CN212992003U - 一种带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统。本实用新型包括控制器、电压采集模块、电芯切换模块、功率模块和恒流恒压充放电模块，其中，所述电压采集模块分别采集所述锂电池组的每一串电芯电压，电压采集模块的输出端有控制器相连，所述功率模块的一端与所述恒流恒压充放电模块的输出端相连，另一端与电芯切换模块的一端相连，所述电芯切换模块的另一端分别与各个电芯相连，所述恒流恒压充放电模块的输入端与控制器相连。本实用新型充电完成后电压不回落或回落一致，放电完成后电压不反弹或反弹微小及一致，大大延长了电池组寿命。

Description

一种带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统

技术领域

本实用新型涉及电池组技术领域，尤其涉及一种带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统。

背景技术

现有技术中，通常将多个电池组合在一起形成电池组，从而满足大电流电压需求，但是由于但不限于下列因素：

1、锂电池组生产配对问题(包括电压、内阻、容量)；

2、由于目前保护板均衡效果差强人意，而且极其不安全；

3、电池组保护板只针对电压进行保护。

从而会影响电池组的使用寿命，因此，为了延长电池组使用寿命，必须对其进行进行均衡修复，目前均衡方式有如下三大类：

1、充电均衡，将电池组内部电压全部充满，三元材料充到4.2V，磷酸铁锂充到3.65V，此方式效率低，很容易出现由于客户对电池认知不够无法选择合适的电压放空，从而带来安全问题，而且当充电截止后电池电压会回落，精度差；

2、放电均衡，将电池组内部电压全部放干，三元材料放到2.75V，磷酸铁锂放到2.5V，此方式效率低，很容易出现由于客户对电池认知不够无法选择合适的电压补电，从而带来安全问题，而且当放电截止后电池电压会反弹，精度差；

3、充电、放电单均衡，软件算出一个最快的电压点，将高电压进行放低，低电压补回来，此方案自动识别，自带自学习能力无需客户选择，直接自主均衡。

传统的充放电均衡仪，可以自主均衡，但是无法保证放电后电压反弹一致或者不反弹，往往造成均衡瞬间电池压差小，但是一停止均衡就会出现压差反弹现象。

实用新型内容

为解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统。

本实用新型包括控制器、电压采集模块、电芯切换模块、功率模块和恒流恒压充放电模块，其中，所述电压采集模块分别采集所述锂电池组的每一串电芯电压，电压采集模块的输出端有控制器相连，所述功率模块的一端与所述恒流恒压充放电模块的输出端相连，另一端与电芯切换模块的一端相连，所述电芯切换模块的另一端分别与各个电芯相连，所述恒流恒压充放电模块的输入端与控制器相连。

本实用新型作进一步改进，还包括显示模块，所述显示模块的输入端与控制器输出端相连。

本实用新型作进一步改进，所述每一串电芯均设有一组功率模块和恒流恒压充放电模块，所述控制器通过恒流恒压充放电模块控制每串电芯电压均衡。

本实用新型作进一步改进，所述恒流恒压充放电模块包括恒流PID环模块、充电恒压 PID环模块和放电恒压PID环模块，所述恒流PID环模块、充电恒压PID环模块和放电恒压PID环模块的输入端分别与控制器的输出端相连，所述恒流PID环模块、充电恒压PID 环模块和放电恒压PID环模块的输出端与功率模块相连。

本实用新型作进一步改进，所述恒流PID环模块包括运算放大器U7，所述运算放大器 U7的正相输入引脚3与控制器相连，接入设定恒定电流模拟量，所述反相输入引脚2接入当前电芯电流，所述运算放大器U7的输出引脚6分别通过电阻与功率模块相连，

所述恒流PID环模块当电芯电流大于设定恒定电流模拟量时，就把运算放大器U7的输出引脚6的输出降低，当电流小于设定恒定电流模拟量时，运算放大器U7的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电流输出，进而控制功率模块的电压，调节功率模块的导通内阻。

本实用新型作进一步改进，所述放电恒压PID环模块包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的反相输入引脚2与控制器相连，接入第一设定恒定电压模拟量，所述正相输入引脚3接入当前电芯电压，所述运算放大器U1的输出引脚6与功率模块相连，

所述放电恒压PID环模块，当电芯电压大于第一设定恒定电压模拟量时，就把运算放大器U1的输出引脚6的输出降低，当当前电芯电压小于第一设定恒定电压模拟量时，运算放大器U1的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电压放电，进而控制功率模块的电压，调节功率模块的导通内阻。

本实用新型作进一步改进，所述充电恒压PID环模块包括运算放大器U6，所述运算放大器U6的正相输入引脚3与控制器相连，接入第二设定恒定电压模拟量，所述反相输入引脚2接入当前电芯电压，所述运算放大器U6的输出引脚6与功率模块相连，

所述充电恒压PID环模块，当电芯电压大于第二设定恒定电压模拟量时，就把运算放大器U6的输出引脚6的输出降低，当电芯电压小于第二设定恒定电流模拟量时，运算放大器U6的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电压充电，进而控制功率模块的电压，调节功率模块的导通内阻。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：不用对电池型号有所了解，全自动均衡，而且采用恒流恒压充放电，充电完成后电压不回落或回落一致，放电完成后电压不反弹或反弹微小及一致，从而大大延长了电池组寿命。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为恒流PID环模块电路原理图；

图3为放电恒压PID环模块电路原理图；

图4为放电恒压PID环模块电路原理图；

图5为电池均衡处理方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的电池组包括2节以上的电池，每个电池含有一串电芯，本实用新型带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统，包括控制器、电压采集模块、电芯切换模块、功率模块和恒流恒压充放电模块，其中，所述电压采集模块分别采集所述锂电池组的每一串电芯电压，电压采集模块的输出端有控制器相连，所述功率模块的一端与所述恒流恒压充放电模块的输出端相连，另一端与电芯切换模块的一端相连，所述电芯切换模块的另一端分别与各个电芯相连，所述恒流恒压充放电模块的输入端与控制器相连。

本例的功率模块为MOS管，所述MOS管的控制端的与控制器相连，当然，本例的功率模块也可以为开关管等其他能够改变两端电压的功率模块。本例的切换模块可以为电子切换开关，或者控制各个电芯工作的电子开关。

本例还包括显示模块，所述显示模块的输入端与控制器输出端相连，用于显示当前控制器的工作状态。本例还可以通过增加触控屏，从而对系统进行操作。

如图1-4所示，本例恒流恒压充放电模块包括恒流PID环模块、充电恒压PID环模块和放电恒压PID环模块，所述恒流PID环模块、充电恒压PID环模块和放电恒压PID环模块的输入端分别与控制器的输出端相连，所述恒流PID环模块、充电恒压PID环模块和放电恒压PID环模块的输出端与功率模块相连。

如图2所示，本例恒流PID环模块包括运算放大器U7，所述运算放大器U7的正相输入引脚3与控制器相连，接入设定恒定电流模拟量，所述反相输入引脚2接入当前电芯电流，所述运算放大器U7的输出引脚6分别通过电阻与功率模块相连，

所述恒流PID环模块当电芯电流大于设定恒定电流模拟量时，就把运算放大器U7的输出引脚6的输出降低，当电流小于设定恒定电流模拟量时，运算放大器U7的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电流输出，进而控制MOS管VGS 电压，来调节MOS管导通内阻。

如图3所示，所述放电恒压PID环模块包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的反相输入引脚2与控制器相连，接入第一设定恒定电压模拟量，所述正相输入引脚3接入当前电芯电压，所述运算放大器U1的输出引脚6与功率模块相连，

所述放电恒压PID环模块，当电芯电压大于第一设定恒定电压模拟量时，就把运算放大器U1的输出引脚6的输出降低，当当前电芯电压小于第一设定恒定电压模拟量时，运算放大器U1的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电压放电，进而控制MOS管VGS电压，来调节MOS管导通内阻。

本例的充电恒压PID环模块包括运算放大器U6，所述运算放大器U6的正相输入引脚3 与控制器相连，接入第二设定恒定电压模拟量，所述反相输入引脚2接入当前电芯电压，所述运算放大器U6的输出引脚6与功率模块相连，

所述充电恒压PID环模块，当电芯电压大于第二设定恒定电压模拟量时，就把运算放大器U6的输出引脚6的输出降低，当电芯电压小于第二设定恒定电流模拟量时，运算放大器U6的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电压充电，进而控制MOS管VGS电压，来调节MOS管导通内阻。

作为本实用新型的另一个实施例，本例每一串电芯均设有一组功率模块和恒流恒压充放电模块，所述控制器通过恒流恒压充放电模块控制每串电芯电压均衡。

本实用新型采用恒流恒压充放电技术，针对电池组内每一串电池进行相同电压的恒流恒压充放电，电池电压高的恒流恒压放电，电池低的恒流恒压充电，从而使得电池组电压一致，从而延长电池组寿命。

恒压放电技术应用于钛酸锂电池，控制原理是电池开始恒流放电，当达到恒压放电点后，放电电压PID环路工作，通过控制降低放电电流，电池本身恒流放电电压会下降，但是当恒流电流变小时，电压会反弹上升，所以通过调节这个平衡，保证上升和下降值一样，就可以达到恒压放电的效果。

本实用新型的工作原理为：

1、启动设备，自动巡检电池组每一串电压，计算出压差△V,记录每一串电芯电压，判断压差是否在客户设定范围内，若是，则测试完成，若不是，则计算出最高效率电压值。

2、根据计算出的电压值，若本串电芯电压大于计算出电压值，则开始恒流恒压放电工作模式，若本串电芯电压小于于计算出电压值，则开始恒流恒压充电模式，若在设定范围内则不操作本串电芯。

3、对于电压压差大的电芯先采用大电流充/放电，再搁置等电压平静后切入到其他串，以此模式进行均衡。

4、判断电池组各串电池压差是否在范围内，不符合设定范围重新均衡，如果所有电芯均符合设定范围，则电池均衡完成，电池组延长寿命结束。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统，其特征在于：包括控制器、电压采集模块、电芯切换模块、功率模块和恒流恒压充放电模块，其中，所述电压采集模块分别采集所述锂电池组的每一串电芯电压，电压采集模块的输出端有控制器相连，所述功率模块的一端与所述恒流恒压充放电模块的输出端相连，另一端与电芯切换模块的一端相连，所述电芯切换模块的另一端分别与各个电芯相连，所述恒流恒压充放电模块的输入端与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块的输入端与控制器输出端相连。

3.根据权利要求1或2所述的带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统，其特征在于：所述每一串电芯均设有一组功率模块和恒流恒压充放电模块，所述控制器通过恒流恒压充放电模块控制每串电芯电压均衡。

4.根据权利要求3所述的带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统，其特征在于：所述恒流恒压充放电模块包括恒流PID环模块、充电恒压PID环模块和放电恒压PID环模块，所述恒流PID环模块、充电恒压PID环模块和放电恒压PID环模块的输入端分别与控制器的输出端相连，所述恒流PID环模块、充电恒压PID环模块和放电恒压PID环模块的输出端与功率模块相连。

5.根据权利要求4所述的带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统，其特征在于：所述恒流PID环模块包括运算放大器U7，所述运算放大器U7的正相输入引脚3与控制器相连，接入设定恒定电流模拟量，所述运算放大器U7的反相输入引脚2接入当前电芯电流，所述运算放大器U7的输出引脚6分别通过电阻与功率模块相连，

所述恒流PID环模块当电芯电流大于设定恒定电流模拟量时，就把运算放大器U7的输出引脚6的输出降低，当电流小于设定恒定电流模拟量时，运算放大器U7的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电流输出，进而控制功率模块的电压，调节功率模块的导通内阻。

6.根据权利要求4所述的带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统，其特征在于：所述放电恒压PID环模块包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的反相输入引脚2与控制器相连，接入第一设定恒定电压模拟量，所述运算放大器U1的正相输入引脚3接入当前电芯电压，所述运算放大器U1的输出引脚6与功率模块相连，

所述放电恒压PID环模块，当电芯电压大于第一设定恒定电压模拟量时，就把运算放大器U1的输出引脚6的输出降低，当当前电芯电压小于第一设定恒定电压模拟量时，运算放大器U1的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电压放电，进而控制功率模块的电压，调节功率模块的导通内阻。

7.根据权利要求4所述的带恒流恒压充放电的锂电池组寿命延长系统，其特征在于：所述充电恒压PID环模块包括运算放大器U6，所述运算放大器U6的正相输入引脚3与控制器相连，接入第二设定恒定电压模拟量，所述运算放大器U6的反相输入引脚2接入当前电芯电压，所述运算放大器U6的输出引脚6与功率模块相连，

所述充电恒压PID环模块，当电芯电压大于第二设定恒定电压模拟量时，就把运算放大器U6的输出引脚6的输出降低，当电芯电压小于第二设定恒定电流模拟量时，运算放大器U6的输出引脚6的输出拉高，最后进入一个稳定的状态，从而达到恒定的电压充电，进而控制功率模块的电压，调节功率模块的导通内阻。

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