CN111446745A - 一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组及其升压方法 - Google Patents

Abstract

一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组及其升压方法，包括电芯组、单节保护电路及升压线路，所述电芯组采用多个电芯并联连接形成，所述电芯组与单节保护电路并联连接，所述电芯组由3只及以上电芯并联组成，所述单节保护电路与升压线路并联连接，所述升压线路与外部用电器并联连接，所述升压线路由1个及以上的单升压线路串联组成，所述单升压线路采用5V升压方案设计；本发明通过采用多级电芯并联的方式，不存在串联电池所出现的电芯配对、电压一致性差等问题，且具备良好的升压可调性，当其中一颗电芯损坏时，同样可以进行稳压输出，仅仅降低电芯组总容量。

Description

一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组及其升压方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组。

背景技术

锂电池的单只电压一般为3.7V，由于市场上的数码设备种类较多，有些数码设备驱动电压高于3.7V,例如扫地机的驱动电压一般为9-16.8V，电池生产厂家需要把电池经过串联后才能满足设备需求，所以在组装电池组时，需通过电压、内阻、容量进行配对来保证电池的一致性，因锂离子电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应，该副反应加剧后会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此电池组需增加保护电路进行使用。

由于锂离子电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应，该副反应加剧后会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电芯的损害。

现有技术中，高电压电池组都是通过N只电池串联起来形成电池组来增加电压，并在每只电池上增加IC保护板对每只电池的充放电进行电压保护，一般电池经过一段时间使用后，一致性会变差，由于保护板必须是对每只电池进行保护，所以其中一只电池的电压或高或低，都会进行保护，导致电池组使用寿命缩短，使用时间变短，不良率增加。N串加板电池组一般会有一条或多条采集电压的镍片，镍片的边缘比较锋利，且容易割破电芯的外套管导致短路。

发明内容

本发明目的就是针对现有技术中电池采用并联升压方案导致电池因不一致性产生化学副反应，导致电池性能和寿命大大缩减、电池内部压力大产生爆炸危险、镍片割破电芯致使电压不够失去性能等问题，提供一种多级电芯并联稳压升压电池组，使其具备可多级调节的升压方案，通过多级电芯并联升压，可驱动各类数码设备，对单电芯的一致性要求大大变低，使不良率远远低于传统电池组。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，包括电芯组、单节保护电路及升压线路，所述电芯组采用3只及以上电芯并联连接组成，所述电芯组与单节保护电路并联连接，所述单节保护电路与升压线路并联连接，所述升压线路与外部用电器并联连接，所述电芯组采用1个单节保护电路进行充放电保护，所述升压线路由1个及以上的单升压线路串联组成。

优选的，所述单节保护电路内含有2颗集成芯片U1和U2，所述U1采用S-8261D系列主控IC芯片，所述U2采用8205A系列MOS管类开关。

优选的，所述单升压线路采用5V升压方案设计。

优选的，所述电芯组的总电量等于每只电芯的标称容量之和。

优选的，所述电芯组的总电压与单颗电芯的电压保持一致。

优选的，采用多级电芯并联的稳压升压电池组进行升压的方法，包括以下步骤：

S1、将升压线路与电芯组相连接一端的所有单升压线路负极相串联，形成一个公共的电池负极端点，将升压线路与电芯组相连接一端的所有单升压线路正极相串联，形成一个公共的电池正极端点；

S2、将升压线路与外部用电器相连接一端的所有单升压线路正极与另一组相同单升压线路负极首尾相连接，并最终预留一组单升压线路的正极为公共用电器正极端，预留一组单升压线路的负极为公共用电器负极端；

S3、将电池正极端点和电芯负极端点分别与电芯组的正极和负极相连接；

S4、此时公共用电器正负极两端电压差即为N个单升压线路电压之和。

本发明的有益效果：

1、本发明的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，将原需要一颗N串的IC对电池组进行保护，现改为采用一颗单节IC对电池组进行充放电保护，并通过升压来达到设备的驱动电压，同体积的电池组，可升至不同电压等级，例如5V/10V/15V等，可用于市场上各类电压不同等级的数码设备，例如POS机、扫地机、小数码家电等，适用性更高。

2、本发明的升压线路采用5V升压方案，当客户设备需要9-12.6V电压驱动时，使用两个5V升压线路，将两个5V输出串联起来，便得到一个10V的输出电压；当客户设备需要12-16.8V电压驱动时，使用三个5V升压线路，将三个5V输出串联起来，得到的则是一个15V的输出电压。

3、本发明的升压电池组如果在使用过程中，其中一颗电芯出现电压不良，剩余的电芯同样可以进行升压输出，给设备供电，不良品远远低于传统方案的电池组，电池的性能并联时电压不变，当单颗电芯的电压为3.7V时，4颗电芯并联后，电池组的电压依然是3.7V，采用标称容量*N颗电芯＝电池组的总容量的结构设计，当任意一颗电芯损坏时，电池组的电压均不会发生变化，只会损失一颗电芯的容量；对电池组的性能、一致性、不良率可以得到良好的控制，组装变为只有电池正负两个极片的结构设计，没有繁琐的采样极片，短路隐患更低。

附图说明

图1为本发明稳压升压电池组的结构原理示意图；

图2为本发明单节保护电路的电路结构示意图；

图3a为本发明单节保护电路芯片U2的内部电路结构原理图；

图3b为本发明单节保护电路芯片U2的引脚结构原理图；

图4为本发明升压线路升压至10V的电路结构示意图；

图5为本发明升压线路升压至15V的电路结构示意图；

图6为本发明损失电芯后电压不变的结构原理示意图。

图中：1、电芯；2、单节保护电路；3、升压线路。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1至图3b所示，一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，包括电芯组、单节保护电路及升压线路，所述电芯组采用3只及以上电芯并联连接形成，所述电芯组采用1个单节保护电路进行充放电保护，所述电芯组与单节保护电路并联连接，所述单节保护电路内含有2颗集成芯片U1和U2，U1采用S-8261D系列主控IC芯片，U2采用8205A系列MOS管类开关，两者引脚对应连接组成单节保护电路的电路保护系统。

所述单节保护电路与升压线路并联连接，所述升压线路由1个及以上的单升压线路串联组成，所述单升压线路采用5V升压方案设计，所述升压线路与外部用电器并联连接，所述电芯组的总电量等于每只电芯的标称容量之和，所述电芯组的总电压与单颗电芯的电压保持一致。

特别的，为便于本发明更好的实施与理解，特将本发明中单节保护电路和升压线路的电路原理结构图在实施例中进行举例说明。

实施例1：

参考图1至图4所示，本发明的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，采用四颗电芯并联设计组成电芯组，单颗电芯电压采用3.7V设计方案，整个电芯组电压也为3.7V，单节保护电路采用图2所示的电路结构进行设计，单节电路中的电路保护系统采用U1和U2两颗集成芯片进行充放电保护，其中，U1芯片可采用艾普凌科、威科电子、深圳博时电子等旗下的S-8261D系列主控IC芯片，U2芯片可采用柏通半导体、富满电子、亿创微芯电子等旗下的8205A类MOS管开关，芯片具体使用型号可依据产品功能而定，并在线路中加入R1和R2两个电阻进行线路保护，将单节保护电路的B+和B-两个端点与电芯组正负极相连接，将单节保护电路的P+和P-两端点与升压电路的电池正极和电池负极两个端点相连接。

其中升压方案采用如下步骤进行设计：

S1、将升压线路与电芯组相连接一端的所有单升压线路负极相串联，形成一个公共的电池负极端点，将升压线路与电芯组相连接一端的所有单升压线路正极相串联，形成一个公共的电池正极端点；

S2、将升压线路与外部用电器相连接一端的所有单升压线路正极与另一组相同单升压线路负极首尾相连接，并最终预留一组单升压线路的正极为公共用电器正极端，预留一组单升压线路的负极为公共用电器负极端；

S3、将电池正极端点和电芯负极端点分别与电芯组的正极和负极相连接；

S4、此时公共用电器正负极两端电压差即为N个单升压线路电压之和。

因使用了两组单升压线路进行串联，所以公共用电器正负极两端电压为10V。

实施例2：

参考图1、图2、图3a、图3b及图5所示，本发明的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，采用四颗电芯并联设计组成电芯组，单颗电芯电压采用3.7V设计方案，整个电芯组电压也为3.7V，单节保护电路采用图2所示的电路结构进行设计，单节电路中采用U1和U2两颗集成芯片进行充放电保护，芯片可与实施例1保持一致，并在线路中加入R1和R2两个电阻进行线路保护，将单节保护电路的B+和B-两个端点与电芯组正负极相连接，将单节保护电路的P+和P-两端点与升压电路的电池正极和电池负极两个端点相连接。

其中升压方案采用如下步骤进行设计：

S1、将升压线路与电芯组相连接一端的所有单升压线路负极相串联，形成一个公共的电池负极端点，将升压线路与电芯组相连接一端的所有单升压线路正极相串联，形成一个公共的电池正极端点；

S2、将升压线路与外部用电器相连接一端的所有单升压线路正极与另一组相同单升压线路负极首尾相连接，并最终预留一组单升压线路的正极为公共用电器正极端，预留一组单升压线路的负极为公共用电器负极端；

S3、将电池正极端点和电芯负极端点分别与电芯组的正极和负极相连接；

S4、此时公共用电器正负极两端电压差即为N个单升压线路电压之和。

因使用了三组单升压线路进行串联，所以此时公共用电器正负极两端电压为15V。

本发明的升压线路设计可根据客户设备的输入驱动电压灵活设计，仅仅需要增加相应的单个升压线路便可达到客户要求。

实施例3：

参考图1、图2、图3a、图3b及图6所示，本发明的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，采用四颗电芯并联设计组成电芯组，单颗电芯电压采用3.7V设计方案，整个电芯组电压也为3.7V，单节保护电路采用图2所示的电路结构进行设计，单节电路中采用U1和U2两颗集成芯片进行充放电保护，芯片可与实施例1保持一致，并在线路中加入R1和R2两个电阻进行线路保护，将单节保护电路的B+和B-两个端点与电芯组正负极相连接，将单节保护电路的P+和P-两端点与升压电路的电池正极和电池负极两个端点相连接。

此时，若四颗电芯并联形成的电芯组中的一颗电芯损坏，其输出电压不变，仍为3.7V，相比未损坏前，仅仅损失了一颗电芯的容量，从而电芯组的总电量等于每只电芯的标称容量之和，电芯组的总电压与单颗电芯的电压保持一致。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，包括电芯组、单节保护电路及升压线路，其特征在于，所述电芯组采用3只及以上电芯并联连接组成，所述电芯组与单节保护电路并联连接，所述单节保护电路与升压线路并联连接，所述升压线路与外部用电器并联连接，所述电芯组采用1个单节保护电路进行充放电保护，所述升压线路由1个及以上的单升压线路串联组成。

2.根据权利要求1所述的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，其特征在于，所述单节保护电路内含有2颗集成芯片U1和U2，所述U1采用S-8261D系列主控IC芯片，所述U2采用8205A系列MOS管类开关。

3.根据权利要求1所述的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，其特征在于，所述单升压线路采用5V升压方案设计。

4.根据权利要求1所述的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，其特征在于，所述电芯组的总电量等于每只电芯的标称容量之和。

5.根据权利要求1所述的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组，其特征在于，所述电芯组的总电压与单颗电芯的电压保持一致。

6.使用权利要求1-5任一项所述的一种采用多级电芯并联的稳压升压电池组进行升压的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将升压线路与电芯组相连接一端的所有单升压线路负极相串联，形成一个公共的电池负极端点，将升压线路与电芯组相连接一端的所有单升压线路正极相串联，形成一个公共的电池正极端点；

S2、将升压线路与外部用电器相连接一端的所有单升压线路正极与另一组相同单升压线路负极首尾相连接，并最终预留一组单升压线路的正极为公共用电器正极端，预留一组单升压线路的负极为公共用电器负极端；

S3、将电池正极端点和电芯负极端点分别与电芯组的正极和负极相连接；

S4、此时公共用电器正负极两端电压差即为N个单升压线路电压之和。

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