CN201066792Y - 二次电池组完全充放电电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种二次电池组完全充放电电路，包括由电池单体串联组成的电池组、由可控开关组成的可控开关矩阵和浮置式充放电模块，所述可控开关矩阵一端与电池组连接，另一端与浮置式充放电模块连接。本实用新型利用可控开关矩阵和浮置的充放电模块提供在任意时刻对任意电池单体的独立充放电功能，根据各电池单体的特性差异调整某个电池单体的电量，实现二次电池组的完全充放电。防止由于单体电池差异带来的电池组性能劣化，最大限度的提高电池组可用容量和寿命。

Description

二次电池组完全充放电电路
【技术领域】
本实用新型涉及一种二次电池组完全充放电电路，特别涉及一种由可控 开关矩阵和浮置式充放电模块构成的二次电池组完全充放电电路。 【背景技术】
多节二次电池串联构成的二次电池组，由于电池单体存在差异，通常无 法对全部单体都进行完全的充放电。在对电池组充电时，电池组中容量最小 的那节电池单体将最先充满，这时停止充电则其他电池单体必然未完全充电。 如果将容量最大的那节电池单体充满，则其他电池单体被过分充电。反之， 在放电时，也是多节二次电池组中容量最小的那节电池单体最先完全放电， 所以，多节二次电池组的实际可用容量取决于其中容量最小的那节电池单体。
由此可知，充^:电时若达不到所有电池单体的的完全充^:电，势必会造成整 个电池组性能的劣化。在实际应用中，多节数的电池组或大功率电池组必须 采用完全充放电控制技术，使所有电池单体不会出现过充电、过放电现象， 防止由于单体电池差异带来的电池组性能劣化，最大限度的提高电池组可用 容量和寿命，但目前还未出现一种可实现电池组完全充》文电的控制技术方案。 【发明内容】
本实用新型的目的，在于提供一种二次电池组完全充放电电路，釆用一 个浮置的充放电模块和可控开关矩阵实现二次电池组的完全充放电，防止由 于单体电池差异带来的电池组性能劣化。
本实用新型是这样实现的， 一种二次电池组完全充》丈电电路，包括由电 池单体串联组成的电池组、由可控开关组成的可控开关矩阵和浮置式充放电
模块，所述可控开关矩阵一端与电池组连接，另一端与浮置式充放电模块连接。
上述技术方案可进一步具体为：所述电池组由n个电池单体串联组成， 其中n》2;所述可控开关矩阵由n+l个可控开关组成，每个电池单体正极与 负极均对应连接一可控开关的 一端，所有可控开关的另 一端按照奇偶顺序并
联为两线，所述两线连接至浮置式充放电模块；
所述浮置式充放电模块包括主控单片机、外围逻辑电路、降压电路、升 压电路、极性开关、充电开关以及放电开关，所述可控开关矩阵接入的两线 通过极性开关连接至输入输出端子（PIO)和接地（GND);所述升压电路输入 端通过放电开关连接至输入输出端子，输出端连接至电池组；所述降压电路 输出端通过充电开关连接至输入输出端子，输入端连接至电池组；所述主控 单片机连接输入输出端子、直接控制连接充、放电开关以及外围逻辑电路。
其中，所述的可控开关矩阵中的开关是任何类型的可控电气开关。
本实用新型采用上述的技术方案，具有如下有益效果：利用可控开关矩 阵和浮置的充放电才莫块提供在任意时刻对任意电池单体的独立充放电功能，
即可以在电池组整体串联充电、放电或闲置时，根据各电池单体的特性差异 (包括容量、自放电等）调整某个电池单体的电量，实现二次电池组的完全
充放电。防止由于单体电池差异带来的电池组性能劣化，最大限度的提高电
池组可用容量和寿命。 【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型未接入负载或是充电电源而处于闲置状态的电路图。 图2是本实用新型电池单体充电状态下的电路图。 图3是本实用新型电池单体放电状态下的电路图。 【具体实施方式】
具体电路结构可参阅图1所示：
包括可控开关组成的可控开关矩阵（SW11〜SWlm)和浮置式充放电模 块（FM)两个部分。浮置式充放电模块（FM)内包括主控单片机（MCU)、 逻辑电路（LOGIC)、降压电路（DC/DCDN)、升压电路（DC/DCUP )以 及极性开关（SW21〜SW24)、充电开关（SW31)和》文电开关（SW32 )。
具体连接关系为：
对于由n个电池单体（BAl-BAn)串接构成二次电池组，共有n+l=m个 可控开关构成一可控开关矩阵（SWll〜SWlm)。每个电池单体正极与负极 均对应连接一可控开关的一端，如第1节电池单体BA1的负极连接第1节可 控开关SW11的一端，第1节电池单体BA1的正极和第2节电池单体BA2
的负极连接第2节可控开关SW12的一端，直到第n个电池单体BAn的负极 连接第n个可控开关SWln的一端，第n节即最高节电池单体BAn的正极连 接第m节（即第n+l节）可控开关SWlm的一端；所有可控开关（SW11〜 SWlm)的另一端按照奇偶顺序并联为A、 B两线，（即A为SW11, SW13， SW15…并联，B为SW12, SW14, SW16…并联），A、 B两线连接至浮置式 充放电模块。在模块内A与极性开关SW22、 SW23的一端相连，B与极性开 关SW21、 SW24的一端相连，SW21、 SW22的另一端4妄FM的输入输出端子 (PIO) ， SW23、 SW24另一端接地（GND)。
DC/DC降压电路（DC/DCDN)输入端子IN+、 IN-分别对应连接电池组 的正、负极，输出端子VOUT通过放电开关（SW32)连接PIO,实现与电池 组的隔离，同时为FM提供工作电源VCC。
DC/DC升压电路（DC/DCUP)的输出端子OUT+、 OUT-分别对应连接 电池组的正、负极，输入端VIN通过充电开关SW31连接PIO,实现与电池组 的隔离。
主控单片机（MCU)的A/D端口连接至PI0。其他端口直接或间接（即 通过LOGIC )控制可控开关矩阵、极性开关和充、放电开关。 具体工作原理为：
可控开关矩阵（SWll〜SWlm)的作用是将任意电池单体（BAl-BAn) 连接至浮置式充放电模块（FM) ， FM中极性开关（SW21~ SW24)的作用 是保证任意电池单体的正极连接PIO,负极接地。放电开关（SW32)的作用 是提供任意电池单体与降压模块（DC/DCDN)的通道，充电开关（SW31) 的作用是提供任意电池单体与升压模块（DC/DCUP)的通道。
在对电池组的充电过程或力丈电过程中，MCU将逐一测量各电池单体电 压，然后根据预设的规则确定对某节电池单体进行充电（增加电量）或放电 (减少电量）或不进行任何动作；对某节电池单体充电动作时，充电开关 (SW31)受控连通DC/DCUP将电池组的电量低损耗地转移到指定的电池单 体；对某节电池单体放电动作时，放电开关SW32受控连通DC/DCDN将电
池单体的电量低损耗地转移到电池组。
下面参照附图说明本实用新型实施应用方法。
请再参阅图l所示，是本实用新型未接入负载或是充电电源而处于闲置
状态的电路图。此时，可以实现各电池单体的相对电量均衡。
第一步，主控单片机（MCU)先顺序连接各电池单体（BAl-BAn),测 量电池单体（BAl-BAn)的电压，识别相对电量是否存在偏差（相对电量为 电池单体保有电量与实际容量的比值，通常电压较高则相对电量较多，电压
较低则相对电量较少）。
第二步，如果偏差超过预设值，主控单片机（MCU)将对偏差最大的电 池单体进行短暂时刻的电量调节：如相对电量偏多则闭合放电开关（SW32) 将部分电量转移到整个电池组；而相对电量偏少时则闭合充电开关（SW31) 将整个电池组的部分电量转移到其中。MCU重复以上的2个步骤，最终将控 制各电池单体的相对电量均衡一致。（相对电量偏多以及相对电量偏少湿的 调节各增加一具体的实施例，以体现可控开关、极性开关，以及充放电开关 的配合）
例如：若主控单片机（MCU)测得某个电池单体BA3的电量偏多，此时， 与之对应的可控开关SW13、 SW14、极性开关（SW21〜SW24)以及放电开 关（SW32)均闭合。如此，电池单体BA3的正极便通过可控开关SW14、极
接通，负极则与降压电路（DC/DCDN)的输入端子IN-接通、并接地。电池 单体BA3部分电量转移到整个电池组为整个电池组供电。
反之，若主控单片机（MCU)测得某个电池单体BA3的电量偏少，此时， 与之对应的可控开关SW13、 SW14、极性开关（SW21〜SW24)以及充电开 关（SW31)均闭合。如此，电池单体BA3的正极便通过可控开关SW14、极 性开关SW22、放电开关（SW32 )与降压电路（DC/DCDN)的输入端子VIN 接通，负极则与升压电路（DC/DCUP)输出端子OUT-接通，并接地。整个 电池组的部分电量转移到电池单体BA3为其充电。
如图2所示，是本实用新型电池单体充电状态下的电路图。当充电器接 入电池组进行充电时，可控开关矩阵（SWll〜SWlm)以及极性开关（SW21〜 SW24)均闭合，同时充电开关（SW31)也闭合接通升压电路（DC/DCUP)， 电池组中串连的全部电池单体的电量以相同的速率增加。与上述过程类似， 最终将控制各电池单体的相对电量偏差，实现全部电池单体的完全充电。
再如图3所示，是本实用新型电池单体放电状态下的电路图。当负载接
入电池组，可控开关矩阵（SWll〜SWlm)以及极性开关（SW21〜SW24)均 闭合，同时放电开关（SW32)也闭合接通降压电路（DC/DCDN)，电池组 中串连的全部电池单体以相同的电流为负载供电。MCU可采取充电时类似的 控制策略，调节各电池单体的相对电量偏差，实现全部电池单体的完全放电。 考虑到放电的电量较电池单体的调节电量大许多，也可采取只对电量偏少的 电池单体补充电量的控制策略，最大限度地提升电池组的可用容量，即可用
容量从各电池单体的最小容量提升至各电池单体的平均容量。

Claims (3)

1、一种二次电池组完全充放电电路，包括由电池单体串联组成的电池组，其特征在于：还包括由可控开关组成的可控开关矩阵和浮置式充放电模块，所述可控开关矩阵一端与电池组连接，另一端与浮置式充放电模块连接。
2、 根据权利要求1所述的二次电池组完全充放电电路，其特征在于： 所述电池组由n个电池单体串联组成，其中n》2;所述可控开关矩阵由n+l个可控开关组成，每个电池单体正才及与负极均 对应连接一可控开关的一端，所有可控开关的另 一端按照奇偶顺序并联为两 线，所述两线连接至浮置式充放电模块；所述浮置式充放电模块包括主控单片机、外围逻辑电路、降压电路、升 压电路、极性开关、充电开关以及放电开关，所述可控开关矩阵接入的两线 通过极性开关连接至输入输出端子和接地；所述升压电i?各输入端通过放电开 关连接至输入输出端子，输出端连接至电池组；所述降压电路输出端通过充 电开关连接至输入输出端子，输入端连接至电池组；所述主控单片机连接输 入输出端子、直接控制连接充、放电开关以及外围逻辑电路。
3、 根据权利要求l、 2所述的二次电池组完全充放电电路，其特征在于： 所述的可控开关矩阵中的开关是任何类型的可控电气开关。
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