CN102647010A - 一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片及其控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片，其特征在于：其包括四组相同的由电量检测与控制电路和均衡电流控制电路组成的单体电池均衡电路；所述电量检测与控制电路用于检测单体电池电压并与电池均衡启动电压进行比较输出控制信号控制均衡电流控制电路；所述均衡电流控制电路内部主要为开关型的MOS管，通过所述电量检测与控制电路输出的信号实现通断。本发明可以实现四节串联锂电池均衡充电，且外围电路元器件少，成本低；线路简单，易调试；同时各单体电池的均衡元器件具有一致性，均衡效果好。

Description

一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片及其控制电路
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片及其控制电路。
背景技术
锂电池以其高能量密度、长循环寿命、快速充放电、工作温度范围广、无记忆等优异特性，是未来电池发展的趋势所在。由于锂电池的化学特性，为保证电池的性能、寿命和使用安全等问题，所有的锂电池使用时都需要一个保护电路。为了给设备提供足够的电压和功率，锂电池包通常有一个或几个电池组并联而成，每个电池组又有3到4节电池串联构成，这种普遍的应用配置结构往往并不能发挥其最大功效，因为如果某个串联电池的容量与其他电池不匹配将会降低整个电池包的容量。
为了解决电池容量不匹配问题，可以在锂电池保护电路里增加电量均衡功能，利用电池电量均衡处理技术，解决电池容量不匹配问题，从而改善串联锂电池包的性能和寿命。目前的电量均衡功能主要是充电电量均衡，即在充电过程中，电池电量有高有低，设定一个电量均衡点，将达到均衡点电压的电池接一个旁路进行充电分流，因而电量上升速度比较慢，未达到均衡点电压的电池不进行旁路分流，电量上升比较快，从而达到电量均衡的目的。
目前市面上的电动车、电动工具、笔记本电脑、医疗设备、测试仪器等应用环境的电池串联数目主要有3节、4节、7节、8节、10节、12节、13节、16节等，在这样一些应用场合，锂电池保护板里面常用的均衡方法是根据客户和电池材料先定一个电量均衡的电压值，然后在每节电池上并联一个电压检测器，根据电池电压的高低，电压检测器输出不同的控制信号，控制后一级的开关管，然后通过开关管控制功率电阻对相应的电池进行充电分流和自放电均衡。
这种方法的缺点是外围电路元器件多，成本高；线路复杂，调试困难；同时各单体电池的均衡元器件一致性差异大，均衡效果差等。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷提供一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片及其控制电路，简单方便的实现串联锂电池充电电量均衡功能。
 
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片，其特征在于：其包括四组相同的由电量检测与控制电路和均衡电流控制电路组成的单体电池均衡电路；
所述电量检测与控制电路用于检测单体电池电压并与电池均衡启动电压进行比较输出控制信号控制均衡电流控制电路；
所述均衡电流控制电路内部主要为开关型的MOS管，通过所述电量检测与控制电路输出的信号实现通断。
其进一步特征在于：所述电量检测与控制电路分别为第一电量检测与控制电路101、第二电量检测与控制电路102、第三电量检测与控制电路103、第四电量检测与控制电路104，分别控制第一均衡电流控制电路105、第二均衡电流控制电路106、第三均衡电流控制电路107、第四均衡电流控制电路108；所述芯片包括第一引脚B0、第二引脚VR1、第三引脚VC1、第四引脚B1、第五引脚VR2、第六引脚VC2、第七引脚B2、第八引脚VR3、第九引脚VC3、第十引脚B3、第十一引脚VR4、第十二引脚B4、第十三引脚VC4；所述第一引脚B0和第三引脚VC1接第四均衡电流控制电路108输出端，第四引脚B1和第六引脚VC2接第三均衡电流控制电路107输出端，第七引脚B2和第九引脚VC3接第二均衡电流控制电路106输出端，第十引脚B3和第十三引脚VC4接第一均衡电流控制电路105输出端；第一引脚B0、第四引脚B1、第七引脚B2、第十引脚B3、第十二引脚B4分别外接四节串联单体电池的正负极作为第一电量检测与控制电路101、第二电量检测与控制电路102、第三电量检测与控制电路103、第四电量检测与控制电路104的输入；第二引脚VR1、第五引脚VR2、第八引脚VR3、第十一引脚VR4外接电池均衡启动电压分别接入第一电量检测与控制电路101、第二电量检测与控制电路102、第三电量检测与控制电路103、第四电量检测与控制电路104。
一种四节串联锂电池充电均衡控制电路，其特征在于：其包括充电器、四节单体电池、四个分流电阻、四个均衡启动电压调节电阻和四节串联锂电池充电均衡控制芯片；
第一单体电池BAT1、第二单体电池BAT2、第三单体电池BAT3、第四单体电池BAT4串联后接充电器的正负极，各个单体电池正负极分别所述芯片第一引脚B0、第四引脚B1、第七引脚B2、第十引脚B3、第十二引脚B4；第一电阻R1两端分别接第四单体电池BAT4的正极和芯片第十三引脚VC4，第二电阻R2两端分别接第三单体电池BAT3的正极和芯片第九引脚VC3，第三电阻R3两端分别接第二单体电池BAT2的正极和芯片第六引脚VC2，第四电阻R4两端分别接第一单体电池BAT2的正极和芯片第三引脚VC1；第五电阻R5两端分别接第四单体电池BAT4的负极和芯片第十一引脚VR4，第六电阻R6两端分别接第三单体电池BAT3的负极和芯片第八引脚VR3，第七电阻R7两端分别接第二单体电池BAT2的负极和芯片第五引脚VR2，第八电阻R8两端分别接第一单体电池BAT1的负极和芯片第二引脚VR1。
本发明可以实现四节串联锂电池均衡充电，且外围电路元器件少，成本低；线路简单，易调试；同时各单体电池的均衡元器件具有一致性，均衡效果好。
附图说明
图 1 为本发明示意图。
具体实施方式
如图1所示一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片，其包括四组相同的由电量检测与控制电路和均衡电流控制电路组成的单体电池均衡电路；
所述电量检测与控制电路用于检测单体电池电压并与电池均衡启动电压进行比较输出控制信号控制均衡电流控制电路；
所述均衡电流控制电路内部主要为开关型的MOS管，通过所述电量检测与控制电路输出的信号实现通断。
其进一步特征在于：所述电量检测与控制电路分别为第一电量检测与控制电路101、第二电量检测与控制电路102、第三电量检测与控制电路103、第四电量检测与控制电路104，分别控制第一均衡电流控制电路105、第二均衡电流控制电路106、第三均衡电流控制电路107、第四均衡电流控制电路108；所述芯片包括第一引脚B0、第二引脚VR1、第三引脚VC1、第四引脚B1、第五引脚VR2、第六引脚VC2、第七引脚B2、第八引脚VR3、第九引脚VC3、第十引脚B3、第十一引脚VR4、第十二引脚B4、第十三引脚VC4；所述第一引脚B0和第三引脚VC1接第四均衡电流控制电路108输出端，第四引脚B1和第六引脚VC2接第三均衡电流控制电路107输出端，第七引脚B2和第九引脚VC3接第二均衡电流控制电路106输出端，第十引脚B3和第十三引脚VC4接第一均衡电流控制电路105输出端；第一引脚B0、第四引脚B1、第七引脚B2、第十引脚B3、第十二引脚B4分别外接四节串联单体电池的正负极作为第一电量检测与控制电路101、第二电量检测与控制电路102、第三电量检测与控制电路103、第四电量检测与控制电路104的输入；第二引脚VR1、第五引脚VR2、第八引脚VR3、第十一引脚VR4外接电池均衡启动电压分别接入第一电量检测与控制电路101、第二电量检测与控制电路102、第三电量检测与控制电路103、第四电量检测与控制电路104。
一种四节串联锂电池充电均衡控制电路，其特征在于：其包括充电器、四节单体电池、四个分流电阻、四个均衡启动电压调节电阻和四节串联锂电池充电均衡控制芯片；
第一单体电池BAT1、第二单体电池BAT2、第三单体电池BAT3、第四单体电池BAT4串联后接充电器的正负极，各个单体电池正负极分别所述芯片第一引脚B0、第四引脚B1、第七引脚B2、第十引脚B3、第十二引脚B4；第一电阻R1两端分别接第四单体电池BAT4的正极和芯片第十三引脚VC4，第二电阻R2两端分别接第三单体电池BAT3的正极和芯片第九引脚VC3，第三电阻R3两端分别接第二单体电池BAT2的正极和芯片第六引脚VC2，第四电阻R4两端分别接第一单体电池BAT2的正极和芯片第三引脚VC1；第五电阻R5两端分别接第四单体电池BAT4的负极和芯片第十一引脚VR4，第六电阻R6两端分别接第三单体电池BAT3的负极和芯片第八引脚VR3，第七电阻R7两端分别接第二单体电池BAT2的负极和芯片第五引脚VR2，第八电阻R8两端分别接第一单体电池BAT1的负极和芯片第二引脚VR1。
下面就第一个部分，第一电量检测与控制电路101与第一均衡电流控制电路105组成的单体电池均衡电路做详细的介绍：
如图1，第一均衡电流控制电路105内部主要为开关型的MOS管；图中第十二引脚B4接到第四单体电池BAT4的正端，第十引脚B3接到第四单体电池BAT4的负端，引脚B4与B3的电压差即单体电池BAT4的电压，设为VBAT4，设电池均衡启动电压点为V0 ；电量检测与控制电路101检测单体电池BAT4的电压VBAT4，并与均衡启动电压V0进行比较，当VBAT4 < V0 时，电量检测与控制电路101输出一个控制信号，关闭均衡电流控制电路105内部的MOS管，引脚VC4与引脚B3之间不导通。当单体电池BAT4随充电电压升高到VBAT4  >V0 时，电量检测与控制电路101输出一个相反电平的控制信号，打开均衡电流控制电路105内部的MOS管，引脚VC4与引脚B3之间导通，单体电池BAT4的正极和负极之间通过电阻R1形成一个回路，对充电电流进行分流，降低本节电池的电量上升速度。
电阻R1的大小决定了各个分流电流的大小，可以根据需要进行调整。通过改变电阻R5可以调节均衡启动电压V0 的大小。
其他三个部分利用与上述同样的原理实现均衡电路的开关。
本发明芯片可以同时对4节串联锂电池充电进行检测，当其中最高的一节电池达到均衡点时就对其进行分流放电，降低其充电速度，随着充电的进行，会继续对其他达到均衡点的电池进行分流放电，这样逐渐就实现了4节电池的电量均衡。同时通过少数几颗芯片级联，就可以满足目前3-16节甚至更多节串联锂电池组的均衡。

Claims (3)

1.一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片，其特征在于：其包括四组相同的由电量检测与控制电路和均衡电流控制电路组成的单体电池均衡电路；
所述电量检测与控制电路用于检测单体电池电压并与电池均衡启动电压进行比较输出控制信号控制均衡电流控制电路；
所述均衡电流控制电路内部主要为开关型的MOS管，通过所述电量检测与控制电路输出的信号实现通断。
2.根据权利要求1所述的一种四节串联锂电池充电均衡控制芯片，其特征在于：所述四个电量检测与控制电路分别为第一电量检测与控制电路（101）、第二电量检测与控制电路（102）、第三电量检测与控制电路（103）、第四电量检测与控制电路（104），分别控制第一均衡电流控制电路（105）、第二均衡电流控制电路（106）、第三均衡电流控制电路（107）、第四均衡电流控制电路（108）；所述芯片包括第一引脚（B0）、第二引脚（VR1）、第三引脚（VC1）、第四引脚（B1）、第五引脚（VR2）、第六引脚（VC2）、第七引脚（B2）、第八引脚（VR3）、第九引脚（VC3）、第十引脚（B3）、第十一引脚（VR4）、第十二引脚（B4）、第十三引脚（VC4）；所述第一引脚（B0）和第三引脚（VC1）接第四均衡电流控制电路（108）输出端，第四引脚（B1）和第六引脚（VC2）接第三均衡电流控制电路（107）输出端，第七引脚（B2）和第九引脚（VC3）接第二均衡电流控制电路（106）输出端，第十引脚（B3）和第十三引脚（VC4）接第一均衡电流控制电路（105）输出端；第一引脚（B0）、第四引脚（B1）、第七引脚（B2）、第十引脚（B3）、第十二引脚（B4）分别外接四节串联单体电池的正负极作为第一电量检测与控制电路（101）、第二电量检测与控制电路（102）、第三电量检测与控制电路（103）、第四电量检测与控制电路（104）的输入；第二引脚（VR1）、第五引脚（VR2）、第八引脚（VR3）、第十一引脚（VR4）外接电池均衡启动电压分别接入第一电量检测与控制电路（101）、第二电量检测与控制电路（102）、第三电量检测与控制电路（103）、第四电量检测与控制电路（104）。
3.一种四节串联锂电池充电均衡控制电路，其特征在于：其包括充电器、四节单体电池、四个分流电阻、四个均衡启动电压调节电阻和四节串联锂电池充电均衡控制芯片；
第一单体电池（BAT1）、第二单体电池（BAT2）、第三单体电池（BAT3）、第四单体电池（BAT4）串联后接充电器的正负极，各个单体电池正负极分别所述芯片第一引脚（B0）、第四引脚（B1）、第七引脚（B2）、第十引脚（B3）、第十二引脚（B4）；第一电阻（R1）两端分别接第四单体电池（BAT4）的正极和芯片第十三引脚（VC4），第二电阻（R2）两端分别接第三单体电池（BAT3）的正极和芯片第九引脚（VC3），第三电阻（R3）两端分别接第二单体电池（BAT2）的正极和芯片第六引脚（VC2），第四电阻（R4）两端分别接第一单体电池（BAT2）的正极和芯片第三引脚（VC1）；第五电阻（R5）两端分别接第四单体电池（BAT4）的负极和芯片第十一引脚（VR4），第六电阻（R6）两端分别接第三单体电池（BAT3）的负极和芯片第八引脚（VR3），第七电阻（R7）两端分别接第二单体电池（BAT2）的负极和芯片第五引脚（VR2），第八电阻（R8）两端分别接第一单体电池（BAT1）的负极和芯片第二引脚（VR1）。
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