CN207853502U - 一种锂离子常电电池控制系统及锂离子常电电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子常电电池控制系统，包括锂离子常电电池单体控制板和双向DCDC变换器以及充放电端口；所述双向DCDC变换器包括：充放电电路；放电控制单元，其一端与车载DC电源连接，另一端与放电电路连接，用于在没有检测到输入电流时，控制充放电电路的放电部分导通，使锂离子常电电池放电；或在检测到有输入电流时，控制充放电电路的放电部分断开；充电控制单元，用于在检测来自车载DC电源的输入电压大于预设的第一阈值时，控制充放电电路的放电部分导通，并在检测到来自车载DC电源的输入电压小于预设的第一阈值时，控制充放电电路的充电部分断开。另外,还公开了一种锂离子常电电池。采用本实用新型，节省了能源，提高了常电电池的使用寿命。

Description

一种锂离子常电电池控制系统及锂离子常电电池

技术领域

本实用新型涉及一种锂电常电池,特别涉及一中锂离子常电电池控制系统及锂离子常电电池。

背景技术

现有技术的锂电常电池内部只有保护板，只具备保护功能；没有调整车载DC/DC电源输出电流和输出电压的功能，车载DC/DC电源输出电压远高于锂电常电池满电电压，长期过压会增加保护板损坏的几率，导致锂电常电池出现异常情况；低温情况下，大电流对锂电常电池充电会析锂，造成锂电常电池不可逆损伤。

目前，纯电动汽车上配置常电池多数为铅酸电池，少数为锂电常电池；如果配备锂电常电池需要更改车载DC/DC电源或调整整车低压线束；所以现有的技术无法实现在不变动整车零部件的前提下，将铅酸常电池直接替换成锂电常电池。

实用新型内容

本实用新型的目的提供锂离子常电电池控制系统及锂离子常电电池，节约了能源，提高了能源的利用率。

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种锂离子常电电池控制系统，该系统包括：锂离子常电电池单体控制板和双向DC/DC变换器以及充放电端口；双向DC/DC变换器的一端经充放电端口与车载DC/DC电源连接，双向DC/DC变换器另一端与锂离子常电电池单体控制板连接，锂离子常电电池单体控制板与锂离子常电电池模组连接；

优选的，所述双向DC/DC变换器包括：

充放电电路；

放电控制单元，一端与车载DC电源连接，另一端与放电电路连接，用于在没有检测到输入电流时，控制充放电电路导通放电部分，使锂离子常电电池放电；或在检测到有输入电流时，控制充放电电路断开放电部分，使锂离子常电电池模组停止放电；

充电控制单元，用于在检测到来自车载DC电源的输入电压大于预设的第一阈值时，控制充放电电路导通充电部分，并在检测到来自车载DC电源的输入电压小于预设的第一阈值时，控制充放电电路断开充电部分，使锂离子常电电池模组停止充电。

本技术方案中双向DCDC变换器内部设置有充放电单元，充电和放电模式切换的模式控制单元，以及充电控制单元。从而实现了双向DCDC的双向功能。具体的，放电控制单元根据是否检测到输入电流来控制锂离子常电电池是否放电，在没有检测到输入电流的时候，此时车辆处于停止或还没有正式启动的状态，此时需要常电电池给车辆进行供电，实现了常电电池正常供电的功能。另外，通过输入电压与预设的阈值大小的判断可以判断车辆已经正常启动运行，此时不需要常电电池进行供电，因此可以根据锂离子常电电池的电量情况对其进行充电，从而实现了锂离子常电电池的续航。

优选的，所述放电控制单元，还用于在放电模式时，将锂离子常电电池模组电压与系统设定最大电流阀值进行比较，若锂离子常电电池模组大于系统设定最大电流阀值时，关闭放电回路，搁置预设的时间间隔后再次进行电流检验，若电流依然大于设定值，则继续关闭放电回路；反之，打开放电回路，继续进行放电。通过对锂离子常电电池组放电电流的监控，提高了常电电池的安全性能。

优选的，所述放电控制单元包括：控制芯片U8、比较器U3A和光电耦合器OP2，所述控制芯片U8的输出端与比较器U3A的正向输入端连接，比较器U3A的反向输入端与控制芯片U8的参考端连接，比较器U3A的输出端与光电耦合器OP2的二极管的负极连接，光电耦合器OP2的三极管的集电极与充放电电路的放电部分连接。

优选的，所述充电控制单元包括：

驱动单元，用于检测到来自车载DC电源的输入电压大于预设的第一阈值时，驱动控制单元；

控制单元，用于在驱动单元的驱动下控制充放电电路的充电部分导通，使锂离子常电电池模组充电。

本技术方案中当车载DC电源的输入电压大于预设的第一阈值时表明锂离子电池模组需要充电，实现了对锂离子常电电池电量的及时补充。

优选的，所述驱动单元包括比较器U2B和二极管D11，比较器U2B的正向输入端与车载DC电源连接，比较器U2B的输出端与二极管D11的负极连接，二极管D11的正极与控制单元连接。

优选的，所述充电控制单元还包括：

恒流充电确定单元，用于在充电时，将输入电流信号转换为电压信号，并将输出电压与预设的第二电压值（2.5V）进行比较，输出比较结果至控制单元；

所述控制单元，还用于在输出电压大于预设的第二电压值时，控制充电电路的降低导通频率；或在输出电压小于预设的第二电压值时，控制充电电路增大导通频率；

恒压充电确定单元，用于在锂离子常电电池模组的电压达到预设的第三电压值（12.3V）时导通，并向控制单元输出恒压充电信号。

本技术方案将输入电流信号转换为电压信号后输出的电压，即为双向DC/DC变换器的输出电压，在充电时将双向DC/DC变换器的输出电压与锂离子常电电池模组的电压进行比较，实现了当双向DC/DC变换器的输出电压小于锂离子电池模组电压时进行恒流充电，反之进行恒压充电。从而实现了将充电电流限定在可控范围内，解决锂电常电池低温充电析锂问题。

优选的，所述恒流充电确定单元包括集成控制芯片U9、比较器U2A、稳压管U10，集成控制芯片U9的输出端与比较器U2A的反向输出端连接， U2A的正向输入端经稳压管U10与车载DC电源连接；

所述恒压充电确定单元包括稳压管U5和光电耦合器OP1，光电耦合器OP1三极管的射极与控制单元连接，光电耦合器OP1的二级管的负极与稳压管U5的负极连接，稳压管U5的正极与车载DC电源连接，光电耦合器OP1的集电极与低压电源连接，光电耦合器OP1二极管的正极与锂离子常电电池连接。

优选的，所述双向DC/DC变换器还包括：欠压保护单元，与放电电路连接，用于在放电时将锂离子常电电池模组电压与系统设定最低电压阀值进行比较，若锂离子常电电池模组小于等于系统设定最低电压阀值时，关闭放电回路，使锂离子常电电池模组停止放电；

所述欠压保护单元，包括比较器U4A，比较器U4A正向输入端与低压电源连接，反向输入端预设的最低电压阀值，输出端与放电电路连接。

本技术方案通过欠压保护单元提高了产品的安全性能。

优选的，所述双向DC/DC变换器还包括：

过温保护单元：一端与里离子常电池模组连接，另一端与充放电电路连接；用于锂离子常电电池模组在充放电时，将锂离子常电电池模组温度与系统设定最大温度阀值进行比较，若锂离子常电电池模组温度大于设定值，则关闭充电或放电回路；待温度降至恢复值以下时，再次打开充电或放电回路；

所述过温保护单元包括比较器U4B，比较器U4B反向输入端连接低压电源，正向输入端与锂离子常电电池模组连接，输出端与充放电电路连接。

本技术方案通过过温保护单元的设置实现了对温度的控制，提高了产品的安全性能。

相应的，本实用新型还提供了一种锂离子常电电池，该常电电池包括电池盒体、电器安装上盖、锂离子电池模组以及控制系统，所述电池盒体和电器安装上盖形成密闭的空间，所述锂离子电池模组与控制系统连接，所述锂离子电池模组和控制系统设置于电池盒体和电器安装上盖形成的密闭空间内；所述控制系统技术方案为上述限定的技术内容。

本技术方案中的锂离子常电电池，通过形成的密闭空间提高了产品的防水性能，另外通过控制系统对锂离子电池模组进行控制实现了锂离子电池模组的充放电，以及充电和放电的无缝切换，提高对整车低压用电设备供电的及时性。

本实用新型的锂离子常电电池供电控制系统采用双向DC/DC变换器，同时实现了充电和放电两种模式，并实现了充放电模式的自动切换。

附图说明

图1是本实用新型一种锂离子常电电池控制系统的示意图；

图2是本实用新型一种锂离子常电控制系统中锂离子常电电池的示意图；

图3是图2的爆炸图；

图4是本实用新型一种锂离子常电控制系统中双向DC/DC变换器的一种实施例的示意图；

图5是本实用新型一种锂离子常电控制系统的双向DC/DC变换器电路原理示意图。

图中:

100.整车动力电池，200.车载DC/DC电源，300.锂离子常电电池，1.电池盒体，2.电器安装上盖，3.电池模组、4.双向DCDC变换器，5.单体电池控制板，21.正极接线柱，22.负极接线柱，31.梯次利用电芯、32.转接板，41.充放电电路，42.放电控制单元，43.充电控制单元，44.欠压保护单元，45.过温保护单元，431.驱动单元，432.控制单元，433.恒流充电确定单元，434.恒压充电确定单元。

具体实施方式

如图1-5所示，该系统包括：整车动力电池100，车载DC/DC电源200、锂离子常电电池300。其中，整车动力电池100与车载DC/DC电源200连接，车载DC/DC电源200经充放电端口与锂离子常电电池300连接。

锂离子常电电池300，包括电池盒体1、电器安装上盖2、锂离子电池模组3、双向DCDC变换器4和单体电池控制板5，电池盒体和电器安装上盖形成封闭的盒体，锂离子电池模组3与电器安装上盖2连接，锂离子电池模组3设置于电池盒体1与电器安装上盖2形成的封闭盒体内，DCDC电源安装4和单体电池控制板安装在电器安装上盖2内。

电池盒体1，与电器安装上盖密封连接，具体实现时，可以采用胶水粘合，防止电池内部进水。另外，电池盒体内部取消铅酸电池盒子内部的栅栏，从而能够兼容不同规格的梯次利用锂电池。从电池盒体的整体尺寸上看，可以以目前广泛采用的电动汽车用铅酸电池外壳尺寸为标准，从而使电池盒体的尺寸可以兼容铅酸电池的尺寸。

电器安装上盖2，设置有正极接线柱21和负极接线柱22。另外，盖子上还可以预留螺丝孔位，从而能够将所有的电池线路集成元器件安装在上盖内部。

锂离子电池模组3，包括多个梯次利用电芯31、多个隔离海绵（图中未标示）和转接板32，隔离海绵设置于相邻的梯次利用锂电电芯之间，转接板一端与电芯连接，转接板的另一端通过导线与双向DCDC变换器4连接。从保温设计的角度上来看，本技术方案的电芯之间可采用间隔保温棉进行保温，从而提高了电芯之间的保温性，另外电池模组的周边也可以采用保温棉隔离保温。从而提高了整个电池的保温性能。

双向DC/DC变换器（图中显示为双向DC/DC）4，双向DC/DC模块负责锂离子常电池的充放电，设置于电池盒体和电器安装上盖形成的密闭空间内。其一端与锂离子电池模组连接，另一端与充放电端口连接。

双向DC/DC变换器4包括:充放电电路41、放电控制单元42、充电控制单元43、欠压保护单元44、过温保护单元45；充电控制单元包括驱动单元431、控制单元432、恒流充电确定单元433、恒压充电确定单元434。其中，放电控制单元与充放电电路的放电部分连接，充电控制单元与充放电电路的充电部分连接。

放电控制单元42，一端与车载DC电源连接，另一端与放电电路连接，用于在没有检测到输入电流时，控制充放电电路导通放电部分，使锂离子常电电池放电；或在检测到有输入电流时，控制充放电电路断开放电部分，使锂离子常电电池模组停止放电。具体实现时，如图5所示，放电控制单元42包括控制芯片U8、比较器U3A和光电耦合器OP2，所述控制芯片U8的输出端与比较器U3A的正向输入端连接，比较器U3A的反向输入端与控制芯片U8的参考端连接，比较器U3A的输出端与光电耦合器OP2的二极管的负极连接，光电耦合器OP2的三极管的集电极与放电电路连接。另外，放电控制单元还可用于过流控制，即实现过流保护的作用。

充电控制单元43，用于在检测到来自车载DC电源的输入电压大于预设的阈值时，控制充放电电路导通充电部分，并在检测到来自车载DC电源的输入电压小于预设阈值时，控制充放电电路断开充电部分，使锂离子常电电池模组停止充电。具体实现时包括驱动单元431和控制单元432，其中，如图5所示，驱动单元421包括比较器U2B和二极管D11，U2B的正向输入端与车载DC电源连接，U2B的输出端与二极管D11的负极连接，二极管D11的正极与控制单元连接。控制单元432采用控制芯片U1。

恒流充电确定单元431，恒流充电确定单元，用于在充电时，将输入电流信号转换为电压信号，并将输出电压与预设的第二电压值进行比较，输出比较结果至控制单元；所述控制单元，还用于在输出电压大于预设的第二电压值时，控制充电电路的降低导通频率；或在输出电压小于预设的第二电压值时，控制充电电路增大导通频率；其中，第二电压值可以根据实际情况进行设定，例如，2.5V。具体实现时，如图5所示，该恒流充电确定单元433包括集成控制芯片U9、比较器U2A、稳压管U10，集成控制芯片U9的输出端与比较器U2B的反向输出端连接，比较器U2A的正向输入端经稳压管U10与车载DC电源连接；

恒压充电确定单元434，用于在锂离子常电电池模组的电压达到预设的第三电压值时导通，并向控制单元输出恒压充电信号。其中第三电压值可以根据实际情况进行设定，例如第三电压值设定为12.3V。具体实现时，如图5所示，该恒压充电确定单元包括稳压管U5和光电耦合器OP1，光电耦合器OP1三极管的射极与控制单元连接，光电耦合器OP1的二级管的负极与稳压管U5的负极连接，稳压管U5的正极与车载DC电源连接，光电耦合器OP1的集电极与低压电源连接，光电耦合器OP1二极管的正极与锂离子常电电池连接。

欠压保护单元44，用于在放电模式时，将锂离子常电电池模组电压与系统设定最低电压阀值进行比较，若锂离子常电电池模组小于等于系统设定最低电压阀值时，关闭放电回路，使锂离子常电电池模组停止放电；具体实现时，如图5所示，该欠压保护单元，包括比较器U4A，比较器U4A正向输入端与低压电源连接，反向输入端预设有最低电压阀值，输出端与放电电路连接。

过温保护单元45，用于锂离子常电电池模组在充放电时，将锂离子常电电池模组温度与系统设定最大温度阀值进行比较，若锂离子常电电池模组温度大于设定值，则关闭充电或放电回路；待温度降至恢复值以下时，再次打开充电或放电回路；具体实现时，如图5所示，该过温保护单元包括比较器U4B，比较器U4B反向输入端连接低压电源，正向输入端与锂离子常电电池模组连接，输出端与放电电路连接。

另外，充放电电路41包括充电部分电路和放电部分电路，其中充电部分电路包括MOS管M1和MOS管M2的开关电路，放电部分电路是包括MOS管M3和MOS管M4的开关电路。

下面结合附图5对本实用新型实施例的具体工作过程进行说明。

放电模式：

锂电池电压处于正常值范围（10-12.3V）时，M3保持导通。U8检测到无充电电流时，U8信号输出端6脚输出高电压给U3A的3脚和U3B的6脚,此时U3A的3脚电压＞2脚系统设定电压，所以U3A的1脚输出高电压，OP2的光耦无法导通，OP2的4脚和6脚不导通；锂电池组通过R30给MOS管M4供电，M4导通；锂离子常电电池处于放电模式。

欠压保护：

放电模式中放电电流≤10A设定值时，M3和M4均保持导通，电池可长时间放电，直到电池电压下降到保护电压值，U4A的3脚（锂电池电压）低于2脚系统设定阀值（10V）时，1脚输出低压信号，通过R16和R22将M3的栅极电压拉低至0V，电池保护MOS管M3关断，停止放电。

过流保护：

放电模式中U8检测放电电流，随电流变大U8输出端6脚输出电压呈正比增大；放电电流＞60A设定值时，6脚输出电压大于U3B的5脚电压，U3B的7脚输出低电压，CTRL3通过R22将M3的栅极电压拉至0V，电池保护MOS管M3关断，停止放电。

过温保护：

温度传感器的电压信号输出给U4B的6脚，当6脚＞5脚系统设定电压时，7脚低压通过R22将M3的栅极电压拉低至0V，电池保护MOS管M3关断，停止充放电。

充电模式：

当车载DC电源有输出，将此电压输出给U2B的5脚，5脚电压＞6脚系统设定电压阀值（12.5V）时，U2B的7脚输出高电压，D11不导通, U1的8脚电压上升，U1开始工作；

同时U8检测到充电电流，并将信号输出给U3A的3脚，此时2脚电压＞3脚，1脚输出低电压信号，光耦导通，OP2的4脚和6脚导通，通过R45将M4栅极电压拉至0V，电池保护MOS管M4关断，停止放电；

U1控制M1、M2交替导通开始充电，L1和D4将车载DC输出电压进行降压至12.3V，同时U9检测通过Rcs2的电流值，U9将电流信号转化成电压信号通过5脚输出给U2A的2脚，U2A将2脚和3脚系统设定值（2.5V）进行比较，2脚＞3脚电压时，1脚输出低电压信号给U1的8脚，U1根据此信号减少M1和M2的导通时间，确保以恒定电流给锂电池充电；当2脚电压＜3脚时，1脚输出高电压信号给U1的8脚，U1根据此信号增加M1和M2的导通时间，确保以恒定电流给锂电池充电；当锂电池电压达到12.3V时，U5导通，OP1的光耦导通，此时OP1的4脚和6脚导通，将此信号发送给U1的1脚，U1降低M1和M2的导通时间，同时将输出稳定在12.3V，减少充电电流，使锂电池进入恒压阶段充电。

充电转放电模式：

当车载输出电压＜12.5V时，U2B的5脚电压＜6脚，7脚输出低电压信号，D11导通，将U1的8脚拉低至0V，U1停止工作，并关断M1和M2，停止充电；同时U8检测无充电电流，按照放电模式进行控制M4打开，锂电池进入放电模式。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子常电电池控制系统，其特征在于，包括：锂离子常电电池单体控制板和双向DCDC变换器以及充放电端口；双向DCDC变换器的一端经充放电端口与车载DCDC电源连接，双向DCDC变换器另一端与锂离子常电电池单体控制板连接，锂离子常电电池单体控制板与锂离子常电电池模组连接；

所述双向DCDC变换器包括：

充放电电路；

放电控制单元，一端与车载DC电源连接，另一端与放电电路连接，用于在没有检测到输入电流时，控制充放电电路的放电部分导通，使锂离子常电电池放电；或在检测到有输入电流时，控制充放电电路的放电部分断开；

充电控制单元，用于在检测来自车载DC电源的输入电压大于预设的第一阈值时，控制充放电电路的充电部分导通，并在检测到来自车载DC电源的输入电压小于预设的第一阈值时，控制充放电电路的放电部分断开。

2.根据权利要求1所述的锂离子常电电池控制系统，其特征在于，放电控制单元包括：控制芯片U8、比较器U3A和光电耦合器OP2，所述控制芯片U8的输出端与比较器U3A的正向输入端连接，比较器U3A的反向输入端与控制芯片U8的参考端连接，比较器U3A的输出端与光电耦合器OP2的二极管的负极连接，光电耦合器OP2的三极管的集电极与充放电电路的放电部分连接。

3.根据权利要求1所述的锂离子常电电池控制系统，其特征在于，所述充电控制单元包括：

驱动单元，用于检测到车载DC输出电压大于预设的第一阈值时，驱动控制单元；

控制单元，用于在驱动单元的驱动下控制充放电电路的充电部分导通，使锂离子常电电池模组充电。

4.根据权利要求3所述的锂离子常电电池控制系统，其特征在于，所述驱动单元包括比较器U2B和二极管D11，比较器U2B的正向输入端与车载DC电源连接，比较器U2B的输出端与二极管D11的负极连接，二极管D11的正极与控制单元连接。

5.根据权利要求1所述的锂离子常电电池控制系统，其特征在于，所述充电控制单元还包括：

恒流充电确定单元，用于在充电时，将输入电流信号转换为电压信号，并将输出电压与预设的第二电压值进行比较，输出比较结果至控制单元；

所述控制单元，还用于在输出电压大于预设的第二电压值时，控制充电电路的降低导通频率；或在输出电压小于预设的第二电压值时，控制充电电路增大导通频率；

恒压充电确定单元，用于在锂离子常电电池模组的电压达到预设的第三电压值时导通，并向控制单元输出恒压充电信号。

6.根据权利要求5所述的锂离子常电电池控制系统，其特征在于，所述恒流充电确定单元包括集成控制芯片U9、比较器U2A、稳压管U10，集成控制芯片U9的输出端与比较器U2A的反向输出端连接， U2A的正向输入端经稳压管U10与车载DC电源连接；

所述恒压充电确定单元包括稳压管U5和光电耦合器OP1，光电耦合器OP1三极管的射极与控制单元连接，光电耦合器OP1的二级管的负极与稳压管U5的负极连接，稳压管U5的正极与车载DC电源连接，光电耦合器OP1的集电极与低压电源连接，光电耦合器OP1二极管的正极与锂离子常电电池连接。

7.根据权利要求1所述的锂离子常电电池控制系统，其特征在于，还包括：

欠压保护单元，用于在放电模式时，将锂离子常电电池模组电压与系统设定最低电压阈值进行比较，若锂离子常电电池模组小于等于系统设定最低电压阈值时，关闭放电回路，使锂离子常电电池模组停止放电；

所述欠压保护单元包括比较器U4A，比较器U4A正向输入端与低压电源连接，反向输入端预设有最低电压阈值，输出端与放电电路连接。

8.根据权利要求1所述的锂离子常电电池控制系统，其特征在于，还包括：

过温保护单元：用于锂离子常电电池模组在充放电时，将锂离子常电电池模组温度与系统设定最大温度阈值进行比较，若锂离子常电电池模组温度大于设定值，则关闭充电或放电回路；待温度降至恢复值以下时，再打开充电或放电回路。

9.根据权利要求8所述的锂离子常电电池控制系统，其特征在于，所述过温保护单元包括比较器U4B，比较器U4B反向输入端连接低压电源，正向输入端与锂离子常电电池模组连接，输出端与充放电电路连接。

10.一种锂离子常电电池，其特征在于，包括电池盒体、电器安装上盖、锂离子电池模组以及控制系统，所述电池盒体和电器安装上盖形成密闭的空间，所述锂离子电池模组与控制系统连接，所述锂离子电池模组和控制系统设置于电池盒体和电器安装上盖形成的密闭空间内；所述控制系统为权利要求1-9中任一项所述的控制系统。