CN2824320Y

CN2824320Y - 一种智能电池包

Info

Publication number: CN2824320Y
Application number: CN 200520114473
Authority: CN
Inventors: 张建华; 雷屿; 王营辉
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2015-07-28

Abstract

一种智能电池包包括多节电池、多个电池保护芯片、放电信号合成装置和/或充电信号合成装置、放电控制单元和/或充电控制单元，其中，所述智能电池包还包括电池管理芯片，该电池管理芯片与电池电连接，且分别与放电控制单元和充电控制单元电连接。并且所述智能电池包还包括通信接口，该通信接口与电池管理芯片电连接。本实用新型提供的智能电池包不仅可以显示并实时监控电池的电压、温度等参数，而且可以改变芯片内设定的过充、过放电电压值，以对智能电池包的充放电保护进行有效地控制。同时，本实用新型提供的智能电池包对电池充放电起到了双重保护作用，大大提高了智能电池包在充放电过程中的可靠性和安全性，延长了智能电池包的使用寿命。

Description

一种智能电池包

技术领域

本实用新型涉及电池包，具体地说，涉及一种能够进行充放电保护的智能电池包。

背景技术

通常在电池的使用过程中，需要反复对其进行充放电，然而如果没有任何的保护措施，很容易导致电池过充电或过放电。以锂离子电池为例，如果直接将锂离子电池接到电源处充电，则当锂离子电池的电压超过上限值(额定为4.25V)时，将造成电池过充电；如果将负载直接接到锂离子电池的回路中对电池进行放电，则当锂离子电池的电压下降到低于下限值(额定为2.3V)时，将造成电池过放电。而如果锂离子电池过充电，将会导致电池内压升高、电池变形、漏液等许多不良现象，严重时甚至会造成电池爆炸或者着火；如果锂离子电池过放电，特别是大电流过放电或反复过放电，将会使电池内压升高，极片上的正负极活性物质的可逆性受到破坏，从而导致锂离子电池的可供电时间越来越短。因此，设置电池充放电保护装置对于保障电池的充放电安全来说是至关重要的。

在实际应用中，为了获得更高的电压和功率，通常将多个单体电池组合成电池包的形式使用。与普通电池包不同的是，智能电池包是一种内部具有电池保护芯片，能够根据电池的充放电电压发出充放电中止信号，从而对电池包进行充放电保护的电池包。其中所述的电池保护芯片可以根据设计需要选用各种能够实现电池过充、过放保护的芯片，如8241芯片。

现有的智能电池包的结构如图1所示，包括多节电池、多个电池保护芯片、放电信号合成装置和/或充电信号合成装置、放电控制单元和/或充电控制单元。其中放电控制单元、充电控制单元以及多节电池之间相互串联，每一节电池与一个电池保护芯片并联，每个电池保护芯片都分别与放电信号合成装置和/或充电信号合成装置电连接，放电信号合成装置或充电信号合成装置分别与放电控制单元或充电控制单元电连接，其中所示虚线表示省略了多个重复的单元或装置。

当将电源电连接到智能电池包的正负极接线柱，对电池包进行充电时，电池保护芯片可以对充电电压进行检测，当测得的电压超过其内部出厂时设定的充电电压值时，电池保护芯片将发出充电保护信号到充电信号合成装置，充电信号合成装置将来自于多个电池保护芯片的充电保护信号合成为一个充电控制信号，并传送到充电控制单元，以断开充电控制单元，从而中止充电。

当将负载电连接到智能电池包的正负极接线柱，对电池包进行放电时，电池保护芯片可以对放电电压进行检测，当测得的电压低于其内部出厂时设定的放电电压值时，电池保护芯片将发出放电保护信号到放电信号合成装置，放电信号合成装置将来自于多个电池保护芯片的放电保护信号合成为一个放电控制信号，并传送到放电控制单元，以断开放电控制单元，从而中止放电。

然而，这种智能电池包存在着以下缺陷：首先，由于电池保护芯片内部的过充、过放电压的设定值均为出厂值，不可以更改，因此当这个设定值过高或者过低，不能相应地对电池的过充或者过放电起到保护作用时，也不可以改变该设定值，也就是说，电池保护芯片不能读也不能写，无法对电池包的充放电保护进行控制。其次，当电池保护芯片发生故障失效时，智能电池包的充放电将无法得到保护，从而将对智能电池包造成损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有智能电池包内部设定的过充、过放电电压值不可改变，同时当其内部的电池保护芯片失效时将无法对智能电池包进行充放电保护的缺点，提供一种能够改变智能电池包内部设定的过充、过放电电压值，同时当其内部的电池保护芯片失效时也可以对智能电池包进行充放电保护的智能电池包。

本实用新型提供的智能电池包包括多节电池、多个电池保护芯片、放电信号合成装置和/或充电信号合成装置、放电控制单元和/或充电控制单元，所述放电控制单元、充电控制单元以及多节电池之间相互串联，每一节电池与一个电池保护芯片并联，每个电池保护芯片都分别与放电信号合成装置和/或充电信号合成装置电连接，放电信号合成装置或充电信号合成装置分别与放电控制单元或充电控制单元电连接；其中，所述智能电池包还包括电池管理芯片，该电池管理芯片与电池电连接，并且分别与放电控制单元和充电控制单元电连接。

本实用新型提供的智能电池包可以通过转接器与计算机连接，从而不仅可以显示并实时监控电池的电压、温度等参数，而且可以改变芯片内设定的过充、过放电电压值，以对智能电池包的充放电保护进行有效地控制，并且操作简单方便。另外，本实用新型提供的智能电池包的优点还在于，当智能电池包内部的电池保护芯片失效时，也可以对智能电池包的充放电进行保护，以防止电池过充或过放电造成的危害，从而对智能电池包的充放电起到了双重保护的作用，大大提高了智能电池包在充放电过程中的可靠性和安全性，延长了智能电池包的使用寿命。

附图说明

图1是现有智能电池包的结构示意图；

图2是本实用新型提供的智能电池包的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图2所示，本实用新型提供的智能电池包包括多节电池、多个电池保护芯片、放电信号合成装置和/或充电信号合成装置、放电控制单元和/或充电控制单元，所述放电控制单元、充电控制单元以及多节电池之间相互串联，每一节电池与一个电池保护芯片并联，每个电池保护芯片都分别与放电信号合成装置和/或充电信号合成装置电连接，放电信号合成装置或充电信号合成装置分别与放电控制单元或充电控制单元电连接；其中，所述智能电池包还包括电池管理芯片，该电池管理芯片与电池电连接，并且分别与放电控制单元和充电控制单元电连接。优选情况下，每个电池保护芯片都分别与放电信号合成装置和充电信号合成装置电连接。

所述电池可以为锂离子及锂聚合物电池，或者镍氢电池、镍镉电池。并且所述智能电池包内所包括的多节单体电池的数量可以根据需要自由增减。

所述电池保护芯片可以根据设计需要选用各种能够实现电池过充、过放保护的芯片，如8241芯片、8261芯片、R5422N芯片等，优选为8241芯片。每节单体电池都并联一个8241芯片，以对电池进行充放电控制。

所述放电信号合成装置或充电信号合成装置可以为本领域技术人员所公知的各种能够将多个信号合成为一个信号的装置，如二极管、光电耦合器、或门、与门等。放电信号合成装置用于将分别从多个电池保护芯片传出的放电保护信号合成为一个放电控制信号传送到放电控制单元，充电信号合成装置用于将分别从多个电池保护芯片传出的充电保护信号合成为一个充电控制信号传送到充电控制单元。

所述放电控制单元或充电控制单元可以为本领域技术人员所公知的各种能够实现电路通断的装置，如MOS管、三极管、继电器等，优选为MOS管。

所述电池管理芯片可以选用由美国微芯科技公司推出的PS401或PS501芯片，这些芯片结合了PIC18系列单片机的高性能、低功耗、可靠性高等特点与Powersmart的3D电量计量模型和先进的电量计量算法。其中，优选PS501芯片，该芯片不仅采用了Microchip高性能、低功耗的PIC18单片机核心，还集成了一个16位可编程的Sigma-Delta模数转换器，能够通过片上稳压器、片内传感器等采集表示电池容量、电流、电压、温度以及其他状态的信号，再通过其内部集成的模数转换器将模拟信号转换成数字信号，并且所述PS501芯片具有内部电池平衡、电池保护输出等功能。所述PS501芯片适用于2至4节锂离子及锂聚合物电池单体或6至12节镍氢电池、镍镉电池单体。

本实用新型提供的智能电池包还包括通信接口，该通信接口与电池管理芯片电连接。优选地，该通信接口与PS501芯片的第6和第7管脚通过导线相连。该通信接口用于连接转接器，以通过转接器实现智能电池包内的PS501芯片与计算机的连接。优选情况下，所述转接器为SMbus转接器。

当智能电池包中包括三节锂离子电池时，智能电池包中只需要一片PS501芯片来控制这三节锂离子电池。此时，PS501芯片的第11管脚与第一节电池的正极通过导线相连，PS501芯片的第10管脚与第二节电池的正极通过导线相连，PS501芯片的第9管脚与第三节电池的正极通过导线相连，PS501芯片的第8管脚与第三节电池的负极通过导线相连。

当智能电池包中包括四节锂离子电池时，智能电池包中也只需要一片PS501芯片来控制这四节锂离子电池。此时，PS501芯片的第11管脚与第一节电池的正极通过导线相连，PS501芯片的第10管脚与第二节电池的正极通过导线相连，PS501芯片的第9管脚与第三节电池的正极通过导线相连，PS501芯片的第8管脚与第四节电池的正极通过导线相连，PS501芯片的第14管脚与第四节电池的负极通过导线相连。

由于智能电池包中所包括的单体电池的数量可以根据需要增加或者减少，所以当智能电池包中单体电池的数量增加时，只需要相应地增加PS501芯片的个数，以保证每个PS501芯片连接三节或者四节单体电池即可。同时将每个PS501芯片分别与放电控制单元、充电控制单元以及通信接口电连接。电路中其他部分的连接与智能电池包中只有一个PS501芯片的连接方式相类似。

例如，在本实用新型的一种具体的实施方式中，智能电池包中包括相互串联的13节单体锂离子电池。可以将这13节电池划分成四组，其中三组分别包括三节单体锂离子电池，另外一组包括四节单体锂离子电池。使用四个PS501芯片分别与这四组电池电连接，同时将这四个PS501芯片中的每一个都分别与放电控制单元、充电控制单元以及通信接口电连接。

当将电源或者负载电连接到智能电池包的正负极接线柱，对电池包进行充电或者放电时，PS501芯片通过片上稳压器、片内传感器等来采集表示电池容量、电流、电压、温度以及其他状态的信号。因为PS501芯片内设定的充电电压值、放电电压值可以针对不同的电池而设定，所以PS501芯片内设定的充电电压值或放电电压值可以高于或者低于电池保护芯片，如8241芯片内设定的充电电压值或放电电压值。因此，当对电池包充电时，PS501芯片将采集到的充电电压值与PS501芯片和8241芯片内设定的充电电压值中较低的一个值进行比较。而当对电池包放电时，PS501芯片将采集到的放电电压值与PS501芯片和8241芯片内设定的放电电压值中较高的一个值进行比较。

优选情况下，为了对智能电池包进行更有效的充放电保护，通常PS501芯片内设定的充电电压值低于8241芯片内设定的充电电压值，而PS501芯片内设定的放电电压值高于8241芯片内设定的放电电压值。因此，PS501芯片可以将采集到的电池的充放电电压值与PS501芯片内设定的充放电电压值进行比较。

当对电池包进行充电时，如果采集到的充电电压值比PS501芯片内设定的充电电压值高，则PS501芯片将发出充电控制信号到充电控制单元，以断开充电控制单元，从而中止充电。当对电池包进行放电时，如果采集到的放电电压值比PS501芯片内设定的放电电压值低，则PS501芯片将发出放电控制信号到放电控制单元，以断开放电控制单元，从而中止放电。

同时，由于通过通信接口利用转接器可以实现PS501芯片与计算机的相互连通，因此可以通过计算机直接读取PS501芯片采集到的电池的容量、电流、电压、温度等参数，以及PS501芯片内部设定的充放电电压值。当PS501芯片内部设定的充放电电压值需要更改时，可以通过计算机对具体的设定值进行更改，再通过转接器将数据传送回PS501芯片，以改变PS501芯片内部的设定值，从而实现对智能电池包充放电保护的有效控制。

Claims

1.一种智能电池包包括多节电池、多个电池保护芯片、放电信号合成装置和/或充电信号合成装置、放电控制单元和/或充电控制单元，所述放电控制单元、充电控制单元以及多节电池之间相互串联，每一节电池与一个电池保护芯片并联，每个电池保护芯片都分别与放电信号合成装置和/或充电信号合成装置电连接，放电信号合成装置或充电信号合成装置分别与放电控制单元或充电控制单元电连接；其特征在于，所述智能电池包还包括电池管理芯片，该电池管理芯片与电池电连接，并且分别与放电控制单元和充电控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的智能电池包，其中，每个电池保护芯片都分别与放电信号合成装置和充电信号合成装置电连接。

3.根据权利要求1所述的智能电池包，其中，该智能电池包还包括通信接口，该通信接口与电池管理芯片电连接。

4.根据权利要求1或3所述的智能电池包，其中，所述电池管理芯片为PS501芯片。

5.根据权利要求1所述的智能电池包，其中，所述电池保护芯片为8241芯片。

6.根据权利要求1所述的智能电池包，其中，所述放电信号合成装置或充电信号合成装置为二极管或光电耦合器。

7.根据权利要求1所述的智能电池包，其中，所述放电控制单元或充电控制单元为MOS管。

8.根据权利要求3所述的智能电池包，其中，所述智能电池包的通信接口通过转接器与计算机连接。

9.根据权利要求8所述的智能电池包，其中，所述转接器为SMbus转接器。