CN201181855Y

CN201181855Y - 一种锂离子电池升压装置

Info

Publication number: CN201181855Y
Application number: CNU2008200810935U
Authority: CN
Inventors: 杨约葵; 胡海
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2018-04-18

Abstract

本实用新型提供一种锂离子电池升压装置，它由输入电路，取样控制电路，升压驱动电路，功率开关电路及高频整流滤波电路组成，其中：输入电路由保险丝、滤波电容组成；取样电路由单片机及电阻组成；升压驱动电路由功率推动集成电路、电阻组成；功率开关电路由场效应管组成；高频及整流滤波电路由高频变压器，桥式整流电路、电容、电阻组成，可使各种保护和控制功能较为优化，性能更加可靠，并使锂离子电池串联数量明显减少，在相同功率条件下，有效提高单体锂电池的容量，降低其内阻，减小电池封装成本，延长锂电池寿命。

Description

一种锂离子电池升压装置

技术领域

本实用新型涉及一种升压装置，尤其是一种采用单片机PWM脉宽调制的锂离子电池直流升压装置。

背景技术

现有技术的电动自行车大多使用铅酸电池，其二次污染比较严重。从环保角度讲，锂离子电池应该是取代铅酸电池作为电动自行车动力源的首选电能。因为装载锂电池的电动车具有下列优势：重量轻，一组铅酸电池的重量大约是十几公斤，十分笨重，但锂离子电池通常只在三四公斤左右，是铅酸电池重量的1/4；使用寿命长，锂电池的寿命是普通铅酸电池的2倍；此外，在寒冷的冬季，锂电池仍然能够在低温环境中正常使用，而铅酸电池则在冬天使用时，其电量会大幅度衰减；锂电池还能随时进行充电，无记忆效应(可深度放电)，因此，锂电池的综合性能明显优于较铅酸电池。

随着电动自行车的普及与发展，锂离子电池具有的重量轻，储能大，无污染，寿命长，温度适应范围宽，自放电系数小等特点，将会在电动自行车中得到广泛应用。但由于电动自行车使用的电压较高，通常为36V或48V，因而需要多个锂离子电池串联起来才能使用。目前锂离子电池难于在电动自行车上推广应用的瓶颈主要是：需要向电动自行车的驱动电机提供较高的电压，而要提高电压则需用10多节锂电池串联起来才能使用。目前受锂电池设计与制造技术水平的限制，单体锂电池的性能差异在其整个生命周期里是客观存在的，在多节串联的锂电池组使用过程中容量大的锂电池总处于浅充浅放状态，其容量衰减较为缓慢、使用寿命长，而容量小的锂电池则总处于过充过放状态，其容量衰减快、寿命短，两者之间性能参数差异越来越大，形成正反馈特性，最终导致小容量单体提前失效，进而导致电池组寿命终结，故而串联数量越多整组电池故障率越高。要让使用在电动自行车上的锂离子电池，避免因单体过充过放而给整个电池组带来失效的问题，使锂电池组的功能和性能达到或者接近单体的平均水平，必须在满足电机所需电压的条件下，尽量减少锂离子电池的串联数量。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种锂离子电池升压装置，用较少的锂电池串联数量，就能向电机提供42V、56V或更高电压。

本实用新型通过下列技术方案完成：一种锂离子电池升压装置，其特征在于：它由输入电路，取样控制电路，升压驱动电路，功率开关电路及高频整流滤波电路组成，其中：输入电路由保险丝、滤波电容组成；取样控制电路由单片机及电阻组成；升压驱动电路由功率推动集成电路、电阻组成；功率开关电路由场效应管组成；高频及整流滤波电路由高频变压器、桥式整流电路、电容、电阻组成。

所述取样电路中，由电阻R1、R2构成的欠压过压保护电路与单片机IC1输入端P1.0相连，用于将电池输入的欠压过压信号分压后输入单片机进行处理，以保护锂电池；输出稳压取样电路由电阻R7、R14串联而成，并与单片机IC1输入端P1.1相连，以便通过单片机IC1实现稳压输出；输出限流取样电路由限流电阻R4和电阻R12构成，并与单片机IC1输入端P1.2相连，以便通过单片机IC1检测、控制输出电流，以防负载短路或过载对本升压器造成的损坏；温度过热保护电路由电阻R3及热敏电阻R15构成，并与单片机IC1输入端P1.3相连，以保护系统因过热对功率器件造成的损坏；单片机IC1的输出控制端为P2.1、P2.2，用于输出PWM脉宽调制信号。

所述升压驱动电路中的功率推动集成电路IC2的输入端in1、in2通过电阻R5、R6接取样电路的IC1的输出端P2.1、P2.2，输出端out1、out2分别通过电阻R8、R9和电阻R10、R11与功率开关电路的场效应管Q5、Q7和Q6、Q8的栅极相连；功率开关电路的场效应管Q5的漏极与高频变压器T1的输入反相端相连，Q6的漏极与高频变压器T1的输入同相端相连，Q7的漏极与高频变压器T2的输入反相端相连，Q8的漏极与高频变压器T2的输入同相端相连，场效应管Q5、Q6、Q7、Q8的源极均与地相连；高频整流滤波电路中的高频变压器T1的同相输出端与高频变压器T2的反相输出端相连，T1的反相输出端与T2的同相输出端与桥式整流器D1的输入端相连，整流器D1输出端经RC滤波器滤波后与电动自行车的直流电动机相连。

所述功率开关电路中的场效应管的数量增加与减少，可根据实际使用要求进行调整。

所述高频整流滤波电路中的高频变压器的数量增加与减少，可根据实际使用要求进行调整。

本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述方案，可在不改变PWM方波周期的前提下，通过调整单片机IC1的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，实现稳压和限流输出控制，简化了电路，降低了成本，可使各种保护和控制功能最优化，性能更加可靠，此外还具有欠压过压保护，稳压输出，过热保护，电流限流控制，开机延时启动等特点，并使锂离子电池串联数量明显减少，可以使用多节并联或增加单节电池容量，在相同功率条件下，有效提高单体锂电池的容量，降低其内阻，减小电池封装成本，延长锂电池寿命，使锂离子电池能真正批量应用于电动车领域。

本实用新型可设计为模块式，多台并联后可用于更大功率的电动摩托及电动三轮车，甚至用于电动汽车等领域。

附图说明

图1为本实用新型之电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图给出的实例对本实用新型做进一步描述，但本实用新型之内容并不局限于此。

本实用新型提供的锂离子电池升压装置，它由输入电路1，取样控制电路2，升压驱动电路3，功率开关电路4及高频整流滤波电路5组成，所述输入电路1由保险丝F1、滤波电容C1组成；取样电路2由单片机IC1及电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R12、R14、R15组成；升压驱动电路3由功率推动集成电路IC2、电阻R8、R9、R10、R11组成；功率开关电路4由场效应管Q5、Q6、Q7、Q8组成；高频、整流滤波电路5由高频变压器T1、T2，桥式整流电路D1、电容C2、电阻R13组成。其中：取样电路2中，由电阻R1、R2构成的欠压过压保护电路与单片机IC1输入端P1.0相连，输出稳压取样电路由电阻R7、R14串联而成，并与单片机IC1输入端P1.1相连，输出限流取样电路由限流电阻R4和电阻R12构成，并与单片机IC1输入端P1.2相连，温度过热保护电路由电阻R3及热敏电阻R15构成，并与单片机IC1输入端P1.3相连，单片机IC1的输出控制端为P2.1、P2.2，用于输出PWM脉宽调制信号；升压驱动电路3中的功率推动集成电路IC2的输入端in1、in2通过电阻R5、R6接取样电路的IC1的输出端P2.1、P2.2，输出端out1、out2分别通过电阻R8、R9和电阻R10、R11与功率开关电路的场效应管Q5、Q7和Q6、Q8的栅极相连，实际使用时可根据升压器功率大小，增加或减小场效应管的并联数目；功率开关电路的场效应管Q5的漏极与高频变压器T1的输入反相端相连，Q6的漏极与高频变压器T1的输入同相端相连，Q7的漏极与高频变压器T2的输入反相端相连，Q8的漏极与高频变压器T2的输入同相端相连，场效应管Q5、Q6、Q7、Q8的源极均与地相连；高频整流滤波电路中的高频变压器T1的同相输出端与高频变压器T2的反相输出端相连，T1的反相输出端与T2的同相输出端与桥式整流器D1的输入端相连，实际使用时可根据实际需要，增加或减少高频变压器的数量，整流器D1输出端经RC滤波器滤波后与电动自行车的直流电动机相连。

单片机IC1的工作过程是：

①、系统上电后，单片机IC1初始化各功能模块。

②、单片机IC1的P1.0端检测锂电池是否欠压，如果欠压则关断输出以保护锂电池，否则调用软启动子程序。

③、软启动完成后进入主程序。

④、在主程序中单片机IC1高速采集输出电压，并与设定的输出电压进行比较，若实际电压偏小则增加输出脉冲PWM的占空比，若实际电压偏大则减小输出脉冲PWM的占空比，即可实现稳压输出；

单片机IC1的P1.2端用于检测电流，如果高于限流数值则关闭输出，以防止负载短路或过载而对升压器造成的损坏；

单片机IC1的P1.3端检测系统温度，如果高于设定温度时保护电路打开，保护系统因为过热对功率器件造成损坏；

工作时单片机IC1可检测P1.0端锂电池电压，如果检测到电池欠压或过压则关闭输出。

Claims

1、一种锂离子电池升压装置，其特征在于：它由输入电路，取样控制电路，升压驱动电路，功率开关电路及高频整流滤波电路组成，其中：输入电路由保险丝、滤波电容组成；取样电路由单片机及电阻组成；升压驱动电路由功率推动集成电路、电阻组成；功率开关电路由场效应管组成；高频及整流滤波电路由高频变压器，桥式整流电路、电容、电阻组成。

2、根据权利要求1所述的锂离子电池升压装置，其特征在于所述取样电路中，由电阻R1、R2构成的欠压过压保护电路与单片机IC1输入端P1.0相连；输出稳压取样电路由电阻R7、R14串联而成，并与单片机IC1输入端P1.1相连；输出限流取样电路由限流电阻R4和电阻R12构成，并与单片机IC1输入端P1.2相连；温度过热保护电路由电阻R3及热敏电阻R15构成，并与单片机IC1输入端P1.3相连；单片机IC1的输出控制端为P2.1、P2.2。

3、根据权利要求1所述的锂离子电池升压装置，其特征在于所述升压驱动电路中的功率推动集成电路IC2的输入端in1、in2通过电阻R5、R6接取样电路的输出端P2.1、P2.2，输出端out1、out2分别通过电阻R8、R9和电阻R10、R11与功率开关电路的场效应管Q5、Q7和Q6、Q8的栅极相连；功率开关电路的场效应管Q5的漏极与高频变压器T1的输入反相端相连，Q6的漏极与高频变压器T1的输入同相端相连，Q7的漏极与高频变压器T2的输入反相端相连，Q8的漏极与高频变压器T2的输入同相端相连，场效应管Q5、Q6、Q7、Q8的源极均与地相连；高频整流滤波电路中的高频变压器T1的同相输出端与高频变压器T2的反相输出端相连，T1的反相输出端与T2的同相输出端与桥式整流器D1的输入端相连，整流器D1输出端经RC滤波器滤波后与电动自行车的直流电动机相连。