CN103501036B - 一种锂电池充放电控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明锂电池充放电控制电路，要解决锂电池与负载或充电装置之间的电压平台不匹配的技术问题，属电池控制电路技术领域。其特征在于：储能电感的一端分别与电池的正极连接和与负极端子连接；储能电感的另一端分别通过第二开关与电池的负极连接，通过第一开关与正极端子连接；控制模块通过控制信号分别控制第一开关和第二开关的导通与断开；电池放电时，正极端子连接负载正极、负极端子连接负载负极；电池充电时，正极端子连接充电装置的正极、负极端子连接充电装置的负极。实现锂电池对负载的升压放电、降压放电，充电装置对锂电池的升压充电、降压充电四种工作模式，电压控制更为灵活。开关数量少，结构简单转换效率高、工作可靠成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池的充放电控制电路，尤其涉及一种锂电池的充放电控制电路，属电池控制电路技术领域。
背景技术
相对于铅酸等其他种类电池，锂电池具有循环寿命长、能量密度高、环保无污染等优点，因此在电动汽车、储能领域的应用越来越广泛。但是锂电池由于其电化学原理的特性，在使用过程中绝对不能过充、过放。同时单体锂电池正常工作电压3～4V，为了与不同电压平台的负载相匹配，通常需要将锂电池按照需要的电压平台串联使用。由于锂电池不允许过充、过放，因此当串联锂电池组中的单体出现不一致，即不均衡的情况时，会降低整个电池组的有效容量，放电时只能放到容量最小或SOC最小的电池单元的下限，否则容量最小或SOC最小的电池单元会出现过放。串联充电时，电池组中单元容量最小或SOC最大的电池首先充满。如果此时停止充电，则整个电池组无法充满，电池组的容量不能得到有效利用；如果继续充电则部分电池单元会出现过充。为了解决上述问题，通常需要为串联锂电池组配备精密、复杂、昂贵的管理系统，以解决锂电池组的均衡和过充、过放保护。因此单纯通过锂电池组串联匹配电压平台的方式，缺点很明显，不但成本高，而且可靠性差。同时电压平台固定，同一个系统不能适应多种电压平台的需求。
发明内容
本发明的目的是提供了一种锂电池充放电控制电路，可以有效解决锂电池与负载或充电装置之间的电压平台匹配，消除或减少由于锂电池容量不一致，而导致串联使用所带来的成本高、可靠性差等问题。
为达到上述目的，采用的技术方案是：一种锂电池充放电控制电路，包括储能电感L1、电池Bat1、第一开关SW1、第二开关SW2和控制模块，其特征在于：第一开关SW1和第二开关SW2直接串联连接，储能电感L1的一端A分别与电池Bat1的正极和负极端子D连接；储能电感L1的另一端B与第一开关SW1和第二开关SW2相互直接串联的连接点连接，并通过第二开关SW2与电池Bat1的负极连接，通过第一开关SW1与正极端子C连接；所述控制模块分别与第一开关SW1、第二开关SW2电连接，且通过控制信号1控制第一开关SW1的导通与断开，通过控制信号2控制第二开关SW2导通与断开；
电池Bat1放电时，正极端子C连接负载正极、负极端子D连接负载负极；当第二开关SW2的导通时间大于第一开关SW1的导通时间时，电池对负载为升压放电；当第二开关SW2的导通时间小于第一开关SW1的导通时间时，电池对负载为降压放电；
电池Bat1充电时，正极端子C连接充电装置的正极、负极端子D连接充电装置的负极；当第二开关SW2的导通时间大于第一开关SW1的导通时间时，充电装置对电池为降压充电；当开关SW2的导通时间小于开关SW1的导通时间时，充电装置对电池为升压充电。
所述第一开关SW1和所述第二开关SW2采用MOSFET场效应管，或采用IGBT功率开关管。
所述的电池Bat1是电池单体，或由多个单体组成的电池组。
由于本发明提出的技术方案有四种工作模式，可以实现锂电池与负载或充电装置之间的四象限匹配，即实现锂电池对负载的升压放电、降压放电，充电装置对锂电池的升压充电、降压充电，因此可以有效解决锂电池与负载或充电装置之间的电压平台匹配。特别是对于负载或充电装置的电压平台不高的系统，可以实现锂电池的无串联使用，彻底消除串联锂电池不一致问题。对于电压平台较高的系统，又可以减少串联数量，提升系统可靠性。本发明具有四象限变换能力，电压控制更为灵活。开关数量少，无隔离变压器，电路结构简单、转换效率高、成本低、可靠性高。
附图说明
下面结合附图说明对本发明做进一步说明。
图1为一种电池充放电控制电路线路结构示意图；
图2为电池放电工作原理示意图；
图3为电池充电工作原理示意图。
具体实施方式
图1为一种电池充放电控制电路线路结构示意图，由图1所示可见，一种锂电池充放电控制电路，包括储能电感L1、电池Bat1、第一开关SW1、第二开关SW2和控制模块，其特征在于：储能电感L1的一端A分别与电池Bat1的正极连接和与负极端子D连接；储能电感L1的另一端B分别通过第二开关SW2与电池Bat1的负极连接，通过第一开关SW1与正极端子C连接；所述控制模块分别与第一开关SW1、第二开关SW2电连接，且通过控制信号1控制第一开关SW1的导通与断开，通过控制信号2控制第二开关SW2导通与断开；
电池Bat1放电时，正极端子C连接负载正极、负极端子D连接负载负极；
电池Bat1充电时，正极端子C连接充电装置的正极、负极端子D连接充电装置的负极。
所述第一开关SW1和所述第二开关SW2，采用MOSFET场效应管或IGBT功率开关管。
所述电池可以是单体电池，也可以是多个单体并联使用。电池容量可以任意增减，使用非常灵活。通过本发明提供的充放电控制电路，可以实现电池模块与不同电压平台的灵活匹配。
正极端子和负极端子连接负载时，电池放电工作原理如图2所示，首先第一开关SW1断开，第二开关SW2导通，电流方向为流出电池Bat1正极，经过电感L1、第二开关SW2，流入电池Bat1负极。电池Bat1为放电过程，电感L1为储能过程。经过设定时间后，第二开关SW2断开，第一开关SW1导通，电流方向为电感L1、第一开关SW1、正极端子、负载、负极端子、回到电感L1。此过程中，电感将储存的能量释放到负载。经过设定时间后，第一开关SW1断开，第二开关SW2导通，重复上述过程。放电过程中，第一开关SW1、第二开关SW2的导通和断开的时间比例，决定了电池电压和由正极端子、负极端子之间施加到负载上的电压比例。当第二开关SW2的导通时间大于第一开关SW1的导通时间时，电池对负载为升压放电。当第二开关SW2的导通时间小于第一开关SW1的导通时间时，电池对负载为降压放电。
正极端子和负极端子连接充电装置时，电池充电工作原理如图3所示，首先第二开关SW2断开，第一开关SW1导通，电流方向为流出充电装置正极，经过正极端子、第一开关SW1、电感L1、负极端子、流入充电装置负极。充电装置为放电过程，电感L1为储能过程。经过设定时间后，第一开关SW1断开，第二开关SW2导通，电流方向为电感L1、电池Bat1正极、电池Bat1负极、第二开关SW2、回到电感L1。此过程中，电感将储存的能量释放到电池，电池Bat1充电。经过设定时间后，第二开关SW2断开，第一开关SW1导通，重复上述过程。当第二开关SW2的导通时间大于第一开关SW1的导通时间时，充电装置对电池为降压充电。当开关SW2的导通时间小于开关SW1的导通时间时，充电装置对电池为升压充电。
本发明可以实现锂电池与负载或充电装置之间的四象限匹配，即锂电池对负载的升压放电、降压放电，充电装置对锂电池的升压充电、降压充电，因此可以有效解决锂电池与负载或充电装置的电压平台匹配。特别是对于负载或充电装置的电压平台不高的系统，可以实现锂电池的无串联使用，彻底消除串联锂电池不一致问题。对于电压平台较高的系统，又可以减少串联数量，提升系统可靠性。
本发明具有四象限变换能力，电压控制更为灵活。正极端子和负极端子是充放电共用端口，连接负载时，电池放电。连接充电装置时，电池充电。放电时，正极端子和负极端子间的输出电压可以低于电池电压，也可以高于电池电压。充电时，正极端子和负极端子间的输出电压可以低于电池电压，也可以高于电池电压。开关数量少，无隔离变压器，电路结构简单、转换效率高、成本低、工作可靠。
Claims (2)
1.一种锂电池充放电控制电路，包括储能电感L1、电池Bat1、第一开关SW1、第二开关SW2和控制模块，其特征在于：第一开关SW1和第二开关SW2直接串联连接，储能电感L1的一端A与电池Bat1的正极和负极端子D连接；储能电感L1的另一端B与第一开关SW1和第二开关SW2相互直接串联的连接点连接，并通过第二开关SW2与电池Bat1的负极连接，通过第一开关SW1与正极端子C连接；所述控制模块分别与第一开关SW1、第二开关SW2电连接，且通过控制信号1控制第一开关SW1的导通与断开，通过控制信号2控制第二开关SW2导通与断开；正极端子C和负极端子D是充放电共用端口；
电池Bat1放电时，正极端子C连接负载正极、负极端子D连接负载负极，当第二开关SW2的导通时间大于第一开关SW1的导通时间时，电池对负载为升压放电；当第二开关SW2的导通时间小于第一开关SW1的导通时间时，电池对负载为降压放电；
电池Bat1充电时，正极端子C连接充电装置的正极、负极端子D连接充电装置的负极，当第二开关SW2的导通时间大于第一开关SW1的导通时间时，充电装置对电池为降压充电；当开关SW2的导通时间小于开关SW1的导通时间时，充电装置对电池为升压充电。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池充放电控制电路，其特征在于：所述第一开关SW1和所述第二开关SW2采用MOSFET场效应管，或采用IGBT功率开关管。
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