專利名稱：一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別與一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置有關(guān)。
背景技術(shù)：
鋰離子電芯通過串連/并連方式可以獲得不同電壓及容量的電池組，從而大大擴(kuò)展了鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域。由于鋰離子電池的特性所致，在鋰離子電池組實(shí)際使用中，必須加有一個管理電池組和用電器安全的保護(hù)系統(tǒng)，在鋰離子電芯/電池組出現(xiàn)過充電、過放電、短路、過流等異常情況時，切斷充電/放電回路，從而提高了鋰離子電池組的安全性能，并延長其使用壽命?！0003]通常，鋰離子電池組的保護(hù)系統(tǒng)分為兩個部分，一部分為取樣、處理和驅(qū)動輸出的管理集成電路部分，用于檢測鋰離子電芯/電池組的工作狀態(tài)；另一部分為保護(hù)動作的執(zhí)行部分，當(dāng)檢測到鋰離子電芯/電池組出現(xiàn)異常時，使用MOS管、繼電器等開關(guān)裝置切斷電路。然而，除了傳統(tǒng)的過充電、過放電、短路、過流等異常情況會嚴(yán)重影響到鋰離子電芯/電池組的使用安全以外，鋰離子電池組串聯(lián)使用時的容量不均衡、使用過程中電池組的浮充、充電時瞬間的大電流對電路元器件的損傷等問題也在很大程度上影響了鋰離子電芯/電池組的使用壽命。同時，無法直接對鋰離子電芯/電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，也給鋰離子電芯/電池組的推廣使用、故障檢測帶來了不便。中國專利201010624581. 8介紹了一種由整流電路、濾波電路、變壓器電路、控制電路和輸出電路組成的集中式非損耗型鋰離子電池組均衡電路，能夠有效實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組的主動均衡。但是該專利中的鋰離子電池組主動均衡電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，難以使用在對成本控制嚴(yán)格的低壓保護(hù)系統(tǒng)中。中國專利201010168630. I介紹了一種通過改變電芯正極活性物質(zhì)配方，從而提高錳酸鋰鋰離子電池系統(tǒng)的耐浮充能力。在提高錳酸鋰鋰離子電池系統(tǒng)耐浮充能力的方法因在正極物料中添加了 Si02，長期使用的可靠性有待考證，并且勢必會影響到電芯的能量
山/又ο中國專利200910247575. 2通過在鋰離子電池組保護(hù)板上新增電子開關(guān)，能夠起到切斷回路的作用，省去了物理開關(guān)，降低了產(chǎn)品成本。但是新增的電子開關(guān)可以通過使用單片機(jī)控制芯片直接控制放電MOS管而省略。中國專利201120208969. X公開了一種由隔離高壓光耦、控制通斷的N溝道MOS管、大功率預(yù)充電電阻、分壓電阻、齊納二極管及穩(wěn)壓電容組成的動力蓄電池預(yù)充電電路，可替代預(yù)充電繼電器，降低了成本。但是提及的預(yù)充電回路要解決的耐高壓繼電器的高成本問題在低壓保護(hù)系統(tǒng)中不存在
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的鋰離子電池保護(hù)的問題，本發(fā)明人設(shè)計出一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，適用于通信基站、電動自行車、風(fēng)光互補(bǔ)儲能系統(tǒng)中的產(chǎn)品，將電池組均衡、防止浮充和自放電、預(yù)充電等擴(kuò)展功能設(shè)計到低壓保護(hù)系統(tǒng)中，并通過將保護(hù)芯片與顯示芯片集成在一起，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池組相關(guān)參數(shù)的在線監(jiān)測。本實(shí)用新型采用的下技術(shù)方案如下一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，連接在N只電芯串聯(lián)形成的電池組上，包括均衡電路、預(yù)充電電路、充電電路、充放電控制器、電流采樣電阻、保護(hù)芯片；每只電芯兩端連接有均衡電路，在電池組的負(fù)極依次串聯(lián)電流采樣電阻和充放電控制器，充放電控制器的末端形成電池組負(fù)極接口，同時充放電控制器末端通過充電電路形成充電負(fù)極接口，在充電電路兩端并聯(lián)有預(yù)充電電路；保護(hù)芯片采集均衡電路、電流采樣電阻的信號，并連接充放電控制器、預(yù)充電電路、充電電路的控制端。所述的保護(hù)芯片為單片機(jī)。 所述的保護(hù)芯片內(nèi)部集成有顯示驅(qū)動芯片，并通過顯示驅(qū)動芯片連接顯示屏。所述的均衡電路包括均衡電阻、均衡MOS管、采樣電阻、濾波電容；均衡電阻和均衡MOS管串聯(lián)后并聯(lián)在單只電芯兩端，均衡MOS管的柵極連接保護(hù)芯片控制端；電芯兩端通過采樣電阻連接至保護(hù)芯片輸入端，在兩個采樣電阻之間跨接有濾波電容。所述的充放電控制器包括充放電MOS管、穩(wěn)壓二極管；充放電MOS管的源極和柵極兩端分別連接穩(wěn)壓二極管的正極和負(fù)極，充放電MOS管的柵極連接保護(hù)芯片的控制端。所述的充電電路包括充電MOS管、充電二極管；充電MOS管的源極和柵極兩端分別連接充電二極管的負(fù)極和正極，充電MOS管的柵極連接保護(hù)芯片的控制端。所述的預(yù)充電電路包括預(yù)充電電阻、預(yù)充電MOS管、預(yù)充電二極管；預(yù)充電電阻和預(yù)充電MOS管串聯(lián)，預(yù)充電MOS管的源極和柵極兩端分別連接預(yù)充電二極管的負(fù)極和正極，充電MOS管的柵極連接保護(hù)芯片的控制端。采用上述方案后，本實(shí)用新型具有諸多有益效果本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)電池組充電/放電時，保護(hù)芯片采集每只電芯的電壓、溫度以及電池組的電壓、溫度等數(shù)據(jù)，并通過數(shù)字處理芯片換算出SOC等相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)通過數(shù)字信號傳輸?shù)斤@示芯片中，最后能夠?qū)崿F(xiàn)在顯示屏上直接顯示。使用MOS管控制均衡電路的通斷，控制鋰離子電池組的均衡起停，確保電池組能夠安全地最大限度進(jìn)行充電和放電。將保護(hù)芯片和顯示芯片集成到一起，通過數(shù)字電路轉(zhuǎn)換和傳輸，實(shí)現(xiàn)電池組相關(guān)參數(shù)的在線監(jiān)控。通過充放電控制器的MOS管作為電子開關(guān)控制電路通斷，能夠防止浮充，并且能夠預(yù)防外界電路漏電。使用預(yù)充電電路設(shè)計，保護(hù)了電路板電氣元件的安全，延長了使用壽命。將均衡電路、預(yù)充電電路、充電電路、顯示芯片電路集成在傳統(tǒng)保護(hù)板中，擴(kuò)展了電路保護(hù)板的功能，確保電池組的安全。

圖I為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型較佳實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0022]一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，連接在N只電芯串聯(lián)形成的電池組I上，包括均衡電路2、預(yù)充電電路3、充電電路4、充放電控制器5、電流采樣電阻RS、保護(hù)芯片6。電池組I上每只電芯兩端連接有均衡電路2，均衡電路2包括均衡電阻Rb、均衡MOS管Mb、采樣電阻RF、濾波電容CF。均衡電阻Rb、均衡MOS管Mb串聯(lián)后并聯(lián)在單只電芯兩端，均衡MOS管Mb的柵極連接到保護(hù)芯片6上，受其控制均衡MOS管Mb的通斷。每只電芯采樣電阻RF連接至保護(hù)芯片6，采樣每只電芯兩端的電壓、電流，在采樣電阻RF輸入保護(hù)芯片6之前，兩個采樣電阻RF之間跨接有濾波電容CF濾波。電池組I的負(fù)極上依次串聯(lián)有電流采樣電阻RS和充放電控制器5，電流采樣電阻RS兩端的采樣輸送至保護(hù)芯片6中。充放電控制器5包括充放電MOS管Ml、穩(wěn)壓二極管Dl。充放電MOS管Ml的源極和柵極兩端分別連接穩(wěn)壓二極管Dl的正極和負(fù)極，充放電MOS管Ml的柵極連接保護(hù)芯片6的控制端。同時充放電MOS管Ml的漏極向外延伸形成整個充放電路上的電池組負(fù)極接口 PACK-。充電電路4從充放電控制器5中充放電MOS管Ml的漏極接出，充電電路4包括充電MOS管M2、充電二極管D2。充電MOS管M2的源極和柵極兩端分別連接充電二極管D2的負(fù)極和正極，充電MOS管M2的柵極連接保護(hù)芯片6的控制端，充電MOS管M2的漏極向外延伸形成整個充放電路上的充電時負(fù)極接口 CHG_IN-。預(yù)充電電路3包括預(yù)充電電阻R3、預(yù)充電MOS管M3、預(yù)充電二極管D3。預(yù)充電電阻R3和預(yù)充電MOS管M3串聯(lián)，預(yù)充電MOS管M3的源極和柵極兩端分別連接預(yù)充電二極管D3的負(fù)極和正極，充電MOS管M3的柵極連接保護(hù)芯片6的控制端。在本實(shí)用新型中的保護(hù)芯片6可以采用電子市場上各種單片機(jī)，可選用內(nèi)部集成有顯示驅(qū)動芯片7的單片機(jī)，通過顯示驅(qū)動芯片7與顯示屏8連接。保護(hù)芯片6采集電芯電壓、電池組總電壓、充電/放電電流、電池組溫度等參數(shù),并能夠添加一定的算法，計算電池組的其他參數(shù)，如SOC等，充電/放電時間等。保護(hù)芯片6根據(jù)采集和計算的數(shù)據(jù)控制電池組各MOS管的通斷，并將這些數(shù)據(jù)通過數(shù)字電路輸入到顯示驅(qū)動芯片7中，顯示驅(qū)動芯片7通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以后能夠直接在顯示屏8上，顯示鋰離子電池組的相關(guān)參數(shù)。電池組放電時，充放電MOS管Ml接通，充電負(fù)極接口 CHG_IN_回路中的充電MOS管M2與預(yù)充電MOS管M3斷開，與充電MOS管M2和預(yù)充電MOS管M3并聯(lián)的充電二極管D2和充電二極管D3起到阻流的作用，使得充電負(fù)極接口 CHG_IN-無電流輸出。電池組充電時，充放電MOS管Ml接通，預(yù)充電MOS管M3先閉合，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值時，充電MOS管M2閉合，預(yù)充電MOS管M3斷開。當(dāng)充電過程完成時，充放電MOS管Ml斷開，防止浮充，并且能預(yù)防外界電路消耗電量，此時充放電MOS管Ml起到了電子開關(guān)的作用。電池組充電/放電時，如果某只電芯的電壓高于電芯的平均電壓超出一定的限值，均衡電路2處的均衡MOS管Mb閉合，該電芯通過均衡電阻Rb放電，使得電壓降低，當(dāng)該電壓回歸到合理限值時，均衡MOS管Mb斷開，均衡停止。電池組充電/放電時，保護(hù)芯片的取樣電路采集每只電芯的電壓、溫度以及電池組的電壓、溫度等數(shù)據(jù)，并通過數(shù)字處理芯片換算出SOC等相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)通過數(shù)字信號傳輸?shù)斤@示芯片中，最后能夠?qū)崿F(xiàn)在顯示屏上直接顯示。[0033]上述實(shí)施例僅用于解釋說明本實(shí)用新型的發(fā)明構(gòu)思，而非對本實(shí)用新型權(quán)利保護(hù)的限定，凡利用此構(gòu)思對本實(shí)用新型進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范
圍?！?br> 權(quán)利要求1.一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，連接在N只電芯串聯(lián)形成的電池組上，其特征在于包括均衡電路、預(yù)充電電路、充電電路、充放電控制器、電流采樣電阻、保護(hù)芯片；每只電芯兩端連接有均衡電路，在電池組的負(fù)極依次串聯(lián)電流采樣電阻和充放電控制器，充放電控制器的末端形成電池組負(fù)極接口，同時充放電控制器末端通過充電電路形成充電負(fù)極接口，在充電電路兩端并聯(lián)有預(yù)充電電路；保護(hù)芯片采集均衡電路、電流采樣電阻的信號，并連接充放電控制器、預(yù)充電電路、充電電路的控制端。
2.如權(quán)利要求I所述的一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，其特征在于所述的保護(hù)芯片為單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，其特征在于所述的保護(hù)芯片內(nèi)部集成有顯示驅(qū)動芯片，并通過顯示驅(qū)動芯片連接顯示屏。
4.如權(quán)利要求I所述的一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，其特征在于所述的均衡電路包括均衡電阻、均衡MOS管、采樣電阻、濾波電容；均衡電阻和均衡MOS管串聯(lián)后并聯(lián)在單只電芯兩端，均衡MOS管的柵極連接保護(hù)芯片控制端；電芯兩端通過采樣電阻連接至保護(hù)芯片輸入端，在兩個采樣電阻之間跨接有濾波電容。
5.如權(quán)利要求I所述的一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，其特征在于所述的充放電控制器包括充放電MOS管、穩(wěn)壓二極管；充放電MOS管的源極和柵極兩端分別連接穩(wěn)壓二極管的正極和負(fù)極，充放電MOS管的柵極連接保護(hù)芯片的控制端。
6.如權(quán)利要求I所述的一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，其特征在于所述的充電電路包括充電MOS管、充電二極管；充電MOS管的源極和柵極兩端分別連接充電二極管的負(fù)極和正極，充電MOS管的柵極連接保護(hù)芯片的控制端。
7.如權(quán)利要求I所述的一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，其特征在于所述的預(yù)充電電路包括預(yù)充電電阻、預(yù)充電MOS管、預(yù)充電二極管；預(yù)充電電阻和預(yù)充電MOS管串聯(lián)，預(yù)充電MOS管的源極和柵極兩端分別連接預(yù)充電二極管的負(fù)極和正極，充電MOS管的柵極連接保護(hù)芯片的控制端。
專利摘要本實(shí)用新型主要公開了一種鋰離子電池組的保護(hù)裝置，連接在N只電芯串聯(lián)形成的電池組上，包括均衡電路、預(yù)充電電路、充電電路、充放電控制器、電流采樣電阻、保護(hù)芯片；每只電芯兩端連接有均衡電路，在電池組的負(fù)極依次串聯(lián)電流采樣電阻和充放電控制器，充放電控制器的末端形成電池組負(fù)極接口，同時充放電控制器末端通過充電電路形成充電負(fù)極接口，在充電電路兩端并聯(lián)有預(yù)充電電路；保護(hù)芯片采集均衡電路、電流采樣電阻的信號，并連接充放電控制器、預(yù)充電電路、充電電路的控制端。本實(shí)用新型將電池組均衡、防止浮充和自放電、預(yù)充電等擴(kuò)展功能設(shè)計到低壓保護(hù)系統(tǒng)中，并通過將保護(hù)芯片與顯示芯片集成在一起，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組相關(guān)參數(shù)在線監(jiān)測。
文檔編號H02H7/18GK202616757SQ201220156050
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者姜榮軍, 簡湘禎 申請人:廈門華戎能源科技有限公司