專利名稱：可充電電池組充放電均衡保護(hù)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適合于10節(jié)36V電動(dòng)車用串聯(lián)鋰離子或磷 酸鐵鋰動(dòng)力可充電電池組充放電均衡保護(hù)模塊，屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二十一世紀(jì)可謂是"時(shí)代呼喚綠色環(huán)保"的時(shí)代，不但要求人們 注重節(jié)約能源，更重要的是要求人們更加注重居住環(huán)境和綠色環(huán)保， 以實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。中國石油資源比較貧乏，燃油與尾氣的排 放污染又是未來大中城市大氣污染的主要污染源。為此發(fā)展動(dòng)力源無 疑是未來發(fā)展的必然趨勢，也是符合綠色環(huán)保革命的需求，更是一種 社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的工具。目前市場上主流的電動(dòng)車，其動(dòng)力源一般由 鉛酸或鎳氫電池組構(gòu)成，鉛酸電池、鎳氫電池循環(huán)實(shí)用壽命短、體積 大，因此都比較沉重，同時(shí)鉛酸電池存在安全隱患問題，鉛酸電池在 強(qiáng)烈的撞擊下容易發(fā)生爆炸對(duì)消費(fèi)者的生命安全構(gòu)成威脅，鉛酸電池 中含有大量的鉛，在其廢棄處理后若處理不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境構(gòu)成二次污 染，鎳氫電池存在記憶效應(yīng)，促使電池的實(shí)用效率大大降低。鋰離子、 磷酸鐵鋰電池是一種電壓高、體積小、重量輕、無記憶效應(yīng)、循環(huán)使 用壽命長并無污染的綠色能源，但是鋰離子或磷酸鐵鋰電池在實(shí)用過 程中若使用不當(dāng)(過充電、放電、短路、過流)也存在易損壞、爆炸 等安全隱患，因此對(duì)電池組的管理提出了嚴(yán)格的要求。 一般4節(jié)以下 的鋰離子或磷酸鐵鋰電池組都采用專門的電池管理保護(hù)芯片做保護(hù) 模塊，5節(jié)以上(含5節(jié))鋰離子或磷酸鐵鋰電池組采用電池管理保護(hù)芯片串聯(lián)的方式組成，這樣電池組在使用的過程中因個(gè)別單體電池 老化，導(dǎo)致內(nèi)阻升高，促使電池組在充電過程中因個(gè)別單體電池提前 達(dá)到充滿狀態(tài)，電池組充電結(jié)束，導(dǎo)致電池組利用效率不高，因此需 要增加充電均衡保護(hù)線路提高電池組的使用效率，每個(gè)單體電池都有 一個(gè)獨(dú)立的充電均衡保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)個(gè)別電池提前充滿的情況下，充電 均衡保護(hù)系統(tǒng)打開所控制的場效應(yīng)管使充電電流自動(dòng)跳到下一個(gè)單 體電池繼續(xù)充電，充滿為止，這種方式的缺點(diǎn)是促使電池保護(hù)模塊結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品制造成本增加。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種低功耗、抗干擾能 力強(qiáng)的串聯(lián)鋰離子或磷酸鐵鋰電池組充放電均衡保護(hù)方案，促使電池 組在使用過程中利用效率達(dá)到最高。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種可充電電池組充放電 均衡保護(hù)模塊，采用n個(gè)鋰電池管理保護(hù)芯片S8204B級(jí)聯(lián)，由兩組 功率場效應(yīng)管分別連接充放電控制端；它還包括帶載能力控制單元和 充電均衡保護(hù)單元；所述帶載能力控制單元與兩組功率場效應(yīng)管串 聯(lián)；所述充電均衡保護(hù)單元與級(jí)聯(lián)的鋰電池管理保護(hù)芯片組并聯(lián)；所 述兩組場效應(yīng)管是N溝道的低內(nèi)阻場效應(yīng)管，每組是由單個(gè)或多個(gè)場
效應(yīng)管并接組成。
所述的充電均衡保護(hù)單元由最多4n個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)電路組 成；每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)電路由管理保護(hù)芯片、場效應(yīng)管和電阻組成，
與所對(duì)應(yīng)的充電鋰電池并接。
所述的帶載能力控制單元由一組并聯(lián)的大功率貼片式精密電阻 組成。上述方案中所述n為3，同時(shí)充電的鋰電池為10個(gè)。 本實(shí)用新型的有益效果是電路較簡單，比較容易實(shí)現(xiàn)較好的電 氣特性，由于S8204B不存在電池?cái)?shù)量的限制，可為5節(jié)以上的電池 組提供一個(gè)簡單實(shí)用的充放電保護(hù)方案。在充電均衡保護(hù)控制下保證 每節(jié)電池都能達(dá)到充滿狀態(tài)，大大提高電池組的工作效率。采用功率 場效應(yīng)管和電壓監(jiān)測精密電阻各并聯(lián)方式解決大電流釋放。


圖l為本實(shí)用新型的電路框圖。 圖2為本實(shí)用新型的充電均衡保護(hù)單元電路圖。 圖3為本實(shí)用新型的帶載能力控制單元電路圖。 圖4為本實(shí)用新型的充放電場效應(yīng)管電路圖。 圖5為本實(shí)用新型的電壓檢測開關(guān)電路圖。 圖6為本實(shí)用新型的電氣原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型可充電電池組充放電均衡保護(hù)模塊的電路框圖如圖1 所示，它包括三個(gè)鋰電池管理保護(hù)芯片S8204B，編號(hào)為IC1、 IC2、 IC3;管理保護(hù)芯片濾波電容，編號(hào)為C1、 C2、 C3;充放電功率場效 應(yīng)管FET各一組，編號(hào)為Qa、 Qb及場效應(yīng)管散熱片；由精密電阻組 成的帶載能力控制單元，編號(hào)RS;外接電容設(shè)置過電流檢測延遲時(shí) 間控制端，編號(hào)為C4、 C5、 C6;減小電池因過放電導(dǎo)致的消耗電流 控制的電壓檢測開關(guān)電路，編號(hào)為Mn;充電均衡保護(hù)單元，編號(hào)為 Bn;印刷電路板及防水材料等。
首先將三個(gè)3 4節(jié)鋰電池保護(hù)芯片充電、放電控制FET端子和充放電連接端子串聯(lián)在一起，當(dāng)充電器對(duì)電池組過充電時(shí)，為防止溫 度上升導(dǎo)致電池內(nèi)壓升高，需要終止充電狀態(tài)，此時(shí)通過檢測電池電
壓激活過充電保護(hù)功能，終止充電；當(dāng)監(jiān)測電壓低于電池過放電保護(hù) 電壓檢測點(diǎn)時(shí)激活過放電保護(hù)功能，終止放電，并將電池保持低靜態(tài) 電流的待機(jī)模式。電池在過電流和短路的情況下，激活過電流保護(hù)功 能，終止放電。電池組充放電、過流、短路保護(hù)功能主要是依靠保護(hù) 芯片IC1、 IC2、 IC3的C0P、 D0P、 CTLC、 CTLD端子來控制場效應(yīng)管 的通、斷。當(dāng)回路出現(xiàn)大電流釋放時(shí)(一般電動(dòng)車啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生瞬間電 流20 30A)，若電池組帶載能力達(dá)不到要求就會(huì)造成電動(dòng)車難以啟 動(dòng)，可以通過調(diào)節(jié)精密電阻的大小來實(shí)現(xiàn)，同樣也可以調(diào)節(jié)外接電容 C4、 C5、 C6來設(shè)置過電流檢測延遲時(shí)間。
電池組在循環(huán)實(shí)用過程中可能產(chǎn)生個(gè)別單體電池內(nèi)阻升高，導(dǎo)致 電池組在充電過程中產(chǎn)生充電不平衡，利用效率大大降低，所以需要 在電池組管理保護(hù)模塊中增加充電均衡保護(hù)電路(如圖2)，它在每 節(jié)電池兩端增加一個(gè)過充電保護(hù)線路(B101、 Q101、 R101等依次組 成)，管理保護(hù)芯片BlOl、 B201……B110 (S8241)監(jiān)測每個(gè)電池的 充電狀態(tài)，若檢測電壓高于過充電壓保護(hù)值時(shí)，自動(dòng)打開相對(duì)應(yīng)的
M0SFET (Q101、 Q201......QllO)，保證電池組中的所有電池均衡一致
地進(jìn)行充電，直至所有電池充滿為止。
附圖3所示帶載能力控制單元，是由多個(gè)大功率貼片式精密電阻 并接組成，通過鋰電池管理保護(hù)芯片的VSS—VINI電壓檢測端子，調(diào) 節(jié)阻值來控制電池組的帶載能力。
附圖4所示電壓檢測開關(guān)電路由6個(gè)M0S管Ml、 M2、 M3、 M4、 M5、 M6組成，分別與三片鋰電池保護(hù)芯片的電壓檢測端子VMP相連； 當(dāng)電池組中任何一塊電池出現(xiàn)過放電時(shí)，可以保證鋰電池管理保護(hù)芯片IC1、 IC2、 IC3進(jìn)入休眠模式從而減小電池組保護(hù)模塊的消耗電流。 除功率場效應(yīng)管(Qa、 Qb)外所有元件均采用貼片元件，PCB板 采用環(huán)氧樹脂作為基本，并在鋰電池均衡保護(hù)模塊產(chǎn)品上噴灑防水 膠，圖6為本實(shí)用新型可充電電池組充放電均衡保護(hù)模塊的電氣原理 圖。
權(quán)利要求1、一種可充電電池組充放電均衡保護(hù)模塊，采用3個(gè)鋰電池管理保護(hù)芯片級(jí)聯(lián)，由兩組功率場效應(yīng)管分別連接充放電控制端，其特征在于它還包括帶載能力控制單元和充電均衡保護(hù)單元；所述帶載能力控制單元與兩組功率場效應(yīng)管串聯(lián)；所述充電均衡保護(hù)單元與級(jí)聯(lián)的鋰電池管理保護(hù)芯片組并聯(lián)；所述兩組場效應(yīng)管是N溝道的低內(nèi)阻場效應(yīng)管，每組是由單個(gè)或多個(gè)場效應(yīng)管并接組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電均衡保護(hù)模塊，其特征在于所述充電均衡保 護(hù)單元由最多12個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)電路組成；每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)電路由管理 保護(hù)芯片、場效應(yīng)管和電阻組成，與所對(duì)應(yīng)的充電鋰電池并接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電均衡保護(hù)模塊，其特征在于所述帶載能力控 制單元由一組并聯(lián)的大功率貼片式精密電阻組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的充放電均衡保護(hù)模塊，其特征在于同時(shí)充電的鋰電 池為10個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型為一種適合于10節(jié)36V電動(dòng)車用串聯(lián)鋰離子或磷酸鐵鋰動(dòng)力可充電電池組充放電均衡保護(hù)模塊，采用三個(gè)鋰電池管理保護(hù)芯片S8204B級(jí)聯(lián)，它包括帶載能力控制單元、充電均衡保護(hù)單元、消耗電流控制單元和兩組功率場效應(yīng)管，所述帶載能力控制單元與兩組功率場效應(yīng)管串聯(lián)；所述充電均衡保護(hù)單元與級(jí)聯(lián)的鋰電池管理保護(hù)芯片組并聯(lián)；所述兩組場效應(yīng)管是N溝道的低內(nèi)阻場效應(yīng)管，每組是由單個(gè)或多個(gè)場效應(yīng)管并接組成。優(yōu)點(diǎn)是在充電均衡保護(hù)控制下保證每節(jié)電池都能達(dá)到充滿狀態(tài)，大大提高電池組的工作效率；帶載能力控制方式有效解決了大電流釋放問題，為5節(jié)以上的電池組提供一個(gè)簡單實(shí)用的充放電保護(hù)方案。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201393058SQ20092006772
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者周業(yè)昌, 張樹望, 曾明球, 偉 鄔 申請(qǐng)人:上海長園維安電子線路保護(hù)股份有限公司