專利名稱：一種鋰離子電池組均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種鋰離子電池組均衡電路。
背景技術(shù)：
鋰離子電池以高能量密度、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)，在手機(jī)、筆記本電腦市場(chǎng)，它已 經(jīng)完全取代其他電池，擁有100%的占有率；目前，鋰離子電池正迅速延伸入電動(dòng)工具、電 動(dòng)自行車、及其他的應(yīng)用中，它廣闊的市場(chǎng)前景也越來(lái)越得到業(yè)界的認(rèn)同。然而與鎳氫、鎳 鎘、鉛酸電池相比，要更快地推動(dòng)鋰離子電池的應(yīng)用和發(fā)展，我們就必須不斷提高它的安全 性和使用壽命。本文將從充電器角度，討論一種新型的平衡充電解決方案以提高鋰離子電 池的安全性，延長(zhǎng)電池使用壽命，同時(shí)降低整套系統(tǒng)的成本。鋰離子電池組串聯(lián)使用時(shí)容量不均衡的問(wèn)題大大限制其廣泛應(yīng)用，加入均衡電路 的有效的解決方法，龍其是對(duì)于大容量的鋰電池組價(jià)格昂貴，更是需要有效可靠的均衡電 路與均衡策略，可以說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)大容量鋰離子電池在大功率場(chǎng)合的廣泛應(yīng)用，電池單體的有 效均衡是目前的技術(shù)瓶頸之一。一、國(guó)內(nèi)外鋰離子電池組均衡電路的研究現(xiàn)狀均衡電路的研究隨著電池的廣泛使用就早已經(jīng)起步，早期的均衡主要是用分流電 阻業(yè)進(jìn)行的，效率較低，但因?yàn)楹?jiǎn)單可靠，至今仍是工業(yè)界常用的均衡方法，很多的公司也 為此開(kāi)發(fā)了專用芯片，美國(guó)的INTERSIL公司最近研發(fā)的一系列芯片ISL9208/16/17可以做 到最多12節(jié)串聯(lián)的小容量鋰離子電池均衡，近年，無(wú)損式均衡的研究十分活躍，尤其是美 國(guó)、日本、中國(guó)臺(tái)灣，提出了很多的拓?fù)涞目刂品桨?。哈爾濱工業(yè)大學(xué)等對(duì)電池的均衡工作 也作了較深的研究。二、鋰離子電池組均衡電路拓樸的研究現(xiàn)狀(—)對(duì)于小容量、低電壓的應(yīng)用場(chǎng)合，電阻分流法因?yàn)槠鋵?shí)簡(jiǎn)單，成本低廉成為 最主流的方案，但在大容量、高電壓的場(chǎng)合這種方安案能量損耗太太，顯然是不可取的。如 果可以將能量過(guò)高的電池單體的能量直接回饋縱然能量不足的電池，可以有效的減少電池 組的損耗，基于這一思想用繼電器網(wǎng)絡(luò)配合輸助充電電路或者傳遞能量的電容實(shí)現(xiàn)的均衡 電路在超級(jí)電容大巴車中已經(jīng)用所應(yīng)用，可是繼電器網(wǎng)絡(luò)和連線十分復(fù)雜，其控制精度和 動(dòng)太性能也很難得到保證。(二)對(duì)于非損耗型均衡電路方案，目前國(guó)內(nèi)外的研究生主要集中在兩方面開(kāi)關(guān) 電容法和DC-DC變流器法。1、開(kāi)關(guān)電容法利用開(kāi)關(guān)與容的組合實(shí)現(xiàn)能量在相鄰電池中的傳遞補(bǔ)(如圖片示)，直到所有電 池達(dá)到統(tǒng)一的電壓，這種方法損耗很小，但卻存在以下幾個(gè)問(wèn)題(1)、由于沒(méi)有傳感大，當(dāng)有異常情況時(shí)可靠件不能保證(2)、均衡的效率較低，不適合天大電流充電時(shí)的快速均衡(3)、相鄰電池電壓差很小時(shí)，均衡時(shí)間將非常長(zhǎng)
2、DC-DC 變流器法利天電力電子的方法進(jìn)行均衡，按結(jié)構(gòu)可分為集中式和分布式兩種，從理論上講 沒(méi)有損耗，是現(xiàn)在鋰電池均衡研究的主流方案，DC-DC變換器方案有多種拓?fù)?，?dāng)前應(yīng)用的 變換器均衡方案主要可分為(1)、集中式帶變壓器的均衡方案這種拓樸通過(guò)一個(gè)多輸出的變壓器，將能量傳遞到電壓最低的電池中，初級(jí)和次 級(jí)采用正激和反激結(jié)構(gòu)比較多，如圖所示，這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是均衡效率很高，速度很 快，但是其缺點(diǎn)也很明顯，次級(jí)繞組很難匹配，變壓器的漏感所造成的電壓差也很難補(bǔ)償， 不易于模塊化，開(kāi)關(guān)管耐壓高等，故實(shí)際應(yīng)用困難O)、分布式均衡方案分布式的結(jié)構(gòu)是在每個(gè)電池單體兩端并聯(lián)一個(gè)均衡電路，屬于放電式均衡，即能 量過(guò)高的電池向整個(gè)電也組或其余些電池放電。其特點(diǎn)是易于模塊化，不足之處在于器件 較多，分布式均衡方案從拓樸結(jié)構(gòu)上來(lái)講可分為隔離型和非隔離型兩類。1)隔離型拓樸在隔離型拓樸中，反激式結(jié)構(gòu)最為常用，其優(yōu)點(diǎn)是均衡效率高、開(kāi)關(guān)元件的電壓等 級(jí)與串聯(lián)級(jí)數(shù)無(wú)關(guān)，適合于電動(dòng)汽車等串聯(lián)電池單體數(shù)量多的電池組均衡。主要缺點(diǎn)是變 壓器效率不高，有漏問(wèn)題，多個(gè)副邊參數(shù)一致性困難。2)非隔離型拓樸基于相鄰電池間均衡的雙向無(wú)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在串聯(lián)電池單體數(shù)目較少的應(yīng)用 場(chǎng)合非常合適。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需解決的問(wèn)題是提供一種使用壽命長(zhǎng)、安全性高、效率高的鋰離子電池組 均衡電路。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種鋰離子電池組均衡電路，包括整流電路和 與整流電路連接的濾波電路，還包括有變壓器電路、控制電路和輸出電路，所述的變壓器電 路連接在濾波電路和輸出電路之間，所述的控制電路分別與變壓器電路和輸出電路連接。所述的變壓器電路包括變壓器TRl、電阻R2、R3、電容C4、C5、C6、C7、二極管D5、D6、 D8、電感L2、發(fā)光二極管LED1，所述的變壓器TRl包括有第一初級(jí)繞組、第二初級(jí)繞組和一 個(gè)次組繞組，變壓器TRl的第一初級(jí)繞組分別與電阻R2、R3、電容C6和二極管D5連接，變 壓器TRl的第二初級(jí)繞組分別二極管D6、電容C4、C5連接，變壓器TRl的次組繞組與二極 管D8、電容C7、發(fā)光二極管LEDl連接，二極管D8與電感L2的一端連接，電感L2的另一端 與輸出電路連接。所述的控制電路包括控制芯片U2、光控芯片Ul、三極管Ql、可控硅U3、電阻R4、R6、 R7、R8，控制芯片U2的4腳與光控芯片Ul連接，控制芯片U2的5 8腳連接在一起并與變 壓器TRl的第一初級(jí)繞組連接，光控芯片Ul與三極管Q1、可控硅U3分別連接。所述的輸出電路包括有電阻R11、R12、R18和電容C9，電阻R11、R12、R18串聯(lián)連接 后并聯(lián)在輸出端之間，電容C9并聯(lián)于輸出端之間。本發(fā)明鋰離子電池組均衡電路由于常規(guī)鋰電池充電器是對(duì)整個(gè)串聯(lián)電池一起充電，如長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)充放電，容易造成各單電池電壓偏差，影響電池的使用壽命。而這種分別 對(duì)單節(jié)電池充電，可以減少這種電壓偏差，而且各電池電壓一致性，均衡性比較好，提高了 鋰離子電池組的利用效率和使用壽命。


圖1是本發(fā)明鋰離子電池組均衡電路的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu) 原理作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如圖1所示，為本發(fā)明鋰離子電池組均衡電路的具體實(shí)施例，包括整流電路和與 整流電路連接的濾波電路，還包括有變壓器電路、控制電路和輸出電路，所述的變壓器電路 連接在濾波電路和輸出電路之間，所述的控制電路分別與變壓器電路和輸出電路連接。所 述的變壓器電路包括變壓器TRl、電阻R2、R3、電容C4、C5、C6、C7、二極管D5、D6、D8、電感 L2、發(fā)光二極管LED1，所述的變壓器TRl包括有第一初級(jí)繞組、第二初級(jí)繞組和一個(gè)次組繞 組，變壓器TRl的第一初級(jí)繞組分別與電阻R2、R3、電容C6和二極管D5連接，變壓器TRl 的第二初級(jí)繞組分別二極管D6、電容C4、C5連接，變壓器TRl的次組繞組與二極管D8、電容 C7、發(fā)光二極管LEDl連接，二極管D8與電感L2的一端連接，電感L2的另一端與輸出電路連 接。所述的控制電路包括控制芯片U2、光控芯片U1、三極管Q1、可控硅U3、電阻R4、R6、R7、 R8，控制芯片U2的4腳與光控芯片Ul連接，控制芯片U2的5 8腳連接在一起并與變壓 器TRl的第一初級(jí)繞組連接，光控芯片Ul與三極管Q1、可控硅U3分別連接。所述的輸出電 路包括有電阻R11、R12、R18和電容C9，電阻R11、R12、R18串聯(lián)連接后并聯(lián)在輸出端之間， 電容C9并聯(lián)于輸出端之間。上述實(shí)施例僅是單節(jié)鋰電池充電原理，如串聯(lián)多少個(gè)電池，就需要多少個(gè)電源，每 個(gè)電源都是獨(dú)立的。如為13串電池(單節(jié)電池電壓為3. 7V)，就需13個(gè)同樣的電源，13個(gè) 電源可分二塊電源板放置。上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用于限制本發(fā)明的實(shí)施方案，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，所做出的適當(dāng)變通或修改，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池組均衡電路，包括整流電路和與整流電路連接的濾波電路，其特征 是還包括有變壓器電路、控制電路和輸出電路，所述的變壓器電路連接在濾波電路和輸出 電路之間，所述的控制電路分別與變壓器電路和輸出電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池組均衡電路，其特征是所述的變壓器電路包括 變壓器TR1、電阻R2、R3、電容C4、C5、C6、C7、二極管D5、D6、D8、電感L2、發(fā)光二極管LED1， 所述的變壓器TRl包括有第一初級(jí)繞組、第二初級(jí)繞組和一個(gè)次組繞組，變壓器TRl的第一 初級(jí)繞組分別與電阻R2、R3、電容C6和二極管D5連接，變壓器TRl的第二初級(jí)繞組分別二 極管D6、電容C4、C5連接，變壓器TRl的次組繞組與二極管D8、電容C7、發(fā)光二極管LEDl連 接，二極管D8與電感L2的一端連接，電感L2的另一端與輸出電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池組均衡電路，其特征是所述的控制電路包括控 制芯片U2、光控芯片U1、三極管Q1、可控硅U3、電阻R4、R6、R7、R8，控制芯片U2的4腳與光 控芯片Ul連接，控制芯片U2的5 8腳連接在一起并與變壓器TRl的第一初級(jí)繞組連接， 光控芯片Ul與三極管Q1、可控硅U3分別連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池組均衡電路，其特征是所述的輸出電路包括有 電阻R11、R12、R18和電容C9，電阻R11、R12、R18串聯(lián)連接后并聯(lián)在輸出端之間，電容C9并 聯(lián)于輸出端之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池組均衡電路，包括整流電路、濾波電路、變壓器電路、控制電路和輸出電路，所述的濾波電路與整流電路連接，所述的變壓器電路連接在濾波電路和輸出電路之間，所述的控制電路分別與變壓器電路和輸出電路連接。本發(fā)明鋰離子電池組均衡電路具有使用壽命長(zhǎng)、安全性高、效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102074989SQ20101062458
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者奉平, 蔣濤 申請(qǐng)人:東莞市海拓偉電子科技有限公司