專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電源穩(wěn)壓技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種鋰電池組內(nèi)各單體電 池電壓的均壓裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)自行車(chē)或電動(dòng)汽車(chē)所用的鋰電池組在出廠時(shí)通常釆用對(duì)各單體電 池進(jìn)行電壓篩選的方法挑選出電壓一致的單體電池組裝成鋰電池組。但由 于各單體電池內(nèi)在質(zhì)量差異，在實(shí)際使用中往往會(huì)很快出現(xiàn)某些單體電池 電壓過(guò)高或過(guò)低的現(xiàn)象，從而影響整個(gè)鋰電池組的有效工作壽命。對(duì)于這 種情況，在現(xiàn)有技術(shù)中通常采用電阻放電耗能的方法，例如中國(guó)第
02116423. 1號(hào)專(zhuān)利中公開(kāi)的技術(shù)，將電壓過(guò)高的單體電池放掉部分能量， 使之電壓下降，以避免因單體電池電壓過(guò)高而引發(fā)的爆炸事故。這種方法 能對(duì)電壓過(guò)高的單體電池進(jìn)行放電降壓、可以有效地避免發(fā)生鋰電池組爆 炸事故，具有一定實(shí)用性。但由于其中只解決了某些電壓過(guò)高單體電池的 放電降壓?jiǎn)栴}，而對(duì)于鋰電池組中的電壓過(guò)低的單體電池是不起任何作用 的，而且對(duì)電壓過(guò)高單體電池的放電降壓采用的是電阻耗能的方法，能量 沒(méi)有得到合理利用，而是被消耗浪費(fèi)掉了，此外，由于對(duì)電壓偏低的單體 電池沒(méi)有釆取升壓措施，所以對(duì)鋰電池組的整體工作壽命幫助不大，因而 從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性角度考慮，尚欠理想。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是要提供一種既能解決鋰電池組中某些單體電池電壓過(guò)高的問(wèn)題，又能解決某些單體電池電壓過(guò)低的問(wèn)題，從而有利于鋰電 池組中所串聯(lián)的各單體電池電壓趨于一致、有利于延長(zhǎng)鋰電池組有效工作 壽命的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置。
本實(shí)用新型的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓均壓的方法是這樣的通過(guò) 設(shè)置一個(gè)能受控接收存貯電能和受控向外轉(zhuǎn)移所存貯電能的儲(chǔ)能元件、設(shè) 置一具有信號(hào)輸入和輸出控制信號(hào)功能的單片機(jī)、 一組設(shè)置在鋰電池組中 各單體電池電極與儲(chǔ)能元件及單片機(jī)信號(hào)輸入/輸出腳之間的電子開(kāi)關(guān)，由 單片機(jī)按需控制各電子開(kāi)關(guān)的閉合/斷開(kāi)，執(zhí)行對(duì)各單體電池的電壓釆樣檢 測(cè)、并判斷各單體電池的電壓狀況，再據(jù)此按需控制閉合設(shè)置在單體電池 與儲(chǔ)能元件間的相應(yīng)電子開(kāi)關(guān)，執(zhí)行將電壓偏高單體電池中的電能向儲(chǔ)能 元件中的轉(zhuǎn)移性?xún)?chǔ)存、使之降壓，將儲(chǔ)能元件中所儲(chǔ)存的電能按需對(duì)電壓 偏低的單體電池進(jìn)行電能補(bǔ)充，使之升壓，于是在單片機(jī)的自動(dòng)巡回檢測(cè) 和控制下將電壓偏高單體電池中的電能轉(zhuǎn)送到電壓偏低的單體電池中去， 使鋰電池組內(nèi)各單體電池的電壓趨于一致，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池組內(nèi)各單體電 池的電壓均壓。
本實(shí)用新型的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置主體包含有盒 體、鋰電池組和電氣線路板，鋰電池組和電氣線路板均設(shè)置在盒體腔內(nèi)， 鋰電池組由多個(gè)單體電池按需串聯(lián)而成，至少設(shè)置二個(gè)，電氣線路板上固 定包含設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)組件、儲(chǔ)能元件和單片機(jī)。其中所述的電子開(kāi)關(guān) 組件由一組一端分別與單體電池串聯(lián)后形成的電極引出腳電氣相連、另一 端經(jīng)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后與儲(chǔ)能元件的引出腳電氣相連的電子開(kāi)關(guān)組成，電子
開(kāi)關(guān)的設(shè)置數(shù)量與鋰電池組中所設(shè)置的單體電池的數(shù)量有關(guān)；對(duì)于由n個(gè)單體電池串聯(lián)后形成的n + i個(gè)電極引出腳，就需設(shè)置n"個(gè)電子開(kāi)關(guān)，此外，
在單片機(jī)的信號(hào)輸入/輸出腳與儲(chǔ)能元件兩端的引出腳之間還分別設(shè)置有 采樣電子開(kāi)關(guān)；所述的儲(chǔ)能元件由電容器或電感器充任；所述的單片機(jī)上 包含設(shè)置有信號(hào)輸入/輸出腳和控制信號(hào)輸出腳。
工作時(shí)，由單片機(jī)按序控制各電子開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)，執(zhí)行對(duì)各單體 電池電壓的釆樣檢測(cè)，并按需閉合與儲(chǔ)能元件引出腳電氣相連的相應(yīng)電子 開(kāi)關(guān)，執(zhí)行將電壓偏高單體電池中的多余電能取出，使之電壓降低，并將 取出的電能轉(zhuǎn)送至儲(chǔ)能元件中儲(chǔ)存，再將儲(chǔ)能元件中所儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)送到 電壓偏低的單體電池中去，使之電壓升高，這樣在單片機(jī)的自動(dòng)控制下不 間斷地按需轉(zhuǎn)移電能，最終使鋰電池組中的各單體電池電壓趨于一致，從 而實(shí)現(xiàn)鋰電池組內(nèi)各單體電池的電壓均壓。
此外，在本實(shí)用新型的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置中還可 按需設(shè)置有確保單片機(jī)正常工作的電壓轉(zhuǎn)換電路和具有鋰電池充放電保護(hù) 功能的電壓釆樣控制電路、電流采樣控制電路、溫度釆樣電路及溫度傳感 器。
基于上述構(gòu)思的本實(shí)用新型鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置， 由于采用了利用儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存從各電壓偏高單體電池中取出的電能、并將 該取出的儲(chǔ)存電能又用來(lái)補(bǔ)充電壓偏低單體電池，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中
通過(guò)電阻消耗電能的浪費(fèi)現(xiàn)象；由于在單片機(jī)對(duì)各單體電池作巡回電壓釆 樣檢測(cè)的基礎(chǔ)上按需進(jìn)行從電壓偏高單體電池中取出電能、并加以?xún)?chǔ)存， 再對(duì)電壓偏低單體電池進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)移性補(bǔ)充，使經(jīng)單片機(jī)控制處理后的 鋰電池組內(nèi)的各單體電池的電壓趨近、均壓，有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的各單體電池電壓高低不一和只處理電壓偏高的單體電池，不處理電壓偏低的 單體電池的結(jié)果引發(fā)的鋰電池組中各單體電池間電壓不均、致使鋰電池組 實(shí)際工作壽命較短的弊端。由上可見(jiàn)，本實(shí)用新型的鋰電池組內(nèi)各單體電 池電壓的均壓裝置，基于單片機(jī)的自動(dòng)控制、不間斷地按需轉(zhuǎn)移電能，使 鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓處于均壓狀態(tài)，有利于節(jié)約能源和延長(zhǎng)鋰電池 組的有效工作壽命，方法可靠且科學(xué)合理，具有明顯的可操作性，裝置的 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且使用方便、工作安全且可靠，因而具有明顯的技術(shù)先進(jìn)性、顯 著經(jīng)濟(jì)性和很強(qiáng)的實(shí)用性。

圖l是本實(shí)用新型實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電氣工作原理示意圖
圖3是由實(shí)用新型實(shí)施例構(gòu)建的一種鋰電池組管理器的電氣示意圖。
圖中
l.盒體 2.鋰電池組 3.電氣線路板 4.單體電池
5.電子開(kāi)關(guān)組件6.儲(chǔ)能元件 7.單片機(jī) 8.電子開(kāi)關(guān)
9.電壓轉(zhuǎn)換電路10.電壓釆樣控制電路 11.電流釆樣控制電路 12.溫度釆樣電路13.溫度傳感器14.釆樣電子開(kāi)關(guān)具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及典型實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。 在圖1和圖2中，本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的 均壓裝置主體包含有盒體1、鋰電池組2和電氣線路板3。鋰電池組2和電 氣線路板3均設(shè)置在盒體1的腔內(nèi)，鋰電池組2按需由9個(gè)(Dl-D9)單體電池4串聯(lián)而成，電氣線路板3上固定包含設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)組件5、儲(chǔ)
能元件6、采樣電子開(kāi)關(guān)14和單片機(jī)7。其中所述的電子開(kāi)關(guān)組件5由 一組一端分別與代號(hào)為Dl-D9的單體電池4串聯(lián)后形成的十個(gè)電極引出腳 電氣相連、另一端經(jīng)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)Jd、 Js、 Jsf和Jdf后與代號(hào)為C的由 電容器充任的儲(chǔ)能元件6的引出腳電氣相連的代號(hào)為J1-J10的電子開(kāi)關(guān)8 組成；所述的儲(chǔ)能元件6由電容器充任；代號(hào)為7的MCU的單片機(jī)的信號(hào) 輸入/輸出腳通過(guò)代號(hào)為Jo和Jp的采樣電子開(kāi)關(guān)14與電容器C的引出端 電氣相連。
在電路連接狀態(tài)下，電子開(kāi)關(guān)組件5中序號(hào)為奇數(shù)的Jl, J3, J5， J7 和J9的一端分別與鋰電池組2的單體電池4中的Dl、 D3、 D5、 D7和D9 上的正極(亦即Dl的正極和D2、 D4、 D6、 D8的負(fù)極)電氣相連，另一 端共接后與Jd、 Jsf的一端電氣相連，Jd的另一端與電容器C的正極電氣 相連，Jsf的另一端與電容器C的負(fù)極電氣相連；序號(hào)為偶數(shù)的J2, J4， J6, J8， J10的一端分別與鋰電池組2的單體電池4中的D2、 D4、 D6和D8的 正極(亦即D1、 D3、 D5和D7的負(fù)極)和D9的負(fù)極電氣相連，另 一端共 接后與Jdf、 Js的一端電氣相連，Jdf的另一端與電容器C的負(fù)極電氣相 連，Js的另一端與電容器C的正極電氣相連；電容器C的負(fù)極通過(guò)釆樣電 子開(kāi)關(guān)14中的Jp的另一端與MCU單片機(jī)的信號(hào)輸入/輸出腳電氣相連，電 容器C的正極通過(guò)采樣電子開(kāi)關(guān)14中的Jo的另一端與MCU的信號(hào)輸入/ 輸出腳電氣相連。
工作時(shí)，當(dāng)MCU單片機(jī)對(duì)D1電壓釆樣時(shí)，先接通J1 、 J2、 Jd及Jdf 對(duì)電容器C充電，然后斷開(kāi)J1、 J2、 Jd及Jdf,接通Jo、 Jp, ，MCU對(duì)電容器C釆樣，從而達(dá)到對(duì)D1釆樣的目的；采樣D2電壓時(shí)，接通J2、 J3、 Js和Jsf對(duì)電容器C充電，然后斷開(kāi)J2、 J3、 Js和Jsf,接通Jo、 Jp， MCU對(duì)電容器C采樣，從而達(dá)到對(duì)D2采樣的目的；其他以此類(lèi)推。
從電壓偏高的電池中取出電能的方法與釆樣該電池電壓的方法類(lèi)似， 例如，D8電壓偏高，則接通J8、 J9及Js、 Jsf,就能將D8中的一部分電 能轉(zhuǎn)儲(chǔ)到電容C中；同樣，如果D8電壓偏低，則同樣接通J8、 J9及Js、 Jsf，就能將電容器C中的一部分電能轉(zhuǎn)送到D8中去。
由單片機(jī)7按序控制各電子開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)，執(zhí)行對(duì)各單體電池4 的電壓釆樣檢測(cè)，并按需閉合與儲(chǔ)能元件6引出腳電氣相連的相應(yīng)電子開(kāi) 關(guān)，執(zhí)行將電壓偏高單體電池中的多余電能取出，使之電壓降低，并將取 出的電能轉(zhuǎn)送儲(chǔ)存于儲(chǔ)能元件6中，再將儲(chǔ)能元件6中所儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)送 到電壓偏低的單體電池4中，使之升高電壓，最終使鋰電池組2中的各單 體電池4( Dl-D9)的電壓趨于一致，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池組2內(nèi)各單體電池4 的電壓均壓。電子開(kāi)關(guān)組件5中所包含設(shè)置的代號(hào)為Jl-J10，Jd, Jdf, Js 和Jsf及Jo和Jp采樣電子開(kāi)關(guān)14分別受MCU單片機(jī)7控制，鋰電池組 2中按需設(shè)置有代號(hào)為Dl-D9的9個(gè)單體電池4,各單體電池4的電壓都能 通過(guò)各電子開(kāi)關(guān)8的不同組合被MCU單片機(jī)采樣和進(jìn)行均壓處理。
在圖3中，在本實(shí)用新型的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置中 還按需配備設(shè)置有確保單片機(jī)7正常工作的電壓轉(zhuǎn)換電路9和具有鋰電池 充放電保護(hù)功能的電壓采樣控制電路IO、電流采樣控制電路ll、溫度釆樣 電路12及溫度傳感器13。
權(quán)利要求1.一種鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，包含有盒體(1)、鋰電池組(2)和電氣線路板(3)，鋰電池組(2)和電氣線路板(3)均設(shè)置在盒體(1)的腔內(nèi)，其特征在于鋰電池組(2)由數(shù)個(gè)單體電池(4)串聯(lián)而成，電氣線路板(3)上包含設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)組件(5)、儲(chǔ)能元件(6)和單片機(jī)(7)，其中所述的電子開(kāi)關(guān)組件(5)由一組一端分別與各單體電池(4)的電極引出腳電氣相連、另一端與儲(chǔ)能元件(6)的引出腳及單片機(jī)(7)的信號(hào)輸入/輸出腳電氣相連的數(shù)個(gè)電子開(kāi)關(guān)(8)組成；儲(chǔ)能元件(6)由電容器或電感器充任；單片機(jī)(7)上包含設(shè)置有信號(hào)輸入/輸出腳和控制信號(hào)輸出腳。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其特 征在于所述的鋰電池組(2 )中的單體電池(4 )至少按需設(shè)置有2個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其特 征在于所述的電子開(kāi)關(guān)組件(5)中的電子開(kāi)關(guān)(8)包含有由設(shè)置在 鋰電池組(2)中的n個(gè)單體電池(4)串聯(lián)后形成的n + i個(gè)電極引出 腳上的Jl--Jn + i、設(shè)置在儲(chǔ)能元件(6)的極性引出腳上的Jd 、 Js、 Jsf 、 Jdf和設(shè)置在單片機(jī)(7 )的信號(hào)輸入/輸出腳上的Jo和Jp。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l或3所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置， 其特征在于所述的電子開(kāi)關(guān)(8)中的Jl—Jn + i的一端分別設(shè)置在由 n個(gè)單體電池(4)串聯(lián)后形成的n + i個(gè)電極引出腳上，其序號(hào)為奇數(shù) 的電子開(kāi)關(guān)(8)的另一端互相拼接后與儲(chǔ)能元件(6)的極性引出腳 上的Jd、 Jsf及設(shè)置在單片機(jī)(7)的信號(hào)輸入/輸出腳上的Jo的一 端電氣相連，其序號(hào)為偶數(shù)的電子開(kāi)關(guān)(8)的另一端互相拼接后與 儲(chǔ)能元件(6 )的極性引出腳上的Jdf 、 Js及設(shè)置在單片機(jī)(7 )的 信號(hào)輸入/輸出腳上的Jp電氣相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其特征在于所述的電氣線路板(3)上還按需配備設(shè)置有電壓轉(zhuǎn)換電路(9) 和電壓采樣和控制電路(10)、電流釆樣電路(11 )、與溫度傳感器(13) 電氣相連的溫度釆樣電路(12)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，包含有盒體、鋰電池組和上面設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)組件、儲(chǔ)能元件和單片機(jī)的電氣線路板。電子開(kāi)關(guān)組件由一組一端分別與單體電池串聯(lián)后形成的電極引出腳電氣相連、另一端經(jīng)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與儲(chǔ)能元件的引出腳相連，儲(chǔ)能元件的引出腳通過(guò)采樣電子開(kāi)關(guān)與單片機(jī)的信號(hào)輸入/輸出腳電氣相連。由單片機(jī)通過(guò)控制電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，執(zhí)行電壓采樣和將電壓偏高單體電池中的多余電能取出并儲(chǔ)存于儲(chǔ)能元件中，使之電壓降低，再將儲(chǔ)能元件中所儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)送到電壓偏低的單體電池中去，使之電壓升高，在單片機(jī)的自動(dòng)控制下按需轉(zhuǎn)移電能，使鋰電池組中的各單體電池電壓趨于一致，實(shí)現(xiàn)均壓，有利于節(jié)能和提高鋰電池組的工作壽命。
文檔編號(hào)H01M10/42GK201146223SQ20072007585
公開(kāi)日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者俞龍生, 朱彭遐, 馬仁源, 馬思悅 申請(qǐng)人:馬仁源