CN106549469A - 一种锂电池并联充电串联使用电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池并联充电串联使用电路结构，包括输入模块、识别判断模块、充电模块、主控模块、降压模块、输出模块和负载，充电模块包括电路保护模块和锂电池组，输出模块连接负载；锂电池组包括有锂电池BT1和BT2，识别判断模块包括一N型MOS管和一P型MOS管；P型管源极端接锂电池BT2正极端+BT2，P型管漏极接N型管漏极，并与锂电池BT1负极GND_BT1连接，N型管源极和锂电池BT2负极均接地，锂电池BT1正极+BT1接电压输出。本发明通过N型MOS管与P型MOS管特殊的连接控制方式，实现两大功能，第一，给锂电池组并联充电；第二，当负载所需工作电压高于单节锂电池时，锂电池组放电。保障锂电池使用寿命，且能高效可靠工作。

Description

一种锂电池并联充电串联使用电路结构

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种采用并联充电的锂电池电路组成结构。

背景技术

锂电池最早出现于1958年，20世纪70年代进入实用化。20世纪80年代趋向研究锂离子电池，以后日益发展。随着科技进步与社会发展，像手机、笔记本电脑、MP3播放器、PDA、掌上游戏机、数码摄像机等便捷式设备已越来越普及，这类产品常常采用二次电池进行供电。随着国际能源短缺、日益严重的空气污染以及人类对低碳环保意识的加深，节能环保是中国乃至全世界当今的努力目标和技术发展方向。国家与企业着重发展各类新能源产业，如新能源汽车、风能发电、太阳能发电等。锂电池作为新能源电池，在新能源汽车、信息通讯设备、航空航天电源、医疗设备等领域应用越来越广泛。

锂电池与其他二次电池相比较有很多独特的优势，第一，锂电池非常合适环保这一要求，与铅酸电池不同，锂电池内部的电解液是无害无毒的，因此不用担心锂电池损坏后会有毒物质环境污染等；第二，锂电池本身的性能就很有优势，不仅体积小重量轻，能量密度和功率密度都很高，而且具有更低的自放电率和较宽的工作温度范围，逐渐成为铅酸电池与镍镉电池的代替品；第三，锂电池没有记忆效应，其充电次数高达2000次，具有很长的使用寿命，还可以随时进行快速充放电；第四，锂电池工作电压比其他动力电池都要高，而且内部具有一定地过流、过压等保护措施，所以使得使用寿命大大延长。

在目前锂电池充电方案中，使用串联充电需使用高于串联电池组电压之充电器，工作中出现容量小的电池先充满，而容量大的电池还没充满，当容量大的电池充满时，容量小的电池已经反复充了多次，降低了容量小电池的使用寿命；使用并联充电电路给多节锂电池充电，满足标准5V充电电压的兼容性，保证了锂电池的使用效率和延长其使用寿命。但在并联放电方案中，当使用超出单节锂电池供电电压的电器负载时(例如5V输出)，需配置DC-DC升压电路，电路本身消耗电能并会持续发热，当温度过高时，电路进入保护模式并停止工作，导致效率低，可靠性差。现有技术方案缺点如下：第一，串联充电电路，使得锂电池的使用寿命缩短；第二并联充电配并联使用电路，无法满足比单节锂电池更高电压的电器长时间工作，使得电路板的发热温度过高，工作效率低。

锂电池在高功率应用场合一般是采用串并联电池组的形式，而由于电池单体的不一致性，锂电池组在使用时必须配备适合的电池管理，以改善电池组的性能和延长电池组使用寿命。锂离子电池使用中将单体电池串联到一定的电压等级，同时需要将电池并联到一定的容量等级以满足电压、功率的需求，电池组一般有几十至上百个单体电池串联或先并联后串联组成，电池串联成组时，电池组最大可用容量由单体电池容量及其荷电状态(State of Charge,SOC)共同决定，单体电压的不一致性会导致部分单体电池的过充或过放。电池并联成组时，支路电池内阻、SOC、电容差异会造成并联支路的电流不平衡。因此电池组的性能不是电池单体性能的简单叠加，这就需要对电池进行准确建模，准确仿真电池组的充放电特性，为电池管理系统提供电池参数信息，有利于提高电池组使用效率甚至延长使用寿命从而达到优化电池成组应用的目的。

韩国首尔国立大学(Seoul National University)Jonghoon Kim通过实验筛选出电池容量和内阻参数近乎一致的电池串联、并联以及串并联成组，对比电池组合单体电池的参数，进而得出串联、并联电池组的等效电路。Jonghoon Kim得到的电池组等效电路是建立在严格的电池实验筛选基础上，在实际使用中，单体电池的容量、内阻等参数存在一定的差异，该实验方法得出电池组等效电路准确性有待验证。

夏威夷大学(University of Hawaii)研究人员在准确建立单体电池仿真模型的基础上，考虑串联电池组的各个电池单体参数差异，采用统计学知识建立了串联电池组仿真模型，该模型的仿真准确性依赖电池参数辨识的准确性。

国内一些关于电池组建模的研究大多将电池组作为一个“大电池”，进行实验参数辨识，通过这样地方法得到的电池等效电路模型有一定的局限性，忽略了电池组的不一致性以及单体电池过充过放的现象。

申请号为201420171469.7的发明专利，公开了一种多节锂电池的并联充电电路，包括直流电源与多个锂电池充电集成电路连接，该专利将直流电源的电流分别经过多个锂电池充电集成电路和锂电池保护电路给锂电池单独充电，锂电池每次都能充满电，而且也不会对锂电池过充，有效提高了锂电池的充电效率，延长了锂电池的使用寿命。

申请号201410056812.8的发明专利公开了一种实现多组锂电池并联循环充电的控制系统及其方法，包括充电机、多组锂电池、充电回路和通讯线路组，该专利实现在无人值守的情况下，保证每组锂电池都能充满，可显著增加锂电池的续航能力，延长电池组的循环使用寿命；同时不增加充电系统控制的复杂度和开发成本的前提下，显著的提高了充电机的使用率。

上述现有技术的方案都实现了并联充电的功能，但却没有实现同时串联使用的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺点，提供一种电路结构简单、可延长电池寿命、可实现同时并联充电和串联使用锂电池电路结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种锂电池并联充电串联使用电路结构，包括有输入模块和充电模块，充电模块包括有电路保护模块和锂电池组，锂电池组连接电路保护模块，其特征在于：输入模块连接有识别判断模块，识别判断模块分别连接充电模块和主控模块，主控模块分别连接输出模块和降压模块，降压模块连接输出模块，输出模块连接负载；所述锂电池组包括有锂电池BT1和锂电池BT2，而识别判断模块包括有双MOS管，一只为N型管，另一只为P型管；双MOS管中的P型管的源极端接锂电池BT2的正极端+BT2，且该P型管的漏极端、N型管的漏极端及锂电池BT1的负极端一起连接到GND_BT1点，而该N型管的源极端和锂电池BT2的负极端均接地，锂电池BT1的正极端+BT1接电压输出端；P型管的栅极连接电阻RCH1，电阻RCH1接充电输入端，N型管的栅极与P型管的栅极相连，且N型管的栅极与其漏极之间连接电阻RCH2。

进一步地，所述负载的工作电压大于单节锂电池的电压。

进一步地，所述电阻RCH1连接的充电输入端为USB接口输入端+USB。

进一步地，电阻RCH1的阻值小于电阻RCH2的阻值。

进一步地，锂电池BT1的充电控制芯片U1和锂电池BT2的充电控制芯片U2均采用芯片SX5058或芯片TP4056，锂电池BT1的正极端+BT1连接控制芯片U1的BAT脚，锂电池BT2的正极端+BT2连接控制芯片U2的BAT脚。

放电过程，当未插入USB接口时，节点+USB无电压，双MOS管的栅极之间的电压检测点CHECK点受电阻RCH2下拉到地，CHECK点为低电平，N型管的漏极截止，锂电池BT2的正极+BT2电压高于CHECK点电压，P型管的源极导通，锂电池BT2的正极+BT2与锂电池BT1的负极GND_BT1点直连，电源形成BT1+BT2的串联模式，并输出电源给负载。

充电过程，当插入USB接口时，节点+USB高电平，CHECK点也为高电平，N型管的漏极导通，P型管的源极截止，由于GND_BT1点与地相连，此时锂电池BT1的正极+BT1与锂电池BT2的正极+BT2分别通过充电模块取电，形成并联充电模式，节点+USB提供电源给充电模块。

本发明通过通过N型MOS管与P型MOS管特殊的连接控制方式，实现两大功能，第一，给锂电池组并联充电；第二，当负载所需工作电压高于单节锂电池时，锂电池组放电。保障锂电池使用寿命，且能长时间高效可靠工作。

附图说明

图1为本发明结构示意框图；

图2为本发明工作流程图；

图3为电池接线电路图；

图4为电池充电过程控制电路图；

图5为电池放电过程控制电路图。

具体实施方式

本实施例中，参照图1、图2和图3，所述锂电池并联充电串联使用电路结构，包括有输入模块和充电模块，充电模块包括有电路保护模块和锂电池组，锂电池组连接电路保护模块，输入模块连接有识别判断模块，识别判断模块分别连接充电模块和主控模块，主控模块分别连接输出模块和降压模块，降压模块连接输出模块，输出模块连接负载；所述锂电池组包括有锂电池BT1和锂电池BT2，而识别判断模块包括有双MOS管，一只为N型管，另一只为P型管；双MOS管中的P型管的源极端接锂电池BT2的正极端+BT2，且该P型管的漏极端、N型管的漏极端及锂电池BT1的负极端一起连接到GND_BT1点，而该N型管的源极端和锂电池BT2的负极端均接地，锂电池BT1的正极端+BT1接电压输出端；P型管的栅极连接电阻RCH1，电阻RCH1接充电输入端，N型管的栅极与P型管的栅极相连，且N型管的栅极与其漏极之间连接电阻RCH2。

所述负载的工作电压大于单节锂电池(即锂电池BT1和锂电池BT2任一节)的电压。

所述电阻RCH1连接的充电输入端为USB接口输入端+USB。

电阻RCH1的阻值小于电阻RCH2的阻值。

锂电池BT1的充电控制芯片U1和锂电池BT2的充电控制芯片U2均采用芯片SX5058(或者芯片TP4056亦可)，锂电池BT1的正极端+BT1连接控制芯片U1的BAT脚，锂电池BT2的正极端+BT2连接控制芯片U2的BAT脚。

放电过程，参照图3和图5，当未插入USB接口时，节点+USB无电压，双MOS管的栅极之间的电压检测点CHECK点受电阻RCH2下拉到地，CHECK点为低电平，电压为0.016V，N型管的漏极截止，锂电池BT2的正极+BT2电压高于CHECK点电压，P型管的源极导通，锂电池BT2的正极+BT2与锂电池BT1的负极GND_BT1点直连，电源形成BT1+BT2的串联模式，并输出+7.92V电源给负载使用。

充电过程，参照图3和图4，当插入USB接口时，节点+USB高电平5V，CHECK点也为高电平4.95V，N型管的漏极导通，P型管的源极截止，由于GND_BT1点与地相连，此时锂电池BT1的正极+BT1与锂电池BT2的正极+BT2分别通过充电模块取电，形成并联充电模式，节点+USB提供电源给充电模块。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (5)

1.一种锂电池并联充电串联使用电路结构，包括有输入模块和充电模块，充电模块包括有电路保护模块和锂电池组，锂电池组连接电路保护模块，其特征在于：输入模块连接有识别判断模块，识别判断模块分别连接充电模块和主控模块，主控模块分别连接输出模块和降压模块，降压模块连接输出模块，输出模块连接负载；所述锂电池组包括有锂电池BT1和锂电池BT2，而识别判断模块包括有双MOS管，一只为N型管，另一只为P型管；双MOS管中的P型管的源极端接锂电池BT2的正极端+BT2，且该P型管的漏极端、N型管的漏极端及锂电池BT1的负极端一起连接到GND_BT1点，而该N型管的源极端和锂电池BT2的负极端均接地，锂电池BT1的正极端+BT1接电压输出端；P型管的栅极连接电阻RCH1，电阻RCH1接充电输入端，N型管的栅极与P型管的栅极相连，且N型管的栅极与其漏极之间连接电阻RCH2。

2.根据权利要求1所述的锂电池并联充电串联使用电路结构，其特征在于：所述负载的工作电压大于单节锂电池的电压。

3.根据权利要求1所述的锂电池并联充电串联使用电路结构，其特征在于：所述电阻RCH1连接的充电输入端为USB接口输入端+USB。

4.根据权利要求1所述的锂电池并联充电串联使用电路结构，其特征在于：电阻RCH1的阻值小于电阻RCH2的阻值。

5.根据权利要求1所述的锂电池并联充电串联使用电路结构，其特征在于：锂电池BT1的充电控制芯片U1和锂电池BT2的充电控制芯片U2采用芯片SX5058或芯片TP4056，锂电池BT1的正极端+BT1连接控制芯片U1的BAT脚，锂电池BT2的正极端+BT2连接控制芯片U2的BAT脚。