CN112271778A - 电池组保护电路及锂电池系统 - Google Patents

Abstract

一种电池组保护电路及锂电池系统，该电池组保护电路包括相互连接的电压采集组件、控制器、开关控制组件和稳压组件；电压采集组件具有多组采集端口，每一采集端口与一单体电池的输出端连接，用于分别采集各单体电池输出端的差分模拟电压；控制器，用于接收电压采集组件输出的多个差分模拟信号，并对各差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制稳压组件，通过开关控制组件均衡输出电压至负载；开关控制组件具有多个开关，每一开关与一单体电池的输出端连接，用于在控制器的控制下，分别接通/切断各单体电池与负载的连接。本方案提升了锂电池系统充放电的可靠性。

Description

电池组保护电路及锂电池系统

技术领域

本发明涉及电池充放电技术领域，特别涉及一种电池组保护电路及锂电池系统。

背景技术

近年来，锂离子电池技术日益成熟，具有高循环寿命、高比能量、高安全性、绿色环保等优点。使得锂电池组在通信基站储能、家庭储能、工商业储能的应用越来越多。然而不同的应用现场需要存储的能量也不同，有的锂电池组在使用安装时只考虑了当前的用电需求，如果将来用电需求增加，需要存储更多的能量，只能将锂电池组进行替换，而无法实现扩容。

为了满足用电需求的增加对单体电池实现扩容，单体电池容量增加又存在局限性，因此往往需要多个单体电池并联来满足容量需求，目前传统的电池成组方式，往往采取多个单体电池的并联，再进行串联的连接方式，然而这种方式的锂电池组在使用过程中，并联在一起的多路个单体电池之间可能会出现电压不一致，就会引起环流或大电流冲击等问题，环流严重时会直接导致电池组充电或者放电过流保护，从而损坏电池组。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种电池组保护电路及锂电池系统，旨在提升锂电池系统充放电的可靠性。

为实现上述目的，本发明提出的电池组保护电路，应用于锂电池系统，包括并联连接的多节单体电池，所述电池组保护电路包括相互连接的电压采集组件、控制器、开关控制组件和稳压组件；

所述电压采集组件具有多组采集端口，每一所述采集端口与一所述单体电池的输出端连接，用于分别采集各所述单体电池输出端的差分模拟电压；

所述控制器，用于接收所述电压采集组件输出的多个差分模拟信号，并对各所述差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制所述稳压组件，通过所述开关控制组件均衡输出电压至负载；

所述开关控制组件具有多个开关，每一所述开关与一所述单体电池的输出端连接，用于在所述控制器的控制下，分别接通/切断各所述单体电池与负载的连接。

可选地，所述电压采集组件为电压检测芯片或者ADC分压采样电路。

可选地，所述开关为继电器开关或者开关管。

可选地，所述开关管为N型MOS管或者P型MOS管。

可选地，所述电池组保护电路还包括警示组件，所述警示组件的输入端与所述控制器的第一输出端连接；

所述控制器，还用于在各所述单体电池的电压不同时，输出控制信号至所述警示组件；

所述警示组件，用于在所述控制器的控制下，发出警示信号。

可选地，所述警示组件为LED指示灯或者蜂鸣器。

可选地，所述电池组保护电路还包括无线网络组件，所述无线网络组件的输入端与所述控制器的第二输出端连接；

所述控制器，还用于在各所述单体电池的电压不同时，控制所述无线网络通讯模块传输无线信号至移动终端设备。

可选地，所述无线网络组件为蓝牙模块、WIFI模块或者蜂窝网络模块。

可选地，所述电池组保护电路还包括显示屏，所述显示屏的输入端与所述控制器的第三输出端连接；

所述显示屏，用于显示所述电压采集组件采集的各所述单体电池的电压。

本发明还提出一种锂电池系统，所述锂电池系统包括如上所述的电池组保护电路，所述电池组保护电路包括相互连接的电压采集组件、控制器、开关控制组件和稳压组件；

所述电压采集组件具有多组采集端口，每一所述采集端口与一所述单体电池的输出端连接，用于分别采集各所述单体电池输出端的差分模拟电压；

所述控制器，用于接收所述电压采集组件输出的多个差分模拟信号，并对各所述差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制所述稳压组件，通过所述开关控制组件均衡输出电压至负载；

所述开关控制组件具有多个开关，每一所述开关与一所述单体电池的输出端连接，用于在所述控制器的控制下，分别接通/切断各所述单体电池与负载的连接。

本发明技术方案中电池组保护电路应用于锂电池系统，电池组包括并联连接的多节单体电池，电池组保护电路包括相互连接的电压采集组件、控制器、开关控制组件和稳压组件；具体地，电压采集组件具有多组采集端口，每一采集端口与一单体电池的输出端连接，用于分别采集各单体电池输出端的差分模拟电压；控制器，用于接收电压采集组件输出的多个差分模拟信号，并对各差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制稳压组件，通过开关控制组件均衡输出电压至负载；开关控制组件具有多个开关，每一开关与一单体电池的输出端连接，用于在控制器的控制下，分别接通/切断各单体电池与负载的连接。解决了相关技术中具有多个并联连接的电池在充电或者放电时，由于每一电池输入或输出电压不一致，导致的压差问题，本方案使得电池组在放电时，每一单体电池输出电压保持一致，均衡输出，从而可保持各单体电池间输出电压的一致性，有效解决环流或大电流冲击等问题，提升了锂电池系统充放电的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电池组保护电路一实施例的结构示意图；

图2为图1电池组保护电路中开关控制组件一实施例的结构示意图；

图3为本发明电池组保护电路另一实施例的结构示意图；

图4为本发明电池组保护电路中电压采集电路一实施例的电路结构示意图；

图5为本发明电池组保护电路中开关控制组件一实施例的电路结构示意图；

图6为本发明电池组保护电路中稳压组件一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	电压采集组件	60	充电设备
20	电池组	70	负载
				30	控制器	80	警示组件
40	稳压组件	90	无线网络组件
				50	开关控制组件	100	显示屏

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种电池组保护电路，应用于锂电池系统，包括并联连接的多节单体电池。

在本发明一实施例中，参照如图1和如图2所示，该电池组保护电路包括相互连接的电压采集组件10、控制器30、开关控制组件50和稳压组件40；

所述电压采集组件10具有多组采集端口，每一所述采集端口与一所述单体电池的输出端连接，用于分别采集各所述单体电池输出端的差分模拟电压；

所述控制器30，用于接收所述电压采集组件10输出的多个差分模拟信号，并对各所述差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制所述稳压组件40，通过所述开关控制组件50均衡输出电压至负载70；

所述开关控制组件50具有多个开关，每一所述开关与一所述单体电池的输出端连接，用于在所述控制器30的控制下，分别接通/切断各所述单体电池与负载70的连接。

本实施例中，针对于相关技术中多个单体电池的并联，再进行串联的连接方式，然而这种方式的电池组20在使用过程中，并联在一起的多路个单体电池之间可能会出现电压不一致，就会引起环流或大电流冲击等问题，环流严重时会直接导致电池组20充电或者放电过流保护，从而损坏电池组20。为了解决上述技术问题，本方案在锂电池系统中设置电压采集组件10，电压采集组件10具有多个采集端口，电池组20中每一单体电池的输出端连接一电压采集组件10的采集端口，对其输出电压进行采集，并通过各采集端口将采集的单体电池的差分模拟信号反馈至控制器30，控制器30对各差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制稳压组件40，通过开关控制组件50中分别与各单体电池输出端连接的开关均衡输出电压至负载70，解决了电池组20中各单体电池输出端电压不一致，导致的压差问题，有效解决环流或大电流冲击等问题，提升了锂电池系统充放电的可靠性。

本实施例中，对于电池组20中多个单体电池，每一单体电池的输出端具有一个电压采集端口，用于采集各单体电池的输出电压；每一单体电池的输出端具有一个开关，用于电池组20中各单体电池的连接导通和断开。参照如图1和如图2所示，本申请的电池组保护电路中，电池组20包括2个单体电池，本实施例中采用2个单体电池并联为例，在实际应用中，不局限于两路，2个单体电池之间并联连接。其中，电压采集组件10的采集端口负责实时采集各单体电池的电压并上报给控制器30；控制器30可直接采集各支路静态总电压及系统总压；开关的开启和关闭由控制器30来控制，实现电池组20中各单体电池的连接导通和断开。

需要说明的是，本申请的技术方案也可以通过充电设备60对电池组20进行充电时，使得电池组20中各单体电池充电时的充电电压一致，提升锂电池系统的可靠性。

进一步地，将电池组20中具有的2个单体电池以A电池、B电池表示，以下对电池组20充电和放电时，控制器30接收的A电池和B电池中差分模拟信号对应的电压大小进行比较：

电池组20充电时：A电池输出电压大于B电池输出电压时，将连接至A电池的开关断开，连接至B电池额开关闭合，当B电池充电至与A电池电量一致，再控制连接至A电池与B电池各开关同时闭合；A电池输出电压小于B电池输出电压时，将连接至A电池的开关闭合，连接至B电池额开关断开，当A电池充电至与B电池电量一致，再控制连接至A电池与B电池各开关同时闭合。

电池组20放电时：A电池输出电压大于B电池输出电压时，将连接至A电池的开关闭合，连接至B电池额开关断开，当A电池放电至与B电池电量一致，再控制连接至A电池与B电池各开关同时闭合；A电池输出电压小于B电池输出电压时，将连接至A电池的开关断开，连接至B电池额开关闭合，当B电池放电至与A电池电量一致，再控制连接至A电池与B电池各开关同时闭合。

也即，上述实施例可以使得电池组20在充电或者放电时，每一单体电池输入的电压或者输出电压保持一致，均衡输入或输出，从而可保持各单体电池间电压的一致性，有效解决环流或大电流冲击等问题，提升了锂电池系统充放电的可靠性。

上述实施例中，所述电压采集组件10可以但不限定为电压检测芯片或者ADC分压采样电路，根据实际应用情况选定。本申请中电压采集组价可以是如图4所示，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、瞬态抑制二极管D1和隔离放大器U1组成，以对各单体电池的电压采集后进行处理。本方案中瞬态抑制二极管D1型号为PESD5V0S1BA，隔离放大器U1型号为AMC1200，具有电源引脚VDD1、电源引脚VDD2、输入引脚VINP、输入引脚VINA、输出引脚VOUTP、输出引脚VOUTA、接地引脚GND1和接地引脚GND2；第三电阻R3的一端连接电池组20输出端正极EXT_B+，第五电阻R5一端和第五电容C5一端的公共端连接隔离放大器U1的输入引脚VINA和接地引脚GND1，且为负载70负极/充电器负极P-/C-；隔离放大器U1的电源引脚VDD1连接第四电容C4的一端，且为电池组20输出端负极VCC_EXT；隔离放大器U1的电源引脚VDD2连接第三电容C3的一端；第一电阻R1的一端与第二电容C2的一端的公共端为一电压采集端口EXT_AD1，第一二电阻R2的一端与第一电容C1的一端的公共端为一电压采集端口EXT_AD2。

本实施例中，参照如图5所示，所述开关控制组件50中的开关可以但不限定为继电器开关或者开关管，开关管为N型MOS管或者P型MOS管，根据实际应用情况选定。本申请可以是光继电器OP1，型号可以是TLP172GM的光继电器。此开关控制组件50具有光继电器OP1和第六电阻R6，第六电阻R6的一端为单体电池输出端电压的检测电路电压控制信号EXT_CHECK，光继电器OP1的光接收侧输入端为电池组20正极B+，光继电器OP1的光接收侧输出端与电压采集组件10中电池组20输出端正极EXT_B+连接。

本实施例中，参照如图6所示，稳压组件40可以是具有第二二极管D2、第七电阻R7、第六电容C6、第七电容C7和稳压芯片U2组成，稳压芯片U2可以是型号为HT7550-7的低功耗LDO芯片，第二二极管的阳极连接开关控制组件50中光继电器OP1的光接收侧输出端，稳压芯片U2的输入端VIN、使能端EN公共连接于第七电阻R7一端和第六电容C6的一端，第六电容C6的另一端与第七电容C7的公共端与稳压芯片U2的接地端GND连接，且为负载70负极/充电器负极P-/C-；稳压芯片U2的输出端连接电压采集组件10中隔离放大器U1的电源引脚VDD1。

本发明技术方案中电池组保护电路应用于锂电池系统，电池组20包括并联连接的多节单体电池，电池组保护电路包括相互连接的电压采集组件10、控制器30、开关控制组件50和稳压组件40；具体地，电压采集组件10具有多组采集端口，每一采集端口与一单体电池的输出端连接，用于分别采集各单体电池输出端的差分模拟电压；控制器30，用于接收电压采集组件10输出的多个差分模拟信号，并对各差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制稳压组件40，通过开关控制组件50均衡输出电压至负载70；开关控制组件50具有多个开关，每一开关与一单体电池的输出端连接，用于在控制器30的控制下，分别接通/切断各单体电池与负载70的连接。解决了相关技术中具有多个并联连接的电池在充电或者放电时，由于每一电池输入或输出电压不一致，导致的压差问题，本方案使得电池组20在放电时，每一单体电池输出电压保持一致，均衡输出，从而可保持各单体电池间输出电压的一致性，有效解决环流或大电流冲击等问题，提升了锂电池系统充放电的可靠性。

在一实施例中，参照如图3所示，所述电池组保护电路还包括警示组件80，所述警示组件80的输入端与所述控制器30的第一输出端连接；

所述控制器30，还用于在各所述单体电池的电压不同时，输出控制信号至所述警示组件80；

所述警示组件80，用于在所述控制器30的控制下，发出警示信号。

本实施例中，所述警示组件80可以但不限定为LED指示灯或者蜂鸣器，本申请中当电池组保护电路中电压采集组件10检测到各单体电池输出电压不一致，就通过控制器30控制警示组件80发出告警，以提醒用户。

在一实施例中，参照如图3所示，所述电池组保护电路还包括无线网络组件90，所述无线网络组件90的输入端与所述控制器30的第二输出端连接；

所述控制器30，还用于在各所述单体电池的电压不同时，控制所述无线网络通讯模块传输无线信号至移动终端设备。

本实施例中，所述无线网络组件90可以但不限定为蓝牙模块、WIFI模块或者蜂窝网络模块，也可以是NFC模块、LoRa模块等。以实现电池组保护电路与移动终端设备的通信，将电池组保护电路检测的电池组20中各单体电池的电压参数传输至移动终端设备进行查看，提升了电池组保护电路的便捷性。

在一实施例中，参照如图3所示，所述电池组保护电路还包括显示屏100，所述显示屏100的输入端与所述控制器30的第三输出端连接；

所述显示屏100，用于显示所述电压采集组件10采集的各所述单体电池的电压。

本实施例中，显示屏100可以但不限定于为LCD显示屏100、LED显示屏100，用于在电池组保护电路检测到电池组20中各单体电池的电压时，通过控制器30控制显示屏100显示检测的电压参数，便于用户进行查看，提升了电池组保护电路的便捷性。

本发明还提出一种锂电池系统，所述锂电池系统包括如上所述的电池组保护电路，所述电池组保护电路包括相互连接的电压采集组件10、控制器30、开关控制组件50和稳压组件40；

所述电压采集组件10具有多组采集端口，每一所述采集端口与一所述单体电池的输出端连接，用于分别采集各所述单体电池输出端的差分模拟电压；

所述控制器30，用于接收所述电压采集组件10输出的多个差分模拟信号，并对各所述差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制所述稳压组件40，通过所述开关控制组件50均衡输出电压至负载70；

所述开关控制组件50具有多个开关，每一所述开关与一所述单体电池的输出端连接，用于在所述控制器30的控制下，分别接通/切断各所述单体电池与负载70的连接。

该电池组保护电路的具体结构参照上述实施例，由于本锂电池系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的方案构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池组保护电路，应用于锂电池系统，包括并联连接的多节单体电池，其特征在于，所述电池组保护电路包括相互连接的电压采集组件、控制器、开关控制组件和稳压组件；

所述电压采集组件具有多组采集端口，每一所述采集端口与一所述单体电池的输出端连接，用于分别采集各所述单体电池输出端的差分模拟电压；

所述控制器，用于接收所述电压采集组件输出的多个差分模拟信号，并对各所述差分模拟信号进行比较，以输出电压控制信号控制所述稳压组件，通过所述开关控制组件均衡输出电压至负载；

所述开关控制组件具有多个开关，每一所述开关与一所述单体电池的输出端连接，用于在所述控制器的控制下，分别接通/切断各所述单体电池与负载的连接。

2.如权利要求1所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电压采集组件为电压检测芯片或者ADC分压采样电路。

3.如权利要求1所述的电池组保护电路，其特征在于，所述开关为继电器开关或者开关管。

4.如权利要求3所述的电池组保护电路，其特征在于，所述开关管为N型MOS管或者P型MOS管。

5.如权利要求1所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电池组保护电路还包括警示组件，所述警示组件的输入端与所述控制器的第一输出端连接；

所述控制器，还用于在各所述单体电池的电压不同时，输出控制信号至所述警示组件；

所述警示组件，用于在所述控制器的控制下，发出警示信号。

6.如权利要求5所述的电池组保护电路，其特征在于，所述警示组件为LED指示灯或者蜂鸣器。

7.如权利要求1所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电池组保护电路还包括无线网络组件，所述无线网络组件的输入端与所述控制器的第二输出端连接；

所述控制器，还用于在各所述单体电池的电压不同时，控制所述无线网络通讯模块传输无线信号至移动终端设备。

8.如权利要求7所述的电池组保护电路，其特征在于，所述无线网络组件为蓝牙模块、WIFI模块或者蜂窝网络模块。

9.如权利要求1所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电池组保护电路还包括显示屏，所述显示屏的输入端与所述控制器的第三输出端连接；

所述显示屏，用于显示所述电压采集组件采集的各所述单体电池的电压。

10.一种锂电池系统，其特征在于，所述锂电池系统包括如权利要求1至9任意一项所述的电池组保护电路。

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