一種串聯(lián)鉛酸蓄電池組過充電與過放電保護(hù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種串聯(lián)蓄電池組過充電過放電保護(hù)電路。具體地，使用一種低電壓 裡電池保護(hù)專用集成電路來控制保護(hù)高電壓蓄電池，進(jìn)一步級聯(lián)保護(hù)串聯(lián)蓄電池組，本發(fā) 明屬于蓄電池電源技術(shù)及電動車應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，由于可充電串聯(lián)鉛酸蓄電池組成本低，性價比高，安全可靠，被廣泛應(yīng)用于 電動自行車、電動汽車、通訊、便攜式工具、航空航天、太陽能、風(fēng)力發(fā)電及各種儲能裝置中。 單體可充電蓄電池電壓一般為12伏，而動力電池的電壓一般需要幾十伏甚至更高，因此需 要把許多單體電池串聯(lián)在一起使用。大量電池的串聯(lián)使用，在充放電過程中由于各單體電 池容量、內(nèi)阻、溫度的偏差，很容易引起各個電池電壓不均衡一致，輕者導(dǎo)致電池組容量的 下降和快速衰減，重者導(dǎo)致電池組起火爆炸。一般串聯(lián)鉛酸蓄電池組使用壽命多則兩年少 則半年，電瓶的使用壽命短、成本高成為最大的問題。
[0003] 據(jù)日本MGP社研究，串聯(lián)鉛酸蓄電池組損壞，90%W上原因是所謂"失水"和"硫 化"，而運實質(zhì)上是由于電池組中各個電池特性不一致、不均衡導(dǎo)致的過充電和過放電問 題。理論上任何一塊國標(biāo)電瓶充放電300次W上能維持80%容量，實際上串聯(lián)電池組的壽 命有時連單體電瓶一半壽命都不到，一塊電池?fù)p壞整組電池就都不能用，運是因為一般串 聯(lián)鉛酸蓄電池組充放電控制器只檢測電池組的整體電壓來防止過充過放。然而在串聯(lián)電瓶 中，雖然通過單體電瓶的電流相同，但是由于其容量、內(nèi)阻和殘余電量不可能完全相同，電 瓶的充放電深度也會不同，容量大的總會欠充欠放，而容量小的總會過充過放，運就造成容 量大的衰減緩慢、壽命長，容量小的衰減加快、壽命縮短，隨著充放電次數(shù)增加，惡性循環(huán)， 差異會越來越大，最終小容量電瓶會很快失效從而導(dǎo)致電池組提前失效。
[0004] 長期W來，由于對串聯(lián)可充電電源存在嚴(yán)重過充過放問題認(rèn)識不足，加之缺乏電 瓶蓄電池用關(guān)鍵保護(hù)忍片，而使用分立元件和通用集成電路或者使用單片機數(shù)據(jù)采集拓?fù)?來設(shè)計電瓶保護(hù)電路，不僅電路復(fù)雜、精度低、成本高，而且靜態(tài)電流很大，長期接在電瓶上 會很快消耗電瓶電量導(dǎo)致過放電，所W使用多塊串聯(lián)鉛酸電池的電瓶車一直處于"裸奔"狀 態(tài)。本專利發(fā)明的串聯(lián)鉛酸蓄電池組過充過放保護(hù)電路創(chuàng)造性地使用低壓裡電池保護(hù)專用 忍片，通過無數(shù)次的電路試驗，解決了微電流分壓取樣，高壓級聯(lián)的難題，可W保證電池組 所有電池都安全工作在正常的使用狀態(tài)下，不過充不過放，從而達(dá)到保護(hù)電池，倍增壽命的 目的。實驗證明保護(hù)電路簡單、成本低，工作穩(wěn)定可靠，且性能優(yōu)良，在實際使用中效果良 好。
【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]為了避免使用分立元件和通用集成電路而導(dǎo)致電路復(fù)雜、精度低、成本高，靜態(tài)電 流大的問題，而使用單片機數(shù)據(jù)采集拓?fù)錅y量串聯(lián)電池組各單體電池電壓又有累積誤差 逐漸變大，不能保證每節(jié)電池電壓測量精度，耗電大、成本高的問題，本發(fā)明提供一種使用 較低壓裡電池保護(hù)專用忍片，通過微電流分壓取樣方法，測量每節(jié)電瓶較高電壓的方法，通 過級聯(lián)解決串聯(lián)電瓶高壓，精確測量每個電瓶電壓的難題，從而使所有電瓶都安全工作在 正常的使用狀態(tài)，不過充不過放，從而達(dá)到保護(hù)電池，倍增壽命的目的。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如圖1所示，適合N個串聯(lián)鉛酸蓄電池，每個電瓶標(biāo)稱電 壓12V但不限于12V。
[0007] 電路由電瓶BATl至BA化、場效應(yīng)管MOS陽Tl至MOS陽T4、裡電池保護(hù)專用忍片Ul 至化、^及精密分壓電阻1?1，32，1?3，1?4，1?5，1?6，1?7，1?8，1?化，211-1等電阻、穩(wěn)壓管01至0211、 電容Cl至C2n網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。Ul-n是內(nèi)置高精度電壓檢測電路和延遲電路的裡離子可充電電 池保護(hù)1C。
[0008] 保護(hù)電路工作過程如下。
[0009] 串聯(lián)電瓶使用過程中，電瓶BATl電壓經(jīng)分壓電阻R1-2分壓得到約4V電壓供忍片 Ul工作和檢測，當(dāng)電瓶BATl電壓在正常的10. 7V到14.IV時，而充電放電控制腳CTLC或者 CTLD都為低時，忍片Ul工作在正常狀態(tài)，6, 7腳CO,DO輸出低電位，拉低忍片U2的充電放 電控制腳CTLC和CTLD。當(dāng)電瓶BATl充放電時電壓超出正常的10. 7V到14.IV時，忍片Ul 的6, 7腳CO,DO相應(yīng)輸出高電位，抬高了忍片U2的充電放電控制腳CTLC或者CTLD。
[0010] 電瓶BAT2電壓經(jīng)分壓電阻R3-4分壓得到約4V電壓供忍片U2工作和檢測，當(dāng)電 瓶BAT2電壓在正常的10. 7V到14.IV時，而充電放電控制腳CTLC或者CTLD都為低時，忍 片U2工作在正常狀態(tài)，6, 7腳CO,DO輸出低電位，拉低忍片U3的充電放電控制腳CTLC和 CTLD。當(dāng)電瓶BAT2充放電時電壓超出正常的10. 7V到14.IV時，或充電放電控制腳CTLC 或者CTLD為高電位時，忍片U2的6,7腳CO,DO相應(yīng)輸出高電位，抬高了忍片U3的充電放 電控制腳CTLC或者CTLD。 陽0川 電瓶BAT3電壓經(jīng)分壓電阻R5-6分壓得到約4V電壓供忍片U3工作和檢測，當(dāng)電 瓶BAT3電壓在正常的10. 7V到14.IV時，而充電放電控制腳CTLC或者CTLD都為低時，忍 片U3工作在正常狀態(tài)，6, 7腳CO,DO輸出低電位，拉低忍片U4的充電放電控制腳CTLC和 CTLD。當(dāng)電瓶BAT3充放電時電壓超出正常的10. 7V到14.IV時，或充電放電控制腳CTLC 或者CTLD為高電位時，忍片U3的6,7腳CO,DO相應(yīng)輸出高電位，抬高了忍片U4的充電放 電控制腳CTLC或者CTLD。 陽01引 電瓶BAT4電壓經(jīng)分壓電阻R7-8分壓得到約4V電壓供忍片U4工作和檢測，當(dāng)電 瓶BAT4電壓在正常的10. 7V到14.IV時，而充電放電控制腳CTLC或者CTLD都為低時，忍 片U4工作在正常狀態(tài)，6, 7腳CO,DO輸出低電位，拉低忍片呪的充電放電控制腳CTLC和 CTLD。當(dāng)電瓶BAT4充放電時電壓超出正常的10. 7V到14.IV時，或充電放電控制腳CTLC 或者CTLD為高電位時，忍片U4的6,7腳CO,DO相應(yīng)輸出高電位，抬高了忍片呪的充電放 電控制腳CTLC或者CTLD。
[0013] 電瓶BA化電壓經(jīng)分壓電阻R2n+1，化巧分壓得到約4V電壓供忍片化工作和檢 ，當(dāng)電瓶BA化電壓在正常的10. 7V到14.IV時，而充電放電控制腳CTLC或者CTLD都為 低時，忍片化工作在正常狀態(tài)，6, 7腳CO,DO輸出低電位，場效應(yīng)管MOS陽T1-2導(dǎo)通，使輸 出場效應(yīng)管MOS陽T3-4導(dǎo)通。當(dāng)電瓶BA化充放電時電壓超出正常的10. 7V到14.IV時，或 充電放電控制腳CTLC或者CTLD為高電位時，忍片化的6,7腳CO,DO相應(yīng)輸出高電化場 效應(yīng)管M0SFET1-2相應(yīng)不導(dǎo)通，使相應(yīng)輸出場效應(yīng)管M0SFET3-4截止，切斷串聯(lián)電瓶組和外 電路連接。
[0014] 綜上所述，當(dāng)電瓶BATl至BA化電壓都在正常的10. 7V到14.IV時，忍片化工作在 正常狀態(tài)，6, 7腳CO,DO輸出低電位，場效應(yīng)管MOS陽T1-2導(dǎo)通，使輸出場效應(yīng)管MOS陽T3-4 導(dǎo)通。當(dāng)電瓶BATl至BA化充放電時任何一個電瓶電壓超出正常的10. 7V到14.IV時，忍 片化的6,7腳0)，00相應(yīng)輸出高電化場效應(yīng)管版)5。61'1-2相應(yīng)不導(dǎo)通，使相應(yīng)輸出場效 應(yīng)管M0SFET3-4截止，切斷串聯(lián)電瓶組和外電路連接，從而保護(hù)了串聯(lián)電瓶免于過充電或 過放電。
[0015] 圖1為本發(fā)明原理圖 下面結(jié)合附圖1和實施例對發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016] 圖1中，841'1、8412、8413、8414是4節(jié)串聯(lián)的12￥電瓶，]\?)8陽1'1-2為小功率場效 應(yīng)管，M0SFET3-4為大功率場效應(yīng)管，U1-4是內(nèi)置高精度電壓檢測電路和延遲電路的裡離 子裡聚合物可充電電池保護(hù)1(：，1?1，1?3，1?5，1?7為105精密電阻，1?2、1?4、1?6、1?8為431^歐 姆精密電阻，D1、D2、D3、D4、D5、D6,D7、D8為8. 4V小功率穩(wěn)壓管，CUC3、C5、C7為103瓷 片電容，C2、C4、C6、C8為104瓷片電容。在采用W上電路參數(shù)時，保護(hù)基本參數(shù)如下表所 /J、-O 陽017] 表一：保護(hù)基本參數(shù)表：
【主權(quán)項】
1. 一種串聯(lián)蓄電池組過充電過放電保護(hù)電路，其特征是：使用較低壓鋰電池保護(hù)專用 芯片，通過微電流分壓取樣測量控制每節(jié)電瓶較高電壓，通過級聯(lián)解決串聯(lián)電瓶高壓精確 測量每個電瓶電壓的難題，從而使所有電瓶都安全工作在正常的使用狀態(tài)，不過充不過放， 從而達(dá)到保護(hù)電池，倍增壽命的目的。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)蓄電池組過充電過放電保護(hù)電路，使用分壓電阻 分壓，取樣測量每節(jié)電瓶較高電壓，以適合使用較低電壓鋰電池保護(hù)專用芯片，并輸出控制 MOSFET管。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)蓄電池組過充電過放電保護(hù)電路，低電壓鋰電池保 護(hù)專用芯片的電源正負(fù)極并聯(lián)在上分壓電阻的兩端，即和電瓶的正極相連的分壓電阻的兩 端。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)蓄電池組過充電過放電保護(hù)電路，各低電壓鋰電 池保護(hù)專用芯片的充放電保護(hù)輸出端子和相鄰保護(hù)專用芯片的充放電控制端子通過穩(wěn)壓2 極管相連以實現(xiàn)高壓級聯(lián)控制，穩(wěn)壓2極管的穩(wěn)定電壓值等于電瓶電壓減鋰電池電壓，但 不限于此電壓。
【專利摘要】可充電串聯(lián)鉛酸蓄電池組成本低，性價比高，安全可靠，被廣泛應(yīng)用于電動自行車、電動汽車、通訊、便攜式工具、航空航天、太陽能、風(fēng)力發(fā)電及各種儲能裝置中。串聯(lián)鉛酸蓄電池組損壞主要原因是由于電池組中各個電池特性不一致，不均衡導(dǎo)致的過充電和過放電問題。本發(fā)明涉及一種串聯(lián)蓄電池組過充電過放電保護(hù)電路。具體地，本發(fā)明使用一種低電壓鋰電池保護(hù)專用集成電路通過分壓來控制保護(hù)較高電壓的蓄電池電瓶，進(jìn)一步通過穩(wěn)壓二極管級聯(lián)保護(hù)串聯(lián)蓄電池電瓶組。避免了分立元件和單片機數(shù)據(jù)采集拓?fù)潆娐窂?fù)雜，精度低，成本高，靜態(tài)電流大的問題。
【IPC分類】H02J7/00, H02H7/18
【公開號】CN105429108
【申請?zhí)枴緾N201510653243
【發(fā)明人】米國民, 吳鐵軍
【申請人】丹東思誠科技有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年10月12日