電池健康狀況檢測(cè)模塊和系統(tǒng)及帶有該檢測(cè)模塊的電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電池狀況檢測(cè)和管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電池健康狀況檢測(cè)模塊和系統(tǒng)以及帶有該檢測(cè)模塊的電池。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，用于提供動(dòng)力電源的電池組已經(jīng)滲透到公共生活的各個(gè)方面，各種基于充電的電動(dòng)工具、電動(dòng)車(chē)、不間斷電源、通訊基站備份電源等已經(jīng)在廣泛應(yīng)用，尤其是隨著電動(dòng)車(chē)的發(fā)展，大容量充電電池被大量使用，在應(yīng)用中必須由多節(jié)單體電池來(lái)組成電池組作為車(chē)輛的動(dòng)力源。在實(shí)際應(yīng)用中，必須要檢測(cè)電池組的當(dāng)前電量、電池組的溫度、電壓、電流數(shù)據(jù)來(lái)了解電池組的工作狀態(tài)，更進(jìn)一步的要求就是要了解電池組隨使用時(shí)間增長(zhǎng)導(dǎo)致的性能老化狀況。不同的電池類(lèi)型對(duì)使用溫度、充放電的安全要求也不一樣。對(duì)于能量密度特別高的鋰電池就必須要求對(duì)過(guò)度充電、過(guò)度放電要有比較精確的測(cè)量，出現(xiàn)上述兩種情況時(shí)立即切斷充放電通道，更完善有效的要求包括對(duì)電池工作時(shí)自身溫度的測(cè)量。以上表述雖然是對(duì)電池組說(shuō)的，但是實(shí)際上這些測(cè)量要針對(duì)電池組內(nèi)每一個(gè)單體電池的充放電狀態(tài)的檢測(cè)，無(wú)論電池組內(nèi)哪一節(jié)單體電池出現(xiàn)了過(guò)充電，或者過(guò)放電，電池組管理系統(tǒng)都必須視為異常信號(hào)，發(fā)出關(guān)斷指令。雖然制造商通常在電池組出廠時(shí)已經(jīng)對(duì)電池組的單體電池進(jìn)行了選擇、適配，盡量保持組內(nèi)單體電池參數(shù)的一致性，但是組內(nèi)單體電池越多，就越不易精確配對(duì)，而且隨著時(shí)間的推移，電池組內(nèi)單體電池參數(shù)會(huì)發(fā)生分化現(xiàn)象，整體上降低電池組的充放電效率，由于個(gè)別單體電池的參數(shù)變化，導(dǎo)致電池組的使用壽命變短。以上問(wèn)題對(duì)鋰電池來(lái)說(shuō)尤為明顯，極大的限制了鋰電池組的能量效率水平和使用壽命。解決電池的過(guò)充電、過(guò)放電、溫度異常及單體電池狀態(tài)不一致問(wèn)題是各電池組生產(chǎn)廠的核心技術(shù)，也是產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的表現(xiàn)，而電池狀態(tài)的測(cè)量是各家廠商首先要解決的技術(shù)問(wèn)題。
[0003]傳統(tǒng)的電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)是在每節(jié)鋰電池上加有過(guò)充電和過(guò)放電的檢測(cè)電路，然后將這組信號(hào)用總線接到外部電池管理系統(tǒng)(BMS)。當(dāng)電池組中電池?cái)?shù)量眾多時(shí)，有線總線連接就存在布線繁瑣、復(fù)雜、可擴(kuò)展性弱的問(wèn)題，同時(shí)線路也容易損壞。由于電池結(jié)構(gòu)、體積的限制，傳統(tǒng)的單體電池也不帶電池電量檢測(cè)電路，只能將電池組作為一個(gè)整體來(lái)測(cè)量電池電量，因此很難反映每個(gè)單體電池電量狀況，也不能對(duì)老化嚴(yán)重的單體電池進(jìn)行定位。如不及時(shí)檢測(cè)找出老化單體電池并給予調(diào)整，電池組的容量將變小，效率變低，壽命將縮短，影響整個(gè)電池組的高效安全運(yùn)行。由于無(wú)法將電池組中老化嚴(yán)重的單體電池簡(jiǎn)單標(biāo)識(shí)出來(lái)，所以造成了很難通過(guò)對(duì)老化電池進(jìn)行日常維護(hù)來(lái)延長(zhǎng)電池組的工作壽命的目的，特別是在很多情況下鋰電池組的成本占到整個(gè)產(chǎn)品的一半以上。因此造成了明顯的浪費(fèi)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供了一種電池健康狀況檢測(cè)模塊及帶有該檢測(cè)模塊的電池，解決電池組中的每個(gè)單體電池的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，對(duì)電池組中的單體電池的電壓、電流、電池電量以及溫度狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將檢測(cè)模塊同每個(gè)單體電池做成一體形成一體化的帶檢測(cè)模塊的電池；
[0005]本實(shí)用新型還提供一種電池健康狀況檢測(cè)系統(tǒng)，將檢測(cè)模塊取得的測(cè)量、記錄數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式發(fā)送到外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)，由外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，即使電池組已密封，也不影響外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)對(duì)電池組中的每個(gè)單體電池的健康狀況的監(jiān)控。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0007]1.一種電池健康狀況檢測(cè)模塊，其特征在于，包括電流傳感放大器電路、電池電壓檢測(cè)器電路、溫度傳感放大器電路、RTC時(shí)間控制器、微控制單元、無(wú)線收發(fā)器、以及模塊供電電路；所述電流傳感放大器電路、電池電壓檢測(cè)器電路、溫度傳感放大器電路、RTC時(shí)間控制器、無(wú)線收發(fā)器分別連接微控制單元；所述電流傳感放大器電路、電池電壓檢測(cè)器電路、溫度傳感放大器電路分別用于測(cè)量電池組中的單體電池的電流、電壓和溫度，測(cè)量得到的溫度、電流、電壓信號(hào)傳送給微控制單元，同時(shí)RTC時(shí)間控制器也將時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)送給微控制單元，所述微控制單元對(duì)這些測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，并通過(guò)充電、放電電流值對(duì)時(shí)間的積分計(jì)算分別得到所述單體電池已充電的電量值和可放電的電量值，同時(shí)判斷所述單體電池是充電，還是放電狀態(tài)以及每次充放電的完成的百分比和充放電時(shí)間；并控制無(wú)線收發(fā)器將測(cè)量得到的電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)以及計(jì)算得到的電量數(shù)據(jù)和充放電程度及充放電時(shí)間數(shù)據(jù)以無(wú)線的形式發(fā)送出去；所述模塊供電電路為所述檢測(cè)模塊提供符合要求的工作電源。
[0008]2.所述微控制單元包括MCU微控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述電流傳感放大器電路、電池電壓檢測(cè)器電路、溫度傳感放大器電路分別連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器連接所述無(wú)線收發(fā)器；所述微控制器分別連接所述RTC時(shí)間控制器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、無(wú)線收發(fā)器；所述電流傳感放大器電路、電池電壓檢測(cè)器電路、溫度傳感放大器電路將測(cè)量得到的溫度、電流、電壓信號(hào)傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器在微控制器的控制下對(duì)這些測(cè)量信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)給微控制器，微控制器發(fā)送寫(xiě)信號(hào)給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器將轉(zhuǎn)換的測(cè)量數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)完成后發(fā)信號(hào)給微控制器，微控制器收到信號(hào)后控制內(nèi)部電路對(duì)下一個(gè)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)工作，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)和充放電程度及充放電時(shí)間數(shù)據(jù)以及經(jīng)微控制器計(jì)算得到的電量數(shù)據(jù)，并傳送給無(wú)線收發(fā)器。
[0009]3.所述溫度傳感放大器電路通過(guò)溫度傳感器的配合對(duì)電池溫度進(jìn)行測(cè)量，所述電流傳感放大器電路通過(guò)磁電流傳感器的配合采用非接觸方式對(duì)電池工作電流進(jìn)行測(cè)量，所述電池電壓檢測(cè)器電路連接單體電池的正負(fù)極兩端，對(duì)單體電池的電壓進(jìn)行測(cè)量。
[0010]4.所述無(wú)線收發(fā)器為RF無(wú)線收發(fā)器，具有PCB隱形天線。
[0011]5.所述微控制單元包括非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)所述電池健康狀況檢測(cè)模塊的數(shù)字地址信息ID。
[0012]6.一種帶有電池健康狀況檢測(cè)模塊的電池，其特征在于，還包括溫度傳感器、電流傳感器，所述溫度傳感器貼裝在單體電池的外表面上，所述電流傳感器固定在單體電池的一個(gè)端子引出線上，通過(guò)非接觸的方式測(cè)量電池的工作電流，所述溫度傳感器連接所述檢測(cè)模塊的溫度傳感放大器電路，所述電流傳感器連接所述檢測(cè)模塊的電流傳感放大器電路；所述檢測(cè)模塊的電池電壓檢測(cè)器電路并聯(lián)在單體電池的兩端子引出線上。
[0013]7.所述電池健康狀況檢測(cè)模塊和溫度傳感器、電流傳感器與單體電池封裝為一體，單體電池封裝體上具有正負(fù)極兩個(gè)端子，用于多個(gè)單體電池之間的連接。
[0014]8.一種電池健康狀況檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括將若干所述帶有電池健康狀況檢測(cè)模塊的單體電池串聯(lián)在一起組成的電池組以及外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)，所述電池組串聯(lián)連接負(fù)載和外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)，所述外部數(shù)據(jù)接收控制系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)器、外部數(shù)據(jù)接收控制模塊和控制開(kāi)關(guān)，所述外部數(shù)據(jù)接收控制模塊通過(guò)無(wú)線收發(fā)器接收電池健康狀況檢測(cè)模塊發(fā)送的每個(gè)單體電池的電壓、電流、溫度的測(cè)量數(shù)據(jù)以及計(jì)算得到的電量數(shù)據(jù)、充放電程度及充放電時(shí)間數(shù)據(jù)，對(duì)接收到的信息進(jìn)行記錄分析監(jiān)測(cè)，如果某個(gè)電池存在過(guò)充電、過(guò)放電、溫度超標(biāo)