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CN201393058Y - 可充电电池组充放电均衡保护模块 - Google Patents

可充电电池组充放电均衡保护模块 Download PDF

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CN201393058Y CN200920067724U CN200920067724U CN201393058Y CN 201393058 Y CN201393058 Y CN 201393058Y CN 200920067724 U CN200920067724 U CN 200920067724U CN 200920067724 U CN200920067724 U CN 200920067724U CN 201393058 Y CN201393058 Y CN 201393058Y
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CN200920067724U
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Inventor
张树望
曾明球
邬伟
周业昌
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Shanghai Changyuan Wayon Circuit Protection Co Ltd
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Shanghai Changyuan Wayon Circuit Protection Co Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

本实用新型为一种适合于10节36V电动车用串联锂离子或磷酸铁锂动力可充电电池组充放电均衡保护模块，采用三个锂电池管理保护芯片S8204B级联，它包括带载能力控制单元、充电均衡保护单元、消耗电流控制单元和两组功率场效应管，所述带载能力控制单元与两组功率场效应管串联；所述充电均衡保护单元与级联的锂电池管理保护芯片组并联；所述两组场效应管是N沟道的低内阻场效应管，每组是由单个或多个场效应管并接组成。优点是：在充电均衡保护控制下保证每节电池都能达到充满状态，大大提高电池组的工作效率；带载能力控制方式有效解决了大电流释放问题，为5节以上的电池组提供一个简单实用的充放电保护方案。

Description

可充电电池组充放电均衡保护模块
技术领域
本实用新型涉及一种适合于10节36V电动车用串联锂离子或磷酸铁锂动力可充电电池组充放电均衡保护模块，属于电池技术领域。
背景技术
二十一世纪可谓是“时代呼唤绿色环保”的时代，不但要求人们注重节约能源，更重要的是要求人们更加注重居住环境和绿色环保，以实现社会的可持续发展。中国石油资源比较贫乏，燃油与尾气的排放污染又是未来大中城市大气污染的主要污染源。为此发展动力源无疑是未来发展的必然趋势，也是符合绿色环保革命的需求，更是一种社会可持续发展的工具。目前市场上主流的电动车，其动力源一般由铅酸或镍氢电池组构成，铅酸电池、镍氢电池循环实用寿命短、体积大，因此都比较沉重，同时铅酸电池存在安全隐患问题，铅酸电池在强烈的撞击下容易发生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，铅酸电池中含有大量的铅，在其废弃处理后若处理不当，将对环境构成二次污染，镍氢电池存在记忆效应，促使电池的实用效率大大降低。锂离子、磷酸铁锂电池是一种电压高、体积小、重量轻、无记忆效应、循环使用寿命长并无污染的绿色能源，但是锂离子或磷酸铁锂电池在实用过程中若使用不当(过充电、放电、短路、过流)也存在易损坏、爆炸等安全隐患，因此对电池组的管理提出了严格的要求。一般4节以下的锂离子或磷酸铁锂电池组都采用专门的电池管理保护芯片做保护模块，5节以上(含5节)锂离子或磷酸铁锂电池组采用电池管理保护芯片串联的方式组成，这样电池组在使用的过程中因个别单体电池老化，导致内阻升高，促使电池组在充电过程中因个别单体电池提前达到充满状态，电池组充电结束，导致电池组利用效率不高，因此需要增加充电均衡保护线路提高电池组的使用效率，每个单体电池都有一个独立的充电均衡保护系统，当个别电池提前充满的情况下，充电均衡保护系统打开所控制的场效应管使充电电流自动跳到下一个单体电池继续充电，充满为止，这种方式的缺点是促使电池保护模块结构复杂，产品制造成本增加。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种低功耗、抗干扰能力强的串联锂离子或磷酸铁锂电池组充放电均衡保护方案，促使电池组在使用过程中利用效率达到最高。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种可充电电池组充放电均衡保护模块，采用n个锂电池管理保护芯片S8204B级联，由两组功率场效应管分别连接充放电控制端；它还包括带载能力控制单元和充电均衡保护单元；所述带载能力控制单元与两组功率场效应管串联；所述充电均衡保护单元与级联的锂电池管理保护芯片组并联；所述两组场效应管是N沟道的低内阻场效应管，每组是由单个或多个场效应管并接组成。
所述的充电均衡保护单元由最多4n个单节锂电池保护电路组成；每个单节锂电池保护电路由管理保护芯片、场效应管和电阻组成，与所对应的充电锂电池并接。
所述的带载能力控制单元由一组并联的大功率贴片式精密电阻组成。
上述方案中所述n为3，同时充电的锂电池为10个。
本实用新型的有益效果是：电路较简单，比较容易实现较好的电气特性，由于S8204B不存在电池数量的限制，可为5节以上的电池组提供一个简单实用的充放电保护方案。在充电均衡保护控制下保证每节电池都能达到充满状态，大大提高电池组的工作效率。采用功率场效应管和电压监测精密电阻各并联方式解决大电流释放。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图。
图2为本实用新型的充电均衡保护单元电路图。
图3为本实用新型的带载能力控制单元电路图。
图4为本实用新型的充放电场效应管电路图。
图5为本实用新型的电压检测开关电路图。
图6为本实用新型的电气原理图。
具体实施方式
本实用新型可充电电池组充放电均衡保护模块的电路框图如图1所示，它包括三个锂电池管理保护芯片S8204B，编号为IC1、IC2、IC3；管理保护芯片滤波电容，编号为C1、C2、C3；充放电功率场效应管FET各一组，编号为Qa、Qb及场效应管散热片；由精密电阻组成的带载能力控制单元，编号RS；外接电容设置过电流检测延迟时间控制端，编号为C4、C5、C6；减小电池因过放电导致的消耗电流控制的电压检测开关电路，编号为Mn；充电均衡保护单元，编号为Bn；印刷电路板及防水材料等。
首先将三个3～4节锂电池保护芯片充电、放电控制FET端子和充放电连接端子串联在一起，当充电器对电池组过充电时，为防止温度上升导致电池内压升高，需要终止充电状态，此时通过检测电池电压激活过充电保护功能，终止充电；当监测电压低于电池过放电保护电压检测点时激活过放电保护功能，终止放电，并将电池保持低静态电流的待机模式。电池在过电流和短路的情况下，激活过电流保护功能，终止放电。电池组充放电、过流、短路保护功能主要是依靠保护芯片IC1、IC2、IC3的COP、DOP、CTLC、CTLD端子来控制场效应管的通、断。当回路出现大电流释放时(一般电动车启动会产生瞬间电流20～30A)，若电池组带载能力达不到要求就会造成电动车难以启动，可以通过调节精密电阻的大小来实现，同样也可以调节外接电容C4、C5、C6来设置过电流检测延迟时间。
电池组在循环实用过程中可能产生个别单体电池内阻升高，导致电池组在充电过程中产生充电不平衡，利用效率大大降低，所以需要在电池组管理保护模块中增加充电均衡保护电路(如图2)，它在每节电池两端增加一个过充电保护线路(B101、Q101、R101等依次组成)，管理保护芯片B101、B201……B110(S8241)监测每个电池的充电状态，若检测电压高于过充电压保护值时，自动打开相对应的MOSFET(Q101、Q201……Q110)，保证电池组中的所有电池均衡一致地进行充电，直至所有电池充满为止。
附图3所示带载能力控制单元，是由多个大功率贴片式精密电阻并接组成，通过锂电池管理保护芯片的VSS-VINI电压检测端子，调节阻值来控制电池组的带载能力。
附图4所示电压检测开关电路由6个MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6组成，分别与三片锂电池保护芯片的电压检测端子VMP相连；当电池组中任何一块电池出现过放电时，可以保证锂电池管理保护芯片IC1、IC2、IC3进入休眠模式从而减小电池组保护模块的消耗电流。
除功率场效应管(Qa、Qb)外所有元件均采用贴片元件，PCB板采用环氧树脂作为基本，并在锂电池均衡保护模块产品上喷洒防水胶，图6为本实用新型可充电电池组充放电均衡保护模块的电气原理图。

Claims (4)

1、一种可充电电池组充放电均衡保护模块，采用3个锂电池管理保护芯片级联，由两组功率场效应管分别连接充放电控制端，其特征在于：它还包括带载能力控制单元和充电均衡保护单元；所述带载能力控制单元与两组功率场效应管串联；所述充电均衡保护单元与级联的锂电池管理保护芯片组并联；所述两组场效应管是N沟道的低内阻场效应管，每组是由单个或多个场效应管并接组成。
2、根据权利要求1所述的充放电均衡保护模块，其特征在于：所述充电均衡保护单元由最多12个单节锂电池保护电路组成；每个单节锂电池保护电路由管理保护芯片、场效应管和电阻组成，与所对应的充电锂电池并接。
3、根据权利要求1所述的充放电均衡保护模块，其特征在于：所述带载能力控制单元由一组并联的大功率贴片式精密电阻组成。
4、根据权利要求2所述的充放电均衡保护模块，其特征在于：同时充电的锂电池为10个。
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