一种锂电池充电过程中自适应修复型均衡电路的制作方法

本实用新型涉及锂电池修复技术领域，特别涉及一种锂电池充电过程中自适应修复型均衡电路。

背景技术：

目前大部分电子产品中都在用到锂电池供电，随着用电设备的更新换代，越来越多的应用场景需要较高电压来进行适配，进而使用多节锂电进行串联堆叠方式提高供电电压满足使用要求，然而在多节锂电池多串联使用方式中，因存在电池制造工艺电芯本身特性的不一致性，导致锂电池包在多次循环使用后出现单体电芯电压不平衡现象发生，严重影响用电设备正常的使用时间。

为了解决此问题，通常使用电子控制方式来进行弥补电池失衡转态。目前有效的控制方式大体分为两种有效方式，被动均衡方式跟主动均衡方式。

被动均衡使用的为放电式(也叫耗能式)均衡，其主要的方式为在电池组充电过程中把电池包中出现单节电芯较高电压的单元进行单独放电，使之与其他节电芯电压保持一致。优点是此种方式为电路简单及成本最低的方式，所以目前大部分电池均衡方式使用的就是此种方式。缺点为均衡作用较差效率低，因放电方式均衡靠的是开关并联在单元上的电阻进行放电会产生一定的热量，所以均衡电流一般都不大，更主要的是在正常电池包在充电过程中本身充电电流较大，而均衡电流又小，所以基本很难真正修复一组电压失衡的电池组。

主动均衡使用的为充电式(也叫补电式)均衡，其主要的方式为在电池组充放电过程中，都可以进行对电池包中出现单节电芯较低电压的单元进行单独充电，甚至把高电压单元的电补到低电压单元中，均衡电流也最高做到 2A以上，所以均衡效果较好。但目前使用的较少，缺点为电路复杂成本太高，而且需要使用到变压器等，体积太大，故障率也高。

因此，如何改变现有方案的均衡效率低成本高的问题，是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种锂电池充电过程中自适应修复型均衡电路，旨在采用均衡电路和小电流充电电路组合实现充电过程中电池的修复；在充电过程中监控单串电池电压，提前降低充电电流保护电池组在充电过程中单串过充电引起过充风险。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种锂电池充电过程中自适应修复型均衡电路，用于在锂电池组通过充电器充电时的自动修复，包括：锂电池组、第一开关管、正常充电控制电路和适应型配合充电电路，所述充电器的正极与所述锂电池组的正极连接，所述充电器的负极通过所述第一开关管与所述锂电池组的负极连接，所述适应型配合充电电路与所述第一开关管并接，所述锂电池组包括若干串接的锂电池单元，每一所述锂电池单元连接有检测均衡电路，若干所述检测均衡电路和所述正常充电控制电路依次通过限流分压电阻连接；所述正常充电控制电路的控制端分别与所述第一开关管的受控端和所述适应型配合充电电路的受控端连接；所述检测均衡电路包括检测滤波电阻、检测滤波电容、检测芯片、检测控制开关、均衡电阻、检测电阻和检测三极管；所述检测滤波电阻和所述检测滤波电容先串接，再并接在所述锂电池单元上形成检测滤波电路；所述检测芯片的2管脚分别与所述检测滤波电阻和检测滤波电容连接，所述检测芯片的5管脚与所述检测控制开关的栅极连接，所述检测控制开关的漏极经过均衡电阻分别与所述锂电池单元的正极和所述检测三极管的发射极连接，所述检测控制开关的源极与所述锂电池单元的负极连接，所述检测控制开关的漏极经过所述检测电阻与所述检测三极管的基极连接，所述检测三极管的集电极经相应的所述限流分压电阻与所述正常充电控制电路连接。

优选地，所述适应型配合充电电路包括：第十五电阻、第二开关管、第二TVS二极管、第十四电阻和第十七电阻，所述第二开关管的漏极经过第十五电阻与所述锂电池组的负极连接，所述第二开关管的源极与所述充电器的负极连接，所述第二开关管的栅极经过所述第十七电阻与所述正常充电控制电路的控制端连接，所述第二TVS二极管和所述第十四电阻并接，所述第二 TVS二极管的输入端和所述充电器的负极以及所述第二开关管的源极连接，所述第二TVS二极管的输出端与所述第二开关管的栅极连接。

优选地，所述正常充电控制电路包括：驱动电路和控制电路，所述控制电路包括第一二极管、第一TVS二极管、控制三极管、第十二电阻、第十三电阻、第十六电阻和第一电容；所述第一电容和所述第十三电阻并接组成控制滤波电路，所述控制三极管的基极与所述控制滤波电路的输出端连接，所述控制滤波电路的输入端经所述限流分压电阻与所述检测均衡电路连接，所述控制三极管的集电极经过第一二极管和第十六电阻与所述第十七电阻连接，所述控制三极管的集电极还与所述第一开关管的栅极连接，所述第一TVS 二极管和所述第十二电阻并接，其一端与所述控制三极管的集电极连接，另一端分别与所述控制三极管的发射极、所述第一开关管的源极、以及所述第二开关管的源极连接。

与现有技术相比本实用新型技术方案的电池充电过程自适应修复型电池均衡装置拓扑结构简单、有效，不仅成本低，而且可靠性更高，采用充电电路和均衡电路同时作用充电过程，当电池组任意一串电芯达到均衡开启电压时，立刻切断主回路大电流充电，开启小电流旁路充电电路，维持与均衡电流同步方式达到控制充电器大电流充电导致电池组内电芯单路不平衡现象，在若干时间后，彻底修复不平衡电池。解决了电池组在充电器充电过程中对电池的修复，使用充电器的能源来修复单体失衡的电芯，以低成本，电路简洁稳定的方式改变因被动均衡中均衡效率低效果差及主动均衡成高不稳定的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型的电路示意图；

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本实用新型提出的一种锂电池充电过程中自适应修复型均衡电路，用于在锂电池组通过充电器充电时的自动修复，如图1所示，包括：锂电池组、第一开关管MP1、正常充电控制电路10和适应型配合充电电路20，充电器 Charger的正极与锂电池组的正极连接，充电器Charger的负极通过第一开关管MP1与锂电池组的负极连接，适应型配合充电电路20与第一开关管MP1并接，锂电池组包括若干串接的锂电池单元(V1/V2/V3和V4)，每一锂电池单元连接有检测均衡电路30(文中均以锂电池单元V4对应的检测均衡电路30为例)，若干检测均衡电路30和正常充电控制电路10依次通过限流分压电阻(R5、56、R7、R8)连接；正常充电控制电路10的控制端分别与第一开关管 MP1的受控端和适应型配合充电电路20的受控端连接；检测均衡电路30包括检测滤波电阻RB9、检测滤波电容CB5、检测芯片UB5、检测控制开关MB5、均衡电阻RB13、检测电阻R1和检测三极管Q2；检测滤波电阻RB9和检测滤波电容先串接，再并接在锂电池单元上形成检测滤波电路；检测芯片UB5的2 管脚分别与检测滤波电阻RB9和检测滤波电容CB5连接，检测芯片UB5的5 管脚与检测控制开关MB5的栅极连接，检测控制开关MB5的漏极经过均衡电阻RB13分别与锂电池单元V4的正极和检测三极管Q2的发射极连接，检测控制开关MB5的源极与锂电池单元V4的负极连接，检测控制开关MB5的漏极经过检测电阻R1与检测三极管Q2的基极连接，检测三极管Q2的集电极经相应的限流分压电阻(R5、56、R7、R8)与正常充电控制电路10连接。

本实用新型技术方案的电池充电过程自适应修复型电池均衡装置拓扑结构简单、有效，不仅成本低，而且可靠性更高，采用充电电路和均衡电路同时作用充电过程，当电池组任意一串电芯达到均衡开启电压时，立刻切断主回路大电流充电，开启小电流旁路充电电路，维持与均衡电流同步方式达到控制充电器Charger大电流充电导致电池组内电芯单路不平衡现象，在若干时间后，彻底修复不平衡电池。解决了电池组在充电器Charger充电过程中对电池的修复，使用充电器Charger的能源来修复单体失衡的电芯，以低成本，电路简洁稳定的方式改变因被动均衡中均衡效率低效果差及主动均衡成高不稳定的问题。

在本实用新型一实施例中，适应型配合充电电路20包括：第十五电阻R15、第二开关管MP2、第二TVS二极管ZD2、第十四电阻R14和第十七电阻R17，第二开关管MP2的漏极经过第十五电阻R15与锂电池组的负极连接，第二开关管MP2的源极与充电器Charger的负极连接，第二开关管MP2的栅极经过第十七电阻R17与正常充电控制电路10的控制端连接，第二TVS二极管和第十四电阻R14并接，第二TVS二极管ZD2的输入端和充电器Charger的负极以及第二开关管MP2的源极连接，第二TVS二极管ZD2的输出端与第二开关管MP2的栅极连接。

在本实用新型一实施例中，正常充电控制电路10包括：驱动电路11和控制电路12，控制电路12包括第一二极管D1、第一TVS二极管ZD1、控制三极管Q11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十六电阻R16和第一电容C1；第一电容C1和第十三电阻R13并接组成控制滤波电路13，控制三极管Q11的基极与控制滤波电路13的输出端连接，控制滤波电路13的输入端经限流分压电阻(R5、56、R7、R8)与检测均衡电路30连接，控制三极管Q11的集电极经过第一二极管D1和第十六电阻R16与第十七电阻R17连接，控制三极管 Q11的集电极还与第一开关管MP1的栅极连接，第一TVS二极管ZD1和第十二电阻R12并接，其一端与控制三极管的集电极连接，另一端分别与控制三极管Q11的发射极、第一开关管MP1的源极、以及第二开关管MP2的源极连接。

驱动电路11包括：充电驱动信号(ChargDriver)连接到三极管Q7基极，基极连接R11到GND下拉，Q7集电极经过电阻R10连接三极管Q6基极，基极连接R9到VCC上拉，Q6集电极经过R16/R17分别驱动正常充电电路与均衡充电电路。常态下充电驱动信号(ChargDriver)为高电平状态，驱动三极管Q7基极，三极管Q7导通，导通后三极管Q7集电极拉低为低电平，低电平信号经过电阻R10加载到三极管Q6基极，三极管Q6也导通，导通后三极管Q6集电极为VCC电位，再经过第十六电阻R16/第十七电阻R17分别驱动正常充电电路10与适应型配合充电电路20。

正常充电状态下，充电器Charger接通锂电池组的回路经过第一开关管 MP1开关管组成大电流充电回路为正常充电状态，检测芯片UB5的5引脚输出低电平。当锂电池组内串联内的单颗电芯出现压差时，率先达到均衡开启条件的电池，此时检测芯片UB5的5引脚由低电平变为高电平，第一开关管MP1 的栅极变为高电平，第一开关管MP1导通，其栅源极闭合。该电芯经过均衡电阻RB13进行被动均衡，此次在均衡电阻RB13形成压降经过检测电阻R1驱动检测三极管Q2的基极，检测三极管Q2也同时被导通，其发射极集电极闭合。高电平信号经过相应的限流分压电阻(R5、56、R7、R8)R5、R6、R7、 R8驱动控制三极管Q11的基极，控制三极管Q11导通，其发射极集电极闭合，关闭主回路充电第一开关管MP1，第一开关管MP1的漏源极断开。此时充电回路切换为由第二开关管MP2及第十五电阻R15组成的回路进行限流充电，完成自适应匹配均衡电流充电修复失衡电池功能。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。