CN209860619U - 一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组。包括串联连接的10节锂离子单体电池、带有通信接口的电池参数检测电路、带有通信接口的单片机、第一至第二场效应管驱动电路、第一至第四场效应管、第一至第二熔断器、双向DC/DC转换电路、Type‑C接口。本实用新型使电池组的功能得到扩展，并且电源的转换效率很高，使电池组可以有多种输出电压，能应用于多类消费类电子产品进行供电，包括电动助力车、笔记本电脑、手机、路由器等等。

Description

一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组

技术领域

本实用新型涉及一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组。

背景技术

随着锂离子电池应用的日益广泛，锂离子电池越来越多的应用于电动自行车、电动助力车、笔记本电脑和移动电源（俗称充电宝），电动助力车的电池组为36V为主，给笔记本电脑供电的电池组以18V～19V为主，给手机电池供电的移动电源以5V输出电压为主。其中36V的电动自行车和电动助力车电池组常常采用10节串联的锂离子电池；给笔记本电脑供电的备用电源常常采用3节 ～6节的电池组，采用3～5低串联节数的电池组电路为升压到18V～19V输出，采用6节串联节数的电池组电路为降压到18V～19V输出；给手机供电的移动电源常常采用1节电池进行升压到5V电压后输出。

现有的电动自行车和电动助力车电池组的功能较为单一，电池串联节数高，达到10节串联，电压为36V，该电压无法直接给笔记本电脑和手机供电，如果想增加功能给笔记本电脑或手机进行供电，需要增加BUCK降压电路来实现，而由于输入电压很高，最高时达到42V，输出电压又低，给手机充电会低至5V，输入与输出之间会存在很大的电压差，导致BUCK降压电路的转换效率很低，并且发热严重，使电池组难以做到既能兼容电动助力车的供电应用，又能兼顾笔记本电脑和手机的供电应用。若采用本实用新型锂电池组电路结构，则可以同时兼顾三者的应用，使电池组的功能得到扩展，并且电源的转换效率很高，使电池组可以有多种输出电压，能应用于多类消费类电子产品进行供电，包括电动助力车、笔记本电脑、手机、路由器等等。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组，使电池组的功能得到扩展，并且电源的转换效率很高，使电池组可以有多种输出电压，能应用于多类消费类电子产品进行供电，包括电动助力车、笔记本电脑、手机、路由器等等。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组，包括串联连接的10节锂离子单体电池、带有通信接口的电池参数检测电路、带有通信接口的单片机、第一至第二场效应管驱动电路、第一至第四场效应管、双向DC/DC转换电路、Type-C接口；串联连接的10节锂离子单体电池的每个节点均与电池参数检测电路连接，第一节锂离子单体电池的负极与第四场效应管的S极连接，第四场效应管的D极与第三场效应管的S极、双向DC/DC转换电路的输入负极连接，并作为整个锂电池组的输出负极，第十节锂电子单体电池的正极与第一场效应管的D极连接，第一场效应管的S极与第二场效应管的D极、双向DC/DC转换电路的输入正极连接，并作为整个锂电池组的输出正极，第五节锂离子单体电池与第六节锂离子单体电池的连接节点与第二场效应管的S极、第三场效应管的D极连接，单片机与电池参数检测电路、第一场效应管驱动电路、第二场效应管驱动电路连接，第一场效应管驱动电路与第一场效应管的G极、第二场效应管的G极连接，第二场效应管驱动电路与第三场效应管的G极、第四场效应管的G极连接，双向DC/DC转换电路的输出正负极分别与Type-C接口的正负极连接。

在本实用新型一实施例中，还包括一用于选择输出电压且与单片机连接的开关。

在本实用新型一实施例中，还包括一设于双向DC/DC转换电路的输入正极与整个锂电池组的输出正极之间的电感。

在本实用新型一实施例中，还包括设于第十节锂电子单体电池的正极与第一场效应管的D极之间的第一熔断器。

在本实用新型一实施例中，还包括设于第一节锂离子单体电池的负极与第四场效应管的S极之间的第二熔断器。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型使电池组的功能得到扩展，并且电源的转换效率很高，使电池组可以有多种输出电压，能应用于多类消费类电子产品进行供电，包括电动助力车、笔记本电脑、手机、路由器等等。

附图说明

图1是本实用新型锂电池组电路原理图。

图2是本实用新型一实施例的锂电池组电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组，包括串联连接的10节锂离子单体电池、带有通信接口的电池参数检测电路、带有通信接口的单片机、第一至第二场效应管驱动电路、第一至第四场效应管、第一至第二熔断器、双向DC/DC转换电路、Type-C接口；串联连接的10节锂离子单体电池的每个节点均与电池参数检测电路连接，第一节锂离子单体电池的负极经第二熔断器与第四场效应管的S极连接，第四场效应管的D极与第三场效应管的S极、双向DC/DC转换电路的输入负极连接，并作为整个锂电池组的输出负极，第十节锂电子单体电池的正极经第一熔断器与第一场效应管的D极连接，第一场效应管的S极与第二场效应管的D极、双向DC/DC转换电路的输入正极连接，并作为整个锂电池组的输出正极，第五节锂离子单体电池与第六节锂离子单体电池的连接节点与第二场效应管的S极、第三场效应管的D极连接，单片机与电池参数检测电路、第一场效应管驱动电路、第二场效应管驱动电路连接，第一场效应管驱动电路与第一场效应管的G极、第二场效应管的G极连接，第二场效应管驱动电路与第三场效应管的G极、第四场效应管的G极连接，双向DC/DC转换电路的输出正负极分别与Type-C接口的正负极连接。所述锂电池组还包括一用于选择输出电压且与单片机连接的开关或按键。

以下为本实用新型一具体实施例。

如图2所示，该电池组由10节串联锂离子单体电池、带有通信接口的电池参数检测电路、带有通信接口的单片机、开关SW1（或可采用按键）、电感L1、场效应管驱动电路A、场效应管驱动电路B、4个场效应管V1～V4、2个熔断器F1和F2、双向DC/DC转换电路（或可采用两个单向DC/DC转换电路）、Type-C接口等各部分共同组成。

其中电池参数检测电路用于检测单体电池电压、电池组电流和温度，单片机通过通信接口获取电池参数并起主要控制作用，两个驱动电路用于驱动4个场效应管V1～V4的导通或关断，4个场效应管V1～V4为控制电池组输入输出回路的功率元件，2个熔断器起过载保护作用，双向DC/DC电路可以将电池组电压转换为Type-C接口电压进行输出，也可以将外部电源接Type-C接口来输入给电池组充电，SW1开关用于选择输出电压，电感1起抑制输出电流突变作用。

其连接关系如下：10节锂离子电池由低到高串联连接，最低电位的为第1节，最高电位的为第10节；电池参数检测电路与电池组中的每个电池串联节点相连接；电池参数检测电路通信接口与单片机的通信接口相连接；单片机的2个IO口接有开关SW1；单片机与两个驱动电路A和B分别相连接；驱动电路A与场效应管1和2的G极分别相连接；驱动电路B与场效应管3和4的G极分别相连接；第10节（最高电位的1节）电池的正极与熔断器F1连接；熔断器F1和场效应管V1的D极相连；场效应管V1的S极和场效应管V2的D极以及电感L1的一端相连，电感L1的另一端与双向DC/DC电路的输入正极（IN+）以及电池组输出正极相连；场效应管V2的S极与场效应管V3的D极以及第5串电池的正极和第6串电池的负极相连接；第1节电池的负极与熔断器F2连接；熔断器F2和场效应管V4的S极相连；场效应管V4的D极和场效应管V3的S极及双向DC/DC电路的输入负极（IN-）以及电池组的输出负极相连；双向DC/DC电路的输出正负极分别与TYPE-C接口的正负极连接。

该电路的工作过程如下：电池参数检测电路可以由一颗锂离子电池组的模拟前端（Analog Front End，缩写为 AFE）芯片的典型应用电路实现，如Linear Technology公司的LTC6804、TI公司的BQ76930、NXP公司的MC33771之类芯片的典型应用电路（由于具体电路在各芯片的数据手册上都有，因此这里进行了省略），该电路与各节电芯连接，并接有NTC（负温度系数热敏电阻器），可以检测到电池组中各节电芯的电压、电流以及电池组温度；模拟前端AFE通过IIC接口或SPI接口与单片机的IIC接口或SPI接口连接进行通信，单片机从模拟前端获取电池组的电压、电流和温度参数；并根据相应参数通过驱动电路A和B对四个场效应管实现导通与关断的操作来进行过充电保护、过放电保护、过温度保护、负载过电流保护等各种保护，基本的工作状态控制方法如下表1：

表1

1、当用户需要电池组工作于电动助力车需要的37V电压平台状态时，可将开关SW1处于闭合状态，单片机检测到SW1闭合，就通过2个驱动电路控制4个场效应管V1～V4的通断状态，使电池组成为10节串联输出，如上表中的序号3状态所示；

2、当用户需要电池组工作于笔记本电脑工作所需要的18.5V电压平台状态时，可将开关SW1处于打开状态，单片机检测到SW1打开，就通过2个驱动电路控制4个场效应管V1～V4的通断状态，使电池组成为5节串联输出，如上表中的序号5或6的状态所示，状态5和状态6可以定时轮流切换，使整个电池组的高5节和低5节能均衡放电，电池组在切换供电时，电感L1可以起到续流作用，使电池组输出电压平稳，不会突然掉电；

3、当用户需要电池组实现高效TYPE-C电源转换输出时，也是将开关SW1处于打开状态，使电池组成为18.5V的5节串联输出，通过双向DC/DC转换电路转成所需要的5V电压或其它电压输出，这时由于双向DC/DC转换电路的电压差小，工作效率会较高；

4、当用户需要通过TYPE-C接口对电池组进行充电时，也是将开关SW1处于打开状态，使电池组成为5节串联输出，如上表中的序号5或6的状态所示，状态5和状态6可以定时轮流切换，使高5节电池与低5节电池轮流充电，这时由于双向DC/DC转换电路的电压差小，工作效率会较高，并可以将电池组充电至较高的荷电状态，如85%荷电状态（10S电池组为40V）。

以上可知，该电池组可以具有三种输出电压，分别为10节串联电池组的37V平台电压、5节串联电池组的18.5V平台电压和TYPE-C接口的输出电压（典型如5V），TYPE-C接口所连接的双向DC/DC转换电路由于输入输出的压差较小，可以具有较高的效率，该电池组可以通过TYPE-C接口对高5节串联电池和低5节串联电池轮流充电，使整个电池组通过TYPE-C接口得到充电。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组，其特征在于，包括串联连接的10节锂离子单体电池、带有通信接口的电池参数检测电路、带有通信接口的单片机、第一至第二场效应管驱动电路、第一至第四场效应管、双向DC/DC转换电路、Type-C接口；串联连接的10节锂离子单体电池的每个节点均与电池参数检测电路连接，第一节锂离子单体电池的负极与第四场效应管的S极连接，第四场效应管的D极与第三场效应管的S极、双向DC/DC转换电路的输入负极连接，并作为整个锂电池组的输出负极，第十节锂电子单体电池的正极与第一场效应管的D极连接，第一场效应管的S极与第二场效应管的D极、双向DC/DC转换电路的输入正极连接，并作为整个锂电池组的输出正极，第五节锂离子单体电池与第六节锂离子单体电池的连接节点与第二场效应管的S极、第三场效应管的D极连接，单片机与电池参数检测电路、第一场效应管驱动电路、第二场效应管驱动电路连接，第一场效应管驱动电路与第一场效应管的G极、第二场效应管的G极连接，第二场效应管驱动电路与第三场效应管的G极、第四场效应管的G极连接，双向DC/DC转换电路的输出正负极分别与Type-C接口的正负极连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组，其特征在于，还包括一用于选择输出电压且与单片机连接的开关。

3.根据权利要求1所述的一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组，其特征在于，还包括一设于双向DC/DC转换电路的输入正极与整个锂电池组的输出正极之间的电感。

4.根据权利要求1所述的一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组，其特征在于，还包括设于第十节锂电子单体电池的正极与第一场效应管的D极之间的第一熔断器。

5.根据权利要求1所述的一种具有36V、18V和Type_C三种电压输出的锂电池组，其特征在于，还包括设于第一节锂离子单体电池的负极与第四场效应管的S极之间的第二熔断器。