一種電池組均衡保護系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電池組均衡保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鋰電池組、控制電路、主電路和分流放電支路，所述主電路分別通過充電控制開關(guān)器件和放電控制開關(guān)器件與控制電路連接，分流放電支路連接到控制電路，鋰電池組的單節(jié)鋰電池串聯(lián)連接，所述控制電路包括過流檢測保護電阻、鋰電池保護芯片、充電控制用MOS管和放電控制用MOS管，所述鋰電池組的各單節(jié)鋰電池保護芯片的CO管腳分別連接到充電控制用MOS管，鋰電池保護芯片的DO管腳分別連接到放電控制用MOS管，鋰電池保護芯片的VM管腳串聯(lián)過流檢測保護電阻后連接到主電路上，鋰電池的分流放電支路串聯(lián)到對應(yīng)的鋰電池保護芯片的VDD管腳和VSS管腳之間。
【專利說明】一種電池組均衡保護系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力安全【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電池組均衡保護系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]電池組中各單體電池之間存在不一致性，連續(xù)的充放電循環(huán)導(dǎo)致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減，串聯(lián)電池組的容量由單體電池的最小容量決定，因此這些差異將使電池組的使用壽命縮短。造成這種不平衡的主要原因有:電池制作過程中，由于工藝等原因，同批次電池的容量、內(nèi)阻等存在差異；電池自放電率的不同，長時間的積累，造成電池容量的差異；電池使用過程中，使用環(huán)境如溫度、電路板的差異，導(dǎo)致電池容量的不平衡；電池組合前，由于篩選原則的不完善，導(dǎo)致的電池單體之間的不平衡。常用的均衡充放電技術(shù)有恒定分流電阻均衡充放電、通斷分流電阻均衡充放電、平均電池電壓均衡充放電、開關(guān)電容均衡充放電、降壓型變換器均衡充放電、電感均衡充放電等。而現(xiàn)有的單節(jié)鋰電池保護芯片均不含均衡充放電控制功能；多節(jié)鋰電池保護芯片均衡充電控制功能需要外接CPU，通過和保護芯片的串行通訊(如I2C總線)來實現(xiàn)，加大了保護電路的復(fù)雜程度和設(shè)計難度、降低了系統(tǒng)的效率和可靠性、增加了功耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】文獻和以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，在大量現(xiàn)有文獻研究和長期在相關(guān)領(lǐng)域研發(fā)實踐的基礎(chǔ)上，本實用新型提出“一種電池組均衡保護系統(tǒng)”，克服了現(xiàn)有技術(shù)中“針對三元鋰電池成組使用，各節(jié)鋰電池均要求充電過電壓、放電欠電壓、過流、短路的保護，充放電過程中要實現(xiàn)整組電池均衡充放電的問題”等技術(shù)難題，設(shè)計了采用單節(jié)鋰電池保護芯片對任意串聯(lián)數(shù)的成組鋰電池進行保護的含均衡充放電功能的電池組保護電路，實現(xiàn)“有效的避免了因電池組之間的性能差異導(dǎo)致對單體電池過度充電或過度放電的現(xiàn)象，最大限度的提高了系統(tǒng)的可靠度與能源轉(zhuǎn)換效率”的有益效果。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種電池組均衡保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)鋰電池組、控制電路、主電路和分流放電支路，所述主電路通過充電控制開關(guān)器件和放電控制開關(guān)器件與控制電路連接，分流放電支路連接到控制電路，鋰電池組的單節(jié)鋰電池串聯(lián)連接。所述分流放電支路包括充電過電壓分流放電支路電阻和與其串聯(lián)的分流放電支路控制用開關(guān)器件。所述控制電路包括過流檢測保護電阻、鋰電池保護芯片、充電控制用MOS管和放電控制用MOS管，所述鋰電池組的各鋰電池保護芯片的CO管腳分別連接到充電控制用MOS管，各鋰電池保護芯片的DO管腳分別連接到放電控制用MOS管，各電池保護芯片的VM管腳串聯(lián)過流檢測保護電阻后連接到主電路上，各鋰電池的分流放電支路串聯(lián)到對應(yīng)的鋰電池保護芯片的VDD管腳和VSS管腳之間。所述鋰電池保護芯片通過總線串聯(lián)連接，分別對所對應(yīng)的單節(jié)鋰電池的充放電、過流、短路狀態(tài)進行保護。所述鋰電池保護芯片控制分流放電支路開關(guān)器件的通斷。所述單節(jié)鋰電池保護芯片的充電電壓保護控制信號經(jīng)光耦隔離后并聯(lián)輸出，為主電路的充電開關(guān)器件導(dǎo)通提供柵級電壓。所述單節(jié)鋰電池保護芯片的放電電壓保護控制信號經(jīng)光耦隔離后并聯(lián)輸出，為主電路的放電開關(guān)器件導(dǎo)通提供柵級電壓。
[0005]一種電池組均衡保護方法包括以下步驟:步驟一、當(dāng)部分單節(jié)鋰電池在充電過程中，達到過電壓保護狀態(tài)，通過過電壓保護信號控制并聯(lián)在單節(jié)鋰電池電池正負極兩端的分流放電支路放電，同時將串聯(lián)在充電回路中的對應(yīng)單節(jié)鋰電池斷離出充電回路；當(dāng)所有單節(jié)鋰電池均充電進入過電壓保護狀態(tài)時，全部單節(jié)鋰電池電壓大小在誤差范圍內(nèi)完全相等，各節(jié)鋰電池保護芯片充電保護控制信號均變低，無法為主電路中的充電控制開關(guān)器件提供柵極偏壓，使其關(guān)斷，主回路斷開，即實現(xiàn)均衡充電，充電過程完成；步驟二、當(dāng)部分單節(jié)鋰電池欠電壓或者過流和短路時，對應(yīng)的單節(jié)鋰電池放電保護控制信號變低，無法為主電路中的放電控制開關(guān)器件提供柵極偏壓，使其關(guān)斷，主回路斷開，即結(jié)束放電使用過程。
[0006]本實用新型的有益效果:單節(jié)鋰電池保護芯片依據(jù)三元鋰電池組電池數(shù)目串聯(lián)使用，分別對所對應(yīng)的單節(jié)鋰電池的充放電、過流、短路狀態(tài)進行保護，同時通過保護芯片控制分流放電支路開關(guān)器件的通斷，進而實現(xiàn)BMS鋰電智能管理單元的均衡充放電，此種均衡保護電路有效的避免了因電池組之間的性能差異導(dǎo)致對單體電池過度充電或過度放電的現(xiàn)象，最大限度的提高了系統(tǒng)的可靠度與能源轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型具體實施例的具備均衡保護的鋰電池組保護板示意圖；
[0008]圖2為本實用新型具體實施例的充電過程示意圖；
[0009]圖3為本實用新型具體實施例的分流均衡過示意圖；
[0010]圖4為本實用新型具體實施例的放電過程示意圖。

【具體實施方式】
[0011]下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本實用新型的【具體實施方式】如所涉及的控制系統(tǒng)，相互間的連接關(guān)系，及實施方法，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本實用新型的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。
[0012]一種電池組均衡保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)鋰電池組、控制電路、主電路和分流放電支路，所述主電路通過充電控制開關(guān)器件和放電控制開關(guān)器件與控制電路連接，分流放電支路連接到控制電路，鋰電池組的單節(jié)鋰電池串聯(lián)連接。所述分流放電支路包括充電過電壓分流放電支路電阻和與其串聯(lián)的分流放電支路控制用開關(guān)器件。所述控制電路包括過流檢測保護電阻、鋰電池保護芯片、充電控制用MOS管和放電控制用MOS管，所述鋰電池組的各鋰電池保護芯片的CO管腳分別連接到充電控制用MOS管，各鋰電池保護芯片的DO管腳分別連接到放電控制用MOS管，各電池保護芯片的VM管腳串聯(lián)過流檢測保護電阻后連接到主電路上，各鋰電池的分流放電支路串聯(lián)到對應(yīng)的鋰電池保護芯片的VDD管腳和VSS管腳之間。所述鋰電池保護芯片通過總線串聯(lián)連接，分別對所對應(yīng)的單節(jié)鋰電池的充放電、過流、短路狀態(tài)進行保護。所述鋰電池保護芯片控制分流放電支路開關(guān)器件的通斷。所述單節(jié)鋰電池保護芯片的充電電壓保護控制信號經(jīng)光耦隔離后并聯(lián)輸出，為主電路的充電開關(guān)器件導(dǎo)通提供柵級電壓。所述單節(jié)鋰電池保護芯片的放電電壓保護控制信號經(jīng)光耦隔離后并聯(lián)輸出，為主電路的放電開關(guān)器件導(dǎo)通提供柵級電壓。
[0013]針對三元鋰電池成組使用，各節(jié)鋰電池均要求充電過電壓、放電欠電壓、過流、短路的保護，充放電過程中要實現(xiàn)整組電池均衡充放電的問題，設(shè)計了采用單節(jié)鋰電池保護芯片對任意串聯(lián)數(shù)的成組鋰電池進行保護的含均衡充放電功能的電池組保護電路。
[0014]鋰電池組均衡保護電路基本工作原理如圖1所示。其中:1為單節(jié)鋰離子電池；2為充電過電壓分流放電支路電阻；3為分流放電支路控制用開關(guān)器件；4為過流檢測保護電阻；5為省略的鋰電池保護芯片及電路連接部分；6為單節(jié)鋰電池保護芯片(一般包括充電控制引腳CO,放電控制引腳D0,放電過電流及短路檢測引腳VM,電池正端VDD,電池負端VSS等)；7為充電過電壓保護信號經(jīng)光耦隔離后形成并聯(lián)關(guān)系驅(qū)動主電路中充電控制用MOS管柵極；8為放電欠電壓、過流、短路保護信號經(jīng)光耦隔離后形成串聯(lián)關(guān)系驅(qū)動主電路中放電控制用MOS管柵極；9為充電控制開關(guān)器件；10為放電控制開關(guān)器件；11為控制電路；12為主電路；13為分流放電支路。單節(jié)鋰電池保護芯片數(shù)目依據(jù)鋰電池組電池數(shù)目確定，串聯(lián)使用，分別對所對應(yīng)單節(jié)鋰電池的充放電、過流、短路狀態(tài)進行保護。該系統(tǒng)在充電保護的同時，通過保護芯片控制分流放電支路開關(guān)器件的通斷實現(xiàn)均衡充放電。當(dāng)鋰電池組充電時，外接電源正負極分別接電池組正負極BAT+和BAT-兩端，充電電流流經(jīng)電池組正極BAT+、電池組中單節(jié)鋰電池I?N、放電控制開關(guān)器件、充電控制開關(guān)器件、電池組負極BAT-,電流流向如圖2所不。
[0015]系統(tǒng)中控制電路部分單節(jié)鋰電池保護芯片的充電過電壓保護控制信號經(jīng)光耦隔離后并聯(lián)輸出，為主電路中充電開關(guān)器件的導(dǎo)通提供柵極電壓；如某一節(jié)或幾節(jié)鋰電池在充電過程中先進入過電壓保護狀態(tài)，則由過電壓保護信號控制并聯(lián)在單節(jié)鋰電池正負極兩端的分流放電支路放電，同時將串接在充電回路中的對應(yīng)單體鋰電池斷離出充電回路。
[0016]鋰電池組串聯(lián)充電時，忽略單節(jié)電池容量差別的影響，一般內(nèi)阻較小的電池先充滿。此時，相應(yīng)的過電壓保護信號控制分流放電支路的開關(guān)器件閉合，在原電池兩端并聯(lián)上一個分流電阻。根據(jù)電池的PNGV等效電路模型，此時分流支路電阻相當(dāng)于先充滿的單節(jié)鋰電池的負載，該電池通過其放電，使電池端電壓維持在充滿狀態(tài)附近一個極小的范圍內(nèi)。假設(shè)第I節(jié)鋰電池先充電完成，進入過電壓保護狀態(tài)，則主電路及分流放電支路中電流流向如圖3所示。當(dāng)所有單節(jié)電池均充電進入過電壓保護狀態(tài)時，全部單節(jié)鋰電池電壓大小在誤差范圍內(nèi)完全相等，各節(jié)保護芯片充電保護控制信號均變低，無法為主電路中的充電控制開關(guān)器件提供柵極偏壓，使其關(guān)斷，主回路斷開，即實現(xiàn)均衡充電，充電過程完成。
[0017]當(dāng)電池組放電時，外接負載分別接電池組正負極BAT+和BAT-兩端，放電電流流經(jīng)電池組負極BAT-、充電控制開關(guān)器件、放電控制開關(guān)器件、電池組中單節(jié)鋰電池N?I和電池組正極BAT+，電流流向如圖3所示。系統(tǒng)中控制電路部分單節(jié)鋰電池保護芯片的放電欠電壓保護、過流和短路保護控制信號經(jīng)光耦隔離后串聯(lián)輸出，為主電路中放電開關(guān)器件的導(dǎo)通提供柵極電壓；一旦電池組在放電過程中遇到單節(jié)鋰電池欠電壓或者過流和短路等特殊情況，對應(yīng)的單節(jié)鋰電池放電保護控制信號變低，無法為主電路中的放電控制開關(guān)器件提供柵極偏壓，使其關(guān)斷，主回路斷開，即結(jié)束放電使用過程。
[0018]單節(jié)鋰電池保護芯片依據(jù)三元鋰電池組電池數(shù)目串聯(lián)使用，分別對所對應(yīng)的單節(jié)鋰電池的充放電、過流、短路狀態(tài)進行保護，同時通過保護芯片控制分流放電支路開關(guān)器件的通斷，進而實現(xiàn)BMS鋰電智能管理單元的均衡充放電，此種均衡保護電路有效的避免了因電池組之間的性能差異導(dǎo)致對單體電池過度充電或過度放電的現(xiàn)象，最大限度的提高了系統(tǒng)的可靠度與能源轉(zhuǎn)換效率。
[0019]本實用新型并不局限于上述特定實施例，在不脫離本實用新型精神及其實質(zhì)情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可根據(jù)本實用新型做出各種相應(yīng)改變和變形，這些相應(yīng)對本實用新型進行的修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求保護的范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種電池組均衡保護系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括鋰電池組、控制電路、主電路和分流放電支路，所述主電路分別通過充電控制開關(guān)器件和放電控制開關(guān)器件與控制電路連接，分流放電支路連接到控制電路，鋰電池組的單節(jié)鋰電池串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組均衡保護系統(tǒng)，其特征在于:所述分流放電支路包括充電過電壓分流放電支路電阻和與其串聯(lián)的分流放電支路控制用開關(guān)器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組均衡保護系統(tǒng)，其特征在于:所述控制電路包括過流檢測保護電阻、鋰電池保護芯片、充電控制用MOS管和放電控制用MOS管，所述鋰電池組的各單節(jié)鋰電池保護芯片的CO管腳分別連接到充電控制用MOS管，鋰電池保護芯片的DO管腳分別連接到放電控制用MOS管，鋰電池保護芯片的VM管腳串聯(lián)過流檢測保護電阻后連接到主電路上，鋰電池的分流放電支路串聯(lián)到對應(yīng)的鋰電池保護芯片的VDD管腳和VSS管腳之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組均衡保護系統(tǒng)，其特征在于:所述鋰電池保護芯片之間通過總線串聯(lián)連接，分別對所對應(yīng)的單節(jié)鋰電池的充放電、過流、短路狀態(tài)進行保護。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組均衡保護系統(tǒng)，其特征在于:所述鋰電池保護芯片控制所對應(yīng)的分流放電支路開關(guān)器件的通斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組均衡保護系統(tǒng)，其特征在于:所述單節(jié)鋰電池保護芯片的充電電壓保護控制信號經(jīng)光耦隔離后并聯(lián)輸出，為主電路的充電開關(guān)器件導(dǎo)通提供柵級電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組均衡保護系統(tǒng)，其特征在于:所述單節(jié)鋰電池保護芯片的放電電壓保護控制信號經(jīng)光耦隔離后并聯(lián)輸出，為主電路的放電開關(guān)器件導(dǎo)通提供柵級電壓。
【文檔編號】H02H7/18GK204068217SQ201420517818
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】李玉峰 申請人:安徽朗越環(huán)境工程有限公司