CN204886245U - 一种电池组均衡充放电及保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池组均衡充放电及保护电路，包括主控制器、供电电路、电路开关组、电池组单元、充放电电路、电流检测模块和电压检测模块。该电路利用电容贮存能量并转移能量而达到电池均衡的目地，并为了加快能量的转移，电路增加了升降压开关电源；供电电路为主控制器及其它电路提供供电，电流采样模块检测充放电电流，并在无充放电流时，关断电路的供电，以不消耗电池组单元的能量。该电路结构简单小巧，均衡能力强，可以显著的提高电池组的寿命。

Description

一种电池组均衡充放电及保护电路

技术领域

本实用新型涉一种电池组均衡充放电电路，属于电池充放电保护技术领域。用于防止电池组因过充或过放造成的电池组损坏，以提高电池组的寿命。

背景技术

伴随着全球性环保意识的增强，在世界各国，尤其是发达国家和地区，绿色环保的能源将越来越普及，电力的的使用是现代最为清洁的能源，移动设备的电力使用主要使用可充电电池为设备供电，然而单节可充电电池的电压低，难以在大功率的使用中提供电力，所以在大功率的使用中，将多只可充电电池串联起来组成电池组，以提高电池组的电压，为设备提供大的功率，电池组在使用时会有两种模式，一种是给电池充电模式，另一种是电池放电模式；电池组中的每个单体充电电池由于在生产过程中的误差会造成每个单体电池的容量不一致，在电池组充电时，由于每一节单体充电电池为串联充电，流过每一节的单体电池的充电电流一致，致使电池容量小的单体电池最先充满，而电池容量大的单体电池却未能充满，此时如果再进行充电，电池容量小的单体电池会因为过充而造成电池损坏，此时如果不再进行充电，电池容量大的单体电池会因为没有充满而造成电池组的容量变低，电池组的使用效率低下；在电池组放电时，由于每一节单体充电电池为串联充电，流过每一节的单体电池的放电电流一致，致使电池容量小的单体电池最先放完，而电池容量大的单体电池却未能放完，此时如果再进行放电，电池容量小的单体电池会因为过放而造成电池损坏，此时如果不再进行放电，电池容量大的单体电池会因为没有放完而造成电池组的使用容量变低，电池组的使用效率变低；由于电池是串联工作，如果因为过充或过放造成了电池组的任何一个单体电池损坏，电池组将不能工作，造成了电池组的损坏。

实用新型内容

本实用新型为解决上述电池组在过充或过放电时造成的电池组容易损坏的技术缺陷，提出一种电池组均衡充放电及保护电路的新技术方案，其目的是提供一种简便高效的电池组保护电路，用于保护电池组在充电及放电时不会损坏，同时也提高电池组的使用容量，使电池组达到最高的使用效率。

为了解决上述的技术问题，本实用新型的方案是：一种电池组均衡充放电及保护电路，其特征在于，包括主控制器、供电电路、电路开关组、电池组单元、充放电电路、电流检测模块和电压检测模块；所述电路开关组包括一至十号电路开关，所述充放电电路包含两个电容、一个电感和一个电阻；所述电池组单元包括两个或两个以上电池组子单元，每一个电池组子单元的正极与另一个电池组子单元的负极相连，串联组成电池组单元；所述每个电池组子单元包括电池及与电池的正极相连的控制开关，电池组的负极连接九号电路开关的一极，九号电路开关的另一极连接电阻的一极，电流检测电阻的另一极连接输出负极，电池组的正极接输出正极，所述两个电容为一号电容和二号电容；

所述电池组负极连接十号电路开关的一极，十号电路开关的另一极连接三号电路开关与四号电路开关的一极，三号电路开关和四号电路开关的另一端分别接在二号电容两端；

所述电池组子单元的排在奇数位上的控制开关与五号电路开关和六号电路开关的一端相连，所述五号电路开关的另一端接在二号电容的连有四号电路开关的一端上，所述六号电路开关的另一端接在七号电路开关的一端上；所述电池组子单元的排在偶数位上的控制开关与三号电路开关和四号电路开关的一端相连，所述三号电路开关的另一端接在二号电容的连有六号电路开关的一端上，所述四号电路开关的另一端接在五号电路开关的一端上；所述六号电路开关与七号电路开关之间接有导电线，该导电线的另一端接在三号电路开关与二号电容之间；所述七号电路开关的另一端与电压检测模块相连；所述电感的一端与二号电容的接有三号电路开关的一端连接在一起，电感的另一端分别与一号电路开关和二号电路开关的一端相连；所述二号电路开关的另一端接在一号电容的一端上，一号电容的另一端接在二号电容的连有四号电路开关的一端上；

所述一号电路开关的另一端接在一号电容和二号电容之间并与八号电路开关的一端连在一起，所述八号电路开关的另一端接有三根导线，其中，一根导线接地，一根导线接输出负极，一根导线接电阻的一端；所述电阻的另一端与九号电路开关的一端接在一起，所述九号电路开关的另一端接在电池组单元的负极上；所述九号电路开关与电阻之间接有导电线，该导电线的另一端与电流检测模块相连；所述电池组单元的正极有导线接输出正极；所述供电电路、电流检测模块、电压检测模块均与主控制器相连，且供电电路有导线接到电池组的正极。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：该电路利用电容贮存能量并转移能量而达到电池均衡的目地，并为了加快能量的转移，电路增加了升降压开关电源；供电电路为主控制器及其它电路提供供电，电流检测电路检测电流的大小可以控制电路开关的开通与关断以保护电池组的安全；同时，电流检测电路检测充放电电流，并在无充放电流时，关断电路的供电，以不消耗电池组单元的能量，电压检测模块用于检测电池组单元中的每一个单体电池的电压，以便控制电池进行均衡充放电。该电路结构简单小巧，均衡能力强，可以显著的提高电池组的寿命，同时也解决了电池的使用安全性问题。

附图说明

图1为本实用新型电池组均衡充放电及保护电路一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图1对本实用新型做进一步的说明，但不应以此来限制本实用新型的保护范围。

为了方便说明并且理解本实用新型的技术方案，以下说明所使用的方位词均以附图所展示的方位为准。

一种电池组均衡充放电及保护电路，其特征在于，包括主控制器、供电电路、电路开关组、电池组单元、充放电电路、电流检测模块和电压检测模块；所述电路开关组包括一至十号电路开关，所述充放电电路包含两个电容、一个电感和一个电阻；所述电池组单元包括两个或两个以上电池组子单元，每一个电池组子单元的正极与另一个电池组子单元的负极相连，串联组成电池组单元；所述每个电池组子单元包括电池及与电池的正极相连的控制开关，电池组的负极连接九号电路开关的一极，九号电路开关的另一极连接电阻的一极，电流检测电阻的另一极连接输出负极，电池组的正极接输出正极，所述两个电容为一号电容和二号电容；

所述电池组负极连接十号电路开关的一极，十号电路开关的另一极连接三号电路开关与四号电路开关的一极，三号电路开关和四号电路开关的另一端分别接在二号电容两端；

所述电池组子单元的排在奇数位上的控制开关与五号电路开关和六号电路开关的一端相连，所述五号电路开关的另一端接在二号电容的连有四号电路开关的一端上，所述六号电路开关的另一端接在七号电路开关的一端上；所述电池组子单元的排在偶数位上的控制开关与三号电路开关和四号电路开关的一端相连，所述三号电路开关的另一端接在二号电容的连有六号电路开关的一端上，所述四号电路开关的另一端接在五号电路开关的一端上；所述六号电路开关与七号电路开关之间接有导电线，该导电线的另一端接在三号电路开关与二号电容之间；所述七号电路开关的另一端与电压检测模块相连；所述电感的一端与二号电容的接有三号电路开关的一端连接在一起，电感的另一端分别与一号电路开关和二号电路开关的一端相连；所述二号电路开关的另一端接在一号电容的一端上，一号电容的另一端接在二号电容的连有四号电路开关的一端上；

所述一号电路开关的另一端接在一号电容和二号电容之间并与八号电路开关的一端连在一起，所述八号电路开关的另一端接有三根导线，其中，一根导线接地，一根导线接输出负极，一根导线接电阻的一端；所述电阻的另一端与九号电路开关的一端接在一起，所述九号电路开关的另一端接在电池组单元的负极上；所述九号电路开关与电阻之间接有导电线，该导电线的另一端与电流检测模块相连；所述电池组单元的正极有导线接输出正极；所述供电电路、电流检测模块、电压检测模块均与主控制器相连，且供电电路有导线接到电池组的正极。

所述电路开关组中的电路开关、电池组子单元中的控制开关均为电子开关。

实施例

本实施例提供一种电池组均衡充放电及保护电路(参见图1)，包括主控制器、供电电路、电路开关组、电池组单元、电流检测模块、电压检测模块、电容、电感L1和电阻R1，所述电路开关组包括一号电路开关K1～十号电路开关K10十个开关；所述电池组单元为三个电池组子单元，一号电池组子单元包一号电池BT1与一号控制开关K11，二号电池组子单元包括二号电池BT2与二号控制开关K12，三号电池组子单元包括三号电池BT3与三号控制开关K13；所述两个电容为一号电容C1和二号电容C2。

所述一号电池BT1～三号电池BT3串联在一起，供电电路一端连接在电池组的正极，其另一端与与主控制器连接在一起；

所述一号控制开关K11、二号控制开关K12、三号控制开关K13的一端分别连在一号电池BT1、二号电池BT2、三号电池BT3的正极上，十号电路开关K10的一端接在一号电池BT1的负极上；

所述十号电路开关K10与二号控制开关K12的另一端连接在一起，并与三号电路开关K3和四号电路开关K4的一端连接在一起；所述三号电路开关K3和四号电路开关K4的另一端分别接在二号电容C2两端；

所述三号控制开关K13和一号控制开关K11的另一端连接在一起并与五号电路开关K5和六号电路开关K6的一端相连，所述五号电路开关K5的另一端接在二号电容C2的连有四号电路开关K4的一端上，所述六号电路开关K6的另一端接在七号电路开关K7的一端上；所述六号电路开关K6与七号电路开关K7之间接有导电线，该导电线的另一端接在三号电路开关K3与二号电容C2之间；所述七号电路开关K7的另一端与电压检测模块相连；所述电感L1的一端与二号电容C2的接有三号电路开关K3的一端连接在一起，电感L1的另一端分别与一号电路开关K1和二号电路开关K2的一端相连；所述二号电路开关K2的另一端接在一号电容C1的一端上，一号电容C1的另一端接在二号电容C2的连有四号电路开关K4的一端上；

所述一号电路开关K1的另一端接在一号电容C1和二号电容C2之间并与八号电路开关K8的一端连在一起，所述八号电路开关K8的另一端接有三根导线，其中，一根导线接地，一根导线接输出负极BAT-，一根导线接电阻R1的一端；所述电阻R1的另一端与九号电路开关K9的一端接在一起，所述九号电路开关K9的另一端接在一号电池BT1的负极上；所述九号电路开关K9与电阻R1之间接有导电线，该导电线的另一端与电流检测模块相连；所述三号电池BT3的正极上有导线接输出正极BAT+；所述供电电路、电流检测模块、电压检测模块均与主控制器相连，供电电路一极接到电池组的正极，另一极接到控制电路。

图1所示的电池组均衡充放电电路，以一号电池BT1、二号电池BT2、三号电池BT3三节电池的均衡充放电为例说明其均衡充放电原理；图中一号电路开关K1～十号电路开关K10、一号控制开关K11、二号控制开关K12、三号控制开关K13均为电子开关。一号电容C1为能量转移贮能电容，二号电容C2为电压检测用贮能电容，电阻R1为电流检测用电阻，电感L1为升降压电路用贮能电感；一号电路开关K1、二号电路开关K2与电感L1组成升降压电路，三号电路开关K3～六号电路开关K6组成整流电路，七号电路开关K7、八号电路开关K8、二号电容C2组成电压检测电路，九号电路开关K9为电池保护用主功率开关管，一号控制开关K11～三号控制开关K13为电池能量转移用电子开关；电路中的电池以锂电池为例说明电路的工作原理。

锂电池的工作电压为3.7V～4.2V，在这个电压范围内工作，电池是安全的，超过了4.2V电压或低于3.7V电压，电池就会损坏，现在分别以电池的充电及放电两种不同工作状态说明电路的工作原理，先以充电电路为例；如图1所示：电池组的正极为BAT+，电池组的负极为BAT-，当电池进行充电时，外部的充电电压正极接到电池组的BAT+极，充电电压的负极接到电池组的BAT-极，充电电流经BAT+流经一号电池BT3、二号电池BT2、三号电池BT1、九号电路开关K9、电阻R1回到BAT-极，电流检测模块在电阻R1上检测到电压，主控制器开始对每一节单体电池的电压进行检测；现分别介绍每一节电池的电压检测方式：

一号电池BT1的电压检测：主控制器控制一号电路开关K1、二号电路开关K2、三号电路开关K3、五号电路开关K5、七号电路开关K7、八号电路开关K8、二号控制开关K12、三号控制开关K13关断，四号电路开关K4、六号电路开关K6、十号电路开关K10、九号电路开关K9、一号控制开关K11导通，一号电池BT1的电压正极经一号控制开关K11、六号电路开关K6与二号电容C2的正极相连，一号电池电池BT1的电压负极经十号电路开关K10、四号电路开关K4与二号电容C2的负极相连，一号电池BT1的电压转移到二号电容C2上，当二号电容C2上的电压与一号电池BT1的电压相同时四号电路开关K4、六号电路开关K6关断，七号电路开关K7、八号电路开关K8导通，二号电容C2电容的负极与电池组单元的负极BAT-相连，电压检测模块检测二号电容C2上的电压即为一号电池BT1的电压；

二号电池BT2的电压检测：主控制器控制一号电路开关K1、二号电路开关K2、四号电路开关K4、六号电路开关K6、七号电路开关K7、八号电路开关K8、十号电路开关K10、三号控制开关K13关断，三号电路开关K3、五号电路开关K5、九号电路开关K9、一号控制开关K11、二号控制开关K12导通，二号电池BT2的电压正极经二号控制开关K12、三号电路开关K3与第二电容C2的正极相连，二号电池BT2的电压负极经一号控制开关K11、五号电路开关K5与二号电容C2的负极相连，二号电池BT2的电压转移到二号电容C2上。当二号电容C2上的电压与二号电池BT2的电压相同时，三号电路开关K3、五号电路开关K5关断，七号电路开关K7、八号电路开关K8导通，二号电容C2的负极与电池组的负极BAT-相连，电压检测模块检测二号电容C2上的电压即为二号电池BT2的电压；

三号电池BT3的电压检测：主控制器控制一号电路开关K1、二号电路开关K2、三号电路开关K3、五号电路开关K5、七号电路开关K7、八号电路开关K8、十号电路开关K10、一号控制开关K11关断，四号电路开关K4、六号电路开关K6、九号电路开关K9、二号控制开关K12、三号控制开关K13导通，三号电池BT3的电压正极经三号控制开关K13、六号电路开关K6与二号电容C2的正极相连，三号电池BT3的电压负极经二号控制开关K12、四号电路开关K4与二号电容C2的负极相连，三号电池BT3的电压转移到二号电容C2上，当二号电容C2上的电压与三号电池BT3的电压相同时四号电路开关K4、六号电路开关K6关断，七号电路开关K7、八号电路开关K8导通，二号电容C2的负极与电池组单元的负极BAT-相连，电压检测模块检测二号电容C2上的电压即为三号电池BT3电压；主控制器通过判定三个电池的电压高低以启动均衡调控模式；例如当三号电池BT3电压高而一号电池BT1电压低时，三号电池BT3的能量将被转移到一号电池BT1上，其具体的工作原理是：主控制器控制一号电路开关K1、二号电路开关K2、三号电路开关K3、五号电路开关K5、七号电路开关K7、八号电路开关K8、十号电路开关K10、一号控制开关K11关断，四号电路开关K4、六号电路开关K6、九号电路开关K9、二号控制开关K12、三号控制开关K13导通，三号电池BT3与二号电容C2相并连，此时，一号电路开关K1与二号电路开关K2交替开关工作，与电感L1组成标准的BOOST升压电路，将三号电池BT3的电压升高贮于一号电容C1中。当一号电容C1的电压达到设定的电压时，主控制器控制一号电路开关K1、二号电路开关K2、三号电路开关K3、五号电路开关K5、七号电路开关K7、八号电路开关K8、二号控制开关K12、三号控制开关K13关断，四号电路开关K4、六号电路开关K6、九号电路开关K9、十号电路开关K10、一号控制开关K11导通，一号电池BT1与二号电容C2相并连，此时，一号电路开关K1与二号电路开关K2交替开关工作，与电感L1组成标准的BUCK降压电路，一号电容C1上的能量经BUCK电路为一号电池BT1充电，完成了三号电池TB3到一号电池BT1的能量转移。

再以放电电路为例；如图1所示：电池组单元的正极为BAT+，电池组单元的负极为BAT-，当电池进行放电时，外部的负载正极接到电池组单元的BAT+极，负载的负极接到电池组单元的BAT-极，放电电流经BAT-、流经电阻R1、九号电路开关K9及一号电池BT1、二号电池BT2、三号电池BT3回到BAT+极，电流检测模块在电阻R1上检测到电压，主控制器开始对每一节单体电池的电压进行检测，电压检测方式与充电电路检测电压方式相同，不再重复详述；主控制器通过判定三个电池的电压高低以启动均衡调控模式；均衡调控模式与充电时的均衡调控模式相同，不再重复详述。

当电池组单元充电时，电压检测模块检测每一节电池的电压都达到了4.2V的饱合电压时，如还有电流充电，此时关断九号电路开关K9，使充电电流关断，以保护电池组单元不会损坏；当电池组单元放电时，电压检测模块检测每一节电池的电压，当每一节的电池电压都低于3.7V的放电终止电压时，如还有负载放电，此时关断九号电路开关K9，使放电电流关断，以保护电池组单元不会损坏。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (3)

1.一种电池组均衡充放电及保护电路，其特征在于，包括主控制器、供电电路、电路开关组、电池组单元、充放电电路、电流检测模块和电压检测模块；所述电路开关组包括一至十号电路开关，所述充放电电路包含两个电容、一个电感和一个电阻；所述电池组单元包括两个或两个以上电池组子单元，每一个电池组子单元的正极与另一个电池组子单元的负极相连，串联组成电池组单元；所述每个电池组子单元包括电池及与电池的正极相连的控制开关，电池组的负极连接九号电路开关的一极，九号电路开关的另一极连接电阻的一极，电流检测电阻的另一极连接输出负极，电池组的正极接输出正极，所述两个电容为一号电容和二号电容；

所述电池组负极连接十号电路开关的一极，十号电路开关的另一极连接三号电路开关与四号电路开关的一极，三号电路开关和四号电路开关的另一端分别接在二号电容两端；

所述电池组子单元的排在奇数位上的控制开关与五号电路开关和六号电路开关的一端相连，所述五号电路开关的另一端接在二号电容的连有四号电路开关的一端上，所述六号电路开关的另一端接在七号电路开关的一端上；所述电池组子单元的排在偶数位上的控制开关与三号电路开关和四号电路开关的一端相连，所述三号电路开关的另一端接在二号电容的连有六号电路开关的一端上，所述四号电路开关的另一端接在五号电路开关的一端上；所述六号电路开关与七号电路开关之间接有导电线，该导电线的另一端接在三号电路开关与二号电容之间；所述七号电路开关的另一端与电压检测模块相连；所述电感的一端与二号电容的接有三号电路开关的一端连接在一起，电感的另一端分别与一号电路开关和二号电路开关的一端相连；所述二号电路开关的另一端接在一号电容的一端上，一号电容的另一端接在二号电容的连有四号电路开关的一端上：

所述一号电路开关的另一端接在一号电容和二号电容之间并与八号电路开关的一端连在一起，所述八号电路开关的另一端接有三根导线，其中，一根导线接地，一根导线接输出负极，一根导线接电阻的一端；所述电阻的另一端与九号电路开关的一端接在一起，所述九号电路开关的另一端接在电池组单元的负极上；所述九号电路开关与电阻之间接有导电线，该导电线的另一端与电流检测模块相连；所述电池组单元的正极有导线接输出正极；所述供电电路、电流检测模块、电压检测模块均与主控制器相连，且供电电路有导线接到电池组的正极。

2.根据权利要求1所述的电池组均衡充放电及保护电路，其特征在于，所述电池组单元包括两个或两个以上电池组子单元。

3.根据权利要求1所述的电池组均衡充放电及保护电路，其特征在于，所述电路开关组中的电路开关、电池组单元中的控制开关均为电子开关。