CN2640097Y

CN2640097Y - 锂二次电池组充放电装置

Info

Publication number: CN2640097Y
Application number: CNU032678088U
Authority: CN
Inventors: 杨海珊、王传福、严岳清
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2013-07-16

Abstract

一种锂二次电池组充放电装置，其包括一组充电器和充电器管理系统组成。在结构上采用模块式设计，使每节电池对应各自独立的充电器和独立的充放电保护电路，充电器管理系统由微处理器MCU、八路选择开关及保护电路构成，在电池放电时，充电器管理系统对个体电池之间容量差异值进行搜索和比较，当该值达到某一设定值时，充电器管理系统将会控制充电器以较小电流对电池充电，从而使个体电池的容量差有效的控制在一定范围之内。同时，充电器管理系统检测到电池短路，或电池电压在充电时超过额定电压或温度异常时，切断充电器的输出，从而起到安全保护作用。

Description

锂二次电池组充放电装置

【技术领域】

本实用新型涉及动力锂离子电池组的充放电电路，特别是涉及一种对动力锂离子电池组的容量不均衡性的充放电控制电路。

【背景技术】

随着锂二次电池在通讯领域使用的成功，业界已开始研究在电动工具、电动自行车、电动车、电动汽车上使用锂二次电池，而目前已知的锂二次电池组合使用是采用电池串联充电、放电管理的，在锂电池串联使用时，因为电池每节电芯的性质不可能完全一致，用久了就有某些质量稍差的先老化，破坏了整体(串联之后)的放电曲线。即有坏电芯的那节电池先充满电，又先放完，而其他电芯的容量都没有被完全使用。由于电池的这种不均衡性使电池块的整体容量降低而影响了整个能源系统的使用价值，特别是采用串联充电，存在安全隐患，更为重要的是无法很好的对电池的不均衡性进行控制，锂二次电池如采用串联充电，当其中一节电池电压过到上限保护电压时，其控制电路将切断充电电路，从而影响其他电池没法充满电，而放电时又以容量最低的电池为准，使个体电池之间容量差异加大，整个电池组寿命缩短。尤其是电动汽车，安全与寿命应放在第一。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种锂二次电池组充放电装置，该电路可对每个电池独立充电，以保证每个电池块在充电时得以充满电能，放电时可有效控制个体电池间的容量差。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型锂二次电池组充放电装置主要由一组充电器和充电器管理系统组成。在结构上采用模块式设计，使每节电池对应各自独立的充电器和独立的充放电保护电路，充电器管理系统由微处理器MCU、八路选择开关及保护电路构成，在电池放电时，充电器管理系统对个体电池之间容量差异值进行搜索和比较，当该值达到某一设定值时，充电器管理系统将会控制充电器以较小电流对电池充电，从而使个体电池的容量差有效的控制在一定范围之内。同时，充电器管理系统检测到电池短路，或电池电压在充电时超过额定电压或温度异常时，切断充电器的输出从而起到安全保护作用。

本实用新型进一步包括一档位插头、该档位插头有A和B两种插头，B插头可直接进行大电流充电(如充电站)，A插头是为了使汽车能在小电流情况下(如家里)充电。

本实用新型动力锂电池组的充放电系统的优点在于：1.可以保证每个电池在充电时得以充满电能，弥补了电池容量的不均衡性，放电时将个体电池的容量差有效的控制在一定范围之内，2、由于各电池对应独立的充电器和充放电保护电路，基本根除了电池过充电的可能性，大大提高了电池使用的安全性。3、结构上采用模块式设计，利于任意组合，又使互相间的联接达到最可靠。

下面参照附图结合实例对本实用新型作进一步的说明。

【附图说明】

图1为本实用新型锂二次电池组充放电装置的电路方框图。

图2为本实用新型锂二次电池组充放电装置的充电器管理系统电路图。

图3为本实用新型锂二次电池组充放电装置的充电器电路图。

【具体实施方式】

在电动工具、电动自行车、电动汽车中串联使用的锂电池节数不一样，本实用新型以电动汽车电池为例，详细描述本实用新型锂二次电池组充放电装置的工作原理：

请参考图1，本实用新型锂二次电池组充放电装置主要由充电器、档位插头、充电器管理系统三部分组成的。

在电动汽车中一般使用64节动力锂电池，为了能够对每个电池独立充电，以保证每个电池块在充电时得以充满电能，所以使用了64个充电器，每个充电器由AC/DC开关电源和保护电路组成，当充电器的电源异常时，即无法稳压在4.2V，其时保护电路若检测到电池电压达到4.35V时，其CO端从高变低，从而使MOS管关断，切断充电回路。

为了使汽车能在家里或充电站都能充电，该锂二次电池组充放电装置有A和B两种插头，使用B插头(大电流I)可直接在充电站进行充电，如要在家充电就需要使用A插头(小电流II)，当A插头插上时，B插头也需插在B1座上，充电器才能正常工作，这是为了提醒用用户确实在家充电。当A插头插上时，变压器T1把市电降压，再通过D1、D2、C1、C2整流滤波后用稳压块7805把电压稳在5V，把5V通过D3二极管提供给充电器的控制电流档位端，从而改变成小电流充电，其中D3是防止图二中的J2端电源与图四中的J2-1端的电源同时工作时的相互影响。

充电器管理系统主要有两大功能：一是在电池放电时，将对个体电池之间容量差异值进行搜索和比较，当该值达到某一设定值时，充电器管理系统将会在J2-1端提供一个4.3V的电压给充电器的控制电流档位端，控制充电器以小电流对电池充电，小电流充电电极反应较为充分，故有利于电池容量的发挥，从而使整个电池块在使用一定的循环数后，由充电器管理系统对电池自动进行“修复”，从而可将个体电池的容量差有效的控制在一定范围之内；二是当充电器管理系统检测到电池短路，或电池电压在充电时超过4.35V时，或温度异常时，则在J3处提供一5V电压给充电器的控制端，让充电器无输出.从而起了安全保护作用。

请参考图2，该充电器管理系统主要使用的MCU是PIC16LF76，C203、C204、Y01为MCU提供了工作时钟，R164、R165、R166、C202、C201、Q210为MCU提供了上电复位信号，MCU的AN0、AN1两脚是A/D模拟变成数据量的接口，RB1～RB7、RC0、RC1均为MCU的I/O口。其中RC0、RC1主要是检测串联电池组任一节电池电压和任何一节电池的温度，根据这两个参数对电池组进行管理，如当充电器管理系统检测到电池短路，或电池电压在充电时超过4.35V时，或温度异常时，通过MCU给其RC1脚置高电平，这时K65光隔的发光管亮，则把VCC1的电压传送到J3的1脚，让充电器无输出。同样当要控制小电流充电时，只要通过MCU给其RC0脚置高电平，则就会把VCC1的电压传送到J2的1脚，D100主要是防止图二中的J2端电源与图四中的J2-1端的电源相互影响。U2～U18都是4051，其为八路的模拟开关，U3～U10共八个八路的模拟开关，相当于64个开关，当要检测任一节电池电压时，只要通过MCU设定，选中其中一个模拟开关，则就会把相应的电池电压拉到检测的地方，如要检测B1电池的电压，当给RB4、RB5、RB6、RB7置低电平时(即0000)时，则INH1为低电平，则选中了U3～U10中的U3，这时再给RB1、RB2、RB3置低电平时(即000)时，则先中了U3中八路模拟开关的Y0，这时Y0为高电平，点亮了K1光隔，这时B1+、B1-的电压被光隔开关拉到Vin+、Vin-处，即实现了把电池电压拉到测量处，同样如RB4、RB5、RB6、RB7置为0111，RB1、RB2、RB3置为111时，则U10的Y7为高电平，点亮了K64光隔，这时B64+、B64-的电压被光隔开关拉到Vin+、Vin-处，为了使采样稳定，先通过L1、C206、C207滤波，再把Vin+、Vin-处的电压通过U20跟随器送到ISO124隔离放大器，通过其隔离放大器，使Vb等于被测的电池电压，但Vb的参考地与Vin+、Vin-处的地是不共地的，这就避免了电池接入时对MCU的影响，另外Vb通过R176、R177、R178、C208、C209、U36构成的二阶低通滤波器滤波，使得采样更稳定。R179、D102为保护MCU的采样口AN0。另外R201～R328电阻主要是防止K1～K64光隔开关失灵时，避免电池间相互短路对电池的损坏，电阻保护作用。同样的U11～U18共八个八路的模拟开关，相当于64个开关，当要检测任一节电池温度NTC时，只要通过MCU设定，选中其中一个模拟开关，由于其MCU对B1电池电压采样时对PB1～RB7的置位与对T1电池温度采样时的置位是一样的，MCU主要是通过采样端口AN0、AN1区别是电池电压的采样还是温度的采样。

请参考图3，该图为本实用新型中充电器的内部电路结构。该充电器主要是采用半桥方式实现AC/DC转换的。脉宽调制控制采用集成控制器TL494，它在4.2V输出端的电压负反馈控制级、过压、过流保护线路的控制下，向半桥式直流变换器驱动线路馈出两路相位相差180的脉宽调制控制脉冲，其控制信号被功率放大后，被高频变压器耦合给次级绕组中，经整流滤波后形成4.2V和12V直流电源，其中4.2V为电池充电电源，12V为风扇的工作电源。图中F1为保护管，C1、C4以及C2、C3都为线路滤波电容，但C1和C4用于抑制正态噪声，而C2、C3用于抑制共态噪声，C1、C2、C3、C4、C5、L1用于限制来自电网的高频干扰对稳压线的影响及抑制开关电路自身所产生的高频干扰电网。通过VD整流的脉动电压，经C6、C7、L2滤波后得300V直流电压，其中C6、C7各承受150V的电压，R1、R2为C6、C7的均压电阻。300V直流一路送给Q4、Q5及相关元件组成的半桥变换电路，另一路送给Q6、T3及其周围元件组成的直流辅助电源VCC，当VCC提供给TL494的12脚后(电源脚)，TL494正常工作，其5脚、6脚接的分别是定时电容、定时电阻，使得TL494内部振荡器开始工作，这时在8脚、11脚送出相位差为180度的驱动脉冲分别驱动Q1、Q2，由Q1、Q2经驱动变压器T2控制Q4、Q5进行交替导通、截止，这样此TL494控制的半桥线路就开始工作了，并由T1次级绕组经D2、D3整流和L4、L5、C11、C12贮能滤波后就可送出4.2V直流充电电压，同时T1次级绕组经D1、D4整流和L3、L6、C13贮能滤波后得12V直流电源供风扇工作，改善充电工作环境，其中R56为风扇的保护电阻。4.2V充电电源稳压电路利用TL494内部的控制放大器(1脚、2脚)进行闭环反馈控制，主要由4.2V电压经R54、R55、POT1分压后向TL494的1脚馈送一个4.2V电压反馈控制信号，其1脚是控制放大器的同相输入端，其控制放大器的反相输入端2脚的参考电平是由TL494内部产生的5V基准电源通过R19、R20分压得到的，控制放大器输入端发生变化导致TL494输出的脉冲的宽度发生变化，从而实现稳压的目的；4.2V充电电源过流保护的实现同其稳压电路原理是一样的，它采用的是TL494另外一个控制放大器(15脚、16脚)，R17是电流的采样电阻，由于R7较小，通过UB、R57、R58、R59、R60把R17上的采样信号放大，送到TL494控制放大器输入端，当电流过大时，TL494检测到并调整驱动脉冲的宽度从而实现过流保护。UC检测到充电电流较小时，输出高电平，驱动LED1亮，从而实现满充电指示。当J2-2送过来高电平，KK3光隔开关合上，R60被屏蔽掉，从而改变充电电流采样信号的放大倍数，实现小电流II、大电流的I两档电流的控制。当J3-1送过来高电平时，KK1光隔开关合上，+5V电平通过R28、D13馈送到TL494的4脚，TL494检测到4脚为高电平时，无驱动脉冲的输出，即关断半桥电路的工作，从而无充电电源4.2V的输出，从而整机系统能够控制充电电源输出。另外当初级电流过大时，经T2耦合过来，经过D5、R9、D6馈到UA，当UA检测到电流较大，输出低电平，从而Q4导通，从而+5V的电平馈到D14，通过D14到TL494的4脚，TL494检测到4脚为高电平时，关断半桥电路的工作，从而起到保护作用。辅助电源为RCC电路。

Claims

1.一种锂二次电池组充放电装置，其特征在于该装置包括：

一组充电器，每一充电器独立连接在一个对应的锂电池正负端，由充电器一对一给电池充电；

一个充电器管理系统，连接每一充电器，该系统具有一个对个体电池之间容量差异值进行搜索和比较的电路，该电路在电池放电时检测到容量差异值达到某一设定值时，发送一电压信号到充电器的控制端，使充电器以小电流对电池充电；

一个电源输入电路，与市电连接并接入每一充电器供电。

2.如权利要求1所述的锂二次电池组充放电装置，其特征在于：所述的充电器由AC/DC开关电源和保护电路组成。

3.如权利要求1所述的锂二次电池组充放电装置，其特征在于：所述充电器管理系统还包括一微处理器，以及与其电连接的短路保护电路、过电压保护电路和温度异常保护电路，微处理器通过片选部件连接和控制各充电器。

4.如权利要求1所述的锂二次电池组充放电装置，其特征在于：所述充电器管理系统的检测电路检测到电池短路、充电电压超过额定电压、电池温度异常检测后、提供一电压信号给充电器的控制端，切断充电器的输出。

5.如权利要求1所述的锂二次电池组充放电装置，其特征在于：所述电源插头有A和B两种插头，使用A插头进行小电流充电，使用B插头进行大电流充电。