CN218995619U - 动力锂电池的梯次利用性能检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种动力锂电池的梯次利用性能检测电路，主控中心通过上位机控制完成电池检测，同步检测电池的连接阻抗,给出电池单节电压及电池对外连接排线阻抗值，MCU芯片通过参考基准值来判定电池电压及连接阻抗是否正常，通过内阻测试、单节电压检测和单节电池内阻检测，能够直观检测动力锂电池的电池包总内阻、单节电池电压和单节电池内阻三个参数，通过三个参数来判定挑选电池性能，进行分档分类处理，实现动力锂电池的的梯次利用，从而充分、安全、可靠地回收利用动力锂电池，避免资源高度浪费。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源汽车产业中的电池制造技术领域，具体涉及一种动力锂电池的梯次利用性能检测电路。
背景技术
新能源汽车产业的核心技术是电池储能技术；而新能源汽车的电池组在长时间使用后，其荷电能力会逐渐降低，降低至初始容量的80％左右时，就不再适合作为汽车电池组使用；但是不再适合作为汽车电池组使用的电池如果直接报废，会造成资源高度浪费；对于外壳完好、各功能元件均能正常使用的情况下，可以按照电池性能进行分级回收再利用，即按品梯次利用。因此，需要从平衡度、内阻匹配度和电池连接可靠性等性能进行检测分析，从而能够确定动力锂电池的性能状态，以便充分、安全、可靠地回收利用动力锂电池。
现有技术中缺少一种能够实现动力锂电池的内阻检测、单节电池电压检测和单节电池内阻检测，从而通过电池包总内阻、单节电池电压和单节电池内阻三个参数判定电池性能的电路装置。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种动力锂电池的梯次利用性能检测电路，能够直观检测动力锂电池的电池包总内阻、单节电池电压和单节电池内阻三个参数，从而判定电池性能，实现动力锂电池的梯次利用。
本实用新型所采用的技术方案为：
一种动力锂电池的梯次利用性能检测电路，包括有主控中心、采样模块、电池内阻检测模块、电池电压检测模块和单节电池阻抗检测模块；所述电池内阻检测模块和单节电池阻抗检测模块连接至主控中心，所述电池电压检测模块通过采样模块连接至主控中心；
所述电池内阻检测模块用于检测电池包的总内阻；
所述电池电压检测模块用于检测电池包内每节电池的单节电池电压；
所述单节电池阻抗检测模块用于电池包内每节电池的检测单节电池内阻；
所述主控中心用于接受电池内阻检测模块、电池电压检测模块和单节电池阻抗检测模块的检测数据，并根据预设的参考基准值进行比对判定。
进一步地，所述主控中心采用MCU芯片；所述电池内阻检测模块包括有第一内阻检测运算放大器、第二内阻检测运算放大器和第三内阻检测运算放大器；所述第一内阻检测运算放大器的输出端DISC_ISENSE连接至MCU芯片的25脚PA2端口，第一内阻检测运算放大器的两个输入端之连接至第二内阻检测运算放大器的输出端，第二内阻检测运算放大器的输入端连接至电池包，第二内阻检测运算放大器的输出端也连接至电池包；所述第三内阻检测运算放大器为比较器。
进一步地，所述MCU芯片的DISC_PWM信号输出端通过控制信号单元连接至第二内阻检测运算放大器的输出端；
所述控制信号单元包括有预偏置三极管。
进一步地，所述第一内阻检测运算放大器的两个输入端通过电流采样单元连接至第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点，使得第一内阻检测运算放大器构成电流信号反馈单元；
所述电流采样单元包括有多个并联设置的电流采样电阻。
进一步地，所述第二内阻检测运算放大器的输出端经过放电负载电阻连接至电池包；所述放电负载电阻包括有两个功率电阻。
进一步地，所述第二内阻检测运算放大器的输出端连接有两个放电开关，其中一个放电开关连接在第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点至放电负载电阻之间，另外一个放电开关连接在第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点至电流采样单元之间。
进一步地，所述采样模块包括有一个或者多个ADC模数转换器，电池包内的每节电池分别通过电池电压检测模块连接至ADC模数转换器的一个采样信号输入端口；
MCU芯片的信号控制引脚分别连接至每个ADC模数转换器的信号控制端口。
再进一步地，所述电池电压检测模块包括有多组电池电压检测电路，每组电池电压检测电路分别设置有若干个电池电压采样单元；
每个所述电池电压采样单元分别包括有第一电压采样放大器、第二电压采样放大器和第三电压样放大器；每个电池电压采样单元的第一电压样放大器的同相输入端和第二电压样放大器的同相输入端均连接至单电池；第一电压采样放大器的反相输入端和输出端连接至第三电压样放大器的反相输入端；第二电压采样放大器的反相输入端和输出端连接至第三电压样放大器的同相输入端；
每个所述电池电压采样单元的第一电压采样放大器、第二电压采样放大器和第三电压样放大器均采用SGM8274低功耗运算放大器。
再进一步地，所述单节电池阻抗检测模块包括有多组单节电池阻抗检测电路，每组单节电池阻抗检测电路分别设置有若干个单节电池阻抗采样单元，每个单节电池阻抗采样单元分别包括有晶体三极管BCX56和半导体三极管，半导体三极管MJD42C的基极连接至晶体三极管BCX56的集电极，半导体三极管MJD42C的发射极和集电极连接至电池回路；晶体三极管BCX56的基极连接至MCU芯片的性能测试端口DISC_1～24；晶体三极管BCX56的发射极接地。
最后，所述主控中心还连接有显示终端、操作终端、通讯模块；
显示终端采用显示屏，用于显示系统参数；
所述操作终端采用操作按键，用于输入检测参数与控制指令；
所述通讯模块采用CAN/RS485通讯，用于与用户终端通讯连接。
本实用新型的有益效果为：
一种动力锂电池的梯次利用性能检测电路，主控中心通过上位机控制完成电池检测，同步检测电池的连接阻抗,给出电池单节电压及电池对外连接排线阻抗值，MCU芯片通过参考基准值来判定电池电压及连接阻抗是否正常，通过内阻测试、单节电压检测和单节电池内阻检测，能够直观检测动力锂电池的电池包总内阻、单节电池电压和单节电池内阻三个参数，通过三个参数来判定挑选电池性能，进行分档分类处理，实现动力锂电池的的梯次利用，从而充分、安全、可靠地回收利用动力锂电池，避免资源高度浪费。
附图说明
图1本实用新型实施例一动力锂电池的梯次利用性能检测电路原理示意图；
图2是本实用新型实施例一动力锂电池的梯次利用性能检测电路主控中心的MCU芯片示意图；
图3～图4是本实用新型实施例一动力锂电池的梯次利用性能检测电路的辅助连接电路示意图；
图5是本实用新型实施例一动力锂电池的梯次利用性能检测电路的电池内阻检测模块示意图；
图6是本实用新型实施例一动力锂电池的梯次利用性能检测电路的采样模块示意图；
图7是本实用新型实施例一动力锂电池的梯次利用性能检测电路的电池电压检测模块示意图；
图8是本实用新型实施例一动力锂电池的梯次利用性能检测电路的单节电池阻抗检测模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1～8所示，本实用新型提供一种动力锂电池的梯次利用性能检测电路，整体策划方案为：设置主控中心、采样模块、电池内阻检测模块、电池电压检测模块和单节电池阻抗检测模块；所述电池内阻检测模块和单节电池阻抗检测模块连接至主控中心，所述电池电压检测模块通过采样模块连接至主控中心；
电池内阻检测模块用于检测电池包的总内阻；
电池电压检测模块用于检测电池包内每节电池的单节电池电压；
单节电池阻抗检测模块用于电池包内每节电池的检测单节电池内阻；
主控中心用于接受电池内阻检测模块、电池电压检测模块和单节电池阻抗检测模块的检测数据，并根据预设的参考基准值进行比对判定。
主控中心可以单独设置MCU芯片后通讯连接至用户终端上位机，或者直接由上位机的控制芯片设置相应功能模块。
主控中心通过上位机控制完成电池检测，同步检测电池的连接阻抗,给出电池单节电压及电池对外连接排线阻抗值，MCU芯片通过参考基准值来判定电池电压及连接阻抗是否正常，通过内阻测试、单节电压检测和单节电池内阻检测，能够直观检测动力锂电池的电池包总内阻、单节电池电压和单节电池内阻三个参数，通过三个参数来判定挑选电池性能，进行分档分类处理，实现动力锂电池的的梯次利用，从而充分、安全、可靠地回收利用动力锂电池，避免资源高度浪费。
进一步地，主控中心采用MCU芯片；电池内阻检测模块包括有第一内阻检测运算放大器、第二内阻检测运算放大器和第三内阻检测运算放大器；第一内阻检测运算放大器的输出端DISC_ISENSE连接至MCU芯片的25脚PA2端口，第一内阻检测运算放大器的两个输入端之连接至第二内阻检测运算放大器的输出端，第二内阻检测运算放大器的输入端连接至电池包，第二内阻检测运算放大器的输出端也连接至电池包；第三内阻检测运算放大器为比较器。
进一步地，MCU芯片的DISC_PWM信号输出端通过控制信号单元连接至第二内阻检测运算放大器的输出端；
控制信号单元包括有预偏置三极管。
进一步地，第一内阻检测运算放大器的两个输入端通过电流采样单元连接至第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点，使得第一内阻检测运算放大器构成电流信号反馈单元；
电流采样单元包括有多个并联设置的电流采样电阻。
进一步地，第二内阻检测运算放大器的输出端经过放电负载电阻连接至电池包；所述放电负载电阻包括有两个功率电阻。
进一步地，第二内阻检测运算放大器的输出端连接有两个放电开关，其中一个放电开关连接在第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点至放电负载电阻之间，另外一个放电开关连接在第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点至电流采样单元之间。
进一步地，采样模块包括有一个或者多个ADC模数转换器，电池包内的每节电池分别通过电池电压检测模块连接至ADC模数转换器的一个采样信号输入端口；
MCU芯片的信号控制引脚分别连接至每个ADC模数转换器的信号控制端口。
再进一步地，电池电压检测模块包括有多组电池电压检测电路，每组电池电压检测电路分别设置有若干个电池电压采样单元；
每个电池电压采样单元分别包括有第一电压采样放大器、第二电压采样放大器和第三电压样放大器；每个电池电压采样单元的第一电压样放大器的同相输入端和第二电压样放大器的同相输入端均连接至单电池；第一电压采样放大器的反相输入端和输出端连接至第三电压样放大器的反相输入端；第二电压采样放大器的反相输入端和输出端连接至第三电压样放大器的同相输入端；
每个电池电压采样单元的第一电压采样放大器、第二电压采样放大器和第三电压样放大器均采用SGM8274低功耗运算放大器。
再进一步地，单节电池阻抗检测模块包括有多组单节电池阻抗检测电路，每组单节电池阻抗检测电路分别设置有若干个单节电池阻抗采样单元，每个单节电池阻抗采样单元分别包括有晶体三极管BCX56和半导体三极管，半导体三极管MJD42C的基极连接至晶体三极管BCX56的集电极，半导体三极管MJD42C的发射极和集电极连接至电池回路；晶体三极管BCX56的基极连接至MCU芯片的性能测试端口DISC_1～24；晶体三极管BCX56的发射极接地。
最后，主控中心还连接有显示终端、操作终端、通讯模块；
显示终端采用显示屏，用于显示系统参数；
操作终端采用操作按键，用于输入检测参数与控制指令；
通讯模块采用CAN/RS485通讯，用于与用户终端通讯连接。
实施例一中，主控中心设置MCU芯片。
电池包共有四个电池组，每个电池组有六节单节电池BAT1～BAT24，电池包共有二十四节单节电池，通过二极管间隔串连为电池回路。
电池内阻检测模块设置第一内阻检测运算放大器U37-A、第二内阻检测运算放大器U37-B和第三内阻检测运算放大器U37-C，第一内阻检测运算放大器U37-A、第二内阻检测运算放大器U37-B和第三内阻检测运算放大器U37-C均采用SGM8270-2XMS8G/TR低噪声运算放大器；
第一内阻检测运算放大器的输出端DISC_ISENSE连接至MCU芯片的25脚PA2端口，第一内阻检测运算放大器的两个输入端连接至第二内阻检测运算放大器的输出端，第二内阻检测运算放大器的输入端连接至电池包，第二内阻检测运算放大器的输出端也连接至电池包；第三内阻检测运算放大器为比较器。MCU芯片的DISC_PWM信号输出端通过控制信号单元连接至第二内阻检测运算放大器的输出端。
控制信号单元的主要结构采用Q53预偏置三极管DTC114T。
第一内阻检测运算放大器的两个输入端通过电流采样单元连接至第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点，使得第一内阻检测运算放大器构成电流信号反馈单元；
电流采样单元设置多个并联的电流采样电阻R265、R321、R322、R320。
第二内阻检测运算放大器的输出端经过放电负载电阻连接至电池包；放电负载电阻设置两个功率电阻P4和P5，两个功率电阻P4和P5均接5R/100W功率电阻。
第二内阻检测运算放大器的输出端连接有两个放电开关Q37N-MOS和Q52 N-MOS，其中一个放电开关连接在第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点至放电负载电阻之间，另外一个放电开关连接在第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点至电流采样单元之间。
电池电压检测模块设置二十四个单节电池电压检测单元，每个单节电池电压检测单元分别连接至一节单节电池。
采样模块设置第一ADC模数转换器U19 TLC25781、第二ADC模数转换器U20TLC25781和第三ADC模数转换器U21 TLC25781，共三个ADC模数转换器，每个ADC模数转换器的八个信号输入端口分别连接至电池包的八个单节电池；从而通过三个ADC模数转换器即可对电池包内四个电池组的二十四节单节电池的单节电池电压进行检测。
电池包内的二十四节电池BAT1～BAT24分别通过电池电压检测模块连接至三个ADC模数转换器的二十四个采样信号输入端口CELL11～CELL24。
MCU芯片的信号控制引脚START1～START3、FS1～FS3、ADC_INT13分别连接至每个ADC模数转换器的信号控制端口。
电池电压检测模块设置四组电池电压检测电路，每组电池电压检测电路分别设置六个电池电压采样单元，共二十四个电池电压采样单元，二十四个电池电压采样单元通过二十四个采样信号输入端口CELL11～CELL24连接至三个ADC模数转换器。
如图所示，第一节电池BAT1的第一个电池电压采样单元设置第一电压采样放大器U1-A、第二电压采样放大器U1-B和第三电压样放大器U1-C；第一电池电压采样单元的第一电压样放大器U1-A的同相输入端和第二电压样放大器U1-B的同相输入端均连接至单电池；第一电压采样放大器U1-A的反相输入端和输出端连接至第三电压样放大器U1-C的反相输入端；第二电压采样放大器U1-B的反相输入端和输出端连接至第三电压样放大器U1-C的同相输入端；以此类推，二十四节电池BAT1～BAT25均采用与第一节电池BAT1的第一电池电压采样单元相同结构。
所有电池电压采样单元的第一电压采样放大器、第二电压采样放大器和第三电压样放大器均采用SGM8274低功耗运算放大器。
单节电池阻抗检测模块设置四组单节电池阻抗检测电路，每组单节电池阻抗检测电路分别设置有六个单节电池阻抗采样单元；
第一节电池BAT1的第一个单节电池阻抗采样单元设置第一个晶体三极管Q46和第一个半导体三极管Q42，第一个半导体三极管的基极连接至第一个晶体三极管的集电极，第一个半导体三极管的发射极和集电极连接至电池回路；第一个晶体三极管的基极连接至MCU芯片的性能测试端口DISC_1；第一个晶体三极管的发射极接地。
所有晶体三极管都采用BCX56，所有半导体三极管都采用MJD42C。
二十四个晶体三极管BCX56的基极连接至MCU芯片的性能测试端口DISC_1～DISC_24。
本实用新型的动力锂电池的梯次利用性能检测电路，可以满足1-24S LiPo\LiFe\LiHV,主要实现对电池包性能的平衡度分析,内阻匹配度分析和电池连接可靠性分析。主要由电池分析内核,信息显示,用户操作交互几个重要模块组成。电池分析内核主要实现电池包性能的分析,主要包括平衡度,内阻匹配度,电池连接可靠性等分析；信息显示模块主要完成用户设置信息的显示,电池分析结果的显示，外部环境的显示等；用户操作可以接受触摸操作和上位机操作。
1>电池内阻测试：产品电路检测到电池接入后自检合格后进入待机状态,通过操作按键或上位机控制,可以开启电池内阻检测电路完成电池内阻检测,给出电池内阻测试结果数据显示在显示屏上,MCU可以通过参考基准值来判定电池内阻是否正常,可以给出判定结果显示在屏幕上。
2>电池单节测试：
产品电路检测到电池接入后自检合格后进入待机状态,通过操作按键或上位机控制,可以开启电池单节电压检测电路完成电池检测,在测试过程中,会同步检测电池的连接阻抗,给出电池单节电压及电池对外连接排线阻抗值，测试结果数据显示在显示屏上,MCU可以通过参考基准值来判定电池电压及连接阻抗是否正常,可以给出判定结果显示在屏幕上。
产品可以设定不同的基准参数值,通过内阻测试,单节电压检测值,单节电池内阻值,三个参数来判定挑选电池性能，进行分档分类处理,完成电池的的梯次利用。
电源滤波电容靠近IC；模拟采样部分尽量短，少过孔。运放与ADC采样之间靠，数字信号要求没那么严格。发热部分需要与信号部分分开，避免热量对ADC的影响。
单节电池阻抗检测模块部分电路发热，远离ADC，需要做热隔离。
本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：包括有主控中心、采样模块、电池内阻检测模块、电池电压检测模块和单节电池阻抗检测模块；所述电池内阻检测模块和单节电池阻抗检测模块连接至主控中心，所述电池电压检测模块通过采样模块连接至主控中心；
所述电池内阻检测模块用于检测电池包的总内阻；
所述电池电压检测模块用于检测电池包内每节电池的单节电池电压；
所述单节电池阻抗检测模块用于电池包内每节电池的检测单节电池内阻；
所述主控中心用于接受电池内阻检测模块、电池电压检测模块和单节电池阻抗检测模块的检测数据，并根据预设的参考基准值进行比对判定。
2.根据权利要求1所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述主控中心采用MCU芯片；所述电池内阻检测模块包括有第一内阻检测运算放大器、第二内阻检测运算放大器和第三内阻检测运算放大器；所述第一内阻检测运算放大器的输出端DISC_ISENSE连接至MCU芯片的25脚PA2端口，第一内阻检测运算放大器的两个输入端之连接至第二内阻检测运算放大器的输出端，第二内阻检测运算放大器的输入端连接至电池包，第二内阻检测运算放大器的输出端也连接至电池包；所述第三内阻检测运算放大器为比较器。
3.根据权利要求2所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述MCU芯片的DISC_PWM信号输出端通过控制信号单元连接至第二内阻检测运算放大器的输出端；
所述控制信号单元包括有预偏置三极管。
4.根据权利要求3所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述第一内阻检测运算放大器的两个输入端通过电流采样单元连接至第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点，使得第一内阻检测运算放大器构成电流信号反馈单元；
所述电流采样单元包括有多个并联设置的电流采样电阻。
5.根据权利要求3所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述第二内阻检测运算放大器的输出端经过放电负载电阻连接至电池包；所述放电负载电阻包括有两个功率电阻。
6.根据权利要求3所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述第二内阻检测运算放大器的输出端连接有两个放电开关，其中一个放电开关连接在第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点至放电负载电阻之间，另外一个放电开关连接在第二内阻检测运算放大器的输出端与控制信号单元的连接点至电流采样单元之间。
7.根据权利要求2所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述采样模块包括有一个或者多个ADC模数转换器，电池包内的每节电池分别通过电池电压检测模块连接至ADC模数转换器的一个采样信号输入端口；
MCU芯片的信号控制引脚分别连接至每个ADC模数转换器的信号控制端口。
8.根据权利要求1所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述电池电压检测模块包括有多组电池电压检测电路，每组电池电压检测电路分别设置有若干个电池电压采样单元；
每个所述电池电压采样单元分别包括有第一电压采样放大器、第二电压采样放大器和第三电压样放大器；每个电池电压采样单元的第一电压样放大器的同相输入端和第二电压样放大器的同相输入端均连接至单电池；第一电压采样放大器的反相输入端和输出端连接至第三电压样放大器的反相输入端；第二电压采样放大器的反相输入端和输出端连接至第三电压样放大器的同相输入端；
每个所述电池电压采样单元的第一电压采样放大器、第二电压采样放大器和第三电压样放大器均采用SGM8274低功耗运算放大器。
9.根据权利要求1所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述单节电池阻抗检测模块包括有多组单节电池阻抗检测电路，每组单节电池阻抗检测电路分别设置有若干个单节电池阻抗采样单元，每个单节电池阻抗采样单元分别包括有晶体三极管BCX56和半导体三极管，半导体三极管MJD42C的基极连接至晶体三极管BCX56的集电极，半导体三极管MJD42C的发射极和集电极连接至电池回路；晶体三极管BCX56的基极连接至MCU芯片的性能测试端口DISC_1～24；晶体三极管BCX56的发射极接地。
10.根据权利要求1所述动力锂电池的梯次利用性能检测电路，其特征在于：所述主控中心还连接有显示终端、操作终端、通讯模块；
显示终端采用显示屏，用于显示系统参数；
所述操作终端采用操作按键，用于输入检测参数与控制指令；
所述通讯模块采用CAN/RS485通讯，用于与用户终端通讯连接。
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