CN214750731U

CN214750731U - 一种电池放电曲线产生器

Info

Publication number: CN214750731U
Application number: CN202120944334.XU
Authority: CN
Inventors: 王家堂; 张硕; 张显
Original assignee: Hefei Pinhou Electronic Information Technology Co ltd
Current assignee: Hefei Pinhou Electronic Information Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2031-04-30

Abstract

本实用新型公开了一种电池放电曲线产生器，包括反馈单元、电流放大单元、电压检测和控制单元以及电池组。所述电池组单节电池、所述反馈单元与所述电压检测和控制单元串联，所述电流放大单元与所述电压检测和控制单元并联，所述电压检测和控制单元控制所述电流放大单元，组成电池放电曲线产生器。本实用新型中只要电池电压超过阈值电压，全部电池之间的电压就开始逐步靠近，不需要统筹管理。并且本实用新型通过精准的控制电流和电压的比例关系，使得充电完成后的电池之间的最大压差保持在30mV以内。

Description

一种电池放电曲线产生器

技术领域

本实用新型涉及电池放电管理技术领域，尤其涉及是一种电池放电曲线产生器。

背景技术

近些年来，中国许多城市面临着严重的空气污染问题，国家也越来越重视环境的保护。传统的燃料汽车会产生大量的有害气体，因此新能源汽车行业得到了快速的发展。

目前，新能源汽车的电池组随着充电次数的增加，电池组会因为充电时产生的不均衡电流导致性能降低和使用寿命的减少。随之而出现的均衡放电装置有效的减小了因不均衡充电导致的电池组性能降低的问题。电池被动均衡一般采用充电末端均衡，让达到均衡阈值电压的电池开启放电，未达到的不开启放电，逐步让电压低的电池电压赶上电压高的电池，使用这种方法设法让所有电池在充电末端电压保持一致。

均衡开启电压阈值有两种设置方法：a)电压阈值非常接近满充电压，比如满充3.65V,电压阈值设定为3.6V。b)电压阈值距离满充还有一段距离，比如满充3.65V,电压阈值设置为3.5V。

方法a)的好处是，在特定充电方法下(比如小电流慢充)电池可以全部达到3.6V，充电完成后电池压差小(最差情况是3.6V,3.65V)；缺点是对于快速充电效果很差，因为快充电池电压在快充满的时候，电池电压很快升高，短时间内就充满关闭充电，导致均衡开启时间很短。使用方法b)的好处是有比较长的开启均衡的时间段，但是缺点是均衡的结果是压差还比较大(电池可能有的3.5V,有的3.65V)。

然而，现有技术中均衡电路不管采用方法a)还是b)，在电池电压超过一定阈值后开启均衡，但均衡电流随着电池电压的升高，变化很少，参见图1。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提出的一种电池放电曲线产生器，利用电压比较，电流放大及反馈，来实现电池串超出阈值电压之后，随着电池电压升高，产生一个对应放电电流变化比较大的的单调曲线。

本实用新型保护一种电池放电曲线产生器，包括反馈单元、电流放大单元、电压检测和控制单元以及电池组。所述电池组单节电池、所述反馈单元、所述电压检测和控制单元串联，所述电流放大单元与所述电压检测和控制单元并联，所述电压检测和控制单元控制所述电流放大单元，组成电池放电曲线产生器。

所述电压检测和控制单元用于对电池电压进行检测，当超出设定的阈值电压，控制电流放大单元开始工作；

所述电流放大单元用于对电路中的电流进行放大和电能消耗；

所述反馈单元用于电池放电开启后的电能消耗和反馈。

其中，所述电池放电曲线产生器，还包括电流限流和功率分担单元。所述电池组单节电池、所述反馈单元、所述电压检测和控制单元串联，所述电池组单节电池、所述反馈单元、所述电流放大单元、所述电流限流和功率分担单元串联，所述电压检测和控制单元控制所述电流放大单元，组成电池放电曲线产生器。

所述电流限流和功率分担单元用于所述电流放大单元工作时均衡电路中的电流限流和对所述反馈单元功率的分担。

进一步地，所述电流限流和功率分担单元为电阻、二极管及组合结构中一种。所述电阻和二极管的数量可以动态调整。

进一步地，所述反馈单元为第一电阻；所述电压检测和控制单元由第二电阻，第三电阻，第一三极管，基准电压源和运放组成；所述电流放大单元由第四电阻，第五电阻和第二三极管组成。具体地，第一电阻、第二电阻、第三电阻和单节电池串联，第四电阻、第五电阻和第一三极管集电极串联后连接在第一电阻和第二电阻之间，运放同向输入端连接在第二电阻和第三电阻之间，运放反向输入端、基准电压源和电池负极串联连接，运放输出端连接着第一三极管的基极，第一三极管发射极、第二三极管集电极与电池负极连接，第二三极管发射极连接在第一电阻和第二电阻之间，第二三极管基极连接在第四电阻和第五电阻之间。第二电阻和第三电阻的阻值在千欧以上，对电路电流的影响可以忽略。当电池组进行充电时，对超出阈值电压的电池，随着电压进一步的升高，放电电流变大，拉开不同电压之间电流的差距，最终电压低的电池电压和电压高的电池电压会逐渐趋于一致。

更进一步地，所述反馈单元为第一电阻；所述电压检测和控制单元由第二电阻，第三电阻，第一三极管，基准电压源和运放组成；所述电流放大单元由第四电阻，第五电阻和第二三极管组成；所述电流限流和功率分担单元由第六电阻、第一二极管和第二二极管组成。第一电阻、第二电阻、第三电阻和单节电池串联，第四电阻、第五电阻和第一三极管集电极串联后连接在第一电阻和第二电阻之间，运放同向输入端连接在第二电阻和第三电阻之间，运放反向输入端、基准电压源和电池负极串联连接，运放输出端连接着第一三极管的基极，第一三极管发射极与电池负极连接，第二三极管发射极连接在第一电阻和第二电阻之间，第二三极管基极连接在第四电阻和第五电阻之间，第二三极管集电极、第六电阻、第一二极管和第二二极管与电池负极串联连接。第二电阻和第三电阻的阻值在千欧以上，对电路电流的影响可以忽略。当电池组进行充电时，对超出阈值电压的电池，随着电压进一步的升高，放电电流变大，拉开不同电压之间电流的差距。第六电阻、第一二极管和第二二极管限制均衡电路中电流被过大的放大，同时进行功率的分担。最终电压低的电池电压和电压高的电池电压会逐渐趋于一致。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：1、本实用新型中只要电池电压超过阈值电压，全部电池之间的电压就开始逐步靠近，不需要统筹管理；2、本实用新型通过精准的控制电流和电压的比例关系，使得充电完成后的电池之间的最大压差保持在30mV以内；3,适用于各种电池类型。

附图说明

图1为现有技术中电池两端的电压和均衡电流的关系示意图；

图2为一种电池放电曲线产生器的结构图；

图3为实施例2所示电池放电曲线产生器的电路原理图；

图4为实施例3所示电池放电曲线产生器的电路原理图；

图5为实施例4所示电池放电曲线产生器的电路原理图；

图6为实施例5所示电池放电曲线产生器的结构图；

图7为实施例6所示电池放电曲线产生器的电路原理图；

图8为实施例7中电池两端的电压和均衡电流的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

一种电池放电曲线产生器，如图2所示，包括反馈单元、电流放大单元、电压检测和控制单元以及电池组。所述电池组单节电池、所述反馈单元、所述电压检测和控制单元串联，所述电流放大单元与所述电压检测和控制单元并联，所述电压检测和控制单元控制所述电流放大单元，组成电池放电曲线产生器。

所述电流放大单元用于对电路中的电流进行放大；

所述反馈单元用于电池放电开启后的电能消耗和电压反馈。

实施例2

基于实施例1所述的电池放电曲线产生器，所述反馈单元为第一电阻R1；所述电压检测和控制单元由第二电阻R2，第三电阻R3，第一三极管Q1，基准电压源E1和运放U组成；所述电流放大单元由第四电阻R4，第五电阻R5和第二三极管Q2组成。

如图3所示，为本实施例的电路原理图。具体地，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和单节电池串联，第四电阻R4、第五电阻R5和第一三极管Q1集电极串联后连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，运放U同向输入端连接在第二电阻R2和第三电阻R3之间，运放U反向输入端、基准电压源E1和电池负极串联连接，运放U输出端连接着第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1发射极、第二三极管Q2集电极与电池负极连接，第二三极管Q2发射极连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，第二三极管Q2基极连接在第四电阻R4和第五电阻R5之间。第二电阻R2和第三电阻R3的阻值在千欧以上，对电路电流的影响可以忽略。当电池组进行充电时，对超出阈值电压的电池，随着电压进一步的升高，放电电流变大，拉开不同电压之间电流的差距，最终电压低的电池电压和电压高的电池电压会逐渐趋于一致。

实施例3

对于充电较快的电池组充电时，由于实施例2中所述电流放大单元对电流放大有限，不能在充电阶段对电池进行有效的放电，导致电池组中每节电池之间的压差较大。针对上述问题，基于实施例2的电池曲线产生器，本实施例提供另外一种电池放电曲线产生器，所述电流放大单元还包括第六电阻R6和第三三极管Q3。

如图4所示，为本实施例的电路原理图。基于图3的电路原理，第三三极管Q3集电极与电池负极连接，第二三极管Q2发射极和第六电阻R6串联后连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，第三三极管Q3发射极和第三三极管Q3基极与第六电阻R6并联。第二电阻R2和第三电阻R3的阻值在千欧以上，对电路电流的影响可以忽略。当电池组进行充电时，对超出阈值电压的电池，随着电压进一步的升高，放电电流迅速变大，拉开不同电压之间电流的差距，最终电压低的电池电压和电压高的电池电压会逐渐趋于一致。

实施例4

针对实施例2中存在的电流放大有限的问题，基于实施例2的电池曲线产生器，本实施提供另外一种电池放电曲线产生器；所述电流放大单元还包括第六电阻R6，第七电阻R7和第三三极管Q3。

如图5所示，为本实施例的电路原理图。基于图3的电路原理，第三三极管Q3发射极与电池负极连接，第三三极管Q3集电极连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，第二三极管Q2集电极、第六电阻R6、第七电阻R7与电池负极串联连接，第三三极管Q3基极连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间。第二电阻R2和第三电阻R3的阻值在千欧以上，对电路电流的影响可以忽略。当电池组进行充电时，对超出阈值电压的电池，随着电压进一步的升高，放电电流迅速变大，拉开不同电压之间电流的差距，最终电压低的电池电压和电压高的电池电压会逐渐趋于一致。

实施例5

基于实施例1的电池放电曲线产生器，如图6所示，还包括电流限流和功率分担单元。所述电池组单节电池、所述反馈单元、所述电压检测和控制单元串联，所述电池组单节电池、所述反馈单元、所述电流放大单元、所述电流限流和功率分担单元串联，所述电压检测和控制单元控制所述电流放大单元，组成电池放电曲线产生器。防止非正常状态下电路电流过大引发火灾等安全问题。

具体地，所述电流限流和功率分担单元为电阻、二极管及组合结构中一种。所述电阻和二极管的数量可以动态调整。

实施例6

基于实施例5所述的电池放电曲线产生器，所述反馈单元为第一电阻R1；所述电压检测和控制单元由第二电阻R2，第三电阻R3，第一三极管Q1，基准电压源E1和运放U组成；所述电流放大单元由第四电阻R4，第五电阻R5和第二三极管Q2组成；所述电流限流和功率分担单元由第六电阻R6、第一二极管D1和第二二极管D2组成。

如图7所示，为本实施例的电路原理图。具体地，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和单节电池串联，第四电阻R4、第五电阻R5和第一三极管Q1集电极串联后连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，运放U同向输入端连接在第二电阻R2和第三电阻R3之间，运放U反向输入端、基准电压源E1和电池负极串联连接，运放U输出端连接着第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1发射极与电池负极连接，第二三极管Q2发射极连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，第二三极管Q2基极连接在第四电阻R4和第五电阻R5之间，第二三极管Q2集电极、第六电阻R6、第一二极管D1和第二二极管D2与电池负极串联连接。第二电阻和第三电阻的阻值在千欧以上，对电路电流的影响可以忽略。当电池组进行充电时，对超出阈值电压的电池，随着电压进一步的升高，放电电流变大，拉开不同电压之间电流的差距。第六电阻R6、第一二极管D1和第二二极管D2限制均衡电路中电流被过大的放大，同时进行功率的分担。最终电压低的电池电压和电压高的电池电压会逐渐趋于一致。

实施例7

本实施例以电池满充电压3.65V的4节型号为中航锂电100AH磷酸铁锂电池，对本实用新型技术方案进行具体阐述。其中，充电电源型号为A-BF SS-3020KD，电池电压测量仪表为天守8S-30A。

锂电池在充电末端，电压会快速提升，在未充满的平台期，即使充进去很多电，电压提升很少。所以选择在充电尾端对电池进行均衡，更容易对不同电池之间的电压进行对比，让电压趋于一致。

其中，1C，1/2C等，相当于充电电流大小，1C代表此电流可以一个小时充满，1/2C代表可以2小时充满；SOC代表荷电状态，即电池充满程度。

不加电池放电曲线产生器进行充电时，当充电完成后，对单节电池的电压进行测量，静置8小时后，再进行一次测量，参见表1。

表1

以实施例2中的电池放电曲线产生器对电池组进行均衡，设定预设电压为3.5V，基准电压源的电压等于所述预设电压。

在对电池组进行充电时，当单节电池两端的电压没有达到电压阈值，均衡电路中均衡电流为3.5μA；单节电池电压为3.55V时，均衡电流为200mA；单节电池电压为3.6V时，均衡电流为400mA。电池两端的电压和均衡电流的关系，参见图8。

当充电完成后，对单节电池的电压进行测量，静置8小时后，再进行一次测量，参见表2。

表2

由表1和表2可知，不加电池放电曲线产生器的电池组电压一致性明显失配，严重影响电池包整体性能，加电池放电曲线产生器后，电池一致性明显提升，电池本身的能力得以充分发挥，提升了电池组整体性能。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种电池放电曲线产生器，用于电池组中每节电池的均衡放电管理，其特征在于：包括反馈单元、电流放大单元、电压检测和控制单元以及电池组；所述电池组单节电池、所述反馈单元与所述电压检测和控制单元串联，所述电流放大单元与所述电压检测和控制单元并联，所述电压检测和控制单元控制所述电流放大单元，组成电池放电曲线产生器；

所述反馈单元用于电池放电开启后的部分电能消耗并将电流转换成电压反馈给其他电路。

2.根据权利要求1所述的电池放电曲线产生器，其特征在于：所述反馈单元为第一电阻；所述电压检测和控制单元由第二电阻，第三电阻，第一三极管，基准电压源和运放组成；所述电流放大单元由第四电阻，第五电阻和第二三极管组成；第一电阻、第二电阻、第三电阻和单节电池串联，第四电阻、第五电阻和第一三极管集电极串联后连接在第一电阻和第二电阻之间，运放同向输入端连接在第二电阻和第三电阻之间，运放反向输入端、基准电压源和电池负极串联连接，运放输出端连接着第一三极管的基极，第一三极管发射极、第二三极管集电极与电池负极连接，第二三极管发射极连接在第一电阻和第二电阻之间，第二三极管基极连接在第四电阻和第五电阻之间。

3.根据权利要求2所述的电池放电曲线产生器，其特征在于：所述电流放大单元还包括第六电阻和第三三极管；第三三极管集电极与电池负极连接，第二三极管发射极和第六电阻串联后连接在第一电阻和第二电阻之间，第三三极管发射极和第三三极管基极与第六电阻并联。

4.根据权利要求2所述的电池放电曲线产生器，其特征在于：所述电流放大单元还包括第六电阻，第七电阻和第三三极管；第三三极管发射极与电池负极连接，第三三极管集电极连接在第一电阻和第二电阻之间，第二三极管集电极、第六电阻、第七电阻与电池负极串联连接，第三三极管基极连接在第六电阻和第七电阻之间。

5.根据权利要求1所述的电池放电曲线产生器，其特征在于：还包括电流限流和功率分担单元；所述电池组单节电池、所述反馈单元、所述电压检测和控制单元串联，所述电池组单节电池、所述反馈单元、所述电流放大单元、所述电流限流和功率分担单元串联，所述电压检测和控制单元控制所述电流放大单元，组成电池放电曲线产生器；

所述电流限流和功率分担单元用于所述电流放大单元工作时均衡电路中的电流限流和功率的分担。

6.根据权利要求5所述的电池放电曲线产生器，其特征在于：所述反馈单元为第一电阻；所述电压检测和控制单元由第二电阻，第三电阻，第一三极管，基准电压源和运放组成；所述电流放大单元由第四电阻，第五电阻和第二三极管组成；所述电流限流和功率分担单元由第六电阻、第一二极管和第二二极管组成；第一电阻、第二电阻、第三电阻和单节电池串联，第四电阻、第五电阻和第一三极管集电极串联后连接在第一电阻和第二电阻之间，运放同向输入端连接在第二电阻和第三电阻之间，运放反向输入端、基准电压源和电池负极串联连接，运放输出端连接着第一三极管的基极，第一三极管发射极与电池负极连接，第二三极管发射极连接在第一电阻和第二电阻之间，第二三极管基极连接在第四电阻和第五电阻之间；第二三极管集电极、第六电阻、第一二极管和第二二极管与电池负极串联连接。