CN202586450U - 一种多串数锂电池充电管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多串数锂电池充电管理系统，其特征在于：所述的管理系统为串联电池组中的每节电池分别连接到电压检测芯片U81、U91、U101，电压检测芯片U81、U91、U101根据检测的电压信号进行判断并在DO或CO端送出高电平给管理芯片；每节电池分别通过继电器SW1、SW2、SW3的一组常开接点接入充电器，负极接入继电器SW1、SW2、SW3的另一组常闭接点，常开接点则接入正极；管理芯片控制每节电池箱对应的继电器的开闭，以实现在保证安全性的前提下提高多串数锂电池组的充电效率的目的。

Description

一种多串数锂电池充电管理系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池充电领域，特别涉及一种多串数锂电池充电管理系统。

背景技术

在新能源体系中，电池是其中不可或缺的重要组成部分。近年来，锂电池作为储能元件在各个领域被广泛应用。但是由于锂电池生产工艺的问题会造成不同批次、甚至同一批次各个单体锂电池的容量、内阻有差异。当其串联使用时根据木桶效应充放电的速度和效率将降低。虽然通过锂电池厂家筛分的方法，可以提高电池的一致性，但不能从根本上解决问题。

目前采用均衡方法电池组的效率有一定提高。均衡主要有两种方法：一种为被动电阻能耗法，这种方法以牺牲电能的方式获得充电效率的提高且会产生热量；另一种为主动能量转移法，这种方法克服了第一种方法的缺点，但这种回路较复杂实现较为困难，成本较高。

在保证安全性的前提下提高多串数锂电池组的充电效率是现有技术需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种多串数锂电池充电管理系统，以实现在保证安全性的前提下提高多串数锂电池组的充电效率的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是，一种多串数锂电池充电管理系统，其特征在于：所述的管理系统为串联电池组中的每节电池分别连接到电压检测芯片U81、U91、U101，电压检测芯片U81、U91、U101根据检测的电压信号进行判断并在DO或CO端送出高电平给管理芯片；每节电池分别通过继电器SW1、SW2、SW3的一组常开接点接入充电器，负极接入继电器SW1、SW2、SW3的另一组常闭接点，常开接点则接入正极；管理芯片控制每节电池箱对应的继电器的开闭，从而实现对电池进行实施监控，并及时对其进行单独的充放电。

所述的电压检测芯片的型号为S8261APB，并且在其电路中设有延时电路，使其免受顺时电压的干扰，提高监控的准确性。

所述的管理芯片的型号为CN3065。

所述的电压检测芯片的DO或CO端经过光耦电路输送高电平给管理芯片，使得该电路不导通无功耗。

所述的管理系统中同时设有管理芯片工作电路、继电器驱动控制电路，使得本系统功能得以顺利实现。

一种多串数锂电池充电管理系统，由于采用上述电路结构，该管理系统具有以下优点：1、在保证安全性的前提下提高多串数锂电池组的充电效率；2、功耗小，不影响电池的正常使用；3、运行可靠，故障率低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明；

图1为本实用新型一种多串数锂电池充电管理系统的检测回路电路图；

图2为本实用新型一种多串数锂电池充电管理系统的控制回路电路图；

图3为本实用新型一种多串数锂电池充电管理系统管理芯片的软件流程图。

具体实施方式

本实用新型为串联电池组中的每节电池分别连接到电压检测芯片U81、U91、U101，电压检测芯片U81、U91、U101根据检测的电压信号进行判断并在DO或CO端送出高电平给管理芯片；每节电池分别通过继电器SW1、SW2、SW3的一组常开接点接入充电器，负极接入继电器SW1、SW2、SW3的另一组常闭接点，常开接点则接入正极；管理芯片控制每节电池箱对应的继电器的开闭，从而实现对电池进行实施监控，并及时对其进行单独的充放电。

本实用新型的工作原理为当电池组在进行充放电时，实时监测每节单体电池充、放电状态。将放电进入保护状态的电池从电池组中分离出，然后对其单独进行充电到饱和，再将其串联入电池组中。此过程在电池组充放电过程中不间断，直到电池组单体电压差满足设计要求；充电过程中当有单体电池得到保护时，将未达到充电保护的电池分别从电池组中分离，对其进行充电，充满后再串接入电池组中，直到所有电池充满；对于电池组来说其电流只有一个方向，就是说电池组只能处在充电、放电或静置状态。每次从电池组中只能分离一节电池，这样既能保证电池的总压不会过低，又保证电池单体不会短路。

本实用新型的检测回路为电池组单体电池充放电状态检测电路原理图如图1所示，CELL0为第一节电池的负极，也是整个电池的PAK-，CELL1、CELL2、CELL3分别为第一、二、三节电池的正端。CELL3同时也是整个电池组的PAK+，当然电池组单体电池的个数可以扩展。电压检测芯片U81、U91、U101的型号为S8261APB，内置高精度电压检测电路和延时电路，用于锂离子可充电电池充、放电保护的专用IC。当某节单体电池电压在可充电范围内S8261APB的CO端输出高电平，经过光耦会输出一个高电平COn；当某节单体电池电压在可放电范围内S8261APB的DO端输出高电平，经过光耦会输出一个高电平DOn；当单体电池电压处在禁充、禁放状态时，COn和DOn将输出低电平。COn、DOn输入给管理芯片，由管理芯片根据输入的信号决定相关单体电池是否需要分离进行单独充电。采用光耦隔离的方式既实现了每节单体电池过充、过放信号低电平电位的一致性，又保证了管理芯片与电池系统分离，提高了管理芯片的可靠性。在正常可充放状态时，由于COn和DOn都是高电平，光耦不导通无功耗；同时电压检测芯片U81、U91、U101正常工作时的功耗最大只有7uA。这种设计方法就可以保证状态检测回路的低功耗。

本实用新型的控制回路如图2所示，原理图由单体电池充电器、多个继电器SW1、SW2、SW3组合触点、多个待组包单体锂电池构成。SW1-1、SW1-3为SW1继电器的两组常开触点，SW1-2为SW1的一组常闭触点。同理SW2-1、SW2-3；SW3-1、SW3-3分别为SW2、SW3的常开触点；SW2-2、SW3-2为SW2、SW3的常闭触点。SW1-1、SW2-1、SW3-1双掷触头同时接入通继电器的正负极，在任何时间段最多只能有一节单体电池接收充电器的充电。当所有电池电池电压都在可充、可放范围内，单体电池通过各个继电器的常闭触点连接组成电池组。图2中PAK+、PAK-为电池组的正、负极。假设BT2电池发生放电欠压，进入放电禁止状态，状态检测回路发出DO低信号，管理芯片获得DO低信号，使SW2继电器状态发生反转，SW2-1闭合，SW2-2断开，SW2-3闭合；从而将BT2从电池组中分离开同时接入单体电池充电器充电回路中，实现充电功能。当充电满，由充放电状态检测回路发出禁充CO低电平时，管理芯片获得CO低信号再次将SW2状态反转，从而将BAT2重新接入电池组中。BAT1、BAT3工作原理同BAT2。当继电器状态反转时，电池组会有瞬间的断路，需要在PAK+、PAK-之间接入电容为负载短时供电，电容型号与负载有关。

本实用新型还包括管理芯片工作电路、继电器驱动与控制电路、单体电池充电器电路等。充电器和继电器由后备电源供电。管理芯片工作电路主要是单管理芯片的时钟、供电、I/O口、通讯等电路；继电器线圈驱动采用三极管驱动。管理芯片采用以CN3065芯片为核心的标准电路。CN3065是可以用太阳能板供电的单片锂电池充电管理芯片。该芯片外围电路简单。当进入休眠模式时功耗只有3uA。

管理芯片的软件主要包括电池组充、放电状态检测，通过流过电池组电流的方向来判断；单体电池的CO、DO信号的检测与相关处置措施；软件上在每个继电器SW1、SW2、SW3状态反转时必须加一定的延时。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多串数锂电池充电管理系统，其特征在于：所述的管理系统为串联电池组中的每节电池分别连接到电压检测芯片（U81、U91、U101），电压检测芯片（U81、U91、U101）根据检测的电压信号进行判断并在DO或CO端送出高电平给管理芯片；每节电池分别通过继电器（SW1、SW2、SW3）的一组常开接点接入充电器，负极接入继电器（SW1、SW2、SW3）的另一组常闭接点，常开接点则接入正极；管理芯片控制每节电池箱对应的继电器的开闭。

2.根据权利要求1所述的一种多串数锂电池充电管理系统，其特征在于：所述的电压检测芯片（U81、U91、U101）的型号为S8261APB，并且在其电路中设有延时电路。

3.根据权利要求1所述的一种多串数锂电池充电管理系统，其特征在于：所述的管理芯片的型号为CN3065。

4.根据权利要求1或2所述的一种多串数锂电池充电管理系统，其特征在于：所述的电压检测芯片（U81、U91、U101）的DO或CO端经过光耦电路输送高电平给管理芯片。

5.根据权利要求1所述的一种多串数锂电池充电管理系统，其特征在于：所述的管理系统中同时设有管理芯片工作电路、继电器驱动控制电路。

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