專利名稱：一種鋰離子電池均衡與保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是我國(guó)新能源電動(dòng)汽車的最主要技術(shù)之一，其工作的穩(wěn)定性和使用壽命直接影響整車的性能。鋰離子電池組由于電池自放電率的不同，長(zhǎng)時(shí)間的積累，造成電池容量的差異；電池使用過(guò)程中，由于使用環(huán)境如溫度、電池接觸內(nèi)阻的差異，也會(huì)導(dǎo)致電池容量的不平衡。這些容量的不平衡會(huì)直接對(duì)電池的使用產(chǎn)生影響。在充電時(shí)，因?yàn)檎囯姵氐娜萘坎灰恢?，某些單體電池會(huì)先被充滿，為防止電池過(guò)充(鋰離子電池過(guò)充有可能發(fā)生起火爆炸的危險(xiǎn))充電過(guò)程停止，這樣整車的電池并沒(méi)有充滿，影響電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。放電時(shí)，那些長(zhǎng)期充電不足的蓄電池，會(huì)因經(jīng)常過(guò)放使蓄電池容量下降，內(nèi)阻增加，造成蓄電池的早期損壞，影響電池的使用壽命。為了確保電池組的安全、高效、長(zhǎng)壽命運(yùn)行，必須使用電池均衡方法抑制上述不均衡現(xiàn)象。目前，鋰離子電池組均衡主要包括能耗型和回饋型兩種方式。能耗型是指給各個(gè)單體電池提供并聯(lián)支路，將電壓過(guò)高的單體電池通過(guò)分流轉(zhuǎn)移電能達(dá)到均衡目的?；仞佇褪侵竿ㄟ^(guò)能量轉(zhuǎn)換器將單體之間的偏差能量饋送回電池組或電池組中的某些單體。能耗型的均衡方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)在于產(chǎn)生較大能耗，不利于提高電池能量利用效率，而且均衡速度有限、發(fā)熱嚴(yán)重，例如專利201298735Y。理論上講，回饋型的均衡方法具有很高的能量利用效率。然而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于能量在電池間轉(zhuǎn)移需要使用大量電感、電容等儲(chǔ)能元件，電路復(fù)雜，控制困難，如專利202231461U。本實(shí)用新型采用低壓降的開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)電池組中每個(gè)單體電池的連接與隔離，無(wú)需使用儲(chǔ)能器件和耗散電阻即可實(shí)現(xiàn)電池均衡和保護(hù)功能。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型提供一種鋰離子電池均衡與保護(hù)裝置，其特征在于，包括充電組件，串接于待充電的鋰離子電池組，充電組件提供充電電流和電壓；電池電壓測(cè)量電路，并接于鋰離子電池組中的單體電池并采集單體電池的電壓；控制組件，具有輸入端和輸出端，輸入端連接到所述電池電壓測(cè)量電路的輸出端；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，連接到所述電池電壓測(cè)量電路的輸出端，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)電池電壓測(cè)量電路的輸出的參數(shù)；以及狀態(tài)指示器，連接到控制組件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸出端，狀態(tài)指示器顯示單體電池的狀態(tài)參數(shù)。優(yōu)選地，所述裝置還包括開(kāi)關(guān)控制組件，用于控制所述單體電池的接入與隔離，其與所述單體電池相連接。優(yōu)選地，所述開(kāi)關(guān)控制組件包括兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)，其中，第一控制開(kāi)關(guān)串接于所述單體電池，第二控制開(kāi)關(guān)并接于第一控制開(kāi)關(guān)以及所述單體電池。優(yōu)選地，所述控制開(kāi)關(guān)通過(guò)MOS管、三極管以及電阻實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)鋰離子電池組充放電的控制，解決串聯(lián)電池組充放電不均衡導(dǎo)致電池組有效容量小、使用壽命縮短等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)避免能耗型均衡充電時(shí)電能的無(wú)謂浪費(fèi)以及回饋型電路復(fù)雜控制困難等問(wèn)題的鋰離子電池組充放電均衡與保護(hù)裝置。

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的，一種鋰離子電池均衡與保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的，電源均衡開(kāi)關(guān)控制組件的原理示意圖；圖3示出現(xiàn)有技術(shù)中能量耗散型電池均衡方法原理圖；。圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的，電池組最右端單體電池相應(yīng)開(kāi)關(guān)控制組件的電路圖；圖5示出根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的，電池組中間部分單體電池相應(yīng)開(kāi)關(guān)控制組件的電路圖；以及圖6示出根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的，電池組最左端單體電池相應(yīng)開(kāi)關(guān)控制組件的電路圖。
具體實(shí)施方式
通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的，一種鋰離子電池均衡與保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，本圖示出了充電組件1、電池電壓測(cè)量電路2、控制組件3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4、狀態(tài)指示器5以及待充電鋰離子電池組和相應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制組件。所述充電組件I串接于待充電的鋰離子電池組；所述電池電壓測(cè)量電路2并接于待充電的鋰離子電池組的單體電池，所述待充電的鋰離子電池組的各單體電池串聯(lián)，所述電池電壓測(cè)量電路2的輸出端接控制組件3和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4的輸入端，控制組件3和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4的輸出端接狀態(tài)指示器5的輸入端。充電組件I優(yōu)選地是一種充電電路，它為待充電池組提供充電電流以及電壓。在恒壓充電過(guò)程中，充電組件I輸出電壓值等于4. 2和處于充電狀態(tài)的電池單體數(shù)量的乘積。正處于充電狀態(tài)的電池單體數(shù)量由開(kāi)關(guān)控制組件計(jì)數(shù)，控制組件3和充電組件I之間進(jìn)行雙向通信。電池電壓測(cè)量電路2用于采集每一個(gè)單體電池的電壓?？刂平M件3和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4執(zhí)行整個(gè)電池管理裝置的各種程序控制并負(fù)責(zé)與充電組件等單元間的通信。狀態(tài)指示器5用于指示每個(gè)單體電池的充放電狀態(tài)，例如電壓、電量等。開(kāi)關(guān)控制組件的原理結(jié)構(gòu)如圖2。電池組中每個(gè)單體電池串接一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，并接一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉切換實(shí)現(xiàn)該單體電池的接入與隔離?？刂平M件通過(guò)IO口輸出高低控制電平發(fā)出指令，使開(kāi)關(guān)I斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)2閉合。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，充電已經(jīng)充滿或者電量已經(jīng)放完的單體電池脫離整個(gè)電池組，而其它單體電池繼續(xù)運(yùn)行。和傳統(tǒng)能量耗散型電池均衡方法相比(圖3)，無(wú)需并接消耗電能的旁路電阻，既降低了能耗，又避免了散熱問(wèn)題和均衡速度限制。圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的，電池組最右端單體電池相應(yīng)開(kāi)關(guān)控制組件的電路圖。電池組中最后一節(jié)電池負(fù)端接地。當(dāng)電池充電未滿或者正常放電時(shí)，該單體電池接入電路中。那么，接通P型MOS管Q3 (102為+5V)，斷開(kāi)P型MOS管Ql (101為+5V時(shí))。當(dāng)P型MOS管Q3管導(dǎo)通時(shí)，若Q3右端電壓為+4. 2V，則其柵極通過(guò)分壓電阻可以為+2.1V，此時(shí)Vgs=-2.1V。Vgs=-2.1V在P型MOS管的電壓承受范圍內(nèi)，MOS管可以正常導(dǎo)通使用。當(dāng)Q3導(dǎo)通后，Q3的左端電壓上升為+4. 2V。對(duì)于Q1，由于IOl為+5V，PNP三極管BI沒(méi)有導(dǎo)通，所以N型MOS管Q2處于截止?fàn)顟B(tài)，因此，Ql中Vgs=O,處于截止?fàn)顟B(tài)，阻止了電流流向電池負(fù)極。當(dāng)電池充電已經(jīng)充滿或者放電即將發(fā)生過(guò)放時(shí)，該單體電池需要從電路中隔離出來(lái)(在這里只是將其正極變成高阻態(tài))，即Q3斷開(kāi)(102為0V)，Ql導(dǎo)通(101為0V)，使電路形成回路。對(duì)于Q3開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，此時(shí)，Vd=Vs=OV, Q3不導(dǎo)通。IOl為OV時(shí)，PNP型三極管BI導(dǎo)通，N型MOS管Q2導(dǎo)通，P型MOS管Ql的柵極電壓為_(kāi)2. 5V，Vgs=_2. 5V在電壓承受范圍內(nèi)。此時(shí)Ql可以處于一種完全導(dǎo)通狀態(tài)。因此，本實(shí)圖4電路可以完成電池組最右端電池的隔離與接入，實(shí)現(xiàn)電池組充放電均衡和保護(hù)。圖5示出根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的，電池組中間部分單體電池相應(yīng)開(kāi)關(guān)控制組件的電路圖。假設(shè)電池右側(cè)接入一節(jié)電池，則電池負(fù)端電壓為+4. 2V。當(dāng)電池正常工作時(shí)，接入電路中。此時(shí)接通Q3 (102為+5V時(shí))，斷開(kāi)Ql (101為+5V時(shí))。當(dāng)Q3導(dǎo)通時(shí)，若右端處電壓為+8. 4V時(shí)，其柵極有+4.1V，Vgs=-4. 2V，Vgs=_4. 2V在Q3的電壓承受范圍內(nèi)。Q3可以正常導(dǎo)通使用。當(dāng)Q3導(dǎo)通后，左端電壓變?yōu)?8. 3V。此時(shí)，由于IOl為+5V，PNP三極管BI沒(méi)有導(dǎo)通，所以N型MOS管Q2處于截止?fàn)顟B(tài)。在此條件下，Ql的Vgs=0，Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，阻止了電流流向電池負(fù)極。當(dāng)電池充電已經(jīng)充滿或者放電即將發(fā)生過(guò)放時(shí)，該單體電池需要從電路中隔離出來(lái)(在這里只是將其正極變成高阻態(tài))，即Q3斷開(kāi)(102為0V)，Ql導(dǎo)通(101為0V)，使電路形成回路。IOl為OV時(shí)，PNP三極管BI導(dǎo)通，N型MOS管Q2導(dǎo)通，Ql的柵極電壓為-O. 2V,Vgs=-4. 6V在Ql的電壓承受范圍內(nèi)。Ql可以處于一種完全導(dǎo)通狀態(tài)。由于102為0V，Q3的Vs總比Vd大于+4. 2V,因此關(guān)閉時(shí)會(huì)處于一種高阻態(tài)。因此，此電路能完成電池組中間部分單體電池的隔離與接入，實(shí)現(xiàn)電池組充放電均衡和保護(hù)。圖6示出根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的，電池組最左端單體電池相應(yīng)開(kāi)關(guān)控制組件的電路圖。若該單體電池右端接入二節(jié)電池，即端電壓為+8. 4V電壓，則電池負(fù)端電壓為+8. 4V。當(dāng)電池正常工作時(shí)，需要接入電路中。此時(shí)，接通P型MOS管Q3 (102為+5V時(shí))，斷開(kāi)P型MOS管Ql (101為+5V時(shí))。當(dāng)Ql導(dǎo)通時(shí)，若Ql左端電壓為+12. 6V時(shí)，其柵極有+6. 3V，Vgs=-6. 3V，Vgs=-6. 3V在Ql的電壓承受范圍內(nèi)。Ql可以正常使用。對(duì)于開(kāi)關(guān)Q3來(lái)說(shuō)，由于102為+5V，PNP三極管B2沒(méi)有導(dǎo)通，因此，Vgs=O,所以P型MOS管Q3處于截止?fàn)顟B(tài)，阻止了電流流向電池負(fù)極。因此圖6電路能完成電池組最左端單體電池的隔離與接入，實(shí)現(xiàn)電池組充放電均衡和保護(hù)。綜上三節(jié)電池實(shí)例分析可知，兩個(gè)P型MOS管柵極電壓隨著電池個(gè)數(shù)的增加而變大。因此，需要適當(dāng)調(diào)整圖中Rl與R2、R7與R8的電阻比值，從而使導(dǎo)通時(shí)Vgs的電壓能在正常參數(shù)范圍內(nèi)，避免P型MOS管被擊穿。以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求1.一種鋰離子電池均衡與保護(hù)裝置，其特征在于，包括 充電組件，串接于待充電的鋰離子電池組，充電組件提供充電電流和電壓； 電池電壓測(cè)量電路,并接于鋰離子電池組中的單體電池并采集單體電池的電壓； 控制組件，具有輸入端和輸出端，輸入端連接到所述電池電壓測(cè)量電路的輸出端； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，連接到所述電池電壓測(cè)量電路的輸出端，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)電池電壓測(cè)量電路的輸出的參數(shù)；以及 狀態(tài)指示器，連接到控制組件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸出端，狀態(tài)指示器顯示單體電池的狀態(tài)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 開(kāi)關(guān)控制組件，與所述單體電池相連接，開(kāi)關(guān)控制組件控制所述單體電池的接入與隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)控制組件包括兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)，其中，第一控制開(kāi)關(guān)串接于所述單體電池，第二控制開(kāi)關(guān)并接于第一控制開(kāi)關(guān)以及所述單體電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述控制開(kāi)關(guān)通過(guò)MOS管、三極管以及電阻實(shí)現(xiàn)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鋰離子電池均衡與保護(hù)裝置，其特征在于，包括充電組件，串接于待充電的鋰離子電池組，充電組件提供充電電流和電壓；電池電壓測(cè)量電路，并接于鋰離子電池組中的單體電池并采集單體電池的電壓；控制組件，具有輸入端和輸出端，輸入端連接到所述電池電壓測(cè)量電路的輸出端；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，連接到所述電池電壓測(cè)量電路的輸出端，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)電池電壓測(cè)量電路的輸出的參數(shù)；以及狀態(tài)指示器，連接到控制組件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸出端，狀態(tài)指示器顯示單體電池的狀態(tài)參數(shù)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202872424SQ201220564098
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者杜翀, 何亮明 申請(qǐng)人:上海中科智能控制技術(shù)有限公司