CN203984060U - 大电流平衡电源管理系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种大电流平衡电源管理系统,包括电池组,其特征在于,还包括控制单元、调整单元、平衡检测单元以及保护单元,所述控制单元包括控制芯片,控制芯片与所述电池组内的单体电池连接并且连接控制调整单元;所述平衡侦测单元包括两个电阻,两电阻一端连接第一电池,另一端连接地端,两电阻的共享节点连接至控制芯片;所述保护单元连接电池组内的单体电池;保护单元包括检测电路和保护电路。通过电量转移可补充容量低的单体电池,大大减少了能量浪费,且不存在发热的问题,平衡电流既可以达到快速充电的目的,对管理系统的过充电、过放电、过电流以及短路等有很好的保护作用,大大延长电池的寿命。

Description

大电流平衡电源管理系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于电池技术领域,涉及电池的管理系统,具体为一种大电流平衡电源管理系统。
背景技术
[0002] 锂离子电池是一种应用广泛的可充电电池,它具有单体工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、循环使用寿命长,可在较短时间内快速充足电以及允许放电温度范围宽等优点,此外,锂离子电池还有自放电电流小、无记忆效应和无环境污染以及可大电流充放电等优点。其全球供货量正在持续增加,而随着锂离子电池的使用面的扩大,对锂离子电池的充放电保护就显得愈发重要。
[0003] 锂离子电池芯单体电池寿命可靠度为1000-2000次不等,但由于平衡系统一直无法改善造成串联使用后的寿命不足300次,使得使用效率降低,成本大增,经常更换电池造成的维修成本。
[0004] 现有的电池电源管理系统大多采用高电压分压或者电阻耗能来达到平衡的目的,但是高电压分压对不同材料电池芯会有差别以致于平衡效果不佳造成电池芯损坏,电阻耗能导致电池温度过高也会缩短电池寿命。
[0005] 电池电源系统还存在过充电、过放电、过电流以及短路等等问题亟待解决。
实用新型内容
[0006] 综上所述,本实用新型的目的在于提供一种大电流平衡电源管理系统,能够有效保护电池电源,增加电池的寿命,降低成本,适应不同锂材料电池的充放电,并且提供如下方案:
[0007] 一种大电流平衡电源管理系统,包括电池组,电池组内包括串联的第一电池第和二电池,其特征在于,还包括控制单元、调整单元、平衡检测单元以及保护单元,
[0008] 所述控制单元包括控制芯片,控制芯片与所述电池组内的单体电池连接;
[0009] 调整电源包括电感、第一晶体管、第二晶体管、第一二极管、第二二极管以及第一阻抗和第二阻抗;电感一端连接在第一电池和第二电池之间,另一端连接第一电池或第二电池;第一晶体管连接在所述电感和接地端之间,第一晶体管的栅极连接控制单元,第一二极管连接第一晶体管的源级和漏极;第二晶体管一端连接第二电池且另一端接电感,第二晶体管的栅极连接控制单元,第二二极管连接第二晶体管的源级和漏极;第一阻抗连接在第一电池和第一晶体管之间,第一晶体管和第一阻抗的共享节点连接至控制芯片;第二阻抗连接在接地端与第二晶体管之间,第二晶体管与第二阻抗的共享节点连接至控制芯片;
[0010] 所述平衡侦测单元包括两个电阻,两电阻串联,两电阻一端连接第一电池,另一端连接地端,两电阻的共享节点连接至控制芯片;
[0011] 所述保护单元连接电池组内的单体电池;保护单元包括检测电路和保护电路,检测电路和保护电路连接;检测电路中的检测芯片连接有取样电路和比较器;保护电路内保护芯片的COP端与放电回路之间串联有第一场效应管,其DOP端与充电回路之间连接有第二场效应管;第一场效应管的栅极连接COP端,漏极连接充电回路,源级连接地端;第二场效应管的栅极连接DOP端,漏极连接放电回路,源极连接地端。
[0012] 更进一步地,所述第一晶体管为P型晶体管,第二晶体管为N型晶体管。
[0013] 更进一步地,所述第一阻抗包括两个并联的相同电阻。所述第二阻抗包括两个并联的相同电阻。
[0014] 更进一步地,所述接地端可以为第三电池。
[0015] 本实用新型的有益效果是提供了一种大电流平衡电源管理系统,通过电量转移可补充容量低的单体电池,大大减少了能量浪费,且不存在发热的问题,平衡电流既可以达到快速充电的目的又可以提高电池的可靠度,对管理系统的过充电、过放电、过电流以及短路等有很好的保护作用,大大延长电池的寿命。
附图说明
[0016] 图1为本实用新型提供的大电流平衡电源管理系统的电路连接示意图;
[0017] 图2为本实用新型保护单元的检测电路连接示意图;
[0018] 图3为本实用新型保护单元的保护电路连接示意图。
具体实施方式
[0019] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案,下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
[0020] 一种大电流平衡电源管理系统,如图1所示,包括电池组,电池组内包括串联的第一电池BI和第二电池B2,还包括控制单元1、调整单元2、平衡监测单元3以及保护单元。控制单元I连接平衡监测单元3、第一电池B1、第二电池B2,并且一端接地;调整单元2连接第一电池BI与第二电池B2 ;其中平衡检测单元3根据BI的电压和流经平衡检测单元3的电流输出一平衡信号至控制单元1,控制单元I回应平衡监测单元3的平衡信号,监测第一电池BI与第二电池B2的电压差,并根据此电压差与参考电压的比较结果输出一调整信号,调整单元2回应调整信号,调整第一电池BI与第二电池B2的充放电,达到降低两电池电压差的目的。
[0021] 控制单元I包括控制芯片,控制芯片与所述电池组内的单体电池BI和B2连接;
[0022] 调整单元2中包含电感L、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一阻抗Zl和一第二阻抗Z2。电感L 一端连接在第一电池BI跟第二电池B2之间,另一端连接第一电池BI,另一端也可以连接第二电池B2 ;第一晶体管Ql连接在接地端与电感L之间,第二晶体管一端连接第二电池B2,另一端连接电感L。其中第一晶体管Ql与第二晶体管Q2分别具有源极、栅极和漏极,第一晶体管Ql可为P型金氧半场效晶体管;第一晶体管Ql的栅极连接控制单元I的控制芯片,第一二极管Dl连接在第一晶体管Ql的源极与漏极之间;第二晶体管Q2的栅极连接控制单元I的控制芯片,第二二极管连接第二晶体管的源级和漏极;第一阻抗Zl内的两个相同电阻Rl并联后再串联在第一电池BI和第一晶体管Ql之间,第一晶体管Ql和第一阻抗Zl的共享节点连接至控制芯片,第二阻抗Z2内的两个相同电阻R2并联后再串联在接地端和第二晶体管Q2之间,第二晶体管Q2与第二阻抗Z2的共享节点连接至控制芯片。
[0023] 所述平衡侦测单元包括两个电阻R3和R4,电阻R3和电阻R4串联,两电阻串联后一端连接第一电池BI,另一端联接地端,两电阻的共享节点连接至控制芯片。
[0024] 第一阻抗和第二阻抗不限于本实例所表示的元件,如两电阻可串联或者有其他有相等效果的元件组成即可。
[0025] 本实例中,电感L在电路中可以将能量在第一电池与第二电池之间转换。例如,当第一电池的电压大于第二电池电压时,平衡监测单元3输出的平衡信号会传递到控制单元1,而控制单元I会回应此平衡信号,开始监测第一电池与第二电池的电压差,当此电压差超过控制单元I设定的参考电压,控制单元I就会输出一偏压到第一晶体管Ql的栅极以导通第一晶体管Q1,此时第一电池BI先对电感L储存能量,直到第一阻抗Zl的电压值达到控制单元I设定的值,则控制单元I关闭第一晶体管Q1,并输出一偏压至第二晶体管Q2以导通第二晶体管,此时电感L输出电流对第二电池充电,使得第一电池与第二电池的电压差降低,达到电压平衡的效果。同理,当第一电池的电压小于第二电池的电压时,控制单元I控制第二电池对电感储存能量,继而对第一电池充电以降低两电池之间的电压差。
[0026] 平衡监测单元3内的两个串联电阻R3和R4可根据第一电池BI的电压和流经该平衡监测单元3的电流进行分压,而两电阻的共同节点的电压值即为本实施例的平衡信号,因此控制单元I可借此平衡信号设定,当第一电池BI的电压超过平衡监测的电压值时,则启动平衡。此时控制单元I回应此平衡信号监测第一电池BI与第二电池B2之间的电压差,控制单元I再根据此电压差与控制单元I设定的参考电压的比较结果启动调整单元2,用以调整第一电池BI与第二电池B2的充放电。
[0027] 本实用新型可以将第一实施例的接地端改变为连接第三电池,第三电池与第一电池或者第二电池相同,继而可将本实用新型内的电池串联成多电池的电源管理系统。
[0028] 本实用新型还包括保护单元,保护单元连接电池组内的单体电池;保护单元包括检测电路和保护电路,检测电路和保护电路连接;如图2所示的检测电路中检测芯片的VDD和VSS分别是电池电源和接地输入端,VDD与VSS之间串联有取样电路;C0和DO分别是充电及放电控制端,VM是放电过流、充电过流检测端,连接有比较器。
[0029] 如图3所示,保护电路内保护芯片的COP端与充电回路CO之间串联有第一场效应管QU1,其DOP端与放电回路DO之间连接有第二场效应管QU2 ;第一场效应管QUl的栅极连接COP端,源级连接充电回路,漏极连接地端;第二场效应管QU2的栅极连接DOP端,源极连接放电回路,漏极连接地端。
[0030] 过充电、过放电检测:取样电路将实时监测电池电压信号,并将之送入过充电比较器、过放电比较器与基准电压进行比较,判断电池电压是否高于过充电检测电压或是否低于过放电检测电压,再由电路输出相应信号到CO端及DO端,即完成过充电、过放电检测功能;
[0031] 放电过流检测:由VM端来监测电池接负载放电时的电流大小,和不同的基准电压比较后,由电路输出信号控制DO端;
[0032] 充电过流检测:VM端信号还可以反映电池接充电器时充电电流的大小,再经充电检测比较器比较后,决定是否应停止充电;
[0033] 零伏电池充电功能:若电池电压低于零伏电池充电电压,CO端便输出低电平,从而切断充电回路。
[0034] 保护电路的保护芯片COP端与充电回路CO之间串联有第一场效应管QU1,其DOP端与放电回路DO之间连接有第二场效应管QU2,其它端口与电路元器件一一对应连接;当检测到过充现象,则通过保护电路关断第一场效应管QU1,导通第二场效应管QU2,等待放电;反之如果检测到过放现象,则通过保护电路关断第二场效应管QU2,导通场效应管QU1,等待充电,由此实现对电源管理系统的保护。
[0035] 本实用新型对不同材料的单体电池可达1000-2000次寿命,减少成本70%以上。
[0036] 以上对本实用新型进行了详细介绍。本文中对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述,以上说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以对本实用新型进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种大电流平衡电源管理系统,包括电池组,电池组内包括串联的第一电池第和二电池,其特征在于,还包括控制单元、调整单元、平衡检测单元以及保护单元, 所述控制单元包括控制芯片,控制芯片与所述电池组内的单体电池连接; 调整电源包括电感、第一晶体管、第二晶体管、第一二极管、第二二极管以及第一阻抗和第二阻抗;电感一端连接在第一电池和第二电池之间,另一端连接第一电池或第二电池;第一晶体管连接在所述电感和接地端之间,第一晶体管的栅极连接控制单元,第一二极管连接第一晶体管的源级和漏极;第二晶体管一端连接第二电池且另一端接电感,第二晶体管的栅极连接控制单元,第二二极管连接第二晶体管的源级和漏极;第一阻抗连接在第一电池和第一晶体管之间,第一晶体管和第一阻抗的共享节点连接至控制芯片;第二阻抗连接在接地端与第二晶体管之间,第二晶体管与第二阻抗的共享节点连接至控制芯片; 所述平衡侦测单元包括两个电阻,两电阻串联,两电阻一端连接第一电池,另一端连接地端,两电阻的共享节点连接至控制芯片; 所述保护单元连接电池组内的单体电池;保护单元包括检测电路和保护电路,检测电路和保护电路连接;检测电路中的检测芯片连接有取样电路和比较器;保护电路内保护芯片的COP端与充电回路之间串联有第一场效应管,其DOP端与放电回路之间连接有第二场效应管;第一场效应管的栅极连接COP端,漏极连接充电回路,源级连接地端;第二场效应管的栅极连接DOP端,漏极连接放电回路,源极连接地端。
2.根据权利要求1所述的大电流平衡电源管理系统,其特征在于,所述第一晶体管为P型晶体管,第二晶体管为N型晶体管。
3.根据权利要求2所述的大电流平衡电源管理系统,其特征在于,所述第一阻抗包括两个并联的相同电阻;所述第二阻抗包括两个并联的相同电阻。
4.根据权利要求3所述的大电流平衡电源管理系统,其特征在于,所述接地端可以为第二电池。
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CN112216883A (zh) * 2020-09-28 2021-01-12 长安大学 一种锂电池均衡方法、系统、设备及存储介质

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