專利名稱：一種電動(dòng)自行車鋰離子電池能源包的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)自行車鋰離子電池能源包，屬車輛動(dòng)力電源。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)電動(dòng)自行車多數(shù)使用鉛酸電池組供電裝置。鉛酸電池生產(chǎn)和使用過程中極易污染環(huán)境，而廣泛應(yīng)用到全國各地環(huán)保問題十分沖突，而軟包裝鋰離子電池它具有體積小、重量輕、對(duì)環(huán)境無污染，現(xiàn)有的電動(dòng)自行車使用的鋰離子電池是多個(gè)單體電池直接串聯(lián)或并聯(lián)拚裝成24V、36V或48V電壓的組合電池直接使用，這種裝置不安全，因?yàn)槎喙?jié)電池充電時(shí)，在正常充電電壓范圍內(nèi)，個(gè)別先進(jìn)電池電壓超過電池截止電壓，這節(jié)電池電壓越來越高，最后引起電池組起火爆炸，其二多節(jié)電池放電時(shí)，個(gè)別電池電壓低于放電截止電壓時(shí)，會(huì)造成電池永久損壞，因此電池安全的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電池應(yīng)用很重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，而提供一種帶有安全防護(hù)裝置的電動(dòng)自行車鋰離子電池能源包，從而保證了安全。
本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)自行車鋰離子電池能源包，它由外殼(2)、電池組(1)、電源接口和安全保護(hù)裝置(3)組成，其特征在于在外殼內(nèi)裝有由4～14只鋁塑膜軟包裝方扁型鋰離子電池組成的14.4V至48V電池組，安全保護(hù)裝置由電壓監(jiān)控裝置、電流監(jiān)控裝置和溫度監(jiān)控裝置組成，電池組的每只電池的正、負(fù)極串聯(lián)后引出每只電池的電壓線(5)與安全保護(hù)裝置的電壓監(jiān)控裝置、溫度監(jiān)控裝置(16)相連，電壓監(jiān)控裝置、溫度監(jiān)控裝置分別與無觸點(diǎn)開關(guān)(6)連接，電池組的正極與充電、放電接口(4)連接，電池組的負(fù)極通過無觸點(diǎn)開關(guān)與安全保護(hù)裝置的電流監(jiān)控裝置(7)連接組成主回路。
所述的安全保護(hù)裝置的電壓監(jiān)控裝置包括電壓信號(hào)采集、光電耦合器、光電繼電器和通道選擇器，電壓信號(hào)采集是將電池組的電池依次逐個(gè)的將各電池的輸出電壓輸入端并連接電阻R1接入線性光電耦合器(9)輸入端的1腳、2腳，3腳接地，4腳連接電阻R2接單片機(jī)(13)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入端，另外端接地，另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接，R2與A/D之間連電阻R3與+5V電源，電池組(1)中的每只電池兩端接入光電繼電器(8)輸入端，其輸出口相同腳并聯(lián)接光電耦合器接單片機(jī)的A/D輸入端，另端接地，光電繼電器接+5V電源，選用內(nèi)部有4-16路的數(shù)字通道選擇器(10)與單片機(jī)連接，單片機(jī)的片選信號(hào)接反向器(14)輸入端，輸出端接通道選擇器的驅(qū)動(dòng)端CS1、CS2、CSIO分別連接光電繼電器。
所述的安全保護(hù)裝置的電流監(jiān)控裝置它采用非接觸式霍爾元件采集電流，將霍爾元件主電路電壓信號(hào)Ui連接到電池組的主電路與連接電容C11、C12、并聯(lián)電阻R11、R12的運(yùn)算放大器IC1(12)正輸入端連接，其輸出與單片機(jī)中A/D轉(zhuǎn)換器輸入口連接，單片機(jī)另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接。
所述的安全保護(hù)裝置的溫度監(jiān)控裝置它選用Lm74傳感器(11)貼在電池外側(cè)，其U+和GND連接電容C21分別連接電源的串聯(lián)二極管(15)的+5V電源的正、負(fù)端，SI/O為采集施密特觸發(fā)器的串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，SC為串行時(shí)鐘輸入端，SC接單片機(jī)的同步串行時(shí)鐘口SCK，SI/O與單片機(jī)SDI和SDO串聯(lián)電阻R21連接，單片機(jī)的CS與LM74的片選端/C連接，單片機(jī)另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接。
所述安全保護(hù)裝置還設(shè)有液晶顯示器接口，所述的線性光電耦合器為PC817，數(shù)字通道選擇器為CD4067，運(yùn)算放大器為ICL7650，所述的溫度傳感器LM74為lm74cim-3。
由于采取上述技術(shù)方案使本發(fā)明技術(shù)與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果a)可方便制成任意安時(shí)數(shù)和形狀的能源包，比容量高、安全性好，重量輕、體積小，對(duì)環(huán)境無污染，b)整個(gè)電路系統(tǒng)靜態(tài)消耗低，檢測精度小于25MV，具有保護(hù)及恒流恒壓均衡充電，確保電池能安全的反復(fù)多次使用，c)還具有修復(fù)充電功能，當(dāng)電池充飽電后自動(dòng)停止充電。


圖1為電池能源包結(jié)構(gòu)示意2為電池能源包電器框3為單只電池的電壓采集線路4為電壓監(jiān)控裝置線路5為電流監(jiān)控裝置線路6為溫度監(jiān)控裝置線路圖具體實(shí)施方式
電動(dòng)自行車鋰離子電池能源包，由圖1所示，它由外殼(2)、電池組(1)、電源接口(圖中未示)和安全保護(hù)裝置(3)組成，在外殼內(nèi)裝有由4～14只鋁塑膜軟包裝方扁型鋰離子電池組成的14.4V至48V電池組，采用軟包裝鋰離子電池要求單體電池電化學(xué)性能一致性好的電池組成電池組，外殼用散熱性好的鋁材制作；安全保護(hù)裝置由電壓監(jiān)控裝置、電流監(jiān)控裝置和溫度監(jiān)控裝置組成，電池組的每只電池的正、負(fù)極串聯(lián)后引出每個(gè)電池的電壓線(5)與安全保護(hù)裝置的電壓監(jiān)控裝置、溫度監(jiān)控裝置(16)相連，電壓監(jiān)控裝置、溫度監(jiān)控裝置分別與無觸點(diǎn)開關(guān)(6)連接，電池組的正極與充電、放電接口(4)連接，電池組的負(fù)極通過無觸點(diǎn)開關(guān)與安全保護(hù)裝置的電流監(jiān)控裝置(7)連接，由圖2所示，電池組的正極與充電、放電接口(4)連接，電池組的負(fù)極通過無觸點(diǎn)開關(guān)與安全保護(hù)裝置的電流監(jiān)控裝置(7)連接組成主回路，電池組的安全保護(hù)裝置對(duì)每只電池的電壓、電流和溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理顯示，出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行安全保護(hù)。
電壓監(jiān)控裝置，由圖4所示，它是電池組的電壓監(jiān)控部分線路圖，包括電壓信號(hào)采集、光電耦合器、繼電器和通道選擇器，電壓信號(hào)采集由圖3所示，它是單只電池的電壓采集線路圖，將4～14只電池依次逐個(gè)的將各電池的輸出電壓輸入端并連接電阻R1接入線性光電耦合器(9)輸入端的1腳、2腳，3腳接地，4腳連接電阻R2接單片機(jī)(13)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入端，輸出端接地，另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接，R2與A/D之間連電阻R3與+5V電源，選擇PC817為光電隔離傳輸電壓器件，PC817傳輸電壓值，它在2.5-5V時(shí)線性度好，而鋰離子電池的保護(hù)電壓為2.5-4.2V，將針對(duì)每一單體電池采集電壓信號(hào)Vn，其中n＝4～14，設(shè)定Vch為電池安全上限截止點(diǎn)，Vdis為預(yù)先設(shè)定的電池放電下限截止點(diǎn)，當(dāng)充電時(shí)，任意電池的Vn＜Vch，發(fā)出禁止充電信號(hào)，斷開了控制充電回路信號(hào)，當(dāng)電池放電時(shí)，一只要檢測到任意一個(gè)電池Vn＜Vdis，就發(fā)出中斷放電回路，控制放電回路的無觸點(diǎn)開關(guān)呈高阻態(tài)，只有當(dāng)Vdis＜Vn＜Vch時(shí)才能允許能源包進(jìn)行放電過程或進(jìn)行電池充電。4-14只電池組(1)中的每只電池兩端接入光電繼電器(8)輸入端，其輸出口相同腳并聯(lián)接光電耦合器(9)接單片機(jī)的A/D輸入端，另端接地，光電繼電器接+5V電源，選用內(nèi)部有4-16路的數(shù)字通道選擇器(10)與單片機(jī)連接，選擇CD4067數(shù)字通道選擇器，單片機(jī)的片選信號(hào)接反向器(14)輸入端，輸出端接通道選擇器的驅(qū)動(dòng)端CS1、CS2、CSIO分別連接光電繼電器，其中R1是限流電阻，R2、R3提供光電耦合器電源，每個(gè)電池被接入單片機(jī)并按一定順序切換每個(gè)通道即可實(shí)現(xiàn)電池電壓值依次輸入，選用內(nèi)部有4-16路數(shù)據(jù)通道選擇器CD4067(10)與單片機(jī)連接，可根據(jù)單片機(jī)控制其選擇端導(dǎo)通或關(guān)斷不同的光電繼電器，將電池的單只的電壓值經(jīng)進(jìn)光電藕合器傳給單片機(jī)PICA/D輸入端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因?yàn)殡姵仉妷菏且粋€(gè)一個(gè)的取，又通過光電藕合器進(jìn)行隔離，解決了與單片機(jī)共模地的問題，同時(shí)解決了可直接讀取每一個(gè)電池電壓的問題，減少了測量的誤差。
電流監(jiān)控裝置，由圖5所示，它的電流監(jiān)控裝置線路圖，電流監(jiān)控采用非接觸式霍爾元件采集電流，將霍爾元件主電路電壓信號(hào)Ui連接到電池組的主回路與并聯(lián)C11、C12、兩端并聯(lián)R11、R12的運(yùn)算放大器IC1(12)正輸入端連接，其輸出與單片機(jī)中A/D轉(zhuǎn)換器輸入口連接，另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接，其中R11、R12與放大器組成比例放大器，C11、C12為消振電容，它采用非接觸式霍爾元件采集電流，它不消耗鋰電池能量，電路簡單，且輸出標(biāo)準(zhǔn)毫伏電壓，運(yùn)算放大器選用ICL7650，ICL7650為低零漂，單電源十5V即可工作，設(shè)定I。為規(guī)定的電池組最大放電和充電額定值，當(dāng)I＞I。時(shí)，將迅速中斷充電或放電；溫度監(jiān)控裝置，由圖6所示，它是溫度監(jiān)控裝置線路圖，溫度監(jiān)控選用Lm74傳感器(11)貼在電池外側(cè)，其中U+和GND連接C21分別連接電源的串聯(lián)二極管(15)的+5V電源的正、負(fù)端，二極管可使5V電壓降到3.6V，R21為了通訊口的要求而加的電阻。SI/O為采集施密特觸發(fā)器的串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，SC為串行時(shí)鐘輸入端，SC接單片機(jī)的同步串行時(shí)鐘口SCK，SI/O與單片機(jī)SDI和SDO串聯(lián)電阻R21連接，單片機(jī)另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接，單片機(jī)的CS與LM74的/C連接，溫度傳感器自身將溫度信號(hào)通過SI/O腳傳給單片機(jī)，選用數(shù)字溫度傳感器它能輸出溫度數(shù)據(jù)即相關(guān)溫度控制量，適配各種微控制器，并能最簡方式構(gòu)成高性價(jià)比多功能的智能溫度監(jiān)控，、選用Im74cim-3傳感器是美國半導(dǎo)體公司生產(chǎn)，它內(nèi)含溫度傳感器和13位∑-Δ式A/D傳感器，測溫范圍是-55℃～+125℃，在-10℃～+65℃精度可達(dá)±1。當(dāng)溫度超高或過流時(shí)，自動(dòng)斷開主回路，當(dāng)檢測電池的電壓、電流和溫度發(fā)生異常時(shí)，立即通過無觸點(diǎn)開關(guān)切斷主回路，使電池處于開路狀態(tài)；當(dāng)放電檢測到電池電壓較低時(shí)，通過無觸點(diǎn)開關(guān)切斷放電主回路，當(dāng)充電時(shí)檢測到電池電壓已經(jīng)飽和時(shí)，通過切斷主回路無觸點(diǎn)開關(guān)切斷充電回路；當(dāng)檢測到充、放電電流過流時(shí)，通過主回路無觸點(diǎn)開關(guān)切斷充電回路。
本發(fā)明的能源包的安全保護(hù)裝置還設(shè)有液晶顯示器接口，液晶顯示器可選用KS0108B/HD61202圖形液晶顯示器，可觀察各參數(shù)情況。
正常工作時(shí)，將自行車插頭插上，打開開關(guān)就可放電，充電時(shí)充電器插入充、放電接口，進(jìn)行充電，當(dāng)電壓達(dá)到額定值時(shí)充電結(jié)束。
本發(fā)明的能源包適用于電動(dòng)自行車、滑板車、巴士、摩托車、每個(gè)能源包重3.5公斤，體積2.4升，一個(gè)3.5公斤18Ah/24V能源包，一次充電可行駛66公里。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)自行車鋰離子電池能源包，它由外殼(2)、電池組(1)、電源接口和安全保護(hù)裝置(3)組成，其特征在于在外殼內(nèi)裝有由4～14只鋁塑膜軟包裝方扁型鋰離子電池組成的14.4V至48V電池組，安全保護(hù)裝置由電壓監(jiān)控裝置、電流監(jiān)控裝置和溫度監(jiān)控裝置組成，電池組的每只電池的正、負(fù)極串聯(lián)后引出每只電池的電壓線(5)與安全保護(hù)裝置的電壓監(jiān)控裝置、溫度監(jiān)控裝置(16)相連，電壓監(jiān)控裝置、溫度監(jiān)控裝置分別與無觸點(diǎn)開關(guān)(6)連接，電池組的正極與充電、放電接口(4)連接，電池組的負(fù)極通過無觸點(diǎn)開關(guān)與安全保護(hù)裝置的電流監(jiān)控裝置(7)連接組成主回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池能源包，其特征在于所述的安全保護(hù)裝置的電壓監(jiān)控裝置包括電壓信號(hào)采集、光電耦合器、光電繼電器和通道選擇器，電壓信號(hào)采集是將電池組的電池依次逐個(gè)的將各電池的輸出電壓輸入端并連接電阻R1接入線性光電耦合器(9)輸入端的1腳、2腳，3腳接地，4腳連接電阻R2接單片機(jī)(13)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D輸入端，另外端接地，另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接，R2與A/D之間連電阻R3與+5V電源，電池組(1)中的每只電池兩端接入光電繼電器(8)輸入端，其輸出口相同腳并聯(lián)接光電耦合器接單片機(jī)的A/D輸入端，另端接地，光電繼電器接+5V電源，選用內(nèi)部有4-16路的數(shù)字通道選擇器(10)與單片機(jī)連接，單片機(jī)的片選信號(hào)接反向器(14)輸入端，輸出端接通道選擇器的驅(qū)動(dòng)端CS1、CS2、CSIO分別連接光電繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池能源包，其特征在于所述的安全保護(hù)裝置的電流監(jiān)控裝置它采用非接觸式霍爾元件采集電流，將霍爾元件主電路電壓信號(hào)Ui連接到電池組的主電路與連接電容C11、C12、并聯(lián)電阻R11、R12的運(yùn)算放大器IC1(12)正輸入端連接，其輸出與單片機(jī)中A/D轉(zhuǎn)換器輸入口連接，單片機(jī)另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池能源包，其特征在于所述的安全保護(hù)裝置的溫度監(jiān)控裝置它選用Lm74傳感器(11)貼在電池外側(cè)，其U+和GND連接電容C21分別連接電源的串聯(lián)二極管(15)的+5V電源的正、負(fù)端，SI/O為采集施密特觸發(fā)器的串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，SC為串行時(shí)鐘輸入端，SC接單片機(jī)的同步串行時(shí)鐘口SCK，SI/O與單片機(jī)SDI和SDO串聯(lián)電阻R21連接，單片機(jī)的CS與LM74的片選端/C連接，單片機(jī)另一接口與無觸點(diǎn)開關(guān)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池能源包，其特征在于所述安全保護(hù)裝置還設(shè)有液晶顯示器接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池能源包，其特征在于所述的線性光電耦合器為PC817，數(shù)字通道選擇器為CD4067，運(yùn)算放大器為ICL7650。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池能源包，其特征在于所述的溫度傳感器LM74為1m74cim-3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)自行車鋰離子電池能源包，其特征在于在外殼內(nèi)的有一由4～14只鋁塑膜軟包裝方扁型鋰離子電池組成的14.4V至48V電池組，電池組的每只電池的正、負(fù)極串聯(lián)后引出每個(gè)電池的電壓線與電壓、溫度監(jiān)控裝置相連，串聯(lián)的正極與充電、放電接口連接，電池組的負(fù)極通過無觸點(diǎn)開關(guān)與電流監(jiān)控裝置連接，當(dāng)電壓、電流和溫度發(fā)生異常時(shí)可進(jìn)行安全保護(hù)，它具有可方便制成任意安時(shí)數(shù)和形狀的能源包，比容量高、安全性好，重量輕、體積小，對(duì)環(huán)境無污染的優(yōu)點(diǎn)及效果。
文檔編號(hào)G01R15/12GK1599122SQ20041000942
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月11日
發(fā)明者其魯, 劉正耀, 安平, 晨暉, 珠娜 申請(qǐng)人:北京中信國安盟固利新材料技術(shù)研究院有限公司