专利名称：低温聚合物锂蓄电池组的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电能存储系统电路装置技术领域,涉及一种低温 聚合物锂蓄电池组。
背景技术：
锂离子电池由于体积小、比能高、无记忆效益、无污染等特点， 已越来越广泛地应用于流动通信，室外测量、仪表等行业领域，成为 其它电池不可代替的新型能源。然而目前国内外厂家生产的锂电池仍 存在三大缺陷，具体表现为1、低温放电性能差，国内锂电池的放 电温度范围为-25 +55°C，在高寒地区无法放电；2、存在潜在的爆 炸危险，即使手机电池也存有发生爆炸之虞，威胁持机者的生命安全； 3、多串电池组成的蓄电池组由于电池一致差异，多个充放循环后， 常常发生几组电池组充不满电，从而降低蓄电池组的放电容量，縮短 蓄电池组的使用寿命。近两年来，国内已有为数不多的电池生产厂开 始研制-4(TC环境下也能放电的锂离子电池，但放电倍率小，无法满 足设备低温工作时需要的大电流；如此同时，与锂电池配套的不可缺 少的微电子保护装置(简称保护板)同样出现-4(TC环境下不能工作的 弊病。此外，国内现在使用的保护板，设定的单体电池过放电压值为 2.3 2.7V，但低温条件下大电流放电时，单体电池放电初始阶段电 压会从4. 2V大幅度下降到2. 1 2. 4V，若采用常温电池保护板，其 控制芯片会在几个微秒内关断输出，使电池组无法正常工作。
实用新型内容
本实用新型的目的在于现有技术存在的上述三大缺陷，进而提供一种结构合理、性能可靠、可实现电池容量自动均衡并可使电池组在
-4(TC环境温度下初始放电电流X). 5C5的聚合物锂蓄电池组。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的所提供的 低温聚合物锂蓄电池组由电介质中加入了碳酸乙烯脂、丙烯碳酸酯、 碳酸甲乙脂、碳酸二乙酯、乙烯醋酸脂、VC六种活性溶剂的锂蓄电 池组和与该锂蓄电池组相配套的微电子控制和保护装置组成，其中所 说的微电子控制和保护装置由电池组电压采样电路、电池组电压均衡 电路、单片机、充电控制电路和放电控制电路组成，电压采样电路的 输入端和输出端分别接至锂蓄电池组中各单体电池的正电极和单片 机的采样信号输入端,均衡电路输入端和输出端分别接至单片机的电 压均衡控制输出端和电池组中各单体电池的正电极上，充电控制电路 的输入端和输出端分别与单片机的充电控制输出端和电池组正电极 连接,放电控制电路的输入端和输出端分别与单片机的放电控制输出
端和电池组正电极连接。该装置的工作过程是这样的锂蓄电池组内
各单体电池的电压由采样电路采样，采样电压被加到单片机的采样信 号输入端，单片机每隔一定时间(可调)检测一次电池组中各单体电池
的电压，若各单体电池上的电压均在2.8 4.2V内，则充电控制电路 和放电控制电路均导通，电池正常充放电；若电池组中某只或某几只 单体电池与其它单体电池间的电压之差大于O. 13V,则单片机将使电 压均衡电路中相应并联在电压较高电池两端的M0SFET管导通，使这 些电池的电压上升速度相应于电压最低及较低电池的电压上升速度 减慢，进而使锂蓄电池组中各单体电池间的电压差逐渐縮小。在电池 充电过程中若某只或某几只电压已达到4.2V，单片机将关断充电控 制电路，使电锂蓄池组暂时停止充电并使已达到4. 2V电压的单体电 池小电流放电，经一定时间间隔后，单片机重新检测各单体电池的电
4压，如均未超过4.2V，则再使充电控制电路开通，锂蓄电池组继续 充电，此后锂蓄电池组进入脉冲充电状态，充电时间逐渐縮短，停止 充电时间保持不变，直至全部电池电压均达到4.2V。而在锂蓄电池 组放电过程中，若当某只电池的电压已下降到2V时，单片机将关断 放电控制电路，使锂蓄电池组停止放电。
在本实用新型所述锂蓄电池组的电介质(鈷酸锂和锰酸锂)中加 入一定量的低温添加剂，其成分和比例如下1MLiPF6/EC(碳酸乙烯 酯)PC(丙烯碳酸酯)DEC(碳酸二乙酯)EMC(碳酸甲乙酯)=2: 2: 2: 4另添加196VC(亚乙烯碳酸酯)和196EA(乙烯醋酸酯)，活性溶剂占 电介质总量的2 5%。在加入了活性溶剂后，该锂蓄电池组电介质在 -4(TC环境下也能正常放电且放电平稳。活性溶剂的比例与放电倍率 成正比关系，比例越高，放电倍率越大。但活性溶剂在高温下具有很 强的挥发性，添加量太多会造成电池鼓泡，影响电池的安全性。因此 活性溶剂的比例必须适中，增加以上比例的活性溶剂后，低温锂电池 组工作状态可以达到(1)、 -40'C环境下初始放电电流X).5C5(C5为 电池组容量X0.5)，放电5 10分钟后，放电电流可>0.7(:5; (2)、 -40"(3环境温度下，放电电流X).5C5时，单体电池的电压短时间会从 4.3V下降到2. 1 2.4V， 5分钟后电压又回升至3.2 3.5V，后期放 电平稳。
与国内市场广泛使用的常温(-25 +55'C)锂电池相比，本实用新 型所述低温聚合物锂电池组具有低温放电性能好，安全可靠等优点， 满足了低温下电子设备正常工作的需求，采用均衡充电控制保护电路 还能延长电池组的使用寿命。
图1为本实用新型的工作结构原理框图。
图2是以四串为例的锂蓄电池组的微电子控制和保护装置的电 路结构示意图。
图中各模块标号分别是l一锂蓄电池组，2—电池组电压采样电 路，3—电池组电压均衡电路，4一单片机，5—充电控制电路，6—放 电控制电路，7 —指示电路，8—自恢复保险电路。
具体实施方式
参见附图，本实用新型所述的低温聚合物锂蓄电池组由锂蓄电池 组1和微电子控制和保护装置两部分组成。微电子控制和保护装置含 有电池组电压采样电路2、电池组电压均衡控制电路3、单片机4、 充电控制电路5和放电控制电路6以及指示电路7、自恢复保险电路 8等电路。锂蓄电池组1多只单体锂电池串联构成(图2中锂电池组 以四串为例)。片机4采用型号为78P458的集成芯片， 一般隔2 7 秒(可调)检测一次各单体电池的电压。采样电路2由根据电阻R1 R9分别组成的四组并联分压电路构成，其各组电路的电压取样端分 别被连接在单片机4内的AD变换器的引脚P61、 P62、 P63、 P64上。 电池组电压均衡电路3包括与电池组中单体电池数目(B1 B4，共四 个)对应数量的单体电池电压分控制电路，单体电池电压分控制电路 的输入端分别与单片机(4)引脚P55、 P54、 P66、 P65端联通，每个分 控制电路中均含有一只用于均衡单体电池电压的M0SFET管(V4或V3 或V2或VI),各M0SFET管的输出栅极分别加在对应的单体电池的两 端，可用于根据该电池电压容量相对其它电池的变化情况对其差值予 以均衡。本实用新型中的充电控制电路5由MOSFET管V6及其功放电 路构成，该控制电路5的输入端与单片机4的P56引脚联通，输出端 则加在电池组电极上。充电过程中若电池组中的某只或某几只单体电池的电压达到4.2V，单片机4将关断V6使电池组暂停充电，其后当 各单体电池又均不超过4. 2V时，单片机4又使V6导通，电池组继续 充电。该锂蓄电池组的放电控制电路6由M0SFET管V5及其功放电路 构成，其控制电路6的输入端与单片机4的P57引脚联通，输出端同 样加在电池组电极上。放电过程中若某一只单体电池的电压下降到 2V时，单片机4将关断V5，从而使电池组停止放电。此外，在该装 置中还设有自恢复保险电路8及指示电路7，其中自恢复保险电路8 由熔断器F1构成，在电池组充放电过程中因出现短路或过流故障而 使电流超过用户要求的规定值(2 15A)时，Fl变为关断状态，电池 组停止充放电，短路或过流故障消除后，Fl恢复导通状态，电池组 可正常充放电;指示电路7由四只并联设置的发光二极管LED1 LED4 构成，LED1 LED4的输入端分别接至单片机4的第P53、 P52、 P51、 P50引脚，充电过程中，当某单体电池的电压达到4.2V后，相应的 发光管发光，表明该单体电池已充足电，而在放电过程中，当某单体 电池电压下降到2V，相应的发光管发光，表明该单体电池已放完电。 本实用新型中单体电池的过放保护电压设定为2V，低于国内通用的 保护电压2. 3 2. 7V，试验表明，在-4(TC环境下电池组初始要以0. 5C5 电流放电时，单体电池电压会从4. 3V下降到2. 1 2. 4V，若保护电 压采用常温电池的2.3 2.7V，放电控制芯片在几个微秒内便会动 作，使电池组放不出电来。低温电池低温特性良好时，高温特性会大 大下降，充电电压太高，在高温下电池会发生鼓泡。为保证电池安全 性，单体电池的过充保护电压定为4. 2V-0. 05V,低于常温电池4. 3 4.35V的过充保护电压值
权利要求1、一种低温聚合物锂蓄电池组，其特征在于由锂蓄电池组(1)和与该锂蓄电池组(1)相配套的微电子控制和保护装置组成，所说的微电子控制和保护装置由电池组电压采样电路(2)、电池组电压均衡电路(3)、单片机(4)、充电控制电路(5)和放电控制电路(6)组成，电压采样电路(2)的输入端和输出端分别接至锂蓄电池组(1)中各单体电池的正电极和单片机(4)的采样信号输入端，均衡电路(3)输入端和输出端分别接至单片机(4)的电压均衡控制输出端和电池组(1)中各单体电池的正电极上，充电控制电路(5)的输入端和输出端分别与单片机(4)的充电控制输出端和电池组正电极连接，放电控制电路(6)的输入端和输出端分别与单片机(4)的放电控制输出端和电池组正电极连接。
2、 根据权利要求1所述的低温聚合物锂蓄电池组，其特征在于 微电子控制和保护装置中的电池组电压均衡电路(3)包括与电池组中 单体电池数目对应数量的单体电池电压分控制电路，单片机(4)采用 78P458单片机，单体电池电压分控制电路的输入端分别与单片机(4) 引脚P55、 P54、 P66、 P65端联通，每个分控制电路中均含有一只用 于均衡单体电池电压的M0SFET管,各M0SFET管的输出栅极分别加在 对应的单体电池的两端。
3、 根据权利要求1所述的低温聚合物锂蓄电池组，其特征在于 微电子控制和保护装置中的单片机(4)采用78P458单片机，微电子控 制和保护装置中的充电控制电路(5)由MOSFET管及其功放电路构成， 该控制电路的输入端与单片机的P56引脚联通,输出端加在电池组电 极上，微电子控制和保护装置中的放电控制电路(6)由M0SFET管及其 功放电路构成，该控制电路的输入端与单片机的P57引脚联通，输出 端加在电池组电极上。
专利摘要本实用新型涉及一种低温聚合物锂蓄电池组，包括锂蓄电池组和与之相配套的微电子控制和保护装置，其中微电子控制和保护装置由电池组电压采样电路、电池组电压均衡电路、单片机、充电控制电路和放电控制电路组成，工作时，该装置可根据电池组中各单体电池电压采样信号情况，通过计算机程序控制系统驱动相应电路实现电池组内各单体电池容量自动均衡，其过放保护电压为2V，过充保护电压≤4.2V，适应低温锂电池特性，锂蓄电池组采用胶状电介质，大大提高了电池组的安全性。产品具有结构合理、性能可靠、使用寿命长等优点。
文档编号H01M10/40GK201238069SQ20082002908
公开日2009年5月13日 申请日期2008年5月13日 优先权日2008年5月13日
发明者王宏栋, 刚 陈, 陈太华 申请人:西安烽力新电源有限公司