CN221282883U - 一种锂电池充放电控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池充放电控制电路，包括：充放电电路和控制电路；充放电电路包括依次串联的电源接入端、第一开关元件MOS1、第一电感L1和电池接入端，充放电电路还包括第一电容C1和第二开关元件MOS2，第一电容C1与电池接入端并联连接，第二开关元件MOS2的源极与电源接入端的负极连接，第二开关元件MOS2的漏极与第一电感L1连接，第一开关元件MOS1的源极与第一电感L1和第二开关元件MOS2的漏极连接，第一开关元件MOS1的漏极与电源接入端的正极连接；控制电路分别与第一开关元件MOS1的栅极和第二开关元件MOS2的栅极电连接，以使第一开关元件MOS1与第二开关元件MOS2中的一个导通。本实用新型可以解决现有的锂电池充放电方案能耗高、成本高的问题。

Description

一种锂电池充放电控制电路

技术领域

本实用新型涉及锂电池制造的技术领域，尤其涉及一种锂电池充放电控制电路。

背景技术

随着人们对环境的重视以及国家对新能源产业的政策支持，近几年新能源产业得到迅猛发展，作为新能源产业电能存储的基本单元，电池尤其是动力锂电池也出现了巨大的需求，各大动力锂电池生产厂家积极扩产，形成了较大的锂电池生产成套设备需求。

锂电池的生产流程每个生产厂家会有所不同，但都离不开最基本的几个环节：电池极片制作、电芯制作、电池组装、电池注液、电池封口、电池化成、电池老化、电池分选。其中电池化成、电池分选是指电池制作完成后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善锂电池综合性能的过程，以及对电池循环充放电后进行分选等级。

在对锂电池进行充放电的设备中通常采用的是线性电源方案，然而，在线性电源方案的充放电过程中，开关元件持续导通，电流长时间流过开关元件，导致开关元件发热严重，进而导致整体电路发热严重、能耗高；而且大规模使用时还需要额外增加降温设备，进一步增加了能耗和成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种锂电池充放电控制电路，以解决现有的锂电池充放电方案能耗高、成本高的问题。

本实用新型提供的一种锂电池充放电控制电路采用如下的技术方案：

一种锂电池充放电控制电路，包括：充放电电路和控制电路；

所述充放电电路包括依次串联的电源接入端、第一开关元件MOS1、第一电感L1和电池接入端，所述充放电电路还包括第一电容C1和第二开关元件MOS2，所述第一电容C1与所述电池接入端并联连接，所述第二开关元件MOS2的源极与所述电源接入端的负极连接，所述第二开关元件MOS2的漏极与所述第一电感L1连接，所述第一开关元件MOS1的源极与所述第一电感L1和所述第二开关元件MOS2的漏极连接，所述第一开关元件MOS1的漏极与所述电源接入端的正极连接；

所述控制电路分别与第一开关元件MOS1的栅极和第二开关元件MOS2的栅极电连接，以使第一开关元件MOS1与第二开关元件MOS2中的一个导通。

可选的，还包括LC滤波器，所述LC滤波器包括第二电感L2和第二电容C2，所述第二电感L2接入所述电源接入端的正极与所述第一开关元件MOS1的漏极之间，所述第二电容C2的一端与所述第二电感L2和所述第一开关元件MOS1的漏极连接，另一端与所述电源接入端的负极连接。

可选的，所述控制电路包括依次串联的PID控制模块、PWM信号控制器和半桥驱动模块，所述半桥驱动模块分别与第一开关元件MOS1的栅极和第二开关元件MOS2的栅极电连接。

可选的，所述PID控制模块包括第一反馈模块、第二反馈模块、第三反馈模块和PID控制电路，所述第一反馈模块、所述第二反馈模块和所述第三反馈模块均与所述PID控制电路电连接；

所述第一反馈模块包括依次串联的模数转换器、MCU和数模转换器，所述数模转换器与所述PID控制电路连接；

所述第二反馈模块包括电流采样电阻，所述电流采样电阻接入所述第一电感L1和所述电池接入端之间，且所述电流采样电阻与所述PID控制电路电连接；

所述第三反馈模块一端与所述电池接入端并联，另一端与所述PID控制电路电连接。

可选的，所述第一反馈模块还包括与所述MCU电连接的存储器，所述存储器采用EEPROM。

可选的，所述第一反馈模块还包括与所述MCU电连接的串口通信器，所述串口通信器采用MAX232。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.采用开关电源方案，在充电的时候，电路工作在降压模式，第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2循环导通，当第一开关元件MOS1导通的时候，第二开关元件MOS2关断，第一电感L1和第一电容C1储存能量，同时对电池进行充电；当第一开关元件MOS1关断的时候，第二开关元件MOS2导通，此时由第一电感L1和第一电容C1储存的能量对电池进行充电，通过控制电路产生的信号来调节第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2的导通时间，可以调节电路输出电压的大小，即可以调节电池充电时电压的大小，第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2循环导通，能量损耗小，效率高，因此电路发热量小，基本不发热；

2.在放电的时候，电池作为电源，电路工作在升压模式，第一电感L1和第一电容C1进行能量储存和回收，电池放出的电能经过逆变电源转换之后可以回馈到电网，从而达到了节省能量消耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实施例中锂电池充放电控制电路的结构示意图；

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

参照图1，本实施例提供的锂电池充放电控制电路，包括：充放电电路10和控制电路20；

充放电电路10包括依次串联的电源接入端、第一开关元件MOS1、第一电感L1和电池接入端，充放电电路10还包括第一电容C1和第二开关元件MOS2，第一电容C1与电池接入端并联连接，第二开关元件MOS2的源极与电源接入端的负极连接，第二开关元件MOS2的漏极与第一电感L1连接，第一开关元件MOS1的源极与第一电感L1和第二开关元件MOS2的漏极连接，第一开关元件MOS1的漏极与电源接入端的正极连接；

控制电路20分别与第一开关元件MOS1的栅极和第二开关元件MOS2的栅极电连接，以使第一开关元件MOS1与第二开关元件MOS2中的一个导通。

采用开关电源方案，在充电的时候，电路工作在降压模式，第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2循环导通；当第一开关元件MOS1导通的时候，第二开关元件MOS2关断，第一电感L1和第一电容C1储存能量，同时对电池进行充电；当第一开关元件MOS1关断的时候，第二开关元件MOS2导通，此时由第一电感L1和第一电容C1储存的能量对电池进行充电。通过控制电路20来调节第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2的导通时间，可以调节电路输出电压的大小，即可以调节电池充电时电压的大小，第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2循环导通，能量损耗小，效率高，因此电路发热量小，基本不发热。

在放电的时候，电池作为电源，电路工作在升压模式，第一电感L1和第一电容C1进行能量储存和回收，逆变电源在电路给电池充电的时候将输入的市电AC输入转变为直流电压V；在电池对电路放电的时候，将直流电压V转化为市电AC，电池放出的电能经过逆变电源转换之后可以回馈到电网，从而达到了节省能量消耗的目的。

在本实施例中，充放电控制电路还包括LC滤波器30，LC滤波器30包括第二电感L2和第二电容C2，第二电感L2接入电源接入端的正极与第一开关元件MOS1的漏极之间，第二电容C2的一端与第二电感L2和第一开关元件MOS1的漏极连接，另一端与电源接入端的负极连接。第二电感L2和第二电容C2形成LC滤波器30，对逆变电源的输出电压进行滤波。

在本实施例中，控制电路20包括依次串联的PID控制模块、PWM信号控制器22和半桥驱动模块23，半桥驱动模块23分别与第一开关元件MOS1的栅极和第二开关元件MOS2的栅极电连接。

PWM信号控制器22接收到PID控制模块产生的电压V4后，会产生PWM1信号给半桥驱动模块23，对于不同的电压V4，PWM信号控制器22会产生不同占空比的PWM1信号，半桥驱动模块23收到PWM信号控制器22产生的PWM1信号后，产生两路PWM信号：PWM2和PMW3，PWM2控制第一开关元件MOS1的导通和关闭，PMW3控制第二开关元件MOS2的导通和关闭。

在本实施例中，PID控制模块包括第一反馈模块、第二反馈模块、第三反馈模块和PID控制电路21，第一反馈模块、第二反馈模块和第三反馈模块均与PID控制电路21电连接；第一反馈模块包括依次串联的模数转换器、MCU和数模转换器，数模转换器与PID控制电路21连接；第二反馈模块包括电流采样电阻，电流采样电阻接入第一电感L1和电池接入端之间，且电流采样电阻与PID控制电路21电连接；第三反馈模块一端与电池接入端并联，另一端与PID控制电路21电连接。

MCU与模数转换器通信读取电压反馈信号和电流反馈信号的电压，并与数模转换器通信输出使数模转换器输出电压信号V1。PID控制电路21根据数模转换器输出的电压信号V1、电流采样电阻反馈的电压信号V2和第三反馈模块反馈的电压信号V3产生一个合适的电压信号V4并传输给PWM信号控制器22，PWM信号控制器22接收到电压信号V4后，产生PWM1信号给半桥驱动模块23，对于不同的电压V4，PWM信号控制器22会产生不同占空比的PWM1信号，半桥驱动模块23收到PWM信号控制器22产生的PWM1信号之后，产生两路信号：PWM2和PMW3，PWM2控制第一开关元件MOS1的导通和关闭，PMW3控制第二开关元件MOS2的导通和关闭。

上述PID控制电路21以电压信号V1 、V2、 V3为输入，并最终向PWM信号控制器22输出电压V4，以实现PWM1信号的改变；其中，PID控制电路21的具体结构为本领域技术人员所知悉，其能够根据电压信号V1、 V2 、V3自适应地输出电压信号V4，本实施例中不作具体展开；作为其他可选的实施方式，本实施例中还可以选用其他控制电路20来根据充放电电路10的充电情况控制PWM信号控制器22，包括但不限于模糊控制器、自适应控制器等。

在本实施例中，第一反馈模块还包括与MCU电连接的存储器，具体而言，存储器采用EEPROM，MCU与EEPROM通信实现数据的写入和读取的存储。

在本实施例中，第一反馈模块还包括与所述MCU电连接的串口通信器，通过串口通信器，MCU可与电脑的串口连接，实现MCU与电脑的串口通信，具体而言，串口通信器采用MAX232。

电路的主要工作原理：

在充电的时候，电路工作在降压模式，此时第一开关元件MOS1作为主要的开关元件，第二开关元件MOS2为续流作用，第一电感L1和第一电容C1储能。第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2处于轮流导通的状态，第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2依次由半桥驱动模块23产生的信号PWM2和PWM3控制。其中，第二电感L2和第二电容C2形成LC滤波器30，对逆变电源的输出电压进行滤波。

当第一开关元件MOS1导通的时候，第二开关元件MOS2关断，电流从第一开关元件MOS1流向第一电感L1，流过第一电感L1的电流逐渐增大，第一电感L1和第一电容C1储存能量，电路同时对电池进行充电。

当第一开关元件MOS1关断的时候，第二开关元件MOS2导通，因为电感的电流不能突变，此时第一电感L1、第一电容C1、第二开关元件MOS2、电池构成了一个回路，此时回路中的电流由第一电感L1和第一电容C1共同提供，由第一电感L1和第一电容C1储存的能量对电池进行充电。

当第一开关元件MOS1导通，第二开关元件MOS2关断的时候，第一电感L1和第二电容C2重新储存能量，电路同时对电池充电。第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2处于循环导通的状态，通过调节PMW2和PWM3信号来调节第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2的导通时间，可以调节电路输出电压的大小，即可以调节电池充电时电压的大小。

在放电的时候，电池作为电源，电路工作在升压模式，此时第二开关元件MOS2作为主要的开关元件，第一开关元件MOS1为续流作用，第一电感L1和第二电容C2储能。第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2处于轮流导通状态，第一开关元件MOS1和第二开关元件MOS2依次由半桥驱动模块23产生的信号PWM2和PWM3控制。

当第二开关元件MOS2导通的时候，第一开关元件MOS1关断，此时电池、第一电感L1、第一电容C1、第二开关元件MOS2构成一个回路，流过第一电感L1的电流逐渐增加，第一电感L1和第一电容C1储存能量。

当第二开关元件MOS2关断的时候，第一开关元件MOS1导通，因为电感的电流不能突变，此时电池、第一电感L1、第一开关元件MOS1、逆变电源、第一电容C1共同构成回路，此时第二电容C2上的电压等于电池的电压加第一电感L1产生的感应电压。

当第一开关元件MOS1关断，第二开关元件MOS2导通的时候，第一电感L1和第一电容C1重新储存能量，如此循环。这样就构成了一个升降压的电路，可以对电池进行充放电。电池放出的电能经过逆变电源转换之后可以回馈到电网，从而达到了节省能量消耗的目的。电路采用的是开关电源方案，相比与线性电源方案，效率可以达到90%以上。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种锂电池充放电控制电路，其特征在于，包括：充放电电路和控制电路；

所述充放电电路包括依次串联的电源接入端、第一开关元件MOS1、第一电感L1和电池接入端，所述充放电电路还包括第一电容C1和第二开关元件MOS2，所述第一电容C1与所述电池接入端并联连接，所述第二开关元件MOS2的源极与所述电源接入端的负极连接，所述第二开关元件MOS2的漏极与所述第一电感L1连接，所述第一开关元件MOS1的源极与所述第一电感L1和所述第二开关元件MOS2的漏极连接，所述第一开关元件MOS1的漏极与所述电源接入端的正极连接；

所述控制电路分别与第一开关元件MOS1的栅极和第二开关元件MOS2的栅极电连接，以使第一开关元件MOS1与第二开关元件MOS2中的一个导通。

2.根据权利要求1所述的锂电池充放电控制电路，其特征在于，还包括LC滤波器，所述LC滤波器包括第二电感L2和第二电容C2，所述第二电感L2接入所述电源接入端的正极与所述第一开关元件MOS1的漏极之间，所述第二电容C2的一端与所述第二电感L2和所述第一开关元件MOS1的漏极连接，另一端与所述电源接入端的负极连接。

3.根据权利要求1所述的锂电池充放电控制电路，其特征在于，所述控制电路包括依次串联的PID控制模块、PWM信号控制器和半桥驱动模块，所述半桥驱动模块分别与第一开关元件MOS1的栅极和第二开关元件MOS2的栅极电连接。

4.根据权利要求3所述的锂电池充放电控制电路，其特征在于，所述PID控制模块包括第一反馈模块、第二反馈模块、第三反馈模块和PID控制电路，所述第一反馈模块、所述第二反馈模块和所述第三反馈模块均与所述PID控制电路电连接；

所述第一反馈模块包括依次串联的模数转换器、MCU和数模转换器，所述数模转换器与所述PID控制电路连接；

所述第二反馈模块包括电流采样电阻，所述电流采样电阻接入所述第一电感L1和所述电池接入端之间，且所述电流采样电阻与所述PID控制电路电连接；

所述第三反馈模块一端与所述电池接入端并联，另一端与所述PID控制电路电连接。

5.根据权利要求4所述的锂电池充放电控制电路，其特征在于，所述第一反馈模块还包括与所述MCU电连接的存储器，所述存储器采用EEPROM。

6.根据权利要求4所述的锂电池充放电控制电路，其特征在于，所述第一反馈模块还包括与所述MCU电连接的串口通信器，所述串口通信器采用MAX232。