显示信号输出端。
[0016]作为对本实用新型的另一种限定:所述主控单元采用MCU控制器，信息采集模块采用电池管理芯片，调压模块采用具有降压功能的电压转化器；所述电池管理芯片的信号输入端通过第一电阻连接两组串联电池组的串联中间节点，信号输出端连接MCU控制器的信号输入端，所述MCU控制器的控制信号输出端通过场效应管与第一电感线圈的串联电路连接电压转化器的信号输入端，电压转化器的信号输出端通过第二电阻输出终端运行所需的3.3V电压。
[0017]由于采用了以上技术方案，本实用新型可以达到如下的技术效果:
[0018](I)本实用新型通过信息采集模块可以采集串联电池的电流信息，并将采集的信息传送给与其信号输出端相连的主控单元，主控单元对电流信号进行分析处理后，将控制信号输出给调压模块，将串联电池的电压送给调压模块进行降压后输出给终端使用，相比现有的对电池升压后再进行输出，采用本实用新型对电池充放电的控制更为精确；
[0019](2)同时设置了显示屏，可以对电池的电量进行显示，为使用者提供精确的电池剩余电量，使用者可以根据自己的实际情况对及时对电池进行充电，同时保存终端上的内容。
[0020]综上所述，本实用新型结构简单，能够对电池电量进行精确管理，方便使用者的使用。
[0021 ] 本实用新型适用于对任意串联的电池组进行电量的管理。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型实施例的原理框图；
[0023]图2是本实用新型实施例的电路原理图。
[0024]图中:1一主控单兀,2—信息米集模块，3—调压模块，4一电源模块，5—显不模块。【具体实施方式】
[0025]实施例一种对电池充放电进行管理的电池管理装置
[0026]本实施例提供了一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，其结构参考图1，它包括:
[0027](I)主控单元1，作为整个电池管理装置的控制中心，可以对采集的各项数据进行计算。本实施例中采用现有技术中的型号为MSP430F123的MCU控制器Ul作为主控单元1，在MCU控制器Ul中存储有电池的总电量信息(即电池充满电电池的电量信息与电池电压低于额定电压最低值时的电池电量信息之间的差值)，以及作为电池特性参数的电池各温度工况下电池电量的平均电量。
[0028](2)用于采集串联电池组的电流信息的信息采集模块2，所述信息采集模块2将采集到的电池电流信号传送给与其信号输出端相连的主控单元I。本实施例中采用型号为DS2778的电池管理芯片U2作为信息采集模块2，该信息采集模块2通过采集到的电池电流信息可以计算出电池的供电电压、电流、剩余电量，以及剩余使用时间，同时能够将电池的充放电次数结合锂电池的特定地电池电量的衰减做预估，令电池电量的计算更为精确。
[0029](3)用于将电池的电压降压后输出的调压模块3，所述调压模块3的信号输入端连接被管理的电池组，控制端连接主控单元I的控制信号输出端。本实施例中采用现有技术中的型号为LM1117-ADJ具有降压功能的电压转化器U3作为调压模块3，所述的调压模块3可以将串联电池组的电压降压为3.3V电压输送给终端进行使用。
[0030](4 )用于为主控单元供电的电源模块4，所述电源模块4的电压输入端连接调压模块3的电压输出端，电源模块4的电压输出端连接主控单元I。本实施例中采用现有技术中的型号为18650的两节锂电池作为电源模块4，该电源模块4的电压输入端直接连接调压模块3降压后的3.3V电压，电压输出端连接MCU控制器Ul。
[0031](5)用于进行信息显示的显示模块5，所述显示模块5的信号输入端连接主控单元I的显示信号输出端。本实施例中采用现有技术中的LCD显示屏作为显示模块5，其可以显示电池的电量，方便使用者及时对电池充电，以及对终端上的内容进行存储。
[0032]本实施例的具体电路连接如图2所示:所述电池管理芯片U2的信号输入端VINI通过第一电阻Rl连接两个串联电池组的中间节点，其第一信号输出端SDA通过第三电阻R3连接MCU控制器Ul的第一信号输入端P1.2/TA1，第二信号输出端SCL通过第四电阻R4连接MCU控制器的第二信号输入端P1.3/TA2,同时第一信号输出端SDA还通电第五电阻连接
3.3V电压，第二信号输出端SCL还通过第六电阻连接3.3V电压，上述的3.3V电压均为电压转化器U3转化后的3.3V电压。所述电池管理芯片U2的第一管脚充电控制端CC、第三管脚放电控制端DC，以及第十三管脚电池保护端SRC通过双沟道M0SFETUT管连接被管理的串联电池组，其中电池管理芯片U2的第一管脚充电控制端CC通过第七电阻R7连接双沟道MOSFET管的第四管脚，电池管理芯片U2的第三管脚放电控制端DC第八电阻R8连接双沟道MOSFET管的第五管脚，电池管理芯片U2的第十三管脚电池保护端SRC第九电阻R9连接双沟道MOSFET管的第六管脚。
[0033]双沟道MOSFET管的第八管脚连接被管理的串联电池组的正极，同时还分别通过第十三电阻R13与第十四电阻R14分别连接电池管理芯片U2的第二管脚VDD与第四管脚VIN2。而串联电池组的负极通过第十电阻RlO接地，双沟道MOSFET管的第一管脚连接充电口的正极，同时还分别通过第十一电阻Rll与第十二电阻R12分别连接电池管理芯片U2的第十管脚电压采样端PLS与第九管脚通用输入输出端ΡΙ0。
[0034]所述MCU控制器Ul的控制信号输出端Pl.1/TAO通过场效应管Ql与第一电感线圈LI的串联电路连接电压转化器U3的信号输入端IN，其中MCU控制器Ul的控制信号输出端Pl.18TA0连接场效应管Ql的源极，场效应管Ql的漏极分别通过第三电容器C3与第四电容器C4接地，同时还通过第一开关SI与第五电容器C5的串联电路接地；场效应管Ql的栅极通过场效应管Ql与第一电感线圈LI的串联电路连接电压转化器U3的信号输入端IN。电压转化器U3的信号输出端OUT通过第二电阻R2输出终端运行所需的3.3V电压，同时还通过第一电容器Cl与第二电容器C2的并联电路接地。
[0035]此外，本实施例中对于MCU控制器Ul的电源则是将电压转化器U3输出的3.3V电压通过电源模块进行变换后形成的供电电压。
【权利要求】
1.一种对电池充放电进行管理的电池管理装置，其特征在于它包括: 主控单元，作为整个电池管理装置的控制中心，可以对采集的各项数据进行计算； 用于采集两组串联电池组的电流信息的信息采集模块，所述信息采集模块将采集到的电池电流信号传送给与其信号输出端相连的主控单元； 用于将电池的电压降压后输出的调压模块，所述调压模块的信号输入端连接被管理的电池组，控制端连接主控单元的控制信号输出端； 用于为主控单元供电的电源模块，所述电源模块的电压输入端连接调压模块的电压输出端，电源模块的电压输出端连接主控单元。
2.根据权利要求1所述的对电池充放电进行管理的电池管理装置，其特征在于:它还包括用于进行信息显示的显示模块，所述显示模块的信号输入端连接主控单元的显示信号输出端。
3.根据权利要求1或2所述的对电池充放电进行管理的电池管理装置，其特征在于:所述主控单元采用MCU控制器，信息采集模块采用电池管理芯片，调压模块采用具有降压功能的电压转化器；所述电池管理芯片的信号输入端通过第一电阻连接两组串联电池组的串联中间节点，信号输出端连接MCU控制器的信号输入端，所述MCU控制器的控制信号输出端通过场效应管与第一电感线圈的串联电路连接电压转化器的信号输入端，电压转化器的信号输出端通过第二电阻输出终端运行所需的3.3V电压。
【文档编号】H02J7/00GK203722293SQ201420015797
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月12日 优先权日:2014年1月12日
【发明者】秦彭, 李聚光 申请人:石家庄经济学院
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