CN201562998U - 一种电动自行车用锂电池组控制电路 - Google Patents

Abstract

一种电动自行车用锂电池组控制电路，其特点是第一电池单体B1和第二电池单体B2串联，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2串联，电感L1一端与第一电池单体B1的正极相连，另一端A分别连接第一场效应管Q1下电极和第二场效应管Q2的上电极，电机控制器和隔离降压电路的正极端D与第一场效应管Q1上电极连接，负极端C与第二场效应管Q2的下电极和第二电池单体B2的负极连接，场效应管驱动电路输出分别与二个场效应管的栅极连接。其优点是：利用双向DC/DC直流变换器的升、降压电路，实现两节单体锂电池驱动电动自行车，充电器与电池组集成化设计，利用单片机对充电电流实现更为合理的控制，不仅方便了用户使用，降低了成本，而且提高了电池组的寿命和安全性。

Description

一种电动自行车用锂电池组控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种电动车用电池组技术领域，尤其涉及电动车用锂电池组能量管理的控制电路。

背景技术

随着社会的发展和人民生活水平的提高，电动自行车的轻便、快捷，受到民众的公认，有广阔的市场需求。扩大电动车生产，是政府积极创导推动的新兴绿色工业，提高电驱动系统性能以及环保问题，已成为世界各国科技人员不断努力改进的目标。

目前应用于电动车的可充式二次电池主要有：铅酸电池，镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池，而这些电池各具有不同特性和优缺点。就单电池而言，锂离子电池性能最为优越，比能量高、比功率高、循环寿命长、无污染，电池重量轻，续航力大。

电动自行车的驱动系统中，驱动电机受效率，成本和可靠性等条件的限制，需要的工作电压比单体锂电池的电压要高，一般为36伏。目前的方法是将锂电池单体串联，得到需要的总输出电压。而电池单体的性能彼此之间是有差异的，生产中必须对单体电池进行配组，使用中要对电池组进行管理，尤其是均衡管理。串联的单体电池越多，管理的难度越大，而串联电池组的性能决定于其中性能最差的单体电池。

这种串联升压的方式在实际使用中存在诸多问题，主要表现在电池组的均衡，电池组的有效寿命，电池组安全等方面。同时串联的单体电池越多，充电时产生过充的可能性和危险性越大，给用户带来很大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、串联电池单体数少、使用寿命长、可以有效解决电池组的均衡问题的电动自行车用锂电池组控制电路。

为达到上述目的，采用的技术方案是：一种电动自行车用锂电池组控制电路，包括单片机、与所述单片机连接的场效应管驱动电路、电机控制器和隔离降压电路，其特征在于：第一电池单体B1和第二电池单体B2串联，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2串联，电感L1一端与第一电池单体B1的正极相连，另一端A分别连接第一场效应管Q1下电极和第二场效应管Q2的上电极，所述电机控制器和隔离降压电路的正极端D与所述第一场效应管Q1上电极连接，负极端C与第二场效应管Q2的下电极和第二电池单体B2的负极连接，所述场效应管驱动电路输出分别与第一场效应管Q1栅极E、第二场效应管Q2的栅极F连接，所述隔离降压电路外接市电220V交流电源。

所述第一场效应管Q1和第二场效应管Q2分别与二极管并联。

本实用新型的有益效果是：

1)利用双向DC/DC直流变换器的升、降压电路，升压到电动自行车的电机控制器通常所需的36V直流电压，从而在不改变现有电机驱动器和驱动电机条件下，实现两节单体锂电池驱动电动自行车，从而避免了大量电池单体串联工作产生的均衡问题；结构简单、效率高，有效提高了系统的可靠性、降低了电池组的成本。

2)本实用新型将充电器与电池组集成化设计，还避免了传统电池组必须使用的价格昂贵的电池组保护板；利用单片机对充电电流实现更为合理的控制，方便了用户使用，降低系统成本，提高电池组的寿命和安全性。

附图说明

以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明。

图1本实用新型电路结构示意图。

具体实施方式

由图1可见，一种电动自行车用锂电池组控制电路，包括单片机、与所述单片机连接的场效应管驱动电路、电机控制器和隔离降压电路，其特征在于：第一电池单体B1和第二电池单体B2串联，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2串联，电感L1一端与第一电池单体B1的正极相连，另一端端点A分别连接第一场效应管Q1下电极和第二场效应管Q2的上电极，所述电机控制器和隔离降压电路的正极端D与所述第一场效应管Q1上电极连接，负极端C与第二场效应管Q2的下电极、第二电池单体B2的负极连接，所述场效应管驱动电路输出分别与第一场效应管Q1的栅极E、第二场效应管Q2的栅极F连接，所述隔离降压电路外接市电220V交流电源。

所述第一场效应管Q1和第二场效应管Q2分别与二极管并联。

以下用实施例对按照本实用新型连接的一种电动自行车用锂电池组控制电路的功能作进一步说明。

电池组放电时，电池单体B1和B2串联，正极产生6.6V左右的直流电压。场效应管Q2首先导通，电流从电池单体B1的正极，经过电感L1、场效应管Q2、流入电池单体B2的负极。在此过程中，电池组释放的电能以磁场的方式储存在电感L1中，磁场大小与电感L1中的电流的平方成正比。当电感L1中的电流达到预定值时，场效应管Q2关闭。由于电感的电流不能突变，当场效应管Q2关闭时，在电路的A点产生一个高电压。当A点的电压大于D点电压时，电感L1中的电流通过Q1中二极管流向D点，然后经过电机控制器回到电路电池单体B2的负极C点，从而实现电能的升压驱动过程。电池组放电时，第一场效应管Q1的上电极D点和电池单体B1的正极电压比例，可以通过场效应管Q2的导通和关闭的时间比例任意控制。单片机通过采集系统中的相关信息，经过预先设定的控制算法，产生相应的控制信号，然后通过场效应管驱动电路、第二场效应管Q2的栅极F控制场效应管Q2的导通和关闭的时间比例，实现电池组电压的升高。将两个串联锂电池单体的6.6V直流电压，升高到电动自行车的电机控制器通常所需的36V直流电压，从而在不改变现有电机驱动器和驱动电机的条件下，实现锂电池电动自行车的两节单体电池驱动，有效降低电池组的生产成本，提高系统可靠性。

电池组充电时，电网中的220V交流电，经过通常的隔离降压电路，变成电压等于D点的直流电，第一场效应管Q1首先导通，由于D点的电压高于第一电池单体B1的正极，电流在第一场效应管Q1导通时，从隔离降压电路的正极D点经过第一场效应管Q1、电感L1、第一电池单体B1正极、第二电池单体B2负极返回隔离降压电路，构成回路。在此过程中，隔离降压电路释放的电能以磁场的方式储存在电感L1中，磁场大小与电感L1中的电流的平方成正比。当电感L1中的电流达到预定值时，第一场效应管Q1关闭。由于电感的电流不能突变，当第一场效应管Q1关闭时，在电路的A点产生一个低电压。当A点的电压小于第二电池单体B2负极C点的电压时，电感中的电流通过与第二场效应管Q2并联的二极管流回到A点，从而实现电能的降压充电过程。电池组充电时，正极D点和第一电池单体B1正极的降压比例可以通过第一场效应管Q1的导通和关闭的时间比例任意控制。单片机通过采集系统中的相关信息，经过预先设定的控制算法，产生相应的控制信号，通过场效应管驱动电路控制第一场效应管Q1的栅极E端，控制导通和关闭的时间比例，实现电池组充电电流的大小控制。

本实用新型利用L1、Q1、Q2构成的双向DC-DC直流变换器的双向升降压功能，减少了电池单体数量，实现充电器一体化设计，利用单片机对充电电流实现更为合理的控制，在提高产品的质量、进一步提高电池组的寿命和可靠性同时，不但方便了用户使用，而且可以节省生产成本。

Claims (1)

1.一种电动自行车用锂电池组控制电路，包括单片机、与所述单片机连接的场效应管驱动电路、电机控制器和隔离降压电路，其特征在于：第一电池单体B1和第二电池单体B2串联，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2串联，电感L1一端与第一电池单体B1的正极相连，另一端A分别连接第一场效应管Q1下电极和第二场效应管Q2的上电极，所述电机控制器和隔离降压电路的正极端D与所述第一场效应管Q1上电极连接，负极端C与第二场效应管Q2的下电极和第二电池单体B2的负极连接，所述场效应管驱动电路输出分别与第一场效应管Q1栅极E、第二场效应管Q2的栅极F连接，所述隔离降压电路外接市电220V交流电源。