CN103872711B - 锂电池充放电平衡系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种锂电池充放电平衡系统,包括:相互串联的若干电池单元、DC/DC转换模块、MOS管和微处理器;DC/DC转换模块,用于获取所有电池单元的总电压,并且将所述总电压进行降压;微处理器,对每节电池的电压和电流进行实时监测,并且对应发出调控的具体指令;MOS管,包括子回路MOS管和次回路MOS管。采用本发明所述的锂电池充放电平衡系统,具有使用率高,效率高,成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂电池平衡管理领域,尤其涉及一种锂电池充放电平衡系统。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池。最早得以应用于心脏起搏器中,利用其自放电率低,放电电压平缓的特点,作为植入人体的起搏器能够长期运作而不用重新充电。锂电池一般有高于3.0伏的标称电压,更适合作集成电路电源,广泛用于计算器,数位相机、手表中。与普通电池相比,具有高能量密度、高电压、无污染、循环寿命长、无记忆效应以及快速充电的特点,因此在上个世纪90年代迅猛发展,直至现今作为电动工具,比如电动自行车、电动汽车的动力来源,尤其在当今推崇节能环保的情况下,已经作为汽车动力来源的一个导向。但是,在对锂电池进行循环使用的过程中,需要对锂电池进行不断的充放电操作,由于使用的锂电池都是进行串联使用的,在充电和放电的过程中,需要解决电平衡的问题,即在充电过程中,由于电池电芯本身的差异,在充电过程中,充电的速度不一致,会出现某些电池已经充满,但是某些电池并没有充满的情况,即出现过充的现象;同样,在放电的过程中,放电的速度也不一样,会出现某些电池放电完毕,但是有些放电并非完全,即出现过度放空的问题;此两种情况都会导致电池的使用率和寿命收到严重的影响。虽然说,以往在解决此电平衡的一致性问题时,有如下三者方式:
(1)对处于高电压的电池进行放电。此方法造成能源的浪费,电池的使用率以及工作效率都比较低;
(2)采取同类补电平衡电路,即用一个固定的电流去对电池补电。补电的精度低,同时效率也低;
(3)能量转移平衡方式,即将高电压的电池的能量转移至低电压的电池内。
此过程中效率低,同时成本高。
以上三种方式中,电池的使用率都比较低,仅为60~70%。。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种锂电池充放电平衡系统。可对每一节电池充、放电状态下的电压、电流进行实时监测,并且及时作出补电操作,使得所有电池单元中的电流能达到一致,并且使用率高,效率高,成本低。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种锂电池充放电平衡系统,包括两个或多个串联的电池单元、DC/DC转换模块、MOS管和微处理器;
DC/DC转换模块,用于获取所有电池单元的总电压,并且将所述总电压进行降压;
微处理器,对每节电池的电压和电流进行实时监测,并且对应发出调控的具体指令;
MOS管,包括子回路MOS管和次回路MOS管,所述子回路MOS管作为子回路的通断开关;所述次回路MOS管作为次回路的通断开关,使得与之串联连接的所述DC/DC转换模块通过接受所述微处理器发出的指令,通过脉宽调变方式对每节电池的电压做出具体调控。
对上述技术方案的改进,所述具体调控包括以下两种模式:
充电模式,所述微处理器通过对每节电池在充电时监测其电压和电流,当监测到的某节电池的电压为3.8V时,则发出断开所述子回路MOS管的指令,然后所述DC/DC转换模块对电压未达到4.2V的电池进行补电;当所述微处理器监测到的每节电池的电压都达到4.2V,并且充电电流为电池总容量的1/10时,则发出断开所述次回路MOS管,从而完成对整个所述电池单元补电的操作;
放电模式,所述微处理器通过对每节电池在放电时监测其电压和电流,当监测到的某节电池的电压为3.3V时,则发出断开所述MOS管的指令;当所述微处理器监测到的每节电池的电压为3V,并且电流为10mA时,则发出断开所述次回路MOS管,从而完成对整个所述电池单元放电的操作。
对上述技术方案的进一步改进,每个所述电池单元为16节电池。
对上述技术方案的进一步改进,所述DC/DC转换模块能将所述总电压降压至4.2V。
由上可见,应用本发明实施例的技术方案,首先通过DC/DC转换模块将相互串联的若干电池单元的总电压进行降压,然后再采用微处理器对每一节电池进行实时监测,并根据预设程序发出断开所述子回路MOS管的指令,从而对电池单元中未达到4.2V的每一节电池,进行单节补电操作,直至每节电压达到饱充,所述微处理器才发出断开次回路MOS管,最终完成整个电池单元的饱充操作。所述MOS管则根据所述微处理器发出的具体调制指令做出对应的调变,最终使得充电过程中,使得每节电池达到充饱的状态,并且效率最高;在放电过程中,使得每节电池达到完全放空的状态,并且效率也最高。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
(1)工作效率高;
(2)电池的使用率高达80%;
(3)电池循环使用的寿命长。
附图说明
图1是本发明所述的锂电池充放电平衡系统的结构原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示,本发明所述的锂电池充放电平衡系统,包括两个或多个串联的电池单元1、DC/DC转换模块2、微处理器3和MOS管4;所述电池单元1相互串联,每个电池单元1的电池11数目为16节,所述电池单元1的数目则是根据具体情形所需而定;所述DC/DC转换模块2用于获取所述电池单元1的总电压,并且将所述总电压降压至所述微处理器3进行正常工作的安全电压为4.0~5.0V,一般采用4.2V;所述MOS管4包括子回路MOS管41和次回路MOS管42,所述子回路MOS管41只有一个,所述次回路MOS管42则根据电池的数目而定,一节电池11正负极端分别串联有一个MOS管42,作为单节电池的充放电的开关,并且每一个所述MOS管42分别连接至所述DC/DC转换模块,数目为电池数目的2倍;所述微处理器3对每节电池11的电压和电流进行实时监测,充电过程中:当在若干电池单元1中有监测到某个电池的电压为3.8V时,则所述微处理器3则发出断开所述子MOS管41的指令,并且对电压未达到4.2V的每节电池11进行继续补电,直至该电池11的电压达到4.2V,并且充电电流为电池总容量的1/10时,则表明该电池11达到充饱状态,因此切断所述次回路MOS管42,补电完成,从而完成饱充操作。在放电过程中,当在若干电池1中有监测到某个电池的电压为3.3V时,则所述微处理器3则发出断开所述子回路MOS管41,然后对电压未达到3V的电池进行继续放点,直至所述微处理器3监测若干电池单元1中每节电池11的电压达到3V,并且电流为10mA时,则表明所有电池11达到放空状态,因此断开所述次回路MOS管42进行补电的操作,从而放电完成。图1中还可以看出:若干电池11相互串联,其每一个电池单元1为16节电池11,同时整个所述锂电池平衡电流系统可以包括两个电池单元1,或者是三个、四个,甚至更多。所述DC/DC转换模块2的一端连接PACK+,另一端连接PACK-,即获取了所有电池单元1的总电压,进而进行减压,并且所述DC/DC转换模块2与每一个电池通过MOS管相并联;所述微处理器3通过与所述MOS管4串联连接,直接监控着每一节电池11的电压及电流情况;每节电池11的正负极两端分别连接有所述次回路MOS管42;每个所述次回路MOS管42分别与所述DC/DC转换模块2和所述微处理器串联,从而使得所述微处理器3能够精准的监测到每节电池的电压及电流情况,从而实现对每节电池进行饱充和放空的操作。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (3)
1.一种锂电池充放电平衡系统,包括多个串联的电池单元(1),其特征在于,还包括:
DC/DC转换模块(2),用于获取所有电池单元(1)的总电压,并且将所述总电压进行降压;
微处理器(3),对每节电池(11)的电压和电流进行实时监测,并且对应发出调控的具体指令;
MOS管(4),包括子回路MOS管(41)和次回路MOS管(42),所述子回路MOS管(41)作为子回路的通断开关;所述次回路MOS管(42)作为次回路的通断开关,使得与之串联连接的所述DC/DC转换模块(2)通过接受所述微处理器发出的指令,通过脉宽调制方式对每节电池(11)的电压做出具体调控;
每节电池(11)的正负极两端分别连接有所述次回路MOS管(42);
每个所述次回路MOS管(42)分别与所述DC/DC转换模块(2)和所述微处理器串联;
所述具体指令包括以下两种模式:
充电模式,所述微处理器(3)通过对每节电池(11)在充电时监测其电压和电流,当监测到的某节电池(11)的电压为3.8V时,则发出断开所述子回路MOS管(41)的指令,然后所述DC/DC转换模块(2)对电压未达到4.2V的电池(11)进行补电;当所述微处理器(3)监测到的每节电池(11)的电压都达到4.2V,并且充电电流为电池总容量的1/10时,则发出断开所述次回路MOS管(42),从而完成对整个所述电池单元(1)补电的操作;
放电模式,所述微处理器(3)通过对每节电池(11)在放电时监测其电压和电流,当监测到的某节电池(11)的电压为3.3V时,则发出断开所述子回路MOS管(41)的指令;当所述微处理器监测到的每节电池的电压为3V,并且电流为10mA时,则发出断开所述次回路MOS管(42)的指令,从而完成对整个所述电池单元(1)放电的操作。
2.根据权利要求1所述的锂电池充放电平衡系统,其特征在于:
每个所述电池单元(1)为16节电池(11)。
3.根据权利要求1所述的锂电池充放电平衡系统,其特征在于:
所述DC/DC转换模块(2)能将所述总电压降压至4.2V。
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