專利名稱：具有均衡充電控制電路的電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池組，尤其是一種通過均衡充電控制電路將多個充電電池進行組合連接而組成的可充電電池組。屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常使用的可充電電池組是將多個可充電電池進行串聯(lián)而組成，或者是根據(jù)用電要求，將串聯(lián)后的電池串聯(lián)組再進行并聯(lián)組成具有更大容量的電池組，所以，單節(jié)電池是構(gòu)成電池組的基本單元。
在組成串聯(lián)電池組的單節(jié)電池之間，由于存在著質(zhì)量差別，使得串聯(lián)電池組在使用中各單節(jié)電池所表現(xiàn)出的應用性能也有不同，特別是當串聯(lián)電池組處于充電狀態(tài)時，各單節(jié)電池的充電性能的差異尤為突出，往往會出現(xiàn)當一些單節(jié)電池被充滿時，其他電池還處于未充滿狀態(tài)，由于是串聯(lián)連接，所以，被充滿的單節(jié)電池處于過充電狀態(tài)，直至所有單個電池都被充滿電。對充電電池的過充電，使充電電池的使用壽命大大減少，不僅如此，而且還容易發(fā)生電池爆裂的危險。在這樣的狀態(tài)下長期使用，將會使得整個串聯(lián)電池組的性能大大降低，甚至發(fā)生電池組過早的損壞。
當發(fā)生電池組損壞的情況時，通常采用的辦法就是更換整個電池組。尚未發(fā)生損壞的單節(jié)電池在更換中也同時被廢棄，這種做法造成了較大的浪費。由于可充電電池組的價格通常比較高，特別是鋰電池組，其售價比較高，所以，所造成的浪費就會更加嚴重。
綜上所述，保持電池組中個單節(jié)電池的電量、電壓的相對平衡，消除電池的過充電現(xiàn)象，是電池生產(chǎn)行業(yè)，特別是組合電池的生產(chǎn)企業(yè)急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前使用的可充電電池組在充電過程中存在著個別單節(jié)電池經(jīng)常處于過充電狀態(tài)的缺陷提供一種具有均衡充電控制電路的電池組，該電池組中的單節(jié)電池通過均衡充電控制電路被串聯(lián)在一起，當發(fā)生單個電池被充滿時，均衡充電控制電路自動切換，停止對被充滿單節(jié)電池的充電，同時，繼續(xù)為其他未充滿的電池充電，直至所有單個電池均被充滿，從而使組成電池組的所有單節(jié)電池保持均衡充電狀態(tài)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種具有均衡充電控制電路的電池組，包括一個以上可充電的單節(jié)電池，該電池組中還包括切換控制模塊、檢測控制電路、恒流源電路、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)及分壓器件。
單節(jié)電池之間通過第二開關(guān)串聯(lián)組成串聯(lián)電池組，在放電狀態(tài)下，該電池組為外部用電設備提供電源。
電池組內(nèi)與外部充電電源連接的充電輸入端與切換控制模塊輸入端連接，該切換控制模塊輸出端的正、負極與串聯(lián)電池組的正、負極連接。同時，該切換控制模塊還具有與串聯(lián)電池組中單節(jié)電池數(shù)量相等的電壓檢測端，該電壓檢測端分別與每個單節(jié)電池的正極連接。
串聯(lián)電池組中，每一個單節(jié)電池的負極都通過一個第三開關(guān)與相鄰單節(jié)電池的負極連接，用于在對串聯(lián)電池組進行并聯(lián)切換時，使每個單節(jié)電池的負極分別接地。
每一個單節(jié)電池都有一個檢測控制電路與之對應設置，檢測控制電路的檢測端連接在單節(jié)電池的兩端，用于對每個單節(jié)電池的電壓分別檢測。同樣，恒流源電路與單節(jié)電池也是一一對應設置，其輸出端通過第四開關(guān)與單節(jié)電池的正極連接，其地端與單節(jié)電池的負極連接，其電壓輸入端與分壓器件的分壓輸出端連接。第四開關(guān)的控制端與檢測控制電路的控制端連接。
分壓器件通過第一開關(guān)連接在電池組內(nèi)的充電輸入端的正、負極之間；第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)以及檢測控制電路的控制端與切換控制模塊的控制端連接，且第二開關(guān)的工作狀態(tài)與第一開關(guān)、第三開關(guān)的工作狀態(tài)相反。
上述電路設置的工作過程如下當電池組首次或通過放電工作后進行充電時，由于電池組以及每一個單節(jié)電池的電壓均較低，所以，切換控制模塊發(fā)出控制信號，使第一開關(guān)、第三開關(guān)處于斷開狀態(tài)，而第二開關(guān)由于其工作狀態(tài)與第一開關(guān)、第三開關(guān)相反，故處于導通狀態(tài)。另外檢測控制電檢測到單節(jié)電池較低，而發(fā)出控制第四開關(guān)處于斷開狀態(tài)的控制信號。此時，電池組的每個單節(jié)電池都通過第二開關(guān)進行串聯(lián)，組成串聯(lián)電池組。外部充電電源對電池組進行充電。
當串聯(lián)電池組中的某個單節(jié)電池的電壓首先到達充滿電電壓時，切換控制模塊檢測到該節(jié)電池的電壓，為保護電池不被過充，同時，保持其他單節(jié)電池繼續(xù)充電，該切換控制模塊發(fā)出控制信號，使第一開關(guān)、第三開關(guān)處于導通狀態(tài)，而第二開關(guān)則處于斷開狀態(tài)。串聯(lián)電池組中的每個單節(jié)電池通過導通的第三開關(guān)分別與地連接，使該串聯(lián)電池組被切換為并聯(lián)的電池組。在切換控制模塊發(fā)出控制信號的同時，將外部充電電源進入本電池組中切換控制模塊內(nèi)部的通路關(guān)斷。由于第一開關(guān)此時處于導通狀態(tài)，所以分壓器件的分壓輸出端向恒流源電路輸出電壓。
當切換控制模塊發(fā)出控制信號時，檢測控制電路根據(jù)所對應檢測的單節(jié)電池的電壓數(shù)值，確定是否使第四開關(guān)處于導通狀態(tài)。如果單節(jié)電池的電壓不足時，第四開關(guān)被導通，恒流源電路對該單節(jié)電池進行充電；如果單節(jié)電池的電壓已經(jīng)達到充滿電要求，第四開關(guān)被關(guān)斷，恒流源電路不對其充電。
上述充電過程中，每一個恒流源電路獨立對每個單節(jié)電池充電，直至每個單節(jié)電池的電壓均達到充滿電要求時，整個電路被關(guān)斷，完成充電。
本發(fā)明通過對每個單節(jié)電池的電壓檢測，智能化的控制電池組的充電過程，使每個單節(jié)電池都能夠達到較好的均衡充電效果，克服了因單節(jié)電池質(zhì)量的不一，充電時間不一致，在整組串聯(lián)充電中出現(xiàn)的個別單節(jié)電池發(fā)生過充電現(xiàn)象，具有較高的實際應用價值。


圖1所示為本發(fā)明所提供的一個較佳實施例的電路原理圖；圖2為圖1所示實施例中對單節(jié)電池進行單獨充電時的電路原理圖。
具體實施例方式
以下，通過一個較佳實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
如圖1所示，該實施例中，單節(jié)電池B通過第二開管K2串聯(lián)組成串聯(lián)電池組。切換控制模塊采用MM1414集成控制模塊，其輸入端與外部充電電源連接，其中A端與外部充電電源的正極連接，MM1414的輸出端連接在串聯(lián)電池組的兩端，其中B端與串聯(lián)電池組的正極連接。
串聯(lián)電池組中，每一個單節(jié)電池B的負極通過第三開關(guān)K3與相鄰單節(jié)電池的負極連接。
檢測控制電路采用R5421N電池保護芯片，并且每個單節(jié)電池的正負極都與一個獨立的R5421N電池保護芯片連接。
恒流源電路采用LTC1743恒流源芯片，并且也是與單節(jié)電池B一一對應設置，其輸出端Vout通過第四開關(guān)K4與單節(jié)電池B的正極連接，其地端GND與單節(jié)電池B的負極連接，其電壓輸入端Vcc與由兩個串聯(lián)電阻R1，R2組成的分壓器件的分壓輸出端連接。第四開關(guān)K4的控制端與R5421N電池保護芯片的控制端連接。單節(jié)電池的充電回路原理圖參見圖2所示。
串聯(lián)電阻R1，R2組成的分壓器件通過第一開關(guān)K1連接在電池組內(nèi)的充電輸入端的正(+)、負(-)極之間。
在上述電路中，第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2、第三開關(guān)K3的控制端與MM1414集成控制模塊的控制端0V連接，且第二開關(guān)K2的工作狀態(tài)與第一開關(guān)K1、第三開關(guān)K4的工作狀態(tài)相反。
在電池正常放電時，MM1414集成控制模塊控制第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2關(guān)斷，使LTC1743恒流源芯片不工作。
當對電池組正常充電時，如果MM1414集成控制模塊沒有檢測到單節(jié)電池B電壓達到過充保護點，MM1414集成控制模塊控制開關(guān)K2閉合，串聯(lián)電池組處于串聯(lián)充電狀態(tài)。
當MM1414集成控制模塊檢測到了某個單節(jié)電池B達到過充保護電壓，MM1414集成控制模塊將a，b兩點斷開，不再對串聯(lián)電池組進行充電。此時MM1414集成控制模塊的控制信號端0V發(fā)出信號，使開關(guān)K2關(guān)斷，開關(guān)K1、K3閉合導通，單節(jié)電池B相互并聯(lián)。
串聯(lián)電阻R1，R2經(jīng)開關(guān)K1導通，并分壓給出LTC1743恒流源芯片工作電壓。此時，R5421N保護芯片根據(jù)來自MM1414集成控制模塊的控制信號端0V的信號及所對應檢測的單節(jié)電池的電壓，確定是否將其控制的開關(guān)K4接通或繼續(xù)保持關(guān)斷狀態(tài)。當所檢測的單節(jié)電池的電壓未達到充滿狀態(tài)，開關(guān)K4導通。
如圖2所示，為單節(jié)電池進行單獨充電時的電路原理圖。
當某個R5421N電池保護芯片檢測到對應的單節(jié)電池B的電壓達到過充保護電壓時，R5421N電池保護芯片發(fā)出關(guān)斷對應開關(guān)K4的信號，使連接在該單節(jié)電池上的LTC1743恒流源芯片停止工作，不再對該單節(jié)電池充電。
當所有的單節(jié)電池B的電壓逐漸都達到過充保護電壓時，所有的開關(guān)K4均處于關(guān)斷狀態(tài)，此時，電池組均衡充電完畢，若電池組還沒有與外部充電電池斷開連接，則MM1414集成控制模塊控制斷開對整個電池組的充電回路，從而不會對電路或單節(jié)電池造成損害。
在上述實施例中，所有的開關(guān)均可以使用半導體開關(guān)管，并且使開關(guān)K1、開關(guān)K3的控制端的導通電壓與開關(guān)K2控制端的導通電壓相反，使MM1414集成控制模塊0V控制端的輸出信號同時間只能使開關(guān)K1、開關(guān)K3導通，開關(guān)K2關(guān)斷，或者使開關(guān)K1、開關(guān)K3關(guān)斷而開關(guān)K2導通。
本實施例較好的解決了目前可充電電池組中經(jīng)常出現(xiàn)的因電池過充而造成充電電池壽命較短，甚至損壞的問題，使組成充電電池組的所有單節(jié)電池都能夠得到均衡充保護，大大的延長了電池的使用壽命，保證了電池的充電與使用安全。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種具有均衡充電控制電路的電池組，包括一個以上可充電的單節(jié)電池，其特征在于所述的電池組中還包括切換控制模塊、檢測控制電路、恒流源電路、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)及分壓器件；所述單節(jié)電池之間都通過第二開關(guān)串聯(lián)組成串聯(lián)電池組；所述切換控制模塊輸入端與連接外部充電電源的電池組輸入端連接，其輸出端的正、負極與所述串聯(lián)電池組的正、負極連接；所述切換控制模塊具有與串聯(lián)電池組中單節(jié)電池數(shù)量相等的電壓檢測端，該電壓檢測端分別與每個單節(jié)電池的正極連接；所述分壓器件通過所述第一開關(guān)連接在所述電池組輸入端正、負極之間；所述串聯(lián)電池組中，除負極最后一個單節(jié)電池外，每一個單節(jié)電池的負極都通過一個第三開關(guān)與串接在其負極的單節(jié)電池的負極連接；所述檢測控制電路與單節(jié)電池一一對應設置，其檢測端連接在單節(jié)電池的兩端；所述恒流源電路與單節(jié)電池一一對應設置，其輸出端通過所述第四開關(guān)與單節(jié)電池的正極連接，其地端與單節(jié)電池的負極連接，其電壓輸入端與所述分壓器件的分壓輸出端連接；第四開關(guān)的控制端與所述檢測控制電路的控制端連接；所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)的控制端都與所述切換控制模塊的控制端連接，且第二開關(guān)的通/斷狀態(tài)與第一開關(guān)、第三開關(guān)的通/斷狀態(tài)相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有均衡充電控制電路的電池組，其特征在于所述的切換控制模塊為MM1414控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有均衡充電控制電路的電池組，其特征在于所述的檢測控制電路為R5421N電池保護芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有均衡充電控制電路的電池組，其特征在于所述的恒流源電路為LTC1743恒流源芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的任一具有均衡充電控制電路的電池組，其特征在于所述的第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)為開關(guān)晶體管或繼電器，其中第二開關(guān)的開啟控制信號與第一開關(guān)、第三開關(guān)的開啟控制信號相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有均衡充電控制電路的電池組，其特征在于所述的分壓器件為兩個串聯(lián)的電阻，其連接端為所述分壓輸出端。
全文摘要
一種具有均衡充電控制電路的電池組，包括一個以上可充電的單節(jié)電池，還包括切換控制模塊、檢測控制電路、恒流源電路、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)及分壓器件；單節(jié)電池通過第二開關(guān)串聯(lián)，切換控制模塊與電池組的正、負極連接；每一個單節(jié)電池的負極都通過一個第三開關(guān)與相鄰單節(jié)電池的負極連接；檢測控制電路連接在單節(jié)電池的兩端；恒流源電路與單節(jié)電池一一對應設置其輸出端通過所述第四開關(guān)與單節(jié)電池的正極連接；第四開關(guān)的控制端與所述檢測控制電路的控制端連接；第二開關(guān)的工作狀態(tài)與第一開關(guān)、第三開關(guān)的工作狀態(tài)相反。本發(fā)明通過對單節(jié)電池的電壓檢測，智能化控制電池組的充電過程，使電池組具有較好的均衡充電效果。
文檔編號H01M10/44GK1592028SQ20031011510
公開日2005年3月9日 申請日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月4日
發(fā)明者諸學農(nóng), 安杰, 邱新平, 張春玉 申請人:北京市世紀博納能源技術(shù)有限責任公司