專利名稱：充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子動力電池，特別涉及一種充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，屬于動力電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前鋰離子動力電池應(yīng)用十分廣泛，它可應(yīng)用在各種電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車等很多領(lǐng)域。鋰離子動力電池做為供電的動力源，在實際應(yīng)用中通常將若干個單體鋰離子動力電池串聯(lián)起來組成鋰離子動力電池串聯(lián)電池組后成組使用，以滿足不同設(shè)備所需電壓和功率的要求；同時在實際使用中基于鋰離子動力電池的充放電特性以及各單體電池存在差異這一實際情況，需要對鋰離子動力電池串聯(lián)電池組中的個別單體鋰離子動力電池實行均衡控制，解決鋰離子動力電池串聯(lián)電池組中電池匹配失衡，也就是解決鋰離子動力電池串聯(lián)電池組中各單體電池間不一致的問題，從而避免由于個別單體鋰離子動力電池的過充過放所導(dǎo)致的電池組早期失效，使其性能盡量接近單體鋰離子動力電池的平均水平，因此均衡控制對于鋰離子動力電池串聯(lián)電池組是十分重要的。通常把因單體鋰離子動力電池的性能差異而導(dǎo)致的電池組性能降低的現(xiàn)象稱為電池匹配失衡，大多數(shù)情況下，引起匹配失衡的原因是電池制作工藝和檢測手段的不完善， 而不是鋰離子動力電池本身的化學(xué)屬性變化。即使在生產(chǎn)出單體鋰離子動力電池后進(jìn)行檢測分類再進(jìn)行組合，也會出現(xiàn)電池匹配的失衡現(xiàn)象，如各單體電池的自放電率不同導(dǎo)致電池在擱置過程中的容量失衡，單體電池之間電阻不同導(dǎo)致個別單體電池在電池組充電過程中過充等。電池匹配失衡主要表現(xiàn)兩個方面一方面是電池荷電狀態(tài)失衡，即所有單體電池的容量相同，但在成組電池制作或擱置過程中，單體的荷電狀態(tài)不同；第二方面是電池容量或能量的失衡。為了改進(jìn)鋰離子動力電池串聯(lián)電池組的電性能，使不匹配的單體鋰離子動力電池達(dá)到同樣的荷電狀態(tài)，要求一些單體鋰離子動力電池的充電量和放電量比其它電池多，所以要給電池組增加均衡管理系統(tǒng)，對電池組進(jìn)行均衡控制，這種均衡管理系統(tǒng)是通過對容量最小或內(nèi)阻較大的先充到最高電壓的單體電池進(jìn)行分流來實現(xiàn)的。通常的分流電路是有一個功率晶體管和限流電阻串聯(lián)，再與單體電池并聯(lián)組成，在充電過程中控制功率晶體管導(dǎo)通，將高電壓電池的電流部分分流，從而使它的充電速度比其它電池慢，在放電過程中導(dǎo)通功率晶體管，增加容量稍大、電壓稍高的單體電池負(fù)載，使它的放電速度比其它電池快， 從而實現(xiàn)放電均衡。這種BMS均衡管理系統(tǒng)還包括有基準(zhǔn)電路、穩(wěn)壓電路和溫度開關(guān)，通過基準(zhǔn)電路提供采樣基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過穩(wěn)壓電路使輸出電壓穩(wěn)定，通過溫度開關(guān)實現(xiàn)溫度保護(hù)控制。這種BMS均衡管理系統(tǒng)如果均衡電流過大功耗會很大，引起電池組升溫或增加元件負(fù)擔(dān)，相反，如果均衡電流過小，就需要較長時間或多個周期才能起到均衡作用，從而降低充電效率，甚至失去均衡作用的意義。由于目前鋰離子動力電池串聯(lián)電池組無論是國內(nèi)還是國外，基本采用的都是上述均衡管理系統(tǒng)進(jìn)行均衡控制，這導(dǎo)致了現(xiàn)有鋰離子動力電池成組后的充放循環(huán)壽命大大低于單體電池的充放循環(huán)壽命，也就是說現(xiàn)有的均衡控制無法解決動力鋰離子電池串聯(lián)成組后電池一致性的問題，解決動力鋰離子電池串聯(lián)成組后電池的一致性的問題目前是一個無法解決的世界難題，也是動力鋰離子電池成組技術(shù)的瓶頸技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。動力鋰離子電池串聯(lián)成組后電池的一致性之所以難以解決，其原因主要是(1)各單體電池容量不一致是蓄電池技術(shù)的基本屬性，即使配置得很好的電池組，經(jīng)過一段時間后，又會出現(xiàn)不均衡； (2)規(guī)?；a(chǎn)后的電動車等是不可能采用均衡化充電或被動均衡裝置來實現(xiàn)均衡性維護(hù)的。因為現(xiàn)有的這種均衡管理系統(tǒng)始終在使某一單體電池容量最小，當(dāng)過充、過放、均衡分流時，淺充、淺放，這導(dǎo)致這一單體電池惡化循環(huán)直至它容量早期衰減而使整個電池組早期失效，大大縮短電池組的使用壽命，例如錳酸鋰電池，單體電池循環(huán)壽命為600次，實際電池組使用300 400次。磷酸鐵鋰電池單體電池循環(huán)壽命為2000次，而實際成組電池使用 1000 1200次。再者現(xiàn)有的這種均衡管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連接管線眾多，如有100個單體電池串聯(lián)，就有101根線與均衡管理系統(tǒng)相連接，任何一根線出現(xiàn)問題都會引起故障，因此故障率高，穩(wěn)定可靠性差，價格昂貴，鋰離子動力電池串聯(lián)電池組小容量在幾百元，大容量如電動汽車用價格上萬元。鋰離子動力電池串聯(lián)電池組中各單體電池間一致性的理想狀態(tài)是電池組中所有單體電池的容量和荷電狀態(tài)都相同，或單體電池的容量不同，但單體電池的荷電狀態(tài)相同。以上常規(guī)采用的均衡控制，無法解決鋰離子動力電池串聯(lián)電池組中各單體電池的容量一致性問題，只是解決了各單體電池的荷電狀態(tài)一致性問題，且解決的也不夠理想，仍存在著上述的許多缺陷。因此無法達(dá)到鋰離子動力電池串聯(lián)電池組中各單體電池間一致性的理想狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能使成組電池各單體電池的容量和荷電狀態(tài)都一致，電池組始終工作在理想狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、充放電效率高、成本低、穩(wěn)定可靠的充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，由若干個單體鋰離子動力電池串聯(lián)在一起，每個單體鋰離子動力電池上設(shè)置有基準(zhǔn)電路、穩(wěn)壓電路和溫度開關(guān)，還包括有單體鋰離子均衡電池和芯片，每個單體鋰離子動力電池的正極與單體鋰離子均衡電池的正極相連接，在每個單體鋰離子動力電池與單體鋰離子均衡電池之間設(shè)置有充電控制電路，在每個單體鋰離子動力電池與單體鋰離子均衡電池之間還設(shè)置有放電控制電路，每個單體鋰離子動力電池上還設(shè)置有過充過放保護(hù)電路，過充過放保護(hù)電路由過充保護(hù)電路和過放保護(hù)電路組成，其中a)充電控制電路由充電控制部分和充電采樣部分組成，充電控制部分設(shè)置在單體鋰離子動力電池負(fù)極和單體鋰離子均衡電池負(fù)極之間，且與芯片輸出端相連接；充電采樣部分與芯片輸入端相連接；b)放電控制電路由放電控制部分和放電采樣部分組成，放電控制部分設(shè)置在單體鋰離子動力電池負(fù)極和單體鋰離子均衡電池負(fù)極之間，且與芯片輸出端相連接；放電采樣部分與芯片輸入端相連接；
c)過充保護(hù)電路由過充控制部分和過充采樣部分組成，過充控制部分與芯片輸出端相連接，過充采樣部分與芯片輸入端相連接；d)過放保護(hù)電路由過放控制部分和過放采樣部分組成，過放控制部分與芯片輸出端相連接，過放采樣部分與芯片輸入端相連接；e)基準(zhǔn)電路的VCC端與芯片的VCC端相連接，芯片的GND端與單體鋰離子動力電池負(fù)極相連接，基準(zhǔn)電路的VREF端與芯片的VREF端相連接；f)穩(wěn)壓電路的VCC端與芯片的VCC端相連接，穩(wěn)壓電路正極與單體鋰離子動力電池正極相連接，穩(wěn)壓電路負(fù)極與單體鋰離子動力電池負(fù)極相連接。本發(fā)明另外一種充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，由若干個單體鋰離子動力電池串聯(lián)在一起，每個單體鋰離子動力電池上設(shè)置有基準(zhǔn)電路、穩(wěn)壓電路和溫度開關(guān)，還包括有單體鋰離子均衡電池和芯片，每個單體鋰離子動力電池的負(fù)極與單體鋰離子均衡電池的負(fù)極相連接，在每個單體鋰離子動力電池與單體鋰離子均衡電池之間設(shè)置有充電控制電路，在每個單體鋰離子動力電池與單體鋰離子均衡電池之間還設(shè)置有放電控制電路，每個單體鋰離子動力電池上還設(shè)置有過充過放保護(hù)電路，過充過放保護(hù)電路由過充保護(hù)電路和過放保護(hù)電路組成，其中a)充電控制電路由充電控制部分和充電采樣部分組成，充電控制部分設(shè)置在單體鋰離子動力電池正極和單體鋰離子均衡電池正極之間，且與芯片輸出端相連接；充電采樣部分與芯片輸入端相連接；b)放電控制電路由放電控制部分和放電采樣部分組成，放電控制部分設(shè)置在單體鋰離子動力電池正極和單體鋰離子均衡電池正極之間，且與芯片輸出端相連接；放電采樣部分與芯片輸入端相連接；c)過充保護(hù)電路由過充控制部分和過充采樣部分組成，過充控制部分與芯片輸出端相連接，過充采樣部分與芯片輸入端相連接；d)過放保護(hù)電路由過放控制部分和過放采樣部分組成，過放控制部分與芯片輸出端相連接，過放采樣部分與芯片輸入端相連接；e)基準(zhǔn)電路的VCC端與芯片的VCC端相連接，芯片的GND端與單體鋰離子動力電池正極相連接，基準(zhǔn)電路的VREF端與芯片的VREF端相連接；f)穩(wěn)壓電路的VCC端與芯片的VCC端相連接，穩(wěn)壓電路正極與單體鋰離子動力電池正極相連接，穩(wěn)壓電路負(fù)極與單體鋰離子動力電池負(fù)極相連接。進(jìn)一步，所述芯片的型號為MCP6544。進(jìn)一步，所述的充電控制電路中的充電控制部分包括有電阻R23、電阻R14、電阻 R8、電阻Rl和功率管Q1，充電采樣部分包括有電阻R19、電阻R17和電容C5。進(jìn)一步，所述的放電控制電路中的放電控制部分包括有電阻R13、二極管D1、電阻 R18和功率管Q2，放電采樣部分包括有電阻R7、電阻R16和電容C6。進(jìn)一步，所述的過充保護(hù)電路中的過充控制部分包括有電阻R2、功率管和電阻 R22，過充采樣部分包括有電阻R6、電阻R27和電容C3。進(jìn)一步，所述的過放保護(hù)電路中的過放控制部分包括有電阻R3、電阻R4、電阻R9 和光耦繼電器，過放采樣部分包括有電阻R5、電阻RlO和電容Cl。更進(jìn)一步，所述光耦繼電器型號為PC817。
采用上述技術(shù)方案后，具有很多好處本發(fā)明在鋰離子動力電池串聯(lián)電池組的單體鋰離子動力電池串聯(lián)在一起的基礎(chǔ)上，在每個單體鋰離子動力電池上增加了單體鋰離子均衡電池，每個單體鋰離子動力電池的正極與單體鋰離子均衡電池的正極相連接(或者每個單體鋰離子動力電池的負(fù)極與單體鋰離子均衡電池的負(fù)極相連接)，在每個單體鋰離子動力電池與單體鋰離子均衡電池之間設(shè)置有充電控制電路和放電控制電路，在每個單體鋰離子動力電池上還設(shè)置有過充過放保護(hù)電路，過充過放保護(hù)電路由過充保護(hù)電路和過放保護(hù)電路組成。本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術(shù)均衡管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連接管線眾多而造成的成本高、可靠性差、成本高等缺陷，本發(fā)明解決了動力鋰離子電池成組均衡的關(guān)鍵技術(shù)，本發(fā)明用簡單的零部件和電路解決了鋰離子動力電池串聯(lián)電池組一致性這一一直無法解決的難題。本發(fā)明中實現(xiàn)自動均衡的每個單體鋰離子動力電池的成本只增加幾元的成本，本發(fā)明用在上百個單體鋰離子動力電池串聯(lián)電池組上實現(xiàn)自動均衡的成本只有一千多元，而現(xiàn)有技術(shù)用在上百個單體鋰離子動力電池串聯(lián)電池組上的均衡管理系統(tǒng)成本卻要上萬元，可見本發(fā)明成本大大降低，且本發(fā)明的結(jié)構(gòu)使得管線大大減少，性價比高，結(jié)構(gòu)十分簡單，不易出現(xiàn)故障，穩(wěn)定可靠性好。本發(fā)明使成組電池各單體電池的容量和荷電狀態(tài)都一致，電池組始終工作在理想狀態(tài)，實現(xiàn)了真正的自動均衡，電池組充放循環(huán)壽命達(dá)到各單體電池充放循環(huán)壽命的平均值，使用壽命長，充放電效率高?，F(xiàn)有鋰離子動力電池(Lii^ePO4)單體電池的充放循環(huán)壽命> 2000次，而其鋰離子動力電池串聯(lián)電池組的充放循環(huán)壽命< 1200次， 可以看出串聯(lián)成組后電池的充放循環(huán)只能達(dá)到單體電池的60%，在采用本發(fā)明的技術(shù)方案后，鋰離子動力電池串聯(lián)電池組的充放循環(huán)壽命完全達(dá)到了單體電池充放循環(huán)壽命的平均值，鋰離子動力電池串聯(lián)電池組的充放循環(huán)壽命> 1800次。本發(fā)明使成組電池各單體電池的容量和荷電狀態(tài)都一致，電池組始終工作在理想狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，充放電效率高，成本低，穩(wěn)定可靠。


圖1為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一的電路圖；圖3為本發(fā)明實施例一中件1單體鋰離子動力電池的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的俯視圖；圖5為本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中圖2中電阻值后面未標(biāo)注單位的，其單位均為Ω。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實施例一如圖1至圖4所示，一種充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，由若干個單體鋰離子動力電池1串聯(lián)在一起，每個單體鋰離子動力電池1上設(shè)置有基準(zhǔn)電路6、穩(wěn)壓電路7和溫度開關(guān)8，還包括有單體鋰離子均衡電池2和芯片9，每個單體鋰離子動力電池1 的正極B+與單體鋰離子均衡電池2的正極B+相連接，在每個單體鋰離子動力電池1與單體鋰離子均衡電池2之間設(shè)置有充電控制電路3，在每個單體鋰離子動力電池1與單體鋰離子均衡電池2之間還設(shè)置有放電控制電路4，每個單體鋰離子動力電池1上還并聯(lián)設(shè)置有過充過放保護(hù)電路5，過充過放保護(hù)電路5由過充保護(hù)電路5-1和過放保護(hù)電路5-2組成，基準(zhǔn)電路6、穩(wěn)壓電路7、充電控制電路3、放電控制電路4和過充過放保護(hù)電路5均設(shè)置在電池保護(hù)板12上。其中a)充電控制電路3由充電控制部分3-1和充電采樣部分3_2組成，充電控制部分
3-1設(shè)置在單體鋰離子動力電池1負(fù)極S-和單體鋰離子均衡電池2負(fù)極B-之間，且通過芯片9的腳8與芯片9輸出端0UT3(即充電控制輸出端)相連接；充電采樣部分3-2設(shè)置在單體鋰離子動力電池1正極B+和單體鋰離子動力電池1負(fù)極S-之間，且通過芯片9的腳 10與芯片9輸入端IN3+(即充電采樣輸入端)相連接；b)放電控制電路4由放電控制部分4-1和放電采樣部分4-2組成，放電控制部分
4-1設(shè)置在單體鋰離子動力電池1負(fù)極S-和單體鋰離子均衡電池2負(fù)極B-之間，且通過芯片9的腳7與芯片9輸出端0UT2(即放電控制輸出端)相連接；放電采樣部分4-2設(shè)置在單體鋰離子動力電池1正極B+和單體鋰離子動力電池1負(fù)極S-之間，且通過芯片9的腳 6與芯片9輸入端IN2-(即放電采樣輸入端)相連接；c)過充保護(hù)電路5-1由過充控制部分5-1-1和過充采樣部分5_1_2組成，過充控制部分5-1-1通過芯片9的腳14與芯片9輸出端0UT4(即過充控制輸出端)相連接，過充采樣部分5-1-2設(shè)置在單體鋰離子動力電池1正極B+和單體鋰離子動力電池1負(fù)極S-之間，且通過芯片9的腳12與芯片9輸入端IN4+(即過充采樣輸入端)相連接；d)過放保護(hù)電路5-2由過放控制部分5-2-1和過放采樣部分5_2_2組成，過放控制部分5-2-1通過芯片9的腳1與芯片9輸出端OUTl (即過放控制輸出端)相連接，過放采樣部分5-2-2設(shè)置在單體鋰離子動力電池1正極B+和單體鋰離子動力電池1負(fù)極S-之間，且通過芯片9的腳2與芯片9輸入端mi-(即過放采樣輸入端)相連接；e)基準(zhǔn)電路6的VCC端通過芯片9的腳4與芯片9的VCC端相連接，基準(zhǔn)電路6 的VCC端是電路的供電電壓端。芯片9的GND端通過腳11與單體鋰離子動力電池1負(fù)極
5-相連接，從而通過芯片VCC端和GND端為芯片9提供工作電壓。基準(zhǔn)電路6的VREF端是電路的基準(zhǔn)電壓端，為與芯片9相連接的過充保護(hù)電路5-1、過放保護(hù)電路5-2、充電控制電路3和放電控制電路4四路提供參考電壓。基準(zhǔn)電路6的VREF端與芯片9的四個VREF端相連接，即與芯片9相連的四個VREF端中，第一個VREF端通過腳9與芯片9的IN3-端相連接，第一個VREF端與芯片9的IN3-端之間串聯(lián)有電阻R20 ；第二個VREF端通過腳5與芯片9的IN2+端相連接，第二個VREF端與芯片9的IN2+端之間串聯(lián)有電阻R12 ；第三個 VREF端通過腳13與芯片9的IN4-端相連接，第三個VREF端與芯片9的IN4-端之間串聯(lián)有電阻R21 ；第四個VREF端通過腳3與芯片9的INl+端相連接，第四個VREF端與芯片9的 INl+端之間串聯(lián)有電阻R11。f)穩(wěn)壓電路7的VCC端通過芯片9的腳4與芯片9的VCC端相連接，穩(wěn)壓電路7 正極B+與單體鋰離子動力電池1正極B+相連接，穩(wěn)壓電路7負(fù)極S-與單體鋰離子動力電池1負(fù)極S-相連接。本實施例中所述芯片9的型號為MCP6544。本實施例中所述的充電控制電路3中的充電控制部分3-1包括有電阻R23、電阻 R14、電阻R8、電阻Rl和功率管Ql，充電采樣部分3_2包括有電阻R19、電阻R17和電容C5。功率管Ql為大功率MOS管。充電采樣部分3-2起采樣作用，而充電控制部分3-1起充電控制作用。本實施例中所述的放電控制電路4中的放電控制部分4-1包括有電阻R13、二極管D1、電阻R18和功率管Q2，放電采樣部分4-2包括有電阻R7、電阻R16和電容C6。功率管Q2為大功率MOS管。放電采樣部分4-2起采樣作用，而放電控制部分4-1起充電控制作用。本實施例中所述的過充保護(hù)電路5-1中的過充控制部分5-1-1包括有電阻R2、功率管10和電阻R22，過充采樣部分5-1-2包括有電阻R6、電阻R27和電容C3。功率管10為小功率功率管。過充采樣部分5-2起采樣作用，而過充控制部分5-1-1起過充控制作用。本實施例中所述的過放保護(hù)電路5-2中的過放控制部分5-2-1包括有電阻R3、電阻R4、電阻R9和光耦繼電器11，過放采樣部分5-2-2包括有電阻R5、電阻RlO和電容Cl。 光耦繼電器11型號為CP817。過放采樣部分5-2-2起采樣作用，而過放控制部分5_2_1起過放控制作用。本實施例中光耦繼電器11設(shè)置有兩個，是為了光耦繼電器11相連接的兩個過放輸出點A和B接線時方便，使輸出點A和B接線時不必考慮方向性，不管是否接反， 仍能保持一個光耦繼電器11正常工作。實施例二如圖5所示，本實施例為本發(fā)明的另外一種技術(shù)方案，本實施例與實施例一基本相同，不同的是每個單體鋰離子動力電池1的負(fù)極S-與單體鋰離子均衡電池2的負(fù)極S-相連接，充電控制部分3-1設(shè)置在單體鋰離子動力電池1正極B+和單體鋰離子均衡電池2正極S+之間，放電控制部分4-1設(shè)置在單體鋰離子動力電池1正極B+和單體鋰離子均衡電池2正極S+之間，芯片9的GND端與單體鋰離子動力電池1正極B+相連接，芯片9、功率管 Q1、功率管Ql和功率管10的型號做相應(yīng)的調(diào)整即可。由于本實施例中每個單體鋰離子動力電池1的負(fù)極S-與單體鋰離子均衡電池2的負(fù)極S-相連接，本實施例與實施例一相比， 功能效果都非常好，但本實施例的成本高于實施例一，因而實施例一比實施例二更佳。本發(fā)明設(shè)定的安全溫度為55°C，> 55°C溫度開關(guān)8斷開。本發(fā)明設(shè)定的過放保護(hù)電壓為2. 5V，當(dāng)本發(fā)明電壓< 2. 5V時輸出低壓過放信號；本發(fā)明設(shè)定的過充保護(hù)電壓為 3. 8V，當(dāng)本發(fā)明電壓>3. 8V時啟動過充保護(hù)泄放電流；當(dāng)本發(fā)明電壓>3. 75V時，啟動單體鋰離子均衡電池2充電通道，而當(dāng)本發(fā)明電壓< 3. 65V時，關(guān)斷單體鋰離子均衡電池2充電通道；當(dāng)本發(fā)明電壓< 3. OV時，啟動單體鋰離子均衡電池2放電通道。本發(fā)明設(shè)定的參考電壓在2V 5V，當(dāng)需要改變參考電壓時，只需通過改變采樣電路中的R17、R16、R27和RlO 阻值就可達(dá)到所需要的參考電壓值。現(xiàn)以單體鋰離子動力電池IOOAh(LiFePO4)為例說明本發(fā)明的工作原理。由于制作工藝與材料批次的不穩(wěn)定性，單體電池的成品誤差率為2% 5%，現(xiàn)在按誤差率設(shè)定在士2%計算，也就是說成組電池各單體間容量為98Ah 102Ah。設(shè)計IOOAh電池時設(shè)計為總?cè)萘?04Ah，單體鋰離子動力電池1設(shè)計為lOOAh，單體鋰離子均衡電池2設(shè)計為4Ah，每個單體鋰離子動力電池1的正極與單體鋰離子均衡電池2的正極相連接，當(dāng)然也可以每個單體鋰離子動力電池1的負(fù)極與單體鋰離子均衡電池2的負(fù)極相連接。充電控制電路3和放電控制電路4分別控制充電狀態(tài)和放電狀態(tài)，過充保護(hù)電路5-1和過放保護(hù)電路5-2分別控制過充和過放狀態(tài)。充電時，當(dāng)某一個單體電池容量最小電池或內(nèi)阻較高電池首先出現(xiàn)單體鋰離子動力電池1電壓較高，電壓達(dá)到3. 75V時，充電電流分流回路通過功率管Ql向單體鋰離子均衡電池2充電，這時單體鋰離子動力電池1端電壓會慢慢下降到3. 65V，3. 65V 為電池標(biāo)準(zhǔn)充電電壓，當(dāng)采樣電路采樣達(dá)到3. 65V時，控制功率管Ql關(guān)斷，單體鋰離子均衡電池2充電中斷，這時充入單體鋰離子均衡電池2的能量為第一均衡循環(huán)充電主動修正的容量，以后可能出現(xiàn)多次這樣的小循環(huán)，最終當(dāng)所有串聯(lián)電池的電壓都保持在3. 65V時，充電器充電回路關(guān)斷，充電結(jié)束，這時各單體電池中單體鋰離子均衡電池2充入的能量即為各單體電池的容量誤差率。放電時，放電控制回路采樣到單體鋰離子動力電池1端電壓在 3. OV時，控制放電回路功率管Q2導(dǎo)通，將單體鋰離子均衡電池2中的能量與單體鋰離子動力電池1并聯(lián)放電，將單體電池容量誤差中的能量得以補(bǔ)充，達(dá)到串聯(lián)電池各單體電池放電的能量相等。如此循環(huán)周而復(fù)始，一直保持成組串聯(lián)電池各單體間無論充電、放電，始終保持均衡在成組串聯(lián)電池容量的平均值，達(dá)到單體電池充放循環(huán)壽命，而且使成組串聯(lián)電池在均衡時無均衡能量損耗，提高了充放電效率。
權(quán)利要求
1.一種充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，由若干個單體鋰離子動力電池 ⑴串聯(lián)在一起，每個單體鋰離子動力電池⑴上設(shè)置有基準(zhǔn)電路(6)、穩(wěn)壓電路(7)和溫度開關(guān)(8)，其特征在于還包括有單體鋰離子均衡電池(2)和芯片(9)，每個單體鋰離子動力電池(1)的正極與單體鋰離子均衡電池O)的正極相連接，在每個單體鋰離子動力電池 ⑴與單體鋰離子均衡電池⑵之間設(shè)置有充電控制電路(3)，在每個單體鋰離子動力電池 (1)與單體鋰離子均衡電池( 之間還設(shè)置有放電控制電路G)，每個單體鋰離子動力電池 ⑴上還設(shè)置有過充過放保護(hù)電路(5)，過充過放保護(hù)電路(5)由過充保護(hù)電路(5-1)和過放保護(hù)電路(5- 組成，其中a)充電控制電路(3)由充電控制部分(3-1)和充電采樣部分(3- 組成，充電控制部分(3-1)設(shè)置在單體鋰離子動力電池(1)負(fù)極和單體鋰離子均衡電池O)負(fù)極之間，且與芯片(9)輸出端相連接；充電采樣部分(3-2)與芯片(9)輸入端相連接；b)放電控制電路⑷由放電控制部分和放電采樣部分G-2)組成，放電控制部分設(shè)置在單體鋰離子動力電池(1)負(fù)極和單體鋰離子均衡電池(2)負(fù)極之間，且與芯片(9)輸出端相連接；放電采樣部分(4-2)與芯片(9)輸入端相連接；c)過充保護(hù)電路(5-1)由過充控制部分(5-1-1)和過充采樣部分(5-1-2)組成，過充控制部分(5-1-1)與芯片(9)輸出端相連接，過充采樣部分(5-1-2)與芯片(9)輸入端相連接；d)過放保護(hù)電路(5-2)由過放控制部分(5-2-1)和過放采樣部分(5-2- 組成，過放控制部分(5-2-1)與芯片(9)輸出端相連接，過放采樣部分(5-2-2)與芯片(9)輸入端相連接；e)基準(zhǔn)電路(6)的VCC端與芯片(9)的VCC端相連接，芯片(9)的GND端與單體鋰離子動力電池(1)負(fù)極相連接，基準(zhǔn)電路(6)的VREF端與芯片(9)的VREF端相連接；f)穩(wěn)壓電路(7)的VCC端與芯片(9)的VCC端相連接，穩(wěn)壓電路(7)正極與單體鋰離子動力電池(1)正極相連接，穩(wěn)壓電路(7)負(fù)極與單體鋰離子動力電池(1)負(fù)極相連接。
2.一種充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，由若干個單體鋰離子動力電池 ⑴串聯(lián)在一起，每個單體鋰離子動力電池⑴上設(shè)置有基準(zhǔn)電路(6)、穩(wěn)壓電路(7)和溫度開關(guān)(8)，其特征在于還包括有單體鋰離子均衡電池(2)和芯片(9)，每個單體鋰離子動力電池(1)的負(fù)極與單體鋰離子均衡電池O)的負(fù)極相連接，在每個單體鋰離子動力電池 ⑴與單體鋰離子均衡電池⑵之間設(shè)置有充電控制電路(3)，在每個單體鋰離子動力電池 (1)與單體鋰離子均衡電池( 之間還設(shè)置有放電控制電路G)，每個單體鋰離子動力電池 (1)上還設(shè)置有過充過放保護(hù)電路(5)，過充過放保護(hù)電路(5)由過充保護(hù)電路(5-1)和過放保護(hù)電路(5- 組成，其中a)充電控制電路(3)由充電控制部分(3-1)和充電采樣部分(3- 組成，充電控制部分(3-1)設(shè)置在單體鋰離子動力電池(1)正極和單體鋰離子均衡電池O)正極之間，且與芯片(9)輸出端相連接；充電采樣部分(3-2)與芯片(9)輸入端相連接；b)放電控制電路⑷由放電控制部分和放電采樣部分G-2)組成，放電控制部分G-1)設(shè)置在單體鋰離子動力電池(1)正極和單體鋰離子均衡電池O)正極之間，且與芯片(9)輸出端相連接；放電采樣部分G-2)與芯片(9)輸入端相連接；c)過充保護(hù)電路(5-1)由過充控制部分(5-1-1)和過充采樣部分(5-1-2)組成，過充控制部分(5-1-1)與芯片(9)輸出端相連接，過充采樣部分(5-1-2)與芯片(9)輸入端相連接；d)過放保護(hù)電路(5-2)由過放控制部分(5-2-1)和過放采樣部分(5-2- 組成，過放控制部分(5-2-1)與芯片(9)輸出端相連接，過放采樣部分(5-2-2)與芯片(9)輸入端相連接；e)基準(zhǔn)電路(6)的VCC端與芯片(9)的VCC端相連接，芯片(9)的GND端與單體鋰離子動力電池(1)正極相連接，基準(zhǔn)電路(6)的VREF端與芯片(9)的VREF端相連接；f)穩(wěn)壓電路(7)的VCC端與芯片(9)的VCC端相連接，穩(wěn)壓電路(7)正極與單體鋰離子動力電池(1)正極相連接，穩(wěn)壓電路(7)負(fù)極與單體鋰離子動力電池(1)負(fù)極相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，其特征在于所述芯片(9)的型號為MCP6544。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，其特征在于所述的充電控制電路(3)中的充電控制部分(3-1)包括有電阻R23、電阻R14、電阻 R8、電阻Rl和功率管Q1，充電采樣部分(3-2)包括有電阻R19、電阻R17和電容C5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，其特征在于所述的放電控制電路⑷中的放電控制部分(4-1)包括有電阻R13、二極管D1、電阻 R18和功率管Q2，放電采樣部分(4-2)包括有電阻R7、電阻R16和電容C6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，其特征在于所述的過充保護(hù)電路(5-1)中的過充控制部分(5-1-1)包括有電阻R2、功率管(10) 和電阻R22，過充采樣部分(5-1-2)包括有電阻R6、電阻R27和電容C3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，其特征在于所述的過放保護(hù)電路(5-2)中的過放控制部分(5-2-1)包括有電阻R3、電阻R4、電阻 R9和光耦繼電器(11)，過放采樣部分(5-2-2)包括有電阻R5、電阻RlO和電容Cl。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，其特征在于所述光耦繼電器(11)型號為PC817。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子動力電池，特別涉及一種充放電自動均衡的鋰離子動力電池串聯(lián)電池組，本發(fā)明由若干個單體鋰離子動力電池(1)串聯(lián)在一起，還包括有單體鋰離子均衡電池(2)和芯片(9)，每個單體鋰離子動力電池(1)的正極與單體鋰離子均衡電池(2)的正極相連接，在每個單體鋰離子動力電池(1)與單體鋰離子均衡電池(2)之間設(shè)置有充電控制電路(3)和放電控制電路(4)，每個單體鋰離子動力電池(1)上還設(shè)置有過充過放保護(hù)電路(5)。本發(fā)明另一種方案是每個單體鋰離子動力電池(1)的負(fù)極與單體鋰離子均衡電池(2)的負(fù)極相連接。本發(fā)明使電池組始終工作在理想狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，充放電效率高，成本低。
文檔編號H01M10/0525GK102376979SQ201010252710
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者周金平 申請人:周金平