專利名稱：動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路。
背景技術(shù)：
鋰離子充電電池自20世紀(jì)90年代初正式實(shí)用化以來，在不到20年的時(shí)間里，容 量快速增加，市場(chǎng)迅速增長?，F(xiàn)在正從便攜產(chǎn)品用途擴(kuò)展到電動(dòng)車輛及環(huán)保蓄電等領(lǐng)域。動(dòng)力鋰離子電池還處在初期發(fā)展階段，電池的各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)還有待完善，電池管 理系統(tǒng)開發(fā)還是薄弱環(huán)節(jié)。隨著電池在電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的使用，人們對(duì)電池容量的要求越 來越高，電池容量越大，可集中釋放的能量越大，因此危險(xiǎn)度更高。因此能量密度越大，安全 措施就越重要。在安全性這一重要且不可或缺的要素方面也必須達(dá)標(biāo)。提高能源容量時(shí)， 開發(fā)與之相應(yīng)的安全措施至關(guān)重要。鋰離子電池作為動(dòng)力電池使用時(shí)，例如用其作為電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)電池使用時(shí)， 往往需要將7-13節(jié)鋰離子電池串聯(lián)使用，以達(dá)到電動(dòng)機(jī)所需要的電壓。由于鋰離子電池各 單體在性能指標(biāo)上不可能完全一致，在使用過程中由于各單體間的容量、自放電等的差異， 日積月累，在使用一段時(shí)間后，電池組的荷電保持能力明顯降低，影響了鋰離子電池在更大 范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。因此，多節(jié)電池串聯(lián)使用時(shí)，其性能的好壞不僅取決于電池單體質(zhì)量的 好壞，更重要的取決于其整體質(zhì)量的高低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電 路，以解決在多節(jié)鋰離子電池串聯(lián)放電時(shí)，由于各電池單體間的性能差異而影響電池組的 荷電保持能力、降低電池組整體性能的問題。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均 衡電路，包括電池保護(hù)IC單元，所述電池保護(hù)IC單元包括設(shè)置在串聯(lián)電池組的各單節(jié)電 池正負(fù)極兩端的電池保護(hù)IC芯片，沿所述串聯(lián)電池組的負(fù)極端到正極端的方向，位于上游 位置的一個(gè)電池保護(hù)IC芯片的放電控制用輸出端子與相鄰的位于下游位置的一個(gè)電池保 護(hù)IC芯片的放電用控制端子連接；設(shè)置于所述串聯(lián)電池組的各單節(jié)電池正負(fù)極兩端的自 放電支路，所述自放電支路包括一個(gè)自放電控制開關(guān)和一個(gè)分流電阻，對(duì)應(yīng)于同一節(jié)單節(jié) 電池，所述電池保護(hù)IC芯片的電量均衡控制用輸出端子與所述自放電控制開關(guān)的控制端 連接；用于控制所述串聯(lián)電池組的放電電路通斷的過放電控制開關(guān)，位于最下游位置的電 池保護(hù)IC芯片的放電控制用輸出端子與所述過放電控制開關(guān)的控制端連接；過放電信號(hào) 傳遞單元，用于將放電電路的接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)的信號(hào)傳遞到位于最上游位置的電池保 護(hù)IC芯片的放電用控制端子。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述自放電控制開關(guān)包括一個(gè)自放電MOS管。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述過放電控制開關(guān)包括一級(jí)開關(guān)和二級(jí)開關(guān)，所述 一級(jí)開關(guān)為一個(gè)第一雙極晶體管，所述二級(jí)開關(guān)為放電MOS管，所述放電MOS管連接于所述串聯(lián)電池組的負(fù)極端與放電電路輸出端口的負(fù)極端之間，所述第一雙極晶體管的基極與最 下游位置的電池保護(hù)IC芯片的放電控制用輸出端子連接，所述第一雙極晶體管的集電極 與所述放電M0S管的柵極連接，所述第一雙極晶體管的發(fā)射極與所述串聯(lián)電池組的正極端 連接。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述過放電信號(hào)傳遞單元包括一個(gè)第二雙極晶體管和 一個(gè)第三雙極晶體管，所述第二雙極晶體管的集電極與最上游位置的電池保護(hù)IC芯片的 放電用控制端子連接，所述第二雙極晶體管的發(fā)射極與所述串聯(lián)電池組的負(fù)極端連接，所 述第二雙極晶體管的基極與所述第三雙極晶體管的集電極連接，所述第三雙極晶體管的發(fā) 射極與所述串聯(lián)電池組的正極端連接，所述第三雙極晶體管的基極與所述放電電路輸出端 口的負(fù)極端連接。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電池保護(hù)IC芯片的型號(hào)為S-8209。采用了上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型的有益效果是在串聯(lián)電池組放電過程中，若 其中一節(jié)電池出現(xiàn)過放電狀態(tài)電池電壓<過放電檢測(cè)電壓(VDL)，設(shè)置于該節(jié)電池上的 電池保護(hù)IC芯片將該過放電狀態(tài)通過電池保護(hù)IC單元傳遞到其下游位置的電池保護(hù)IC 芯片，若該下游位置的電池保護(hù)IC芯片對(duì)應(yīng)的電池電壓>過放電檢測(cè)電壓(VDL)，則對(duì)應(yīng) 的電池保護(hù)IC芯片的電量均衡控制用輸出端子輸出控制信號(hào)，使與其連接的自放電控制 開關(guān)導(dǎo)通，通過自放電支路開始放電，當(dāng)電池電壓下降到過放電檢測(cè)電壓(VDL)時(shí)，自放電 控制開關(guān)斷開，停止自放電。這稱為放電電量平衡功能。與此同時(shí)，最下游位置的電池保護(hù)IC芯片的放電控制用輸出端子輸出過放電信 號(hào)，控制與之連接的過放電控制開關(guān)變?yōu)镺FF，進(jìn)而斷開放電電路，停止放電。過放電信號(hào)傳 遞單元將放電電路斷開狀態(tài)的信號(hào)傳遞到位于最上游位置的電池保護(hù)IC芯片的放電用控 制端子，使位于最上游位置的電池保護(hù)IC芯片變?yōu)檫^放電狀態(tài)，再將過放電狀態(tài)傳遞到其 下游位置的電池保護(hù)IC芯片，當(dāng)各單節(jié)電池電壓高于過放電檢測(cè)電壓(VDL)時(shí)，通過上述 所述的放電電量平衡功能對(duì)各電池進(jìn)行自放電。最終，使各電池電壓穩(wěn)定在過放電檢測(cè)電 壓(VDL)，從而調(diào)整好電量平衡。

附圖是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如附圖所示，一種動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路。動(dòng)力鋰離子電池的放電 電路由串聯(lián)電池組和與其連接的EB+和EB-兩個(gè)正負(fù)輸出端口構(gòu)成。串聯(lián)電池組由若干節(jié) 鋰離子電池串聯(lián)而成。作為具體實(shí)施例，串聯(lián)電池組由BAT1、BAT2和BAT3三節(jié)鋰離子電池 串聯(lián)而成。動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路包括電池保護(hù)IC單元、自放電支路、過放 電控制開關(guān)和過放電信號(hào)傳遞單元。電池保護(hù)IC單元包括設(shè)置在串聯(lián)電池組的各單節(jié)電池正負(fù)極兩端的電池保護(hù)IC 芯片，依次為IC1芯片、TC2芯片和IC3芯片。電池保護(hù)IC芯片的正電壓接線端子VDD和 負(fù)電壓接線端子VSS用于與單節(jié)電池的正負(fù)極連接。本實(shí)施例中所用電池保護(hù)IC芯片的 型號(hào)為S-8209。沿所述串聯(lián)電池組的負(fù)極端到正極端的方向，位于上游位置的一個(gè)電池保護(hù)IC芯片的放電控制用輸出端子DO與相鄰的位于下游位置的一個(gè)電池保護(hù)IC芯片的放 電用控制端子CTLD連接。自放電支路設(shè)置于串聯(lián)電池組的各單節(jié)電池正負(fù)極兩端，該自放電支路包括一個(gè) 自放電控制開關(guān)和一個(gè)分流電阻Rfet，自放電控制開關(guān)選用一個(gè)自放電MOS管N3。對(duì)應(yīng)于 同一節(jié)單節(jié)電池，電池保護(hù)IC芯片的電量均衡控制用輸出端子CB與對(duì)應(yīng)的自放電MOS管 N3的柵極連接。過放電控制開關(guān)用于控制串聯(lián)電池組的放電電路通斷，位于最下游位置的電池保 護(hù)IC3芯片的放電控制用輸出端子D03與過放電控制開關(guān)的控制端連接。該過放電控制開 關(guān)包括一級(jí)開關(guān)和二級(jí)開關(guān)。其中，一級(jí)開關(guān)為一個(gè)第一雙極晶體管Tr2，二級(jí)開關(guān)為放電 MOS管N2，該放電MOS管N2連接于串聯(lián)電池組的負(fù)極端與放電電路輸出端口的負(fù)極端之 間，第一雙極晶體管Tr2的基極與最下游位置的一個(gè)電池保護(hù)IC3芯片的放電控制用輸出 端子D03連接，第一雙極晶體管Tr2的集電極與放電MOS管N2的柵極連接，第一雙極晶體 管Tr2的發(fā)射極與串聯(lián)電池組的正極端連接。過放電信號(hào)傳遞單元，用于將放電電路的接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)的信號(hào)傳遞到位于 最上游位置的電池保護(hù)ICl芯片的放電用控制端子CTLD1。該過放電信號(hào)傳遞單元包括一 個(gè)第二雙極晶體管Tr3和一個(gè)第三雙極晶體管Tr4。其中，第二雙極晶體管Tr3的集電極與 最上游位置的電池保護(hù)ICl芯片的放電用控制端子CTLDl連接，第二雙極晶體管Tr3的發(fā) 射極與串聯(lián)電池組的負(fù)極端連接，第二雙極晶體管Tr3的基極與第三雙極晶體管Tr4的集 電極連接，第三雙極晶體管Tr4的發(fā)射極與串聯(lián)電池組的正極端連接，第三雙極晶體管Tr4 的基極與放電電路輸出端口的負(fù)極端連接。本實(shí)用新型的I作過程以IC2芯片檢測(cè)到過放電，ICl芯片、IC3芯片處于通常狀態(tài)時(shí)為例，對(duì)放電狀態(tài)均 衡電路進(jìn)行說明。由于放電當(dāng)BAT2彡過放電檢測(cè)電壓(VDL)時(shí)，IC2芯片變?yōu)檫^放電狀態(tài)，D02端子 變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。IC3芯片的CTLD3端子通過CTLD端子源極電流(ICTLDH)被VDD3端子上拉。因 D02端子處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，所以CTLD3端子也隨之變?yōu)閂DD3電位。因此，當(dāng)CTLD3端子電位 彡CTLD端子H電壓(VCTLDH)時(shí)，IC3芯片也變?yōu)檫^放電狀態(tài)。如果BAT3高于過放電檢測(cè) 電壓(VDL)，IC3芯片會(huì)使對(duì)應(yīng)的自放電MOS管N3變?yōu)椤癘N”。這稱為放電電量平衡功能。過放電狀態(tài)的IC3芯片通過外接在D03端子上的第一雙極晶體管Tr2使放電MOS 管N2變?yōu)椤癘FF”。在這種情況下，禁止通過連接在EB+-EB-之間的負(fù)載進(jìn)行放電。由于之間所連接的負(fù)載，EB-端子被上拉。Tr3、Tr4均變?yōu)椤癘FF”，ICl芯 片的CTLDl端子變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。ICl芯片也變?yōu)檫^放電狀態(tài)，如果BATl高于過放電檢測(cè) 電壓(VDL)，利用放電電量平衡功能使對(duì)應(yīng)的自放電MOS管N3變?yōu)椤癘N”。進(jìn)行如上所述的工作后，當(dāng)BAT2達(dá)到過放電檢測(cè)電壓(VDL)時(shí)，即使在IC2最初 檢測(cè)到過放電的情況下，也可以通過Tr3、Tr4進(jìn)行通信，將過放電狀態(tài)從最下游位置的IC3 芯片傳送到最上游位置的ICl芯片，其結(jié)果是所有IC芯片均轉(zhuǎn)變?yōu)檫^放電狀態(tài)，當(dāng)各電池 均高于過放電檢測(cè)電壓(VDL)時(shí)，通過放電電量平衡功能調(diào)整好電量平衡。當(dāng)BAT1-BAT3 的電壓下降到彡過放電檢測(cè)電壓(VDL)時(shí)，各自的自放電MOS管N3變?yōu)椤癘FF”。另外，禁
5止放電后，在EB+-EB-之間連接充電器時(shí)，Tr3、Tr4變?yōu)椤癘N”，CTLD1端子會(huì)被下拉至VSS1 電位。因此，即使BAT1的電壓尚未下降到彡VDL，IC1芯片對(duì)應(yīng)的自放電M0S管N3也會(huì)變 為 “OFF”。
權(quán)利要求動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路，其特征在于包括電池保護(hù)IC單元，所述電池保護(hù)IC單元包括設(shè)置在串聯(lián)電池組的各單節(jié)電池正負(fù)極兩端的電池保護(hù)IC芯片，沿所述串聯(lián)電池組的負(fù)極端到正極端的方向，位于上游位置的一個(gè)電池保護(hù)IC芯片的放電控制用輸出端子與相鄰的位于下游位置的一個(gè)電池保護(hù)IC芯片的放電用控制端子連接；設(shè)置于所述串聯(lián)電池組的各單節(jié)電池正負(fù)極兩端的自放電支路，所述自放電支路包括一個(gè)自放電控制開關(guān)和一個(gè)分流電阻，對(duì)應(yīng)于同一節(jié)單節(jié)電池，所述電池保護(hù)IC芯片的電量均衡控制用輸出端子與所述自放電控制開關(guān)的控制端連接；用于控制所述串聯(lián)電池組的放電電路通斷的過放電控制開關(guān)，位于最下游位置的電池保護(hù)IC芯片的放電控制用輸出端子與所述過放電控制開關(guān)的控制端連接；過放電信號(hào)傳遞單元，用于將放電電路的接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)的信號(hào)傳遞到位于最上游位置的電池保護(hù)IC芯片的放電用控制端子。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路，其特征在于所述自放 電控制開關(guān)包括一個(gè)自放電MOS管。
3.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路，其特征在于所述過放 電控制開關(guān)包括一級(jí)開關(guān)和二級(jí)開關(guān)，所述一級(jí)開關(guān)為一個(gè)第一雙極晶體管，所述二級(jí)開 關(guān)為放電MOS管，所述放電MOS管連接于所述串聯(lián)電池組的負(fù)極端與放電電路輸出端口的 負(fù)極端之間，所述第一雙極晶體管的基極與最下游位置的電池保護(hù)IC芯片的放電控制用 輸出端子連接，所述第一雙極晶體管的集電極與所述放電MOS管的柵極連接，所述第一雙 極晶體管的發(fā)射極與所述串聯(lián)電池組的正極端連接。
4.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路，其特征在于所述過放 電信號(hào)傳遞單元包括一個(gè)第二雙極晶體管和一個(gè)第三雙極晶體管，所述第二 雙極晶體管的 集電極與最上游位置的電池保護(hù)IC芯片的放電用控制端子連接，所述第二雙極晶體管的 發(fā)射極與所述串聯(lián)電池組的負(fù)極端連接，所述第二雙極晶體管的基極與所述第三雙極晶體 管的集電極連接，所述第三雙極晶體管的發(fā)射極與所述串聯(lián)電池組的正極端連接，所述第 三雙極晶體管的基極與所述放電電路輸出端口的負(fù)極端連接。
5.如權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路，其特 征在于所述電池保護(hù)IC芯片的型號(hào)為S-8209。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種動(dòng)力鋰離子電池的放電狀態(tài)均衡電路，包括電池保護(hù)IC單元，所述電池保護(hù)IC單元包括設(shè)置在串聯(lián)電池組的各單節(jié)電池正負(fù)極兩端的電池保護(hù)IC芯片；設(shè)置于所述串聯(lián)電池組的各單節(jié)電池正負(fù)極兩端的自放電支路；用于控制所述串聯(lián)電池組的放電電路通斷的過放電控制開關(guān)；用于將放電電路的接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)的信號(hào)傳遞到位于最上游位置的電池保護(hù)IC芯片的過放電信號(hào)傳遞單元。本實(shí)用新型能夠解決在多節(jié)鋰離子電池串聯(lián)放電時(shí)，由于各電池單體間的性能差異而影響電池組的荷電保持能力，降低電池組整體性能的問題。
文檔編號(hào)H01M10/42GK201623225SQ20092029020
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者劉振華, 劉春彬, 張蓋西, 紀(jì)士洲 申請(qǐng)人:山東上存能源股份有限公司