CN2796215Y

CN2796215Y - 具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组

Info

Publication number: CN2796215Y
Application number: CN 200520023754
Authority: CN
Inventors: 许福贵; 王鸿麟; 贾留宝; 范龙来
Original assignee: SHANXI GUANGYU POWER SOURCE CO
Current assignee: SHANXI GUANGYU POWER SOURCE CO
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2015-03-30

Abstract

本实用新型涉及一种具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组，是由三组锂电池串联组成，每组锂电池又由三只单体锂电池串联构成，每组锂电池均连接一个由充放电控制开关管和保护电路组成的均衡充放电控制电路。充放电过程中，集成芯片IC1连续检测三只单体锂电池的电压和充放电电流，并送入保护电路，通过充放电控制开关管控制锂电池组的充放电，实现单体锂电池的均衡充电和防止因过充电而损坏、因过放电而影响寿命。本实用新型中的锂电池采用锰酸锂作为正极材料，安全性能显著提高，成本大幅度降低。采用均衡充放电控制电路，使电池组循环寿命大大延长。

Description

具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组

所属技术领域

本实用新型涉及一种锂电池组，特别是涉及一种具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组。

背景技术

近年来，世界各国都非常重视环境保护，为了减少机动车造成的环境污染，许多城市都限制了摩托车的行驶范围，因此，各国都在大力发展电动车辆，以取代摩托车的部分功能。目前，我国的电动助力车年产量已达400万辆，电动助力车的数量已达数千万辆。但是实践证明，采用铅酸蓄电池的电动助力车存在许多严重的缺点，主要是电池组不仅体积大，而且特别重，轻型助力车的电池组重量约为13公斤，电动摩托车用电池组的重量可达20公斤以上，由于每天必须把电池组提回家中充电，使用非常不方便。此外，铅酸蓄电池的寿命很短，往往用不到一年就需要更换新的电池组。

多年来，许多专家都希望能够将锂离子电池应用于电动助力车，但是原有的锂离子电池直接应用在电动助力车上，有可能出现燃烧或爆炸等严重的安全问题，使得上述愿望一直未能实现。同时，原有的锂离子电池都是采用钴酸锂作为正极材料，电池的价格非常昂贵，一般用户难以接受。

发明内容

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种性能安全的具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组。

本实用新型的电动助力车锂电池组是由三组锂电池串联组成的，每组锂电池又由三只单体锂电池串联构成，在每组锂电池上均连接有一个由充放电控制开关管和保护电路组成的均衡充放电控制电路。

其中的保护电路包括有集成芯片IC1(S-8233A)和控制开关管MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3，MOSFET1串联电阻R8、MOSFET2串联电阻R9、MOSFET3串联电阻R1O，分别并联在单体锂电池E1、E2、E3上，组成E1、E2、E3的容量均衡电路；MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3分别与集成芯片IC1的CD1、CD2、CD3脚连接。同时，IC1的VCC脚连接单体锂电池E1的正极、VC1脚串联电阻R1后，连接单体锂电池E2的正极、VC2脚串联电阻R2后，连接单体锂电池E3的正极、VSS脚串联电阻R3后，与单体锂电池E3的负极连接；在IC1的VCC脚与VC1脚之间还并联有电容C1、VC1脚与VC2脚之间还并联有电容C2、VC2脚与VSS脚之间还并联有电容C3；IC1的VSS脚接地。集成芯片IC1的CCT脚、CDT脚和COVT脚分别串联电容C4、C5、C6后接地，CDT脚还串联控制开关管MOSFET-C后接地，其余CTL脚串联电阻R7，VMP脚串联电阻R5后连接EB+。

所述的充放电控制开关管包括放电控制开关管MOSFET-A和充电控制开关管MOSFET-B，MOSFET-A和MOSFET-B一起串联在单体锂电池E1的正极与EB+之间，MOSFET-A连接集成芯片IC1的DOP脚，MOSFET-B与IC1的COP脚连接，在IC1的COP脚与EB+之间还连接有电阻R6。

在电动助力车的运行过程中，需要及时了解电池组的现有电量，以便于决定是否需要充电，因此，本实用新型在锂电池组上还连接有容量显示电路。所述的容量显示电路包括运算放大器IC2、IC3、IC4、IC5和发光管VD1、VD2、VD3、VD4，电阻R21与R22、R23、R24、R25串联，电阻R26与R27、R28、R29、R30串联，并同时并联在电池组E的两端。分别从电阻R21、R22之间抽头接入运算放大器IC2的反相输入端，从电阻R22、R23之间抽头接入IC3的反相输入端，从电阻R23、R24之间抽头接入IC4的反相输入端，从电阻R24、R25之间抽头接入IC5的反相输入端，从电阻R26、R27之间抽头连接电阻R15后接入IC2的同相输入端，从电阻R27、R28之间抽头接入IC3的同相输入端，从电阻R28、R29之间抽头接入IC4的同相输入端，从电阻R29、R30之间抽头接入IC5的同相输入端；运算放大器IC2的输出端与发光管VD4和电阻R11串联、IC3的输出端与发光管VD3和电阻R12串联、IC4的输出端与发光管VD2和电阻R13串联、IC5的输出端与发光管VD1和电阻R14串联后，一起接入电池组E的正极。运算放大器IC4的反相输入端脚8连接电池组E的正极，同相输入端脚1与电池组E的负极连接，并接地；稳压二极管VD5与VD6串联后并联在电阻R27、R28、R29、R30串联电路的两端。

本实用新型的锂电池组采用锰酸锂作为正极材料。通常人们一直认为锰酸锂电池的循环寿命较低，但是采用本实用新型的均衡充放电控制电路后，改善了锂电池组的充放电控制技术，使得锂电池组的循环寿命大大延长，经国家权威机构检测，目前循环寿命已达到600次以上，可以满足电动助力车运行两年的需求，寿命比原来的铅酸蓄电池延长了一倍以上。

同时，经国家权威机构检测，本实用新型的锂电池组安全性能显著提高，消除了燃烧或爆炸的隐患，在电动助力车上经过一年多的实际运行，取得了满意的效果。

本实用新型的锂电池组与原来的钴酸锂电池相比，在安全性能大大提高的基础上，成本也大幅度的降低。虽然本实用新型锂电池组的体积比钴酸锂电池稍大，但是与原来的铅酸蓄电池相比，锂电池组的体积还是大大减小了，同时，电池组的重量也由13kg减小到了2kg。

为了便于用户选用新型的锂电池组，本实用新型将满足锂电池要求的均衡充放电控制电路装入了电池组中，这样即可采用原有的铅酸蓄电池充电器对本实用新型的锂电池组充电，减少了更换新型锂电池组的费用。

附图说明

图1是本实用新型锂电池组的原理框图；

图2是本实用新型锂电池组的均衡充放电控制电路示意图；

图3是锂电池组现有容量显示电路示意图。

具体实施方式

电动助力车锂电池组的工作电压为36V，锰酸锂电池的过充电保护电压设置为4.35V，因此，9只串联锂电池的过充电保护电压可达4.35×9＝39.15V，可以满足36V电动机的要求。为了实现单体锂电池的过充放电保护，本实用新型的锂电池组内装有三组串联的锂电池，每组锂电池又由三只单体锂电池E1、E2、E3串联构成，在每组锂电池上均连接有一个由充放电控制开关管2和保护电路1组成的均衡充放电控制电路；同时，还在锂电池组上串联有一个容量显示电路3。电动助力车锂电池组的均衡充放电和保护原理如图1所示。

其中的保护电路包括有一个型号为S-8233A的集成芯片IC1和控制开关管MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3，MOSFET1串联电阻R8、MOSFET2串联电阻R9、MOSFET3串联电阻R10，分别并联在单体锂电池E1、E2、E3上，组成E1、E2、E3的容量均衡电路；MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3分别与集成芯片IC1的CD1、CD2、CD3脚连接。同时，IC1的VCC脚连接单体锂电池E1的正极、VC1脚串联电阻R1后，连接单体锂电池E2的正极、VC2脚串联电阻R2后，连接单体锂电池E3的正极、VSS脚串联电阻R3后，与单体锂电池E3的负极连接；在IC1的VCC脚与VC1脚之间还并联有电容C1、VC1脚与VC2脚之间还并联有电容C2、VC2脚与VSS脚之间还并联有电容C3；IC1的VSS脚接地。

MOSFET-A为放电控制开关管，MOSFET-B为充电控制开关管，MOSFET-A和MOSFET-B一起串联在单体锂电池E1的正极与EB+之间，MOSFET-A连接集成芯片IC1的DOP脚，MOSFET-B与IC1的COP脚连接，在IC1的COP脚与EB+之间还连接有电阻R6。

集成芯片IC1的VMP脚串联电阻R5后，与EB+连接；CTL脚上串联电阻R7，R7的另一端接地时，锂电池组正常工作，悬空时则封锁锂电池组的充放电；CCT脚串联电容C4后接地，用于设定锂电池组的过充电延时时间；CDT脚串联电容C5后接地，用于设定锂电池组的过放电延时时间；COVT脚串联电容C6后接地，用于设定锂电池组的过流延时时间；CDT脚还串联控制开关管MOSFET-C后接地，当MOSFET-C输出为高电平时，封锁系统的过放电检测。

锂电池组的均衡充放电和保护原理是，在充放电过程中，保护电路中集成芯片IC1的VCC、VC1、VC2脚分别连续检测三只单体锂电池E1、E2、E3的电压和充放电电流，并将检测值送入保护电路，由保护电路控制充放电控制开关管控制锂电池组的充放电。锂电池组充电时，当某一只单体锂电池的电压首先达到4.30V时，与该单体锂电池相连的MOSFET导通，该单体锂电池的部分充电电流被旁路，电压上升缓慢；而其他单体锂电池的充电电流保持不变，电压上升相对较快，从而可实现三只单体锂电池的均衡充电；当任意一只单体锂电池的电压超过4.35V时，充电控制开关管MOSFET-B关断充电电路，防止电池因过充电而损坏。锂电池组放电时，当任意一只单体锂电池的电压低于3.0V时，放电控制开关管MOSFET-A关断放电电路，防止电池因过放电而影响寿命。当锂电池组的充放电电流过大时，充放电控制开关管关断充放电电路，防止因充放电电流过大而损坏电池或负载。锂电池组的均衡充放电控制电路图如图2所示。

在电动助力车的运行过程中，需要及时了解锂电池组的现有电量，以便于决定是否需要充电，锂电池组上的现有容量显示电路如图3所示，包括运算放大器IC2、IC3、IC4、IC5和发光管VD1、VD2、VD3、VD4，电阻R21与R22、R23、R24、R25串联，电阻R26与R27、R28、R29、R30串联，并同时并联在电池组E的两端。分别从电阻R21、R22之间抽头接入运算放大器IC2的反相输入端，从电阻R22、R23之间抽头接入IC3的反相输入端，从电阻R23、R24之间抽头接入IC4的反相输入端，从电阻R24、R25之间抽头接入IC5的反相输入端，从电阻R26、R27之间抽头连接电阻R15后接入IC2的同相输入端，从电阻R27、R28之间抽头接入IC3的同相输入端，从电阻R28、R29之间抽头接入IC4的同相输入端，从电阻R29、R30之间抽头接入IC5的同相输入端；运算放大器IC2的输出端与发光管VD4和电阻R11串联、IC3的输出端与发光管VD3和电阻R12串联、IC4的输出端与发光管VD2和电阻R13串联、IC5的输出端与发光管VD1和电阻R14串联后，一起接入电池组E的正极。运算放大器IC4的反相输入端脚8连接电池组E的正极，同相输入端脚1与电池组E的负极连接，并接地；稳压二极管VD5与VD6串联后并联在电阻R27、R28、R29、R30串联电路的两端。

现有容量显示电路的工作原理为，四只发光管VD1、VD2、VD3和VD4分别指示电池现有容量为额定容量的25％、50％、75％和100％，这四只发光管分别由型号为LM324的四只运算放大器控制，在每只运算放大器的同相输入端加入不同的基准电压Vref1、Vref2、Vref3和Vref4，电池组的采样电压加到运算放大器的反相输入端。当电池组充足电时，电池采样电压最高，四只运算放大器都输出高电平，四只发光管发光，显示电池的现有容量为额定容量的100％，放电过程中，电池组的电压逐渐降低，当下降到设定数值后，表示100％容量的发光管VD4熄灭，其他三只发光管发光，电池现有容量只有额定容量的75％；再继续放电，表示75％容量的发光管VD3熄灭，其他两只发光管发光，电池现有容量只有额定容量的50％，以此类推，当只有一只发光管发光时，电池现有容量只有额定容量的25％，通常此时，应对电池组进行充电。

Claims

1、一种具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组，其特征是锂电池组由三组锂电池串联组成，每组锂电池又由三只单体锂电池串联构成，在每组锂电池上均连接有一个由充放电控制开关管和保护电路组成的均衡充放电控制电路。

2、根据权利要求1所述的具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组，其特征是在锂电池组上还连接有容量显示电路。

3、根据权利要求1所述的具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组，其特征是所述的保护电路包括有集成芯片IC1和控制开关管MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3，MOSFET1串联电阻R11、MOSFET2串联电阻R12、MOSFET3串联电阻R13，分别并联在单体锂电池E1、E2、E3上；MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3分别连接在集成芯片IC1的CD1、CD2、CD3脚上；IC1的VCC脚与单体锂电池E1的正极连接、VC1脚串联电阻R1后，与E2的正极连接、VC2脚串联电阻R2后，与E3的正极连接、VSS脚串联电阻R3后，与E3的负极连接；在IC1的VCC脚与VC1脚之间并联电容C1、VC1脚与VC2脚之间并联电容C2、VC2脚与VSS脚之间并联电容C3；IC1的VSS脚接地；所述的充放电控制开关管电路包括放电控制开关管MOSFET-A和充电控制开关管MOSFET-B，MOSFET-A和MOSFET-B一起串联在E1的正极与EB+之间，MOSFET-A连接IC1的DOP脚，MOSFET-B与IC1的COP脚连接，在IC1的COP脚与EB+之间还连接有电阻R6。

4、根据权利要求2所述的具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组，其特征是所述的容量显示电路包括运算放大器IC2、IC3、IC4、IC5和发光管VD1、VD2、VD3、VD4，电阻R21与R22、R23、R24、R25串联，电阻R26与R27、R28、R29、R30串联，并同时并联在电池组E的两端；分别从电阻R21、R22之间抽头接入运算放大器IC2的反相输入端，从电阻R22、R23之间抽头接入IC3的反相输入端，从电阻R23、R24之间抽头接入IC4的反相输入端，从电阻R24、R25之间抽头接入IC5的反相输入端，从电阻R26、R27之间抽头连接电阻R15后接入IC2的同相输入端，从电阻R27、R28之间抽头接入IC3的同相输入端，从电阻R28、R29之间抽头接入IC4的同相输入端，从电阻R29、R30之间抽头接入IC5的同相输入端；运算放大器IC2的输出端与发光管VD4和电阻R11串联、IC3的输出端与发光管VD3和电阻R12串联、IC4的输出端与发光管VD2和电阻R13串联、IC5的输出端与发光管VD1和电阻R14串联后，一起接入电池组E的正极；运算放大器IC4的反相输入端脚8连接电池组E的正极，同相输入端脚1与电池组E的负极连接，并接地；稳压二极管VD5与VD6串联后并联在电阻R27、R28、R29、R30串联电路的两端。