CN2508410Y - 锂离子电池组容量均衡充放电控制与保护装置 - Google Patents

锂离子电池组容量均衡充放电控制与保护装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种可实现锂电池容量自动均衡的电池组充放电控制与保护装置,它由电池组电压采样电路、电池组电压均衡控制电路、单片机、充电控制电路和放电控制电路等组成。工作时,该装置可根据电池组中各单体电池电压采样信号情况,通过计算机程序控制系统驱动相应控制电路实现电池组内各单体电池容量自动均衡,产品具有结构合理、成本低廉、方便实用等优点,可大大延长电池组的使用寿命。

Description

锂离子电池组容量均衡充放电控制与保护装置
所属技术领域
本实用新型属于电子设备技术领域，涉及一种锂离子电池组充放电控制与保护装置。
背景技术
锂离子电池是近年来问世并迅即为广泛应用的一种新型电池，由于它具有体积小、重量轻、比能高、无污染、自放电率低等优点，因而也是迄今为止同类蓄电池产品中性能最佳的一种产品。同其它蓄电池一样，锂电池同样也存在着过充电或过放电都会严重影响其使用寿命的问题，因此在锂离子电池组内必须增加过充电、过放电、过流、过热等保护电路。但目前本领域公知的各类锂电池保护电路一般都不具有电池容量自动均衡的作用，因此在每次放电时电池组中容量略小的单体电池都放电到最低保护电压(2.8V)，充电时它都达不到充足电电压(4.2V)，这样经多次充放电循环后，各单体电池间的容量之差越来越大，最终会造成单体电池的过早损坏。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构新颖、使用方便、可实现锂电池容量自动均衡的锂离子电池组容量均衡充放电控制与保护装置。
用于完成上述发明目的的技术解决方案是这样的：所提供的锂离子电池组容量均衡充放电控制与保护装置为一种通过计算机程序控制系统根据电压采样信号并利用相应控制电路实现电池组内各单体电池容量自动均衡的装置，它由电池组电压采样电路、电池组电压均衡控制电路、单片机(CPU)、充电控制电路和放电控制电路组成，采样电路的输入端和输出端分别接至电池组中各单体电池的正电极和单片机的采样信号输入端，均衡控制电路输入端和输出端分别接至单片机的电压均衡控制输出端和电池组中各单体电池的正电极上，充电控制电路的输入端和输出端分别与单片机的充电控制输出端和电池组正电极连接，放电控制电路的输入端和输出端分别与单片机的放电控制输出端和电池组正电极连接。该装置的工作过程是这样的：电池组内各单体电池的电压由采样电路采样，采样电压被加到单片机的采样信号输入端，单片机每隔一定时间(可调)检测一次电池组中各单体电池的电压，若各单体电池上的电压均在2.8V～4.2V内，则充电控制电路和放电控制电路均导通，电池正常充放电；若电池组中某只或某几只单体电池与其它单体电池间的电压之差大于0.13V，则单片机将使电压均衡控制电路中相应并联在电压较高电池两端的MOSFET管导通，使这些电池的电压上升速度相应于电压最低及较低电池的电压上升速度减慢，进而使电池组中各单体电池间的电压差逐渐缩小。在电池充电过程中若某只或某几只电池已达到4.2V，单片机将关断充电控制电路，使电池组暂时停止充电并使已达到4.2V电压的单体电池小电流放电，经一定时间间隔后，单片机重新检测各单体电池的电压，如均未超过4.2V，则再使充电控制电路开通，电池组继续充电，此后电池组进入脉冲充电状态，充电时间逐渐缩短，停止充电时间保持不变，直至全部电池电压均达到4.2V。而在电池组放电过程中，单片机同样也检测各单体电池的电压，若单体电池的电压差大于0.13V，单片机也将使电压较高的单体电池的放电电流适当增加，从而使各单体电池的电压相等；在电池组放电过程中若当某只电池的电压已下降到2.8V时，单片机将关断放电控制电路，使电池组停止放电。
附图说明
图1为本实用新型的工作原理框图。
图2为本实用新型一个具体实施例装置的电路结构示意图。
具体实施方式
如图所示，本实用新型所述的锂离子电池组容量均衡充放电控制与保护装置含有电池组电压采样电路2、电池组电压均衡控制电路3、单片机4、充电控制电路5和放电控制电路6以及指示电路7、自恢复保险电路8等电路。图1中标号1为锂电池组，它由四只单体锂电池B1～B4构成(参见图2)。单片机4采用型号为78P458的集成芯片，一般每隔2～7秒(可调)检测一次各单体电池的电压。采样电路2由根据电阻R1～R9分别组成的四组并联分压电路构成，其各组电路的电压取样端分别被连接在单片机4内的AD变换器的引脚P61、P62、P63、P64上。电池组电压均衡控制电路3包括四个与单体电池B1～B4分别对应设置且输入端分别与单片机引脚P55、P54、P66、P65端联通的单体电池电压分控制电路，每个分控制电路中均含有一只用于均衡单体电池电压的MOSFET管(V4或V3或V2或V1)，各MOSFET管的输出棚极分别加在相应的一个单体电池的两端，可用于根据该电池电压容量相对其它电池的变化情况对其差值予以均衡。本装置中的充电控制电路5由MOSFET管V6及其功放电路构成，该控制电路5的输入端与单片机4的P56引脚联通，输出端则加在电池组电极上。充电过程中若电池组中的某只或某几只单体电池的电压达到4.2V，单片机4将关断V6使电池组暂停充电，其后当各单体电池又均不超过4.2V时，单片机4又使V6导通，电池组继续充电。电池放电控制电路6由MOSFET管V5及其功放电路构成，该控制电路6的输入端与单片机4的P57引脚联通，输出端同样加在电池组电极上。放电过程中若某一只单体电池的电压下降到2.8V时，单片机4将关断V5，从而使电池组停止放电。此外，在该装置中还设有自恢复保险电路8及指示电路7，其中自恢复保险电路8由熔断器F1构成，在电池组充放电过程中若因出现短路或过流故障而使电流超过用户要求的规定值(2～15A)时，F1变为关断状态，电池组停止充放电，短路或过流故障消除后，F1恢复导通状态，电池组可正常充放电；指示电路7由四只并联设置的发光二极管LED1～LED4构成，LED1～LED4的输入端分别接至单片机4的第P53、P52、P51、P50引脚，充电过程中，当某单体电池的电压达到4.2V后，相应的发光管发光，表明该单体电池已充足电，而在放电过程中，当某单体电池的电压下降到2.8V后，相应的发光管发光，表明该单体电池已放完电。
与现有的同类产品相比，本实用新型所述装置具有结构合理、成本低廉、方便实用等优点，利用其可使锂电池组中各单体电池的最大容量差值＜±2％，大大延长了电池组的使用寿命。

Claims (1)

  1. 一种锂离子电池组容量均衡充放电控制与保护装置，其特征在于它由电池组电压采样电路(2)、电池组电压均衡控制电路(3)、单片机(4)、充电控制电路(5)和放电控制电路(6)组成，采样电路(2)的输入端和输出端分别接至电池组(1)中各单体电池的正电极和单片机(4)的采样信号输入端，均衡控制电路(3)输入端和输出端分别接至单片机(4)的电压均衡控制输出端和电池组(1)中各单体电池的正电极上，充电控制电路(5)的输入端和输出端分别与单片机(4)的充电控制输出端和电池组正电极连接，放电控制电路(6)的输入端和输出端分别与单片机(4)的放电控制输出端和电池组正电极连接。
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