CN203377638U - 切换式电池组充放电保护均衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种切换式电池组充放电保护均衡电路，可降低电池组串联成组对各单体电池间的一致性要求、延长充电电池组的循环使用寿命、增强充电电池组的安全性。该电路利用切换开关的转换特性实现充电电池的过充、过放电保护，电池组中即使有个别电池在保护状态下仍然可以利用其它的正常电芯充放电工作；该电路集成了并联充电电源，可以实现先串联恒流充电，后并联恒压充电的均衡方案，从而避免了使用昂贵的大电流并联充电设备，也避免了由于每节电池检测控制元器件的精度误差不同所造成的容量不一致。

Description

切换式电池组充放电保护均衡电路

技术领域

本实用新型涉及一种电池组充放电保护均衡控制技术，尤其涉及一种切换式电池组过充自动保护电路、切换式电池组过放自动保护电路及切换式电池组均衡充电电路。

背景技术

充电电池组的一致性问题一直是业界的难题，电池组一般由2节以上的单体电池串联组成，各单体电池由于存在生产工艺差别、使用环境差别等原因会产生容量、性能的不一致。这种不一致的电池组在充电时，容量相对小的单体电池会早一步过充电，而放电时，容量相对小的单体电池又会早一步过放电。过充电和过放电会使电池的电解液分解和破坏电池的正负极活性物质，造成电池的永久性损害，严重的情况下还会造成电池起火爆炸。即使还没有出现安全问题，长此以往，电池组的可用容量会越来越小，恶性循环使用又会加速电池组的报废；这也是单体电池可循环几千次，而成组后的电池只能循环几百次的主要原因，因此电池组很有必要采用过充、过放电保护电路和一致性均衡电路以增强安全性及延长电池组的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型提供一种新颖的切换式电池组充放电保护均衡电路，不同于现阶段电池组的充放电保护方式和均衡理念。

本实用新型采用以下的技术方案：

本实用新型利用切换开关的转换特性实现电池组的过充电保护和过放电保护，即使有个别电池处于保护状态下仍然不影响其它电压正常的电池继续充放电；该电路集成了并联充电电源，采用先串联恒流充电，后并联恒压充电的均衡方案，从而避免了使用昂贵的大电流并联充电设备，也避免了由于各电池检测元件的精度误差不同所造成的不一致。

该电池组电路包括一节以上的充电电池、n 个检测控制模块、n 个切换开关模块、n 个防倒流二极管和并联充电电源；n为等于或大于1的整数。

电池组中的每节电池分别连接到对应的检测控制模块和切换开关模块上，由检测控制模块在电池达到设定电压时控制对应的切换开关模块转换这节电池在电池组充放电电路中是串联连接还是并联连接。

电池组在正常放电时，其中的n节电池为串联连接；当某一节电池达到设定的过放电压时，由检测控制模块控制对应的切换开关模块把这节电池转换到并联连接，保护这节电池不会过放电，同时切换开关模块还会连通另外两节相邻电池的正极和负极，实现保护过放电电池的同时又不影响电池组中其它电压正常的电池继续串联放电。

电池组在正常充电时，其中的n节电池为串联连接，通过外置恒流充电器充电；当某一节电池达到设定的过充电压时，由检测控制模块控制对应的切换开关模块把这节电池转换到并联连接，保护这节电池不会过充电，同时切换开关模块还会连通另外两节相邻电池的正极和负极，实现保护过充电电池的同时又不影响电池组中其它电压正常的电池继续串联充电。

每个电池的正极分别连接到对应的防倒流隔离二极管的负极上，各电池的防倒流隔离二极管的正极再并联连接到并联充电电源的输出正极上；并联充电电源通过分别连接到每节电池的防倒流隔离二极管对并联连接的每节电池进行恒压均衡充电。

所述的电池组中的每节电池包括一节电池构成或一节以上的单体电池并联构成，优选的所述一节电池为一节单体电池。通常意义上，电池组是由多节电池串联组成；然而还是有较多的情况下电池组是由多节电池并联成一子电池后，再由多节子电池串联组成。

所述的切换开关模块包括继电器、电流接触器等电控制开关器件的一种或一种以上的组合，优选的切换开关模块为具有两组触点的转换型继电器；

电池组中电池的并联连接方式为：电池n的负极连接经过切换开关模块J n的触点6、触点7连接到地；电池n的正极连接二极管D n的负极，二极管D n的正极连接到并联充电电源的输出正极上；第1+n节电池的连接同上，实现对多节电池的隔离保护和并联充电的连接。

电池组中电池的串联连接方式为：电池1的负极连接电池组输出负极；电池1的正极连接切换开关模块J1的触点4、经过触点3连接到切换开关模块J2的触点5、经过触点6再连接到电池2的负极；第1+n节电池的连接同上，实现电池组中电池的串联连接。

切换开关模块J2的触点2经J1的触点3、触点4连接到相邻电池1的正极，切换开关模块J2的触点3经Jn的触点5、触点5连接到相邻电池n的负极；电池2从电池组串联电路中切换出来到并联连接时，J2的触点6由连通触点5切换到连通触点7，同时J2的触点3由连通触点4切换到连通触点2，相当于电池1的正极与电池n的负极连通；实现了保护过充过放的电池2的同时又不影响电池组中其它电压正常的电池继续串联充放电的功能。

本实用新型的有益效果是：在为电池提供过充保护、过放保护的基础上实现均衡充电；降低了电池组串联成组对各单体电池间的一致性要求，电池组串联的电池节数越多，每节电池间的不一致性对电池组的放电容量影响越小；延长了充电电池组的循环寿命，寿命过短的个别电池不再限制整个电池组的循环寿命；增强了充电电池组的安全性，电池组不工作时和并联充电时每个单体电池相互并联隔离，不存在高电压线路，电池间不会相互充放电，避免消耗电池循环寿命。

附图说明：

图1 是本实用新型切换式电池组充放电保护均衡电路原理图。

具体实施方式

一种切换式电池组充放电保护均衡电路

实施例1：用于48V电动自行车电池组的切换式充放电保护均衡电路。

电池组由16节3.2V10AH磷酸铁锂电池加装本充放电保护均衡电路构成。其中外置恒流充电器输出端口分别连接电池组的输出正负极，对电池组串联充电；并联充电电源输入端口连接外置串联充电器输出端口取电。

设置每节电池的电压检测控制模块过放截止电压为2.0V、过充截止电压为3.65V，设置并联充电电源电压为4.25V，由于充电要经过反流二极管所以要减去压降0.6V，故实际充电电压为3.65V。

经测试，采用不同厂家、不同批次甚至一致性相差20%的单体电池组装成电池组后仍然可以放出平均容量的90%以上电量，电池组的循环次数可以达到所有单体电池的平均循环次数的90%以上。即使有一节以上单体电池出现故障，电池组仍然可以正常放电到截止电压。

本实用新型还可以用于其它种类充电电池和其它电压的电池组，不同之处在于根据不同电池的正负极材料设置不同的过放截止电压和过充截止电压。

本实用新型的描述是为了更好地说明目的，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (6)

1.一种切换式电池组充放电保护均衡电路，其特征是：该电池组电路包括一节以上的充电电池、n个检测控制模块、n个切换开关模块、n个防倒流二极管和并联充电电源，n为等于或大于1的整数；电池组中的每节电池分别连接到对应的检测控制模块和切换开关模块上，由检测控制模块在电池达到设定电压时控制对应的切换开关模块转换这节电池在电池组充放电电路中是串联连接还是并联连接。 

2.根据权利要求1所述的切换式电池组充放电保护均衡电路，其特征是：电池组在正常放电时，其中的n节电池为串联连接；当某一节电池达到设定的过放电压时，由检测控制模块控制对应的切换开关模块把这节电池转换到并联连接，保护这节电池不会过放电，同时切换开关模块还会连通另外两节相邻电池的正极和负极，实现保护过放电电池的同时又不影响电池组中其它电压正常的电池继续串联放电。 

3.根据权利要求1所述的切换式电池组充放电保护均衡电路，其特征是：电池组在正常充电时，其中的n节电池为串联连接，通过外置恒流充电器充电；当某一节电池达到设定的过充电压时，由检测控制模块控制对应的切换开关模块把这节电池转换到并联连接，保护这节电池不会过充电，同时切换开关模块还会连通另外两节相邻电池的正极和负极，实现保护过充电电池的同时又不影响电池组中其它电压正常的电池继续串联充电。 

4.根据权利要求1所述的切换式电池组充放电保护均衡电路，其特征是：每个电池的正极分别连接到对应的防倒流隔离二极管的负极上，各电池的防倒流隔离二极管的正极再并联连接到并联充电电源的输出正极上；并联充电电源通过分别连接到每节电池的防倒流隔离二极管对并联连接的每节电池进行恒压均衡充电。 

5.根据权利要求1所述的切换式电池组充放电保护均衡电路，其特征是：所述的电池组中的每节电池包括一节电池组成或一节以上的单体电池并联组成。 

6.根据权利要求1所述的切换式电池组充放电保护均衡电路，其特征是：所述的切换开关模块包括继电器、电流接触器或者电控制开关器件的一种或一种以上的组合。 

Images