一种串联铅酸蓄电池组过充电与过放电保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种串联蓄电池组过充电过放电保护电路。具体地，使用一种低电压 裡电池保护专用集成电路来控制保护高电压蓄电池，进一步级联保护串联蓄电池组，本发 明属于蓄电池电源技术及电动车应用相关领域。
【背景技术】
[0002] 目前，由于可充电串联铅酸蓄电池组成本低，性价比高，安全可靠，被广泛应用于 电动自行车、电动汽车、通讯、便携式工具、航空航天、太阳能、风力发电及各种储能装置中。 单体可充电蓄电池电压一般为12伏，而动力电池的电压一般需要几十伏甚至更高，因此需 要把许多单体电池串联在一起使用。大量电池的串联使用，在充放电过程中由于各单体电 池容量、内阻、溫度的偏差，很容易引起各个电池电压不均衡一致，轻者导致电池组容量的 下降和快速衰减，重者导致电池组起火爆炸。一般串联铅酸蓄电池组使用寿命多则两年少 则半年，电瓶的使用寿命短、成本高成为最大的问题。
[0003] 据日本MGP社研究，串联铅酸蓄电池组损坏，90%W上原因是所谓"失水"和"硫 化"，而运实质上是由于电池组中各个电池特性不一致、不均衡导致的过充电和过放电问 题。理论上任何一块国标电瓶充放电300次W上能维持80%容量，实际上串联电池组的寿 命有时连单体电瓶一半寿命都不到，一块电池损坏整组电池就都不能用，运是因为一般串 联铅酸蓄电池组充放电控制器只检测电池组的整体电压来防止过充过放。然而在串联电瓶 中，虽然通过单体电瓶的电流相同，但是由于其容量、内阻和残余电量不可能完全相同，电 瓶的充放电深度也会不同，容量大的总会欠充欠放，而容量小的总会过充过放，运就造成容 量大的衰减缓慢、寿命长，容量小的衰减加快、寿命缩短，随着充放电次数增加，恶性循环， 差异会越来越大，最终小容量电瓶会很快失效从而导致电池组提前失效。
[0004] 长期W来，由于对串联可充电电源存在严重过充过放问题认识不足，加之缺乏电 瓶蓄电池用关键保护忍片，而使用分立元件和通用集成电路或者使用单片机数据采集拓扑 来设计电瓶保护电路，不仅电路复杂、精度低、成本高，而且静态电流很大，长期接在电瓶上 会很快消耗电瓶电量导致过放电，所W使用多块串联铅酸电池的电瓶车一直处于"裸奔"状 态。本专利发明的串联铅酸蓄电池组过充过放保护电路创造性地使用低压裡电池保护专用 忍片，通过无数次的电路试验，解决了微电流分压取样，高压级联的难题，可W保证电池组 所有电池都安全工作在正常的使用状态下，不过充不过放，从而达到保护电池，倍增寿命的 目的。实验证明保护电路简单、成本低，工作稳定可靠，且性能优良，在实际使用中效果良 好。
【发明内容】
阳〇化]为了避免使用分立元件和通用集成电路而导致电路复杂、精度低、成本高，静态电 流大的问题，而使用单片机数据采集拓扑测量串联电池组各单体电池电压又有累积误差 逐渐变大，不能保证每节电池电压测量精度，耗电大、成本高的问题，本发明提供一种使用 较低压裡电池保护专用忍片，通过微电流分压取样方法，测量每节电瓶较高电压的方法，通 过级联解决串联电瓶高压，精确测量每个电瓶电压的难题，从而使所有电瓶都安全工作在 正常的使用状态，不过充不过放，从而达到保护电池，倍增寿命的目的。
[0006] 本发明所采用的技术方案如图1所示，适合N个串联铅酸蓄电池，每个电瓶标称电 压12V但不限于12V。
[0007] 电路由电瓶BATl至BA化、场效应管MOS阳Tl至MOS阳T4、裡电池保护专用忍片Ul 至化、^及精密分压电阻1?1，32，1?3，1?4，1?5，1?6，1?7，1?8，1?化，211-1等电阻、稳压管01至0211、 电容Cl至C2n网络构成。Ul-n是内置高精度电压检测电路和延迟电路的裡离子可充电电 池保护1C。
[0008] 保护电路工作过程如下。
[0009] 串联电瓶使用过程中，电瓶BATl电压经分压电阻R1-2分压得到约4V电压供忍片 Ul工作和检测，当电瓶BATl电压在正常的10. 7V到14.IV时，而充电放电控制脚CTLC或者 CTLD都为低时，忍片Ul工作在正常状态，6, 7脚CO,DO输出低电位，拉低忍片U2的充电放 电控制脚CTLC和CTLD。当电瓶BATl充放电时电压超出正常的10. 7V到14.IV时，忍片Ul 的6, 7脚CO,DO相应输出高电位，抬高了忍片U2的充电放电控制脚CTLC或者CTLD。
[0010] 电瓶BAT2电压经分压电阻R3-4分压得到约4V电压供忍片U2工作和检测，当电 瓶BAT2电压在正常的10. 7V到14.IV时，而充电放电控制脚CTLC或者CTLD都为低时，忍 片U2工作在正常状态，6, 7脚CO,DO输出低电位，拉低忍片U3的充电放电控制脚CTLC和 CTLD。当电瓶BAT2充放电时电压超出正常的10. 7V到14.IV时，或充电放电控制脚CTLC 或者CTLD为高电位时，忍片U2的6,7脚CO,DO相应输出高电位，抬高了忍片U3的充电放 电控制脚CTLC或者CTLD。 阳0川 电瓶BAT3电压经分压电阻R5-6分压得到约4V电压供忍片U3工作和检测，当电 瓶BAT3电压在正常的10. 7V到14.IV时，而充电放电控制脚CTLC或者CTLD都为低时，忍 片U3工作在正常状态，6, 7脚CO,DO输出低电位，拉低忍片U4的充电放电控制脚CTLC和 CTLD。当电瓶BAT3充放电时电压超出正常的10. 7V到14.IV时，或充电放电控制脚CTLC 或者CTLD为高电位时，忍片U3的6,7脚CO,DO相应输出高电位，抬高了忍片U4的充电放 电控制脚CTLC或者CTLD。 阳01引 电瓶BAT4电压经分压电阻R7-8分压得到约4V电压供忍片U4工作和检测，当电 瓶BAT4电压在正常的10. 7V到14.IV时，而充电放电控制脚CTLC或者CTLD都为低时，忍 片U4工作在正常状态，6, 7脚CO,DO输出低电位，拉低忍片呪的充电放电控制脚CTLC和 CTLD。当电瓶BAT4充放电时电压超出正常的10. 7V到14.IV时，或充电放电控制脚CTLC 或者CTLD为高电位时，忍片U4的6,7脚CO,DO相应输出高电位，抬高了忍片呪的充电放 电控制脚CTLC或者CTLD。
[0013] 电瓶BA化电压经分压电阻R2n+1，化巧分压得到约4V电压供忍片化工作和检 ，当电瓶BA化电压在正常的10. 7V到14.IV时，而充电放电控制脚CTLC或者CTLD都为 低时，忍片化工作在正常状态，6, 7脚CO,DO输出低电位，场效应管MOS阳T1-2导通，使输 出场效应管MOS阳T3-4导通。当电瓶BA化充放电时电压超出正常的10. 7V到14.IV时，或 充电放电控制脚CTLC或者CTLD为高电位时，忍片化的6,7脚CO,DO相应输出高电化场 效应管M0SFET1-2相应不导通，使相应输出场效应管M0SFET3-4截止，切断串联电瓶组和外 电路连接。
[0014] 综上所述，当电瓶BATl至BA化电压都在正常的10. 7V到14.IV时，忍片化工作在 正常状态，6, 7脚CO,DO输出低电位，场效应管MOS阳T1-2导通，使输出场效应管MOS阳T3-4 导通。当电瓶BATl至BA化充放电时任何一个电瓶电压超出正常的10. 7V到14.IV时，忍 片化的6,7脚0)，00相应输出高电化场效应管版)5。61'1-2相应不导通，使相应输出场效 应管M0SFET3-4截止，切断串联电瓶组和外电路连接，从而保护了串联电瓶免于过充电或 过放电。
[0015] 图1为本发明原理图 下面结合附图1和实施例对发明进一步说明。
[0016] 图1中，841'1、8412、8413、8414是4节串联的12￥电瓶，]\?)8阳1'1-2为小功率场效 应管，M0SFET3-4为大功率场效应管，U1-4是内置高精度电压检测电路和延迟电路的裡离 子裡聚合物可充电电池保护1(：，1?1，1?3，1?5，1?7为105精密电阻，1?2、1?4、1?6、1?8为431^欧 姆精密电阻，D1、D2、D3、D4、D5、D6,D7、D8为8. 4V小功率稳压管，CUC3、C5、C7为103瓷 片电容，C2、C4、C6、C8为104瓷片电容。在采用W上电路参数时，保护基本参数如下表所 /J、-O 阳017] 表一：保护基本参数表：
【主权项】
1. 一种串联蓄电池组过充电过放电保护电路，其特征是：使用较低压锂电池保护专用 芯片，通过微电流分压取样测量控制每节电瓶较高电压，通过级联解决串联电瓶高压精确 测量每个电瓶电压的难题，从而使所有电瓶都安全工作在正常的使用状态，不过充不过放， 从而达到保护电池，倍增寿命的目的。2. 根据权利要求1所述的一种串联蓄电池组过充电过放电保护电路，使用分压电阻 分压，取样测量每节电瓶较高电压，以适合使用较低电压锂电池保护专用芯片，并输出控制 MOSFET管。3. 根据权利要求1所述的一种串联蓄电池组过充电过放电保护电路，低电压锂电池保 护专用芯片的电源正负极并联在上分压电阻的两端，即和电瓶的正极相连的分压电阻的两 端。4. 根据权利要求1所述的一种串联蓄电池组过充电过放电保护电路，各低电压锂电 池保护专用芯片的充放电保护输出端子和相邻保护专用芯片的充放电控制端子通过稳压2 极管相连以实现高压级联控制，稳压2极管的稳定电压值等于电瓶电压减锂电池电压，但 不限于此电压。
【专利摘要】可充电串联铅酸蓄电池组成本低，性价比高，安全可靠，被广泛应用于电动自行车、电动汽车、通讯、便携式工具、航空航天、太阳能、风力发电及各种储能装置中。串联铅酸蓄电池组损坏主要原因是由于电池组中各个电池特性不一致，不均衡导致的过充电和过放电问题。本发明涉及一种串联蓄电池组过充电过放电保护电路。具体地，本发明使用一种低电压锂电池保护专用集成电路通过分压来控制保护较高电压的蓄电池电瓶，进一步通过稳压二极管级联保护串联蓄电池电瓶组。避免了分立元件和单片机数据采集拓扑电路复杂，精度低，成本高，静态电流大的问题。
【IPC分类】H02J7/00, H02H7/18
【公开号】CN105429108
【申请号】CN201510653243
【发明人】米国民, 吴铁军
【申请人】丹东思诚科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月12日