专利名称：一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锂电池充放电保护电路，更具体地说是指一种对多个串联在一起的锂电池组进行均衡充放电的保护电路。
背景技术：
随着我国自行研发和生产各类电动车产品不断增加，如电动自行车、高尔夫球车、 电动汽车等电动车，所用的动力锂电池都为七串联以上。多串锂电池的系统管理更加复杂， 管理系统检测精度要求更加高，目前国内外所用的多串动力锂电池管理系统都为线性充放 电管理系统和加上多个2节保护IC，零部件多、线路复杂、性能不稳定。线性充放电管理系 统转换效率低、功耗大、成本高。现今无论是长三角或珠三角地区，乃至全国各地，产品使用 微处理器智能控制均呈逐年增长趋势，然而目前5串以上的锂电池使用微处理器智能控制 在国内是空白，仍然依靠线性充放电管理系统来完成。线性管理IC需要增加多个保护IC 才能控制多串锂电池。目前的常规线性充电方案例如BQ2057系列是美国TI公司生产的 先进锂电池线性充电管理芯片，CN305X系列是美国硅谷留学回来创办的半导体公司生产的 先进锂电池线性充电管理芯片等充电转换效率只有70%-80%,采样精度只有3mV-5mV(毫 伏)、误差范围30mV-50mv (毫伏)，整个系统功耗在60uA (微安)以上。由于线性充放电管 理系统成本高及生产需要多道工序，人工工作效率低，尤其是测试工序多，如果再不及时更 换线性充放电管理方案，产品线路复杂及产品成本过高，会严重影响企业产品质量和收入 利润，因此，早日解决多串锂电池微处理器智能脉冲控制系统，一直是多年来动力车锂电池 生产及组装厂家梦寐以求的。基于上述现有技术的不足，本发明人创新设计出一种采用微控制器(单片机MCU) 智能脉冲控制的多串锂电池充放电保护电路。
实用新型内容本实用新型的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种采用微控制器(单片 机MCU)智能脉冲控制的多串锂电池充放电保护电路。微处理器智能脉冲控制方式充电比 常规独立硬件元件PWM开关方式充电更智能化，精度高，增加了整个系统的安全性。对电池 进行预充电，准确均衡充电，可以使电池更耐用，电池寿命提高15%，减少环境污染。本实用 新型适合于各种类型的可充式锂电池，比如锰酸锂电池、磷酸铁锂电池等。本实用新型的技术内容为一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征包 括电源输入端、与电源输入端连接的充电开关电路、与充电开关电路连接的锂电池组，所述 的锂电池组还连接有放电开关电路，放电开关电路与电源输出端连接，电源输出端用于与 外部负载连接；还包括与电源输入端连接的稳压模块、与稳压模块连接的微控制器；所述 的锂电池组包括多个串联在一起的锂电池，所述的每个锂电池并联有旁边电阻，旁边电阻 串联有均衡开关电路，所述的每个锂电池还连接有测压开关电路，所述的多个测压开关电 路的输出端共接于电压检测电路，电压检测电路的另一端与微控制器连接；前述的充电开关电路、放电开关电路、均衡开关电路和测压开关电路均设有与微控制器连接的控制端。其进一步技术内容为所述的锂电池组还串联有过流检测电路，所述的过流检测电路设有与微控制器连接的输出端。其进一步技术内容为所述的均衡开关电路包括均衡充电MOS管和与均衡充电 MOS管的栅极连接的均衡充电三极管，所述均衡充电三极管的基极与微控制器连接。其进一步技术内容为所述的测压开关电路包括测压MOS管和与测压MOS管的栅 极连接的测压三极管，所述测压三极管的基极与微控制器连接。其进一步技术内容为所述的充电开关电路包括充电MOS管，所述的充电MOS管的 栅极与微控制器连接；所述的放电开关电路包括放电MOS管，所述的放电MOS管的栅极与微 控制器连接。其进一步技术内容为所述的均衡充电MOS管和测压MOS管均为3401型MOS管， 所述的均衡充电三极管和测压三极管均为9014型三极管。其进一步技术内容为所述的充电MOS管包括二个反接的A0D407型MOS管和一个 与A0D407型MOS管的栅极连接的3402型MOS管；所述的放电MOS管包括二个并联的A0T404 型MOS管和一个与A0T404型MOS管的栅极连接的3401型MOS管。其进一步技术内容为所述的过流检测电路包括S8241芯片和与S8241芯片并联 的3402型MOS管。其进一步技术内容为所述的锂电池组包括7 19个锂电池；所述的微控制器为 HT46RU25 芯片。本实用新型与现有技术相比的有益效果是本实用新型采用微处理器智能脉冲控 制方式充电比常规独立硬件元件PWM开关方式充电更智能化，精度高，增加了整个系统的 安全性。对电池进行预充电，准确均衡充电，可以使电池更耐用，电池寿命提高15 %，减少 环境污染。本实用新型的微控制器以PWM(脉宽调制)方式进行能量转换方式输出控制充 电；使用高精度AD模拟/数字转换器实现信号采样及反馈。使用PWM(脉宽调制)脉冲充 电，充电转换效率高达95%，采样精度高达0.61mV、误差范围小于10mv，整个系统功耗小于 35uA。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
图1为本实用新型一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路具体实施例电路方 框图；图2为本实用新型一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路具体实施例的电路 原理图；图3为图2中的A部放大图；图4为图2中的B部放大图；图5为图2中的锂电池组中的单节锂电池的电路原理图。附图标记说明1 电源输入端2 充电开关电路3 放电开关电路4 电源输出端[0024]5稳压模块6微控制器7电压检测电路9过流检测电路8微控制器81锂电池82旁边电阻83均衡开关电路84测压开关电路
具体实施方式
为了更充分理解本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例对本实用新型的技 术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。如图1所示，本实用新型一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，包括电源输 入端1、与电源输入端1连接的充电开关电路2、与充电开关电路2连接的锂电池组8，锂电 池组8还连接有放电开关电路3，放电开关电路3与电源输出端4连接，电源输出端4用于 与外部负载连接；还包括与电源输入端1连接的稳压模块5、与稳压模块5连接的微控制器 6 ；锂电池组8包括多个串联在一起的锂电池81，每个锂电池81并联有旁边电阻82，旁边电 阻82串联有均衡开关电路83，每个锂电池81还连接有测压开关电路84，多个测压开关电 路84的输出端共接于电压检测电路7，电压检测电路7的另一端与微控制器6连接；充电 开关电路2、放电开关电路3、均衡开关电路83和测压开关电路84均设有与微控制器6连 接的控制端。锂电池组8还串联有过流检测电路9，过流检测电路9设有与微控制器6连接 的输出端。如图5所示，均衡开关电路包括均衡充电MOS管和与均衡充电MOS管的栅极连接 的均衡充电三极管，均衡充电三极管的基极与微控制器连接。测压开关电路包括测压MOS 管和与测压MOS管的栅极连接的测压三极管，测压三极管的基极与微控制器连接。均衡充 电MOS管和测压MOS管均为3401型MOS管，均衡充电三极管和测压三极管均为9014型三 极管。本实用新型的均衡充电使用热能损耗型，充电过程中，微微控制器依次输出控制信号 对每个电池的测压开关电路的控制端，每个电池的测压开关电路依次打开，此时在电压检 测电路接收到的电压为该电池的电压。当有电池电压满足均衡启动电压点(4. OOV士0. 025V 到4. 05V士0. 025V)(磷酸铁理为3. 5V±0. 05V)时，微控制器中的均衡检测程序开始工作， 均衡充电周期启动，所有电池进行均衡比较，如果最高电池电压与最低电池电压的差值超 过30MV，高电压电池均衡开关电路打开(通过旁边电阻分流，降低该节电池的充电速度)， 否则均衡条件不满足，关闭均衡；依次类推次高电压电池与最低电池电压比较，差值超过 30MV，打开次高压电池的均衡开关电路，否则均衡比较结束。如图3所示，充电开关电路包括充电MOS管，充电MOS管的栅极与微控制器连接； 放电开关电路包括放电MOS管，放电MOS管的栅极与微控制器连接。充电MOS管包括二个 反接的A0D407型MOS管和一个与A0D407型MOS管的栅极连接的3402型MOS管。放电MOS 管包括二个并联的A0T404型MOS管和一个与A0T404型MOS管的栅极连接的3401型MOS 管。本实用新型的充放电保护工作原理为1.充电开关电路受微控制器的控制，实现充电保护当检测到任何一个电池电压 高于4. 22V士0. 030V(磷酸铁理为3. 8V±0. IV)时，控制器会在2S内关断充电器输入回路， 此时输入回路锁定，要解除锁定状态，将充电器拔掉断开充电回路并等待至少5S左右可以解除；当检测到所有电池总电压高于42.4V士0.08V(10节电池)或者55V士0. 10V(13节电池)时，控制器会在2S内关断充电器输入，此时输入回路锁定；当检测到充电电流超过 6A±0. 60A时，控制器会在2000MS内关断充电器输入并进入过充流保护状态，此时输入回 路锁定；当充电进入保护后，控制器测试电池电压，当电压低于保护电压一定值后会自动解 除锁定状态，此时如果充电器没有拔掉会自动进入充电状态；如果充电器拔掉将进入待机 状态。2.放电开关电路受微控制器的控制加载工作中，当检测到任何一个电池电压低 于2.4V士0.05V(磷酸铁理为2. IV士0.05V)时，控制器会在IS内自动关断电池输出，此 时输出回路锁定，负载两端电压变为零，要解除此锁定状态，须将负载断开并将负载地跟 电池地短路或者插入适配器充电至少IS左右方可以解除；当检测到所有电池总电压低于 24V士0.06V(10节电池)或者32V士0.08V(13节电池)时，控制器会在IS内关断电池输 出，负载电压变为0，此时输出回路锁定；当检测到放电电流超过20A士0. 8A时，控制器会在 500MS内关断电池输出并进入过流保护状态，此时输出回路锁定；短路保护与过流保护基 本相同，不同之处是短路保护的关断时间在IOUS内。如图4所示，过流检测电路包括S8241芯片和与S8241芯片并联的3402型MOS管。 锂电池组于图2所示的实施例中为19个锂电池，微控制器为HT46RU25芯片(于其它实施 例中，可以依不同数量的锂电池选择相应的微控制器芯片)。稳压模块的电路图如图3所 示，在本实施例中采用了 S812C稳压芯片。综上所述，本实用新型采用微处理器智能脉冲控制方式充电比常规独立硬件元件 PWM开关方式充电更智能化，精度高，增加了整个系统的安全性。对电池进行预充电，准确 均衡充电，可以使电池更耐用，电池寿命提高15%，减少环境污染。本实用新型的微控制 器以PWM(脉宽调制)方式进行能量转换方式输出控制充电；使用高精度AD模拟/数字 转换器实现信号采样及反馈(HT46RU25是八位A/D型单片机，内置有A/D转换器)。使用 PWM (脉宽调制)脉冲充电，充电转换效率高达95%，采样精度高达0. 6ImV (毫伏)、误差范 围小于IOmv (毫伏)，整个系统功耗小于35uA(微安)。所使用的PWM技术指标为PWM频 率llOkhz，占空比256级，幅度为5伏；AD模拟/数字转换器技术指标基准电压2. 5V，分 辨率为0. 6lmv, AD为12位精度；反馈系统响应时间为lmS。以上所述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理 解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创 造，均受本实用新型的保护。
权利要求一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征包括电源输入端、与电源输入端连接的充电开关电路、与充电开关电路连接的锂电池组，所述的锂电池组还连接有放电开关电路，放电开关电路与电源输出端连接，电源输出端用于与外部负载连接；还包括与电源输入端连接的稳压模块、与稳压模块连接的微控制器；所述的锂电池组包括多个串联在一起的锂电池，所述的每个锂电池并联有旁边电阻，旁边电阻串联有均衡开关电路，所述的每个锂电池还连接有测压开关电路，所述的多个测压开关电路的输出端共接于电压检测电路，电压检测电路的另一端与微控制器连接；前述的充电开关电路、放电开关电路、均衡开关电路和测压开关电路均设有与微控制器连接的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征在于所述的锂电池组还串联有过流检测电路，所述的过流检测电路设有与微控制器连接的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征在于所述的均衡开关电路包括均衡充电MOS管和与均衡充电MOS管的栅极连接的均衡充电三极管， 所述均衡充电三极管的基极与微控制器连接。
4.根据权利要求3所述的一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征在于所述 的测压开关电路包括测压MOS管和与测压MOS管的栅极连接的测压三极管，所述测压三极 管的基极与微控制器连接。
5.根据权利要求4所述的一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征在于所述 的充电开关电路包括充电MOS管，所述的充电MOS管的栅极与微控制器连接；所述的放电开 关电路包括放电MOS管，所述的放电MOS管的栅极与微控制器连接。
6.根据权利要求5所述的一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征在于所述 的均衡充电MOS管和测压MOS管均为3401型MOS管，所述的均衡充电三极管和测压三极管 均为9014型三极管。
7.根据权利要求6所述的一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征在于所述 的充电MOS管包括二个反接的A0D407型MOS管和一个与A0D407型MOS管的栅极连接的 3402型MOS管；所述的放电MOS管包括二个并联的A0T404型MOS管和一个与A0T404型MOS 管的栅极连接的3401型MOS管。
8.根据权利要求7所述的一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征在于所述 的过流检测电路包括S8241芯片和与S8241芯片并联的3402型MOS管。
9.根据权利要求8所述的一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，其特征在于所述 的锂电池组包括7 19个锂电池；所述的微控制器为HT46RU25芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种新型多串锂电池均衡充放电保护电路，包括电源输入端、充电开关电路、锂电池组，锂电池组还连接有放电开关电路，放电开关电路与电源输出端连接；还包括与电源输入端连接的稳压模块、与稳压模块连接的微控制器；锂电池组包括多个串联在一起的锂电池，每个锂电池并联有旁边电阻，旁边电阻串联有均衡开关电路，每个锂电池还连接有测压开关电路，多个测压开关电路的输出端共接于电压检测电路，电压检测电路的另一端与微控制器连接。本实用新型采用微处理器智能脉冲控制方式充电比现有方式更智能化，精度高，增加了整个系统的安全性。还可以对电池进行预充电，准确均衡充电，可以使电池更耐用，电池寿命提高15％，减少环境污染。
文档编号H02J7/00GK201590651SQ201020056350
公开日2010年9月22日 申请日期2010年1月5日 优先权日2010年1月5日
发明者林善棠, 王天禄 申请人:深圳市德泽能源科技有限公司