專利名稱：一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源領(lǐng)域，特別涉及一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，由于鋰電池具有放電電壓穩(wěn)定、自放電率低、壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)、體積小、無公害等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在測(cè)試儀器、數(shù)碼產(chǎn)品、電動(dòng)工具等上面。圖I顯示了現(xiàn)有技術(shù)提供的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，包括鋰電池充放電組件、控制模塊和充放電開關(guān)裝置。所述控制模塊根據(jù)多節(jié)串聯(lián)鋰電池組系統(tǒng)的充電或放電狀態(tài)，控制充放電開關(guān)裝置接通或斷開充電回路或供電回路。目前，一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組系統(tǒng)仍存在以下問題I、鋰電池充放電組件和控制模塊之間的IIC通訊發(fā)生異常時(shí)，可能導(dǎo)致充放電?！ぷo(hù)異常或失效，使鋰電池組使用安全性失控，甚至發(fā)生意外；2、多節(jié)串聯(lián)鋰電池組系統(tǒng)發(fā)生過流、甚至短路時(shí)，可能造成鋰電池組充放電安全性問題；3、由于鋰電池組單個(gè)鋰電池之間存在電壓、內(nèi)阻、容量差異，導(dǎo)致滿充電電壓一致性誤差，對(duì)于同樣的負(fù)載，鋰電池之間電壓差越大，鋰電池組充放電時(shí)間越短，鋰電池組持續(xù)放電能力越低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)，能更好地解決由于鋰電池充放電組件與控制模塊之間IIC通訊異常導(dǎo)致的鋰電池組充放電使用安全性等問題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)，包括鋰電池充放電組件，用于將外部充電電源接入鋰電池組進(jìn)行充電，并向負(fù)載供電；控制模塊，與所述鋰電池充放電組件進(jìn)行IIC通訊，以控制所述鋰電池充放電組件進(jìn)行滿充電；充放電開關(guān)裝置，用于接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路；通訊異常保護(hù)電路，用于對(duì)所述控制模塊的IIC通訊狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并在檢測(cè)到IIC通訊異常時(shí)，發(fā)出IIC通訊異常信號(hào)；其中，所述充放電開關(guān)裝置根據(jù)所述ICC通訊異常信號(hào)，斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路。進(jìn)一步地，所述鋰電池充放電組件包括模擬前端電路，用于采集所述鋰電池組中每個(gè)鋰電池的電壓數(shù)據(jù)，并通過IIC總線將所采集的電壓數(shù)據(jù)送入控制模塊，以便所述控制模塊生成用于每個(gè)鋰電池均衡充電的多個(gè)均衡充電控制信號(hào)；均衡驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)所述多個(gè)均衡充電控制信號(hào)，生成多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)；均衡電路，用于根據(jù)多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制每個(gè)鋰電池進(jìn)行滿充電。優(yōu)選地，所述均衡電路包括多個(gè)分別并聯(lián)在每個(gè)鋰電池兩端的均衡單元，其每個(gè)均衡單元包括串聯(lián)連接的電子開關(guān)和電阻器。進(jìn)一步地，所述鋰電池充放電組件還包括放電電流保護(hù)電路，用于檢測(cè)放電電流，并在檢測(cè)到放電電流超過預(yù)定放電電流值時(shí)，生成放電電流保護(hù)信號(hào)； 充電電流保護(hù)電路，用于檢測(cè)充電電流，并在檢測(cè)到充電電流超過預(yù)定充電電流值時(shí)，生成充電電流保護(hù)信號(hào)。 優(yōu)選地,所述放電電流保護(hù)電路具有一個(gè)放電過流保護(hù)單元，包括第一運(yùn)算放大器；連接在第一運(yùn)算放大器正相輸入端和采樣地之間的第二限流電阻器；連接在第一運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端和工作電源之間的第一可變分壓電阻器和第二可變分壓電阻器；連接在第一運(yùn)算放大器輸出端和充放電開關(guān)裝置之間的第三限流電阻器；其中，第一可變分壓電阻器一端連接第二可變分壓電阻器、另一端連接鋰電池組負(fù)端、中間抽頭連接第一運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端。優(yōu)選地,所述放電電流保護(hù)電路還具有一個(gè)放電短路保護(hù)單元,包括第二運(yùn)算放大器；連接在第二運(yùn)算放大器正相輸入端和采樣地之間的第四限流電阻器；連接在第二運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端和鋰電池組負(fù)端之間的第二可變分壓電阻器和第一可變分壓電阻器；連接在第二運(yùn)算放大器輸出端和充放電開關(guān)裝置之間的第五限流電阻器；其中，第二可變分壓電阻器一端連接第一可變分壓電阻器、另一端連接工作電源、中間抽頭連接第二運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端。優(yōu)選地，所述充電電流保護(hù)電路包括第三運(yùn)算放大器；連接在第三運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端與工作電源之間的第一分壓電阻器；連接在第三運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端與采樣地之間的第二分壓電阻器；連接在第三運(yùn)算放大器正相輸入端與工作電源之間的第三分壓電阻器；連接在第三運(yùn)算放大器正相輸入端與鋰電池組負(fù)端之間的第四分壓電阻器；連接在第三運(yùn)算放大器輸出端與充放電開關(guān)裝置之間的第一限流電阻器。進(jìn)一步地，所述控制模塊具有在IIC通訊異常時(shí)停止輸出脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制(PWM)單元。進(jìn)一步地，所述通訊異常保護(hù)電路是整流電路，其輸入端連接控制模塊，輸出端連接充放電開關(guān)裝置。進(jìn)一步地，所述充放電開關(guān)裝置包括充放電驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)充電或放電電流保護(hù)信號(hào)，生成用于切斷充電回路或供電回路的充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)；控制電路，用于根據(jù)所述ICC通訊異常信號(hào)和所述充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，生成用于接通或斷開充放電開關(guān)電路的控制信號(hào)；充放電開關(guān)電路，用于根據(jù)所述控制信號(hào)，接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路，使鋰電池組充電或供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果I、本發(fā)明通過使用通訊異常保護(hù)電路，在鋰電池充放電組件與控制模塊之間的 IIC通訊發(fā)生異常時(shí)，快速斷開充電回路或供電回路，避免了充電或放電電流保護(hù)電路異?；蚴Ф鴮?dǎo)致鋰電池組使用安全性失控，提高了鋰電池組的使用安全性；2、本發(fā)明使用充電電流保護(hù)電路和放電電流保護(hù)電路，在充電過流或放電過流時(shí)，實(shí)現(xiàn)鋰電池組的快速保護(hù)；3、本發(fā)明在充電狀態(tài)下，通過對(duì)鋰電池組進(jìn)行電壓均衡控制，使鋰電池組滿充電后，單個(gè)鋰電池電壓一致性誤差在±30mV內(nèi)，促使鋰電池組發(fā)揮最大性能。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)提供的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的控制鋰電池組充電電壓均衡的控制結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的均衡電路原理示意圖；圖6是圖4中單個(gè)鋰電池充電電壓均衡的電路原理示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的放電過流保護(hù)單元的電路結(jié)構(gòu)圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的放電短路保護(hù)單元的電路結(jié)構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的充電電流保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的通訊異常保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例提供的充放電開關(guān)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解，以下所說明的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖2顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示，一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)包括鋰電池充放電組件、控制模塊、充放電開關(guān)裝置和通訊異常保護(hù)電路，其中所述鋰電池充放電組件，用于將外部充電電源接入鋰電池組進(jìn)行充電，并向負(fù)載供電。具體地說，鋰電池充放電組件包括多節(jié)串聯(lián)鋰電池組，多節(jié)串聯(lián)鋰電池組與外部充電電源連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池組的充電，與負(fù)載連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的供電。所述控制模塊，與所述鋰電池充放電組件進(jìn)行IIC通訊，以控制所述鋰電池充放電組件進(jìn)行滿充電。具體地說，控制模塊通過Iic總線接收并處理鋰電池充放電組件采集的每個(gè)鋰電池的電壓數(shù)據(jù)，以控制鋰電池電壓均衡。所述控制模塊可以是微控制器MCU，包括脈寬調(diào)制(PWM)單元。所述充放電開關(guān)裝置，用于接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路。所述通訊異常保護(hù)電路，用于對(duì)所述控制模塊的IIC通訊狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并在檢測(cè)到IIC通訊異常時(shí)，發(fā)出IIC通訊異常信號(hào)。其中，所述充放電開關(guān)裝置根據(jù)所述ICC通訊異常信號(hào)，斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路。具體地說，所述通訊異常保護(hù)電路解決了因鋰電池充放電組件和控制模塊之間Iic通訊異常導(dǎo)致的鋰電池組使用安全性問題。圖3顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示 所述鋰電池充放電組件包括模擬前端電路、均衡驅(qū)動(dòng)電路和均衡電路，其中所述模擬前端電路，用于采集所述鋰電池組中每個(gè)鋰電池的電壓數(shù)據(jù)，并通過IIC總線將所采集的電壓數(shù)據(jù)送入控制模塊，以便所述控制模塊生成用于每個(gè)鋰電池均衡充電的多個(gè)均衡充電控制信號(hào)。所述均衡驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)所述多個(gè)均衡充電控制信號(hào)，生成多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所述均衡電路，用于根據(jù)多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制每個(gè)鋰電池進(jìn)行滿充電。可見，均衡電路解決了因鋰電池組單個(gè)鋰電池之間存在電壓、內(nèi)阻、容量差異而導(dǎo)致滿充電電壓一致性誤差，也就是說，減小了各個(gè)鋰電池間電壓差，在同樣的負(fù)載下，提高了鋰電池組持續(xù)放電能力。優(yōu)選地，所述均衡電路包括多個(gè)分別并聯(lián)在每個(gè)鋰電池兩端的均衡單元，其每個(gè)均衡單元包括串聯(lián)連接的電子開關(guān)和電阻器。進(jìn)一步地，所述鋰電池充放電組件還包括放電電流保護(hù)電路和充電電流保護(hù)電路，其中所述放電電流保護(hù)電路，用于檢測(cè)放電電流，并在檢測(cè)到放電電流超過預(yù)定放電電流值時(shí)，生成放電電流保護(hù)信號(hào)；充電電流保護(hù)電路，用于檢測(cè)充電電流，并在檢測(cè)到充電電流超過預(yù)定充電電流值時(shí)，生成充電電流保護(hù)信號(hào)。優(yōu)選地,所述放電電流保護(hù)電路具有一個(gè)放電過流保護(hù)單元,包括第一運(yùn)算放大器；連接在第一運(yùn)算放大器正相輸入端和采樣地之間的第二限流電阻器；連接在第一運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端和工作電源之間的第一可變分壓電阻器和第二可變分壓電阻器；連接在第一運(yùn)算放大器輸出端和充放電開關(guān)裝置之間的第三限流電阻器；其中，第一可變分壓電阻器一端連接第二可變分壓電阻器、另一端連接鋰電池組負(fù)端、中間抽頭連接第一運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端。優(yōu)選地,所述放電電流保護(hù)電路還具有一個(gè)放電短路保護(hù)單元，包括
第二運(yùn)算放大器；連接在第二運(yùn)算放大器正相輸入端和采樣地之間的第四限流電阻器；連接在第二運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端和鋰電池組負(fù)端之間的第二可變分壓電阻器和第一可變分壓電阻器；連接在第二運(yùn)算放大器輸出端和充放電開關(guān)裝置之間的第五限流電阻器；其中，第二可變分壓電阻器一端連接第一可變分壓電阻器、另一端連接工作電源、中間抽頭連接第二運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端。優(yōu)選地，所述充電電流保護(hù)電路包括 第三運(yùn)算放大器；連接在第三運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端與工作電源之間的第一分壓電阻器；連接在第三運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端與采樣地之間的第二分壓電阻器；連接在第三運(yùn)算放大器正相輸入端與工作電源之間的第三分壓電阻器；連接在第三運(yùn)算放大器正相輸入端與鋰電池組負(fù)端之間的第四分壓電阻器；連接在第三運(yùn)算放大器輸出端與充放電開關(guān)裝置之間的第一限流電阻器。進(jìn)一步地，所述控制模塊具有在IIC通訊異常時(shí)停止輸出脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制(PWM)單元。進(jìn)一步地，所述通訊異常保護(hù)電路是整流電路，其輸入端連接控制模塊，輸出端連接充放電開關(guān)裝置。進(jìn)一步地，所述充放電開關(guān)裝置包括充放電驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)充電或放電電流保護(hù)信號(hào)，生成用于切斷充電回路或供電回路的充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)；控制電路，用于根據(jù)所述IIC通訊異常信號(hào)和所述充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，生成用于接通或斷開充放電開關(guān)電路的控制信號(hào)；充放電開關(guān)電路，用于根據(jù)所述控制信號(hào)，接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路，使鋰電池組充電或供電。此外，模擬前端電路和均衡電路連接所有單個(gè)鋰電池兩端以及鋰電池組的負(fù)端BATTERY-、鋰電池組正端BATTERY+ (負(fù)載正端PACK+、充電正端CHARGE+);鋰電池組負(fù)端BATTERY-接地；充放電開關(guān)裝置連接鋰電池組的負(fù)載負(fù)端PACK-和充電負(fù)端CHARGE-;通訊異常保護(hù)電路連接鋰電池組負(fù)端BATTERY-。充電狀態(tài)，將充電器接充電端子CHARGE+、CHARGE-兩端，放電狀態(tài)，將負(fù)載接負(fù)載端子PACK+、PACK-兩端。所述多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)的工作原理如下充電狀態(tài)下，模擬前端電路采集串聯(lián)鋰電池組中每個(gè)鋰電池的電壓、電池組溫度數(shù)據(jù)，并通過IIC總線傳送到控制模塊，由控制模塊生成用于控制所述鋰電池充放電組件進(jìn)行滿充電的多個(gè)均衡充電控制信號(hào)；然后，均衡驅(qū)動(dòng)電路通過模擬前端電路獲得所述多個(gè)均衡充電控制信號(hào)，并生成多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制每個(gè)鋰電池進(jìn)行滿充電。充電過程中，由充電電流保護(hù)電路對(duì)充電電流進(jìn)行檢測(cè)，一旦充電電流超過預(yù)定充電電流值，則所述充電電流保護(hù)電路向充放電驅(qū)動(dòng)電路輸出充電電流保護(hù)信號(hào)；所述充放電驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述充電電流保護(hù)信號(hào)生成用于切斷充電回路的充電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，最終使充電回路斷開，提高充電狀態(tài)下鋰電池的使用安全性。
放電狀態(tài)下，由放電電流保護(hù)電路對(duì)放電電流進(jìn)行檢測(cè)，一旦放電電流超過預(yù)定放電電流值，則所述放電電流保護(hù)電路向充放電驅(qū)動(dòng)電路輸出放電電流保護(hù)信號(hào)；所述充放電驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述放電電流保護(hù)信號(hào)生成用于切斷供電回路的放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，最終使供電回路斷開，提高放電狀態(tài)下鋰電池的使用安全性。其中，所述放電電流保護(hù)電路具有一個(gè)放電過流保護(hù)單元和一個(gè)放電短路保護(hù)單元，分別對(duì)放電過流和放電短路的情況進(jìn)行檢測(cè)。在充電或放電的過程中，若IIC通訊正常，則控制模塊的PWM單元向通訊異常保護(hù)電路輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，使所述通訊異常保護(hù)電路向充放電開關(guān)裝置中的控制電路輸出用于接通充電回路或供電回路的IIC通訊正常的信號(hào)；若IIC出現(xiàn)通訊異常情況，則控制模塊的PWM單元停止向通訊異常保護(hù)電路輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，使所述通訊異常保護(hù)電路向充放電開關(guān)裝置中的控制電路輸出用于斷開充電回路或供電回路的IIC通訊異常信號(hào)，最終控制充電回路或供電回路斷開，實(shí)現(xiàn)Iic通訊異常情況下，對(duì)串聯(lián)鋰電池組的保護(hù)，提高了鋰電池組的使用安全性?！?br> 圖4顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的控制鋰電池組充電電壓均衡的控制結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。連接每個(gè)鋰電池兩端的模擬前端電路采集所述鋰電池組中每個(gè)鋰電池的電壓數(shù)據(jù)，并通過IIC總線將所采集的電壓數(shù)據(jù)送入控制模塊。所述控制模塊處理電壓數(shù)據(jù)，并將生成的均衡充電控制信號(hào)通過IIC傳送到模擬前端電路，具體地說，控制模塊判斷電壓值最小的電壓數(shù)據(jù)，對(duì)于所有超過最小電壓數(shù)據(jù)30mV的鋰電池，均生成用于使充電電流分流的均衡充電控制信號(hào)，否則生成使充電電流僅流入單個(gè)鋰電池的均衡充電控制信號(hào)。連接所述模擬前端電路的均衡驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)來自所述模擬前端電路的所述多個(gè)均衡充電控制信號(hào)，生成多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)。連接所述均衡驅(qū)動(dòng)電路的均衡電路，用于根據(jù)來自所述均衡驅(qū)動(dòng)電路的多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制相連的每個(gè)鋰電池進(jìn)行滿充電。其中，所述鋰電池組負(fù)端通過電流采樣電阻RO與充放電開關(guān)裝置的充放電開關(guān)電路相連，并在充放電開關(guān)電路接通時(shí)鋰電池組進(jìn)行充電，斷開時(shí)鋰電池組停止充電。所述RO用于進(jìn)行電流采樣，當(dāng)放電電流不超過預(yù)定放電電流值時(shí)，第一運(yùn)算放大器(圖7中的OPAMPI)或第二運(yùn)算放大器(如8中的0PAMP2)的負(fù)向輸入端電壓大于正向輸入端電壓，第一運(yùn)算放大器或第二運(yùn)算放大器輸出低電平，最終通過充放電開關(guān)裝置使供電回路接通；當(dāng)放電電流超過預(yù)定放電電流值，第一運(yùn)算放大器(圖7中的0PAMP1)或第二運(yùn)算放大器(如8中的0PAMP2)的負(fù)向輸入端電壓小于正向輸入端電壓,第一運(yùn)算放大器或第二運(yùn)算放大器輸出高電平，最終通過充放電開關(guān)裝置使供電回路斷開；當(dāng)充電電流不超過預(yù)定充電電流值時(shí)，第三運(yùn)算放大器(如9中的0PAMP3)的負(fù)向輸入端電壓大于正向輸入端電壓,第三運(yùn)算放大器輸出低電平，最終通過充放電開關(guān)裝置使充電回路接通；當(dāng)充電電流超過預(yù)定充電電流值時(shí)，第三運(yùn)算放大器(如9中的0PAMP3)的負(fù)向輸入端電壓小于正向輸入端電壓，第三運(yùn)算放大器輸出高電平，最終通過充放電開關(guān)裝置使充電回路斷開?？梢?，均衡電路解決了因鋰電池組單個(gè)鋰電池之間存在電壓、內(nèi)阻、容量差異而導(dǎo)致滿充電電壓一致性誤差，也就是說，減小了各個(gè)鋰電池間電壓差，鋰電池組電壓一致性誤差在±30mV內(nèi)，在同樣的負(fù)載下，提高了鋰電池組持續(xù)放電能力。圖5顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的均衡電路原理示意圖，圖6顯示了圖5中單個(gè)鋰電池充電電壓均衡的電路原理示意圖，如圖5和圖6所示，均衡電路包括多個(gè)分別并聯(lián)在每個(gè)鋰電池兩端的均衡單元，其每個(gè)均衡單元包括串聯(lián)連接的電子開關(guān)和電阻器。以電子開關(guān)是MOSFET為例進(jìn)行說明每個(gè)均衡單元包括串聯(lián)的電阻器及M0SFET，當(dāng)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)是高電平時(shí)，MOSFET導(dǎo)通，進(jìn)入電壓均衡狀態(tài)，總充電電流分兩路，一路電流流入鋰電池，另一路電流流入電阻器；當(dāng)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)是低電平時(shí)，MOSFET截至，總充電電流分兩路僅流入鋰電池；因此電壓最低的鋰電池充電電流比電壓高的電池充電電流大，隨著充電時(shí)間延長(zhǎng),鋰電池組中單個(gè)鋰電池電壓越來越接近，直至鋰電池組單個(gè)鋰電池電壓一致性誤差在±30mV內(nèi)，發(fā)揮鋰電 池組最大性能。為保護(hù)鋰電池組放電的安全性，本發(fā)明實(shí)施例提供了放電電流保護(hù)電路和充電電流保護(hù)電路，其中，所述放電電流保護(hù)電路包括放電過流保護(hù)單元和放電短路保護(hù)單元，以下通過圖7、圖8和圖9分別進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖7顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的放電過流保護(hù)單元的電路結(jié)構(gòu)圖，如圖7所示，所述放電過流保護(hù)單元包括運(yùn)算放大器OPAMPl (第一運(yùn)算放大器);連接在OPAMPl正相輸入端和采樣地之間的限流電阻器R15(第二限流電阻器)；連接在OPAMPl負(fù)相輸入端和工作電源之間的可變分壓電阻器VRl (第一可變分壓電阻器)和可變分壓電阻器VR2(第二可變分壓電阻器)；連接在OPAMPl輸出端和充放電開關(guān)裝置之間的限流電阻器R9(第三限流電阻器)；其中，VRl 一端連接VR2、另一端連接鋰電池組負(fù)端、中間抽頭連接OPAMPl負(fù)相輸入端。此外，OPAMPl地線及電流采樣電阻RO —端接電池組負(fù)端BATTERY-，R15 一端及RO另一端接充放電開關(guān)電路。所述放電過流保護(hù)單元的工作原理如下靜態(tài)或放電電流小于預(yù)定放電電流值時(shí)，OPAMPl負(fù)相輸入端電壓大于正相輸入端電壓，OPAMPl輸出低電平，R9輸出低電平，充放電開關(guān)裝置中的充放電驅(qū)動(dòng)電路輸出高電平，控制電路輸出高電平，充放電開關(guān)電路導(dǎo)通，即供電回路導(dǎo)通。否則，如果放電電流大于預(yù)定放電電流值，OPAMPl負(fù)相輸入端電壓小于正相輸入端電壓，OPAMPl輸出高電平，R9輸出高電平，充放電開關(guān)裝置中的充放電驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉，輸出低電平，控制電路輸出低電平，充放電開關(guān)電路斷開，即供電回路斷開，進(jìn)入放電過流保護(hù)狀態(tài)。圖8顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的放電短路保護(hù)單元的電路結(jié)構(gòu)圖，如圖8示，所述放電短路保護(hù)單元包括運(yùn)算放大器0PAMP2 (第二運(yùn)算放大器);連接在0PAMP2正相輸入端和采樣地之間的限流電阻器R7 (第四限流電阻器)；連接在0PAMP2負(fù)相輸入端和鋰電池組負(fù)端之間的可變分壓電阻器VR2 (第二可變分壓電阻器)和可變分壓電阻器VRl (第一可變分壓電阻器)；
連接在0PAMP2輸出端和充放電開關(guān)裝置之間的限流電阻器R8 (第五限流電阻器)；其中，VR2 一端連接VRl、另一端連接工作電源、中間抽頭連接運(yùn)算放大器0PAMP2負(fù)相輸入端。此外，0PAMP2地線及電流采樣電阻RO —端接電池組負(fù)端BATTERY-，R7 一端及RO另一端接充放電開關(guān)電路。所述放電短路保護(hù)單元的工作原理如下靜態(tài)或放電電流小于預(yù)定放電電流值時(shí)，0PAMP2負(fù)相輸入端電壓大于正相輸入端電壓，0PAMP2輸出低電平，R8輸出低電平，若沒有發(fā)生放電過流保護(hù)，充放電開關(guān)裝置中的充放電驅(qū)動(dòng)電路輸出高電平，控制電路輸出高電平，充放電開關(guān)電路導(dǎo)通，即供電回路導(dǎo)通。否則，放電電流大于預(yù)定放電電流值時(shí)，0PAMP2負(fù)相輸入端電壓小于正相輸入端電壓， 0PAMP2輸出高電平，R8輸出高電平，充放電開關(guān)裝置中的充放電驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉，輸出低電平，控制電路輸出低電平，充放電開關(guān)電路斷開，即供電回路斷開，進(jìn)入放電短路保護(hù)狀態(tài)。圖9顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的充電電流保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖，如圖9所示，所述充電電流保護(hù)電路包括運(yùn)算放大器0PAMP3 (第三運(yùn)算放大器);連接在0PAMP3負(fù)相輸入端與工作電源之間的分壓電阻器RlO (第一分壓電阻器)；連接在0PAMP3負(fù)相輸入端與采樣地之間的分壓電阻器Rll (第二分壓電阻器);連接在0PAMP3正相輸入端與工作電源之間的分壓電阻器R12 (第三分壓電阻器)；連接在運(yùn)算放大器正相0PAMP3輸入端與鋰電池組負(fù)端之間的分壓電阻器R13 (第四分壓電阻器)；連接在0PAMP3輸出端與充放電開關(guān)裝置之間的限流電阻器R14(第一限流電阻器)。其中，運(yùn)算放大器0PAMP3地線及電流采樣電阻RO —端接電池組負(fù)端，RlO —端及RO另一端接充放電開關(guān)電路。所述充電電流保護(hù)電路的工作原理如下充電電流小于預(yù)定充電電流值時(shí)，0PAMP3負(fù)相輸入端電壓大于正相輸入端電壓，0PAMP3輸出低電平，R14輸出低電平，充放電開關(guān)裝置中的充放電驅(qū)動(dòng)電路輸出高電平，控制電路輸出高電平，充放電開關(guān)電路導(dǎo)通，即充電回路導(dǎo)通。否則，充電電流大于預(yù)定充電電流值時(shí)，0PAMP3輸出高電平，R14輸出高電平，充放電開關(guān)裝置中的充放電驅(qū)動(dòng)電路輸出低電平，控制電路輸出低電平，充放電開關(guān)電路斷開，即充電回路斷開，進(jìn)入充電保護(hù)狀態(tài)。圖10顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的通訊異常保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖，如圖10所示所述通訊異常保護(hù)電路是整流電路，其輸入端連接控制模塊的PWM單元，其輸出端連接充放電開關(guān)裝置的控制電路。所述整流電路包括整流二極管Dl;連接在Dl和PWM單元之間的耦合電容Cl ；
連接在Dl正極和鋰電池組負(fù)端之間的放電電阻器Rl ；連接在Dl負(fù)極和鋰電池組負(fù)端之間的并聯(lián)的放電電阻器R2和濾波電容C2 ；連接在Dl負(fù)極和充放電開關(guān)裝置之間限流電阻器R3。所述通訊異常保護(hù)電路連接于所述控制模塊和充放電開關(guān)裝置之間，并連接于鋰電池組負(fù)端。工作時(shí)，若鋰電池充放電組件與控制模塊之間的IIC通訊正常，則控制模塊的PWM單元向通訊異常保護(hù)電路輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，所述通訊異常保護(hù)電路將所述脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行整流，產(chǎn)生直流電平，經(jīng)R3限流后向充放電開關(guān)裝置輸出高電平信號(hào)，使充放電開關(guān)裝置接通，即充電回路或供電回路接通；若IIC通訊異常，控制模塊的PWM單元關(guān)閉輸出，所述通訊異常保護(hù)電路輸出低電平的IIC通訊異常信號(hào)，使充放電開關(guān)裝置斷開，即充 電回路或供電回路斷開，不能再進(jìn)行充電或放電，保護(hù)鋰電池組安全。圖11顯示了本發(fā)明實(shí)施例提供的充放電開關(guān)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖11所示，所述充放電開關(guān)裝置包括充放電驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)充電或放電電流保護(hù)信號(hào)，生成用于切斷充電回路或供電回路的充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)；具體地說，充放電驅(qū)動(dòng)電路的輸入連接充電或放電電流保護(hù)電路，當(dāng)充電電路未出現(xiàn)充電過流現(xiàn)象或放電電路未出現(xiàn)放電過流或短路現(xiàn)象時(shí)，所述充放電驅(qū)動(dòng)電路生成用于接通充電回路或供電回路的充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，否則，輸入端接收到高電平的充電或放電電流保護(hù)信號(hào)時(shí)，所述充放電驅(qū)動(dòng)電路輸出用于斷開充電回路或供電回路的充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？刂齐娐?，用于根據(jù)所述ICC通訊異常信號(hào)和所述充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，生成用于接通或斷開充放電開關(guān)電路的控制信號(hào)；充放電開關(guān)電路，用于根據(jù)所述控制信號(hào)，接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路，使鋰電池組充電或供電；其中，所述控制電路根據(jù)所述IIC通訊異常信號(hào)，生成用于斷開充放電開關(guān)電路的控制信號(hào)，并在IIC通訊正常時(shí)，根據(jù)所述充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，生成用于斷開充放電開關(guān)電路的控制信號(hào)。圖12顯示了本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖12所示，控制模塊通過通訊異常保護(hù)電路，接通或斷開供電回路。與圖3所述實(shí)施例相比較，所述通訊異常保護(hù)電路還可以在輸出端發(fā)送過流、甚至短路時(shí)，斷開供電回路。其中，所述控制模塊是包括與放電端異常保護(hù)電路連接的中斷單元和與通訊異常保護(hù)電路連接的脈沖調(diào)制(PWM)單元。鋰電池組容量足夠，并且放電電流保護(hù)電路正常時(shí)，放電端異常保護(hù)電路向控制模塊的中斷單元輸出低電平，PWM單元向所述通訊異常保護(hù)電路輸出脈沖信號(hào)。所述通訊異常保護(hù)電路將所述脈沖信號(hào)進(jìn)行整流處理后，發(fā)送至充放電開關(guān)裝置的控制電路，并最終使供電回路接通。當(dāng)放電端發(fā)生過流、甚至短路時(shí)，放電端異常保護(hù)電路向控制模塊的中斷單元輸出高電平的放電端異常信號(hào)，使PWM單元停止向所述通訊異常保護(hù)電路輸出脈沖信號(hào)。所述通訊異常保護(hù)電路零輸出，使充放電開關(guān)裝置的控制電路最終控制供電回路斷開。盡管上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括 鋰電池充放電組件，用于將外部充電電源接入鋰電池組進(jìn)行充電，并向負(fù)載供電； 控制模塊，與所述鋰電池充放電組件進(jìn)行Iic通訊，以控制所述鋰電池充放電組件進(jìn)行滿充電； 充放電開關(guān)裝置，用于接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路；通訊異常保護(hù)電路，用于對(duì)所述控制模塊的Iic通訊狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并在檢測(cè)到IIC通訊異常時(shí)，發(fā)出Iic通訊異常信號(hào)； 其中，所述充放電開關(guān)裝置根據(jù)所述Iic通訊異常信號(hào)，斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰電池充放電組件包括 模擬前端電路，用于采集所述鋰電池組中每個(gè)鋰電池的電壓數(shù)據(jù)，并通過Iic總線將所采集的電壓數(shù)據(jù)送入控制模塊，以便所述控制模塊生成用于每個(gè)鋰電池均衡充電的多個(gè)均衡充電控制信號(hào)； 均衡驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)所述多個(gè)均衡充電控制信號(hào)，生成多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 均衡電路，用于根據(jù)多個(gè)均衡驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制每個(gè)鋰電池進(jìn)行滿充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡電路包括多個(gè)分別并聯(lián)在每個(gè)鋰電池兩端的均衡單元，其每個(gè)均衡單元包括串聯(lián)連接的電子開關(guān)和電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰電池充放電組件還包括 放電電流保護(hù)電路，用于檢測(cè)放電電流，并在檢測(cè)到放電電流超過預(yù)定放電電流值時(shí)，生成放電電流保護(hù)信號(hào)； 充電電流保護(hù)電路，用于檢測(cè)充電電流，并在檢測(cè)到充電電流超過預(yù)定充電電流值時(shí)，生成充電電流保護(hù)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述放電電流保護(hù)電路具有一個(gè)放電過流保護(hù)單元，包括 第一運(yùn)算放大器； 連接在第一運(yùn)算放大器正相輸入端和采樣地之間的第二限流電阻器； 連接在第一運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端和工作電源之間的第一可變分壓電阻器和第二可變分壓電阻器； 連接在第一運(yùn)算放大器輸出端和充放電開關(guān)裝置之間的第三限流電阻器； 其中，第一可變分壓電阻器一端連接第二可變分壓電阻器、另一端連接鋰電池組負(fù)端、中間抽頭連接第一運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述放電電流保護(hù)電路還具有一個(gè)放電短路保護(hù)單元，包括 第二運(yùn)算放大器； 連接在第二運(yùn)算放大器正相輸入端和采樣地之間的第四限流電阻器； 連接在第二運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端和鋰電池組負(fù)端之間的第二可變分壓電阻器和第一可變分壓電阻器； 連接在第二運(yùn)算放大器輸出端和充放電開關(guān)裝置之間的第五限流電阻器； 其中，第二可變分壓電阻器一端連接第一可變分壓電阻器、另一端連接工作電源、中間抽頭連接第二運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述充電電流保護(hù)電路包括 第三運(yùn)算放大器； 連接在第三運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端與工作電源之間的第一分壓電阻器； 連接在第三運(yùn)算放大器負(fù)相輸入端與采樣地之間的第二分壓電阻器； 連接在第三運(yùn)算放大器正相輸入端與工作電源之間的第三分壓電阻器； 連接在第三運(yùn)算放大器正相輸入端與鋰電池組負(fù)端之間的第四分壓電阻器； 連接在第三運(yùn)算放大器輸出端與充放電開關(guān)裝置之間的第一限流電阻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊具有在IIC通訊異常時(shí)，停止輸出脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制(PWM)單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊異常保護(hù)電路是整流電路，其輸入端連接控制模塊，輸出端連接充放電開關(guān)裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述充放電開關(guān)裝置包括 充放電驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)充電或放電電流保護(hù)信號(hào)，生成用于切斷充電回路或供電回路的充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 控制電路，用于根據(jù)所述ICC通訊異常信號(hào)和所述充電或放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，生成用于接通或斷開充放電開關(guān)電路的控制信號(hào)； 充放電開關(guān)電路，用于根據(jù)所述控制信號(hào)，接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路，使鋰電池組充電或供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池組均衡及保護(hù)系統(tǒng)，包括鋰電池充放電組件，用于將外部充電電源接入鋰電池組進(jìn)行充電，并向負(fù)載供電；控制模塊，與所述鋰電池充放電組件進(jìn)行IIC通訊，以控制所述鋰電池充放電組件進(jìn)行滿充電；充放電開關(guān)裝置，用于接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路；通訊異常保護(hù)電路，用于對(duì)所述控制模塊的IIC通訊狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并在檢測(cè)到IIC通訊異常時(shí)，發(fā)出IIC通訊異常信號(hào)；其中，所述充放電開關(guān)裝置根據(jù)所述IIC通訊異常信號(hào)，斷開所述鋰電池充放電組件的充電回路或供電回路。本發(fā)明解決了IIC通訊異常而導(dǎo)致的充放電保護(hù)異?；蚴ВＷC了鋰電池組的使用安全性。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102957175SQ20111024345
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者楊維堅(jiān), 王開偉 申請(qǐng)人:福建睿能電子有限公司