專利名稱：一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種動力型電池控制系統(tǒng)，更具體地說指一種能對多達120節(jié)鋰 電池進行充電放電控制的系統(tǒng)，實現(xiàn)對每節(jié)鋰電池的平衡充電放電。
背景技術(shù)：
在大功率動力產(chǎn)品(電動自行車、大電鉆、動力汽車等)中，由于鋰電池本身也有 一些缺點，對充放電壓要求苛刻，充電電壓不能過高，放電電壓不能過低，否則電池都將永 久性損壞，要求鋰電電池組充電過程中電池電壓須保持一致，另外電池組電壓使用中會出 現(xiàn)不均衡，此時需要對電池組做均衡處理?，F(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的電池組的數(shù)量十分地有限，多 串電池的總電壓48V以下，很少能達到三四百伏的電壓，其主要是現(xiàn)有技術(shù)中大多出現(xiàn)的 是非鋰電的動力電池，過多數(shù)量電池的串聯(lián)會導(dǎo)致電池組的重量過大；如若采用鋰電池，則 電池組的電池數(shù)量相當(dāng)?shù)馗?。則由于現(xiàn)有技術(shù)對電池的充放電控制技術(shù)有限，對多達上百 顆的電池同時進行均衡充放電的控制技術(shù)未得到很好地解決?；谏鲜黾夹g(shù)的缺陷，本發(fā)明人開發(fā)出來一種利用微控制器(單片機)作為對每 個單節(jié)電池進行平衡充放電控制的多串鋰電池控制系統(tǒng)，利用各個微控制器與處理器之間 的通訊實現(xiàn)各個電池之間的平衡充放電。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種利用微控制器(單片 機)作為對每個單節(jié)電池進行平衡充放電控制的多串鋰電池控制系統(tǒng)，利用各個微控制器 與處理器之間的通訊實現(xiàn)各個電池之間的平衡充放電。本實用新型的技術(shù)內(nèi)容為一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征包括主控制 板和與主控制板電性聯(lián)接的鋰電池組，所述的主控制板包括電源模塊、與電源模塊聯(lián)接的 處理器、與處理器聯(lián)接的MOS管電路、與鋰電池組聯(lián)接的電池接口，所述的MOS管電路聯(lián)接 有充電口、輸出口及前述的電池接口，所述的充電口與外部的充電器聯(lián)接，所述的輸出口與 外部的電動設(shè)備聯(lián)接；所述的鋰電池組包括多個串聯(lián)的單體電池組件；所述的單節(jié)電池組 件包括單節(jié)電池與單節(jié)電池并聯(lián)的平衡電路，及用于檢測單節(jié)電池電壓的微控制器，所述 的微控制器設(shè)有與平衡電路聯(lián)接的控制端、與主控制板的處理器通訊聯(lián)接的通訊端。其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述的主控制板上還設(shè)有與處理器聯(lián)接的用于單節(jié)電池過 流保護的保護電路，所述保護電路的檢測端與鋰電池組的任一單節(jié)電池聯(lián)接。其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述單體電池組件還包括用于聯(lián)接微控制器與處理器的光 華禹。其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述的光耦包括發(fā)送光耦和接收光耦。其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述的MOS管電路包括用于聯(lián)接充電口與電池接口的充電 MOS管電路和用于聯(lián)接電池接口與輸出口的放電MOS管電路。其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述的單節(jié)電池為鐵鋰電池。[0011]其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述的單體電池組件為4 120個。其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述的微控制器為HT46R51型芯片。其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述的處理器為HT45R53型芯片。其進一步技術(shù)內(nèi)容為所述的充電MOS管電路和放電MOS管電路均設(shè)有二個并聯(lián) 的 IXEN6CM120/D1 型 MOS 管器件。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是本實用新型對每個單節(jié)電池設(shè)有一個 檢測單元，每個檢測單元利用MOS管進行均衡充放電，利用微控制器與處理器之間的通訊 實現(xiàn)均衡充放電的控制，由于每節(jié)電池的電壓均衡，故此可以利用對任一單節(jié)電池的電流 檢測，即可實現(xiàn)對所有電池過充過放的保護。從而能實現(xiàn)對多達120節(jié)的電池組實現(xiàn)均衡 充電放電控制和保護，以此通過多個鋰電池的串聯(lián)，實現(xiàn)高電壓大電流的移動電源，為動力 型的電動設(shè)備提供大容量的移動電源。本實用新型可以用于各種電動設(shè)備，具有極好的應(yīng) 用前景。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步描述。


圖1為本實用新型一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)具體實施例的方框結(jié)構(gòu)示意
圖2為圖1所示具體實施例的主電路連接示意圖； 圖3為圖1所示具體實施例的單節(jié)電池組件電路原理圖； 圖4為圖1所示具體實施例的主控制板電路原理圖。 附圖標(biāo)記說明
1主控制板11 12處理器13 131充電MOS管電路 132 14電池接口15 16輸出口17
2鋰電池組20 21單節(jié)電池22 23微控制器24
電源模塊 MOS管電路 放電MOS管電路 充電口 保護電路 單體電池組件 平衡電路 光耦
具體實施方式
為了更充分理解本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例對本實用新型的技 術(shù)方案進一步介紹和說明，但不局限于此。如圖1至圖4所示，本實用新型一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，包括主控制板1 和與主控制板1電性聯(lián)接的鋰電池組2，主控制板1包括電源模塊11、與電源模塊11聯(lián)接 的處理器12、與處理器12聯(lián)接的MOS管電路13、與鋰電池組2聯(lián)接的電池接口 14。其中電 源模塊11的電源取自鋰電池組的電源，通過LM2575型穩(wěn)壓芯片為主控制板提供5v的穩(wěn)壓 電源，在電源模塊中設(shè)有啟動按鈕Si。MOS管電路13聯(lián)接有充電口 15、輸出口 16及前述的 電池接口 14，充電口 15與外部的充電器聯(lián)接，輸出口 16與外部的電動設(shè)備(比如電動自行車、汽車、電鉆等)聯(lián)接；鋰電池組2包括多個串聯(lián)的單體電池組件20 (即單節(jié)電池的檢測 單元)；單節(jié)電池組件20包括單節(jié)電池21與單節(jié)電池21并聯(lián)的平衡電路22，及用于檢測 單節(jié)電池21電壓的微控制器23，微控制器23設(shè)有與平衡電路22聯(lián)接的控制端、與主控制 板1的處理器12通訊聯(lián)接的通訊端。每個單體電池組件中的微控制器檢測到電池電壓，將 電壓信號通過通訊端發(fā)送至處理器，處理器將接收到的各個單體電池組件的電壓信號相進 行相互比較，對有差值(超過設(shè)定的差值)的電池進行均衡充電放電控制，將最高電壓的電 池通過MOS管的導(dǎo)通，用熱損耗電阻R7進行放電平衡，直至各個電池的電壓差值低于設(shè)定 值(比如30mv)。主控制板1上還設(shè)有與處理器12聯(lián)接的用于單節(jié)電池過流保護的保護電 路17，保護電路17的檢測端與鋰電池組2的任一單節(jié)電池聯(lián)接(因為所有電池的電壓是均 衡的，所以可以通過對單一電池的電流檢測，實現(xiàn)對鋰電池組的所有電池的過流保護)。單 體電池組件21還包括用于聯(lián)接微控制器23與處理器12的光耦24。光耦24包括發(fā)送光 耦(如圖3中的Ul)和接收光耦(如圖3中的U2)。MOS管電路13包括用于聯(lián)接充電口 15 與電池接口 14的充電MOS管電路131和用于聯(lián)接電池接口 14與輸出口 16的放電MOS管 電路132。單節(jié)電池21為鐵鋰電池，電壓為3. 2V，本實施例中，單節(jié)電池的數(shù)量為120個， 鋰電池組的總輸出電壓為384V，可以直接驅(qū)動直流電源型動力設(shè)備，也可以通過增設(shè)逆變 電路，去驅(qū)動380V的交流電設(shè)備。在本實施例中，微控制器采用HT46R51型芯片；處理器 采用HT45R53型芯片；充電MOS管電路和放電MOS管電路均是采用二個并聯(lián)的MOS管器件 (IXEN60N120/D1型，電流100A)。其中單體電池組件的平衡電路包括9926型MOS管，和與 之串聯(lián)的電阻R7 (起熱損耗作用，功率10W)。主控制板上設(shè)有充放電的指示燈LED1、LED2、 LED3。以下是對每節(jié)電池進行放電、充電保護和均衡充電的詳細說明1、放電保護A、當(dāng)每節(jié)電池電壓低于2. OV士0. OlV時，控制器會在100MS內(nèi)自動關(guān)斷電池輸出， 此時輸出回路鎖定，負載兩端電壓為零，要解除鎖定狀態(tài)，須將負載斷開并將負載地和電池 地短路，或者插入充電器進行充電至少IS方可以解除。B、當(dāng)所有電池總電壓低于20V士0. IOV(例如10節(jié)電池)，控制器會在IS內(nèi)關(guān)斷電 池輸出，此時輸出回路鎖定，解除方法同A。C、當(dāng)放電電流超過200A時，控制器會在IMS內(nèi)關(guān)斷電池輸出并進入過流保護狀 態(tài)，此時輸出回路鎖定，解除方法同A。D、短路保護與過流保護基本相同，不同之處是關(guān)斷時間在IOUS內(nèi)，解除辦法相 同。2、充電保護A、當(dāng)每節(jié)電池電壓高于3.65V士0.030V時，控制器會在IS內(nèi)關(guān)斷充電器輸入，此 時輸入回路鎖定，要解除鎖定狀態(tài)，將充電器拔掉并至少等待IOS內(nèi)可以解除。B、當(dāng)所有電池總電壓高于36. 5V士0. 30V(例10節(jié)電池)時，控制器會在IS內(nèi)關(guān) 斷充電器輸入，此時輸入回路鎖定，解除方法同A。 C、當(dāng)充電電流超過200A時，控制器會在IMS內(nèi)關(guān)斷充電器輸入并進入過流保護狀 態(tài)，此時輸入回路鎖定，解除方法同A。 D、充電進入保護后，控制器將檢測電池電壓，當(dāng)電壓低于保護電壓一定值后會自動解除鎖定狀態(tài)，此時如果充電器沒有拔掉將進入充電狀態(tài)；如果充電器拔掉將進入待機 狀態(tài)。3、均衡充電為了充分利用鋰電電池包能量，發(fā)揮電池最大效能，必須要考慮電池的均衡，最終 能夠使電池的容電一致，目前電池均衡方法主要有兩種，能量的傳遞轉(zhuǎn)移均衡和熱損耗均 衡，本控制系統(tǒng)使用熱能損耗型，本控制系統(tǒng)當(dāng)開始充電時，均充控制程序(控制模式設(shè)于 處理器內(nèi))就運行，將所有電池電壓比較，如果最高電池電壓與最低電池電壓的差值大于 30MV，高電壓電池均衡電路的MOS開關(guān)打開，否則均衡條件不滿足，關(guān)閉均衡；依次類推次 高電池與最低電池電壓比較，差值大于30MV，打開次高電池均衡開關(guān)，否則均衡比較結(jié)束。 充放電保護板本機待機靜態(tài)功耗約< 100UA。要控制系統(tǒng)可使用于12V-380V的電動自行 車、電動汽車及多串鋰電池控制的產(chǎn)品(如大電鉆、電動升降機等)中。綜上所述，本實用新型對每個單節(jié)電池設(shè)有一個檢測單元，每個檢測單元利用MOS 管進行均衡充放電，利用微控制器與處理器之間的通訊實現(xiàn)均衡充放電的控制，由于每節(jié) 電池的電壓均衡，故此可以利用對任一單節(jié)電池的電流檢測，即可實現(xiàn)對所有電池過充過 放的保護。從而能實現(xiàn)對多達120節(jié)的電池組實現(xiàn)均衡充電放電控制和保護，以此通過多 個鋰電池的串聯(lián)，實現(xiàn)高電壓大電流的移動電源，為動力型的電動設(shè)備提供大容量的移動 電源。本實用新型可以用于各種電動設(shè)備，具有極好的應(yīng)用前景。以上所述僅以實施例來進一步說明本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，以便于讀者更容易理 解，但不代表本實用新型的實施方式僅限于此，任何依本實用新型所做的技術(shù)延伸或再創(chuàng) 造，均受本實用新型的保護。
權(quán)利要求一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征包括主控制板和與主控制板電性聯(lián)接的鋰電池組，所述的主控制板包括電源模塊、與電源模塊聯(lián)接的處理器、與處理器聯(lián)接的MOS管電路、與鋰電池組聯(lián)接的電池接口，所述的MOS管電路聯(lián)接有充電口、輸出口及前述的電池接口，所述的充電口與外部的充電器聯(lián)接，所述的輸出口與外部的電動設(shè)備聯(lián)接；所述的鋰電池組包括多個串聯(lián)的單體電池組件；所述的單節(jié)電池組件包括單節(jié)電池與單節(jié)電池并聯(lián)的平衡電路，及用于檢測單節(jié)電池電壓的微控制器，所述的微控制器設(shè)有與平衡電路聯(lián)接的控制端、與主控制板的處理器通訊聯(lián)接的通訊端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制 板上還設(shè)有與處理器聯(lián)接的用于單節(jié)電池過流保護的保護電路，所述保護電路的檢測端與 鋰電池組的任一單節(jié)電池聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述單體電池 組件還包括用于聯(lián)接微控制器與處理器的光耦。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光耦包 括發(fā)送光耦和接收光耦。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述的MOS管 電路包括用于聯(lián)接充電口與電池接口的充電MOS管電路和用于聯(lián)接電池接口與輸出口的 放電MOS管電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述的單節(jié)電 池為鐵鋰電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述的單體電 池組件為4 120個。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述的微控制 器為HT46R51型芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述的處理器 為HT45R53型芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述的充電 MOS管電路和放電MOS管電路均設(shè)有二個并聯(lián)的IXEN60N120/D1型MOS管器件。
專利摘要本實用新型公開了一種動力型多串鋰電池控制系統(tǒng)，包括主控制板和與主控制板電性聯(lián)接的鋰電池組，主控制板包括電源模塊、與電源模塊聯(lián)接的處理器、與處理器聯(lián)接的MOS管電路、與鋰電池組聯(lián)接的電池接口，MOS管電路聯(lián)接有充電口、輸出口及前述的電池接口，充電口與外部的充電器聯(lián)接，輸出口與外部的電動設(shè)備聯(lián)接；鋰電池組包括多個串聯(lián)的單體電池組件；單節(jié)電池組件包括單節(jié)電池與單節(jié)電池并聯(lián)的平衡電路，及用于檢測單節(jié)電池電壓的微控制器。本實用新型能實現(xiàn)對多達120節(jié)的電池組實現(xiàn)均衡充電放電控制和保護，實現(xiàn)高電壓大電流的移動電源，為動力型的電動設(shè)備提供大容量的移動電源，可以用于電動自行車、電動汽車等各種大功率電動設(shè)備。
文檔編號H02J7/00GK201766397SQ20102054082
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者楊德軍 申請人:深圳市力鑄科技有限公司