CN202616757U

CN202616757U - 一种锂离子电池组的保护装置

Info

Publication number: CN202616757U
Application number: CN 201220156050
Authority: CN
Inventors: 姜荣军; 简湘祯
Original assignee: XIAMEN HUARONG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XIAMEN HUARONG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-04-13

Abstract

本实用新型主要公开了一种锂离子电池组的保护装置，连接在N只电芯串联形成的电池组上，包括均衡电路、预充电电路、充电电路、充放电控制器、电流采样电阻、保护芯片；每只电芯两端连接有均衡电路，在电池组的负极依次串联电流采样电阻和充放电控制器，充放电控制器的末端形成电池组负极接口，同时充放电控制器末端通过充电电路形成充电负极接口，在充电电路两端并联有预充电电路；保护芯片采集均衡电路、电流采样电阻的信号，并连接充放电控制器、预充电电路、充电电路的控制端。本实用新型将电池组均衡、防止浮充和自放电、预充电等扩展功能设计到低压保护系统中，并通过将保护芯片与显示芯片集成在一起，实现锂离子电池组相关参数在线监测。

Description

一种锂离子电池组的保护装置

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，特别与一种锂离子电池组的保护装置有关。

背景技术

锂离子电芯通过串连/并连方式可以获得不同电压及容量的电池组，从而大大扩展了锂离子电池的应用领域。由于锂离子电池的特性所致，在锂离子电池组实际使用中，必须加有一个管理电池组和用电器安全的保护系统，在锂离子电芯/电池组出现过充电、过放电、短路、过流等异常情况时，切断充电/放电回路，从而提高了锂离子电池组的安全性能，并延长其使用寿命。

通常，锂离子电池组的保护系统分为两个部分，一部分为取样、处理和驱动输出的管理集成电路部分，用于检测锂离子电芯/电池组的工作状态；另一部分为保护动作的执行部分，当检测到锂离子电芯/电池组出现异常时，使用MOS管、继电器等开关装置切断电路。

然而，除了传统的过充电、过放电、短路、过流等异常情况会严重影响到锂离子电芯/电池组的使用安全以外，锂离子电池组串联使用时的容量不均衡、使用过程中电池组的浮充、充电时瞬间的大电流对电路元器件的损伤等问题也在很大程度上影响了锂离子电芯/电池组的使用寿命。同时，无法直接对锂离子电芯/电池组的工作状态进行监测，也给锂离子电芯/电池组的推广使用、故障检测带来了不便。

中国专利201010624581.8介绍了一种由整流电路、滤波电路、变压器电路、控制电路和输出电路组成的集中式非损耗型锂离子电池组均衡电路，能够有效实现锂离子电池组的主动均衡。但是该专利中的锂离子电池组主动均衡电路结构复杂、成本较高，难以使用在对成本控制严格的低压保护系统中。

中国专利201010168630.1介绍了一种通过改变电芯正极活性物质配方，从而提高锰酸锂锂离子电池系统的耐浮充能力。在提高锰酸锂锂离子电池系统耐浮充能力的方法因在正极物料中添加了SiO2，长期使用的可靠性有待考证，并且势必会影响到电芯的能量密度。

中国专利200910247575.2通过在锂离子电池组保护板上新增电子开关，能够起到切断回路的作用，省去了物理开关，降低了产品成本。但是新增的电子开关可以通过使用单片机控制芯片直接控制放电MOS管而省略。

中国专利201120208969.X公开了一种由隔离高压光耦、控制通断的N沟道MOS管、大功率预充电电阻、分压电阻、齐纳二极管及稳压电容组成的动力蓄电池预充电电路，可替代预充电继电器，降低了成本。但是提及的预充电回路要解决的耐高压继电器的高成本问题在低压保护系统中不存在。

实用新型内容

鉴于上述现有技术中存在的锂离子电池保护的问题，本发明人设计出一种锂离子电池组的保护装置，适用于通信基站、电动自行车、风光互补储能系统中的产品，将电池组均衡、防止浮充和自放电、预充电等扩展功能设计到低压保护系统中，并通过将保护芯片与显示芯片集成在一起，实现了锂离子电池组相关参数的在线监测。

本实用新型采用的下技术方案如下：

一种锂离子电池组的保护装置，连接在N只电芯串联形成的电池组上，包括均衡电路、预充电电路、充电电路、充放电控制器、电流采样电阻、保护芯片；每只电芯两端连接有均衡电路，在电池组的负极依次串联电流采样电阻和充放电控制器，充放电控制器的末端形成电池组负极接口，同时充放电控制器末端通过充电电路形成充电负极接口，在充电电路两端并联有预充电电路；保护芯片采集均衡电路、电流采样电阻的信号，并连接充放电控制器、预充电电路、充电电路的控制端。

所述的保护芯片为单片机。

所述的保护芯片内部集成有显示驱动芯片，并通过显示驱动芯片连接显示屏。

所述的均衡电路包括均衡电阻、均衡MOS管、采样电阻、滤波电容；均衡电阻和均衡MOS管串联后并联在单只电芯两端，均衡MOS管的栅极连接保护芯片控制端；电芯两端通过采样电阻连接至保护芯片输入端，在两个采样电阻之间跨接有滤波电容。

所述的充放电控制器包括充放电MOS管、稳压二极管；充放电MOS管的源极和栅极两端分别连接稳压二极管的正极和负极，充放电MOS管的栅极连接保护芯片的控制端。

所述的充电电路包括充电MOS管、充电二极管；充电MOS管的源极和栅极两端分别连接充电二极管的负极和正极，充电MOS管的栅极连接保护芯片的控制端。

所述的预充电电路包括预充电电阻、预充电MOS管、预充电二极管；预充电电阻和预充电MOS管串联，预充电MOS管的源极和栅极两端分别连接预充电二极管的负极和正极，充电MOS管的栅极连接保护芯片的控制端。

采用上述方案后，本实用新型具有诸多有益效果：

本实用新型实现电池组充电/放电时，保护芯片采集每只电芯的电压、温度以及电池组的电压、温度等数据，并通过数字处理芯片换算出SOC等相关参数，这些参数通过数字信号传输到显示芯片中，最后能够实现在显示屏上直接显示。使用MOS管控制均衡电路的通断，控制锂离子电池组的均衡起停，确保电池组能够安全地最大限度进行充电和放电。将保护芯片和显示芯片集成到一起，通过数字电路转换和传输，实现电池组相关参数的在线监控。通过充放电控制器的MOS管作为电子开关控制电路通断，能够防止浮充，并且能够预防外界电路漏电。使用预充电电路设计，保护了电路板电气元件的安全，延长了使用寿命。将均衡电路、预充电电路、充电电路、显示芯片电路集成在传统保护板中，扩展了电路保护板的功能，确保电池组的安全。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型较佳实施例做进一步详细说明。

一种锂离子电池组的保护装置，连接在N只电芯串联形成的电池组1上，包括均衡电路2、预充电电路3、充电电路4、充放电控制器5、电流采样电阻RS、保护芯片6。

电池组1上每只电芯两端连接有均衡电路2，均衡电路2包括均衡电阻Rb、均衡MOS管Mb、采样电阻RF、滤波电容CF。均衡电阻Rb、均衡MOS管Mb串联后并联在单只电芯两端，均衡MOS管Mb的栅极连接到保护芯片6上，受其控制均衡MOS管Mb的通断。每只电芯采样电阻RF连接至保护芯片6，采样每只电芯两端的电压、电流，在采样电阻RF输入保护芯片6之前，两个采样电阻RF之间跨接有滤波电容CF滤波。

电池组1的负极上依次串联有电流采样电阻RS和充放电控制器5，电流采样电阻RS两端的采样输送至保护芯片6中。充放电控制器5包括充放电MOS管M1、稳压二极管D1。充放电MOS管M1的源极和栅极两端分别连接稳压二极管D1的正极和负极，充放电MOS管M1的栅极连接保护芯片6的控制端。同时充放电MOS管M1的漏极向外延伸形成整个充放电路上的电池组负极接口PACK-。

充电电路4从充放电控制器5中充放电MOS管M1的漏极接出，充电电路4包括充电MOS管M2、充电二极管D2。充电MOS管M2的源极和栅极两端分别连接充电二极管D2的负极和正极，充电MOS管M2的栅极连接保护芯片6的控制端，充电MOS管M2的漏极向外延伸形成整个充放电路上的充电时负极接口CHG_IN-。

预充电电路3包括预充电电阻R3、预充电MOS管M3、预充电二极管D3。预充电电阻R3和预充电MOS管M3串联，预充电MOS管M3的源极和栅极两端分别连接预充电二极管D3的负极和正极，充电MOS管M3的栅极连接保护芯片6的控制端。

在本实用新型中的保护芯片6可以采用电子市场上各种单片机，可选用内部集成有显示驱动芯片7的单片机，通过显示驱动芯片7与显示屏8连接。

保护芯片6采集电芯电压、电池组总电压、充电/放电电流、电池组温度等参数，并能够添加一定的算法，计算电池组的其他参数，如SOC等，充电/放电时间等。保护芯片6根据采集和计算的数据控制电池组各MOS管的通断，并将这些数据通过数字电路输入到显示驱动芯片7中，显示驱动芯片7通过数据转换以后能够直接在显示屏8上，显示锂离子电池组的相关参数。

电池组放电时，充放电MOS管M1接通，充电负极接口CHG_IN-回路中的充电MOS管M2与预充电MOS管M3断开，与充电MOS管M2和预充电MOS管M3并联的充电二极管D2和充电二极管D3起到阻流的作用，使得充电负极接口CHG_IN-无电流输出。

电池组充电时，充放电MOS管M1接通，预充电MOS管M3先闭合，当电压达到设定值时，充电MOS管M2闭合，预充电MOS管M3断开。当充电过程完成时，充放电MOS管M1断开，防止浮充，并且能预防外界电路消耗电量，此时充放电MOS管M1起到了电子开关的作用。

电池组充电/放电时，如果某只电芯的电压高于电芯的平均电压超出一定的限值，均衡电路2处的均衡MOS管Mb闭合，该电芯通过均衡电阻Rb放电，使得电压降低，当该电压回归到合理限值时，均衡MOS管Mb断开，均衡停止。

电池组充电/放电时，保护芯片的取样电路采集每只电芯的电压、温度以及电池组的电压、温度等数据，并通过数字处理芯片换算出SOC等相关参数，这些参数通过数字信号传输到显示芯片中，最后能够实现在显示屏上直接显示。

上述实施例仅用于解释说明本实用新型的发明构思，而非对本实用新型权利保护的限定，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种锂离子电池组的保护装置，连接在N只电芯串联形成的电池组上，其特征在于：包括均衡电路、预充电电路、充电电路、充放电控制器、电流采样电阻、保护芯片；每只电芯两端连接有均衡电路，在电池组的负极依次串联电流采样电阻和充放电控制器，充放电控制器的末端形成电池组负极接口，同时充放电控制器末端通过充电电路形成充电负极接口，在充电电路两端并联有预充电电路；保护芯片采集均衡电路、电流采样电阻的信号，并连接充放电控制器、预充电电路、充电电路的控制端。

2.如权利要求1所述的一种锂离子电池组的保护装置，其特征在于：所述的保护芯片为单片机。

3.如权利要求1或2所述的一种锂离子电池组的保护装置，其特征在于：所述的保护芯片内部集成有显示驱动芯片，并通过显示驱动芯片连接显示屏。

4.如权利要求1所述的一种锂离子电池组的保护装置，其特征在于：所述的均衡电路包括均衡电阻、均衡MOS管、采样电阻、滤波电容；均衡电阻和均衡MOS管串联后并联在单只电芯两端，均衡MOS管的栅极连接保护芯片控制端；电芯两端通过采样电阻连接至保护芯片输入端，在两个采样电阻之间跨接有滤波电容。

5.如权利要求1所述的一种锂离子电池组的保护装置，其特征在于：所述的充放电控制器包括充放电MOS管、稳压二极管；充放电MOS管的源极和栅极两端分别连接稳压二极管的正极和负极，充放电MOS管的栅极连接保护芯片的控制端。

6.如权利要求1所述的一种锂离子电池组的保护装置，其特征在于：所述的充电电路包括充电MOS管、充电二极管；充电MOS管的源极和栅极两端分别连接充电二极管的负极和正极，充电MOS管的栅极连接保护芯片的控制端。

7.如权利要求1所述的一种锂离子电池组的保护装置，其特征在于：所述的预充电电路包括预充电电阻、预充电MOS管、预充电二极管；预充电电阻和预充电MOS管串联，预充电MOS管的源极和栅极两端分别连接预充电二极管的负极和正极，充电MOS管的栅极连接保护芯片的控制端。