一种电池组均衡保护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电池组均衡保护系统，该系统包括锂电池组、控制电路、主电路和分流放电支路，所述主电路分别通过充电控制开关器件和放电控制开关器件与控制电路连接，分流放电支路连接到控制电路，锂电池组的单节锂电池串联连接，所述控制电路包括过流检测保护电阻、锂电池保护芯片、充电控制用MOS管和放电控制用MOS管，所述锂电池组的各单节锂电池保护芯片的CO管脚分别连接到充电控制用MOS管，锂电池保护芯片的DO管脚分别连接到放电控制用MOS管，锂电池保护芯片的VM管脚串联过流检测保护电阻后连接到主电路上，锂电池的分流放电支路串联到对应的锂电池保护芯片的VDD管脚和VSS管脚之间。
【专利说明】一种电池组均衡保护系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力安全【技术领域】，尤其涉及一种电池组均衡保护系统。
【背景技术】
[0002]电池组中各单体电池之间存在不一致性，连续的充放电循环导致的差异，将使某些单体电池的容量加速衰减，串联电池组的容量由单体电池的最小容量决定，因此这些差异将使电池组的使用寿命缩短。造成这种不平衡的主要原因有:电池制作过程中，由于工艺等原因，同批次电池的容量、内阻等存在差异；电池自放电率的不同，长时间的积累，造成电池容量的差异；电池使用过程中，使用环境如温度、电路板的差异，导致电池容量的不平衡；电池组合前，由于筛选原则的不完善，导致的电池单体之间的不平衡。常用的均衡充放电技术有恒定分流电阻均衡充放电、通断分流电阻均衡充放电、平均电池电压均衡充放电、开关电容均衡充放电、降压型变换器均衡充放电、电感均衡充放电等。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充放电控制功能；多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU，通过和保护芯片的串行通讯(如I2C总线)来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。
【发明内容】
[0003]针对相关【技术领域】文献和以上现有技术的不足，在大量现有文献研究和长期在相关领域研发实践的基础上，本实用新型提出“一种电池组均衡保护系统”，克服了现有技术中“针对三元锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充放电过程中要实现整组电池均衡充放电的问题”等技术难题，设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充放电功能的电池组保护电路，实现“有效的避免了因电池组之间的性能差异导致对单体电池过度充电或过度放电的现象，最大限度的提高了系统的可靠度与能源转换效率”的有益效果。
[0004]为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种电池组均衡保护系统，该系统锂电池组、控制电路、主电路和分流放电支路，所述主电路通过充电控制开关器件和放电控制开关器件与控制电路连接，分流放电支路连接到控制电路，锂电池组的单节锂电池串联连接。所述分流放电支路包括充电过电压分流放电支路电阻和与其串联的分流放电支路控制用开关器件。所述控制电路包括过流检测保护电阻、锂电池保护芯片、充电控制用MOS管和放电控制用MOS管，所述锂电池组的各锂电池保护芯片的CO管脚分别连接到充电控制用MOS管，各锂电池保护芯片的DO管脚分别连接到放电控制用MOS管，各电池保护芯片的VM管脚串联过流检测保护电阻后连接到主电路上，各锂电池的分流放电支路串联到对应的锂电池保护芯片的VDD管脚和VSS管脚之间。所述锂电池保护芯片通过总线串联连接，分别对所对应的单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。所述锂电池保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断。所述单节锂电池保护芯片的充电电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路的充电开关器件导通提供栅级电压。所述单节锂电池保护芯片的放电电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路的放电开关器件导通提供栅级电压。
[0005]一种电池组均衡保护方法包括以下步骤:步骤一、当部分单节锂电池在充电过程中，达到过电压保护状态，通过过电压保护信号控制并联在单节锂电池电池正负极两端的分流放电支路放电，同时将串联在充电回路中的对应单节锂电池断离出充电回路；当所有单节锂电池均充电进入过电压保护状态时，全部单节锂电池电压大小在误差范围内完全相等，各节锂电池保护芯片充电保护控制信号均变低，无法为主电路中的充电控制开关器件提供栅极偏压，使其关断，主回路断开，即实现均衡充电，充电过程完成；步骤二、当部分单节锂电池欠电压或者过流和短路时，对应的单节锂电池放电保护控制信号变低，无法为主电路中的放电控制开关器件提供栅极偏压，使其关断，主回路断开，即结束放电使用过程。
[0006]本实用新型的有益效果:单节锂电池保护芯片依据三元锂电池组电池数目串联使用，分别对所对应的单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护，同时通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断，进而实现BMS锂电智能管理单元的均衡充放电，此种均衡保护电路有效的避免了因电池组之间的性能差异导致对单体电池过度充电或过度放电的现象，最大限度的提高了系统的可靠度与能源转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型具体实施例的具备均衡保护的锂电池组保护板示意图；
[0008]图2为本实用新型具体实施例的充电过程示意图；
[0009]图3为本实用新型具体实施例的分流均衡过示意图；
[0010]图4为本实用新型具体实施例的放电过程示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的【具体实施方式】如所涉及的控制系统，相互间的连接关系，及实施方法，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0012]一种电池组均衡保护系统，该系统锂电池组、控制电路、主电路和分流放电支路，所述主电路通过充电控制开关器件和放电控制开关器件与控制电路连接，分流放电支路连接到控制电路，锂电池组的单节锂电池串联连接。所述分流放电支路包括充电过电压分流放电支路电阻和与其串联的分流放电支路控制用开关器件。所述控制电路包括过流检测保护电阻、锂电池保护芯片、充电控制用MOS管和放电控制用MOS管，所述锂电池组的各锂电池保护芯片的CO管脚分别连接到充电控制用MOS管，各锂电池保护芯片的DO管脚分别连接到放电控制用MOS管，各电池保护芯片的VM管脚串联过流检测保护电阻后连接到主电路上，各锂电池的分流放电支路串联到对应的锂电池保护芯片的VDD管脚和VSS管脚之间。所述锂电池保护芯片通过总线串联连接，分别对所对应的单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。所述锂电池保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断。所述单节锂电池保护芯片的充电电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路的充电开关器件导通提供栅级电压。所述单节锂电池保护芯片的放电电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路的放电开关器件导通提供栅级电压。
[0013]针对三元锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充放电过程中要实现整组电池均衡充放电的问题，设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充放电功能的电池组保护电路。
[0014]锂电池组均衡保护电路基本工作原理如图1所示。其中:1为单节锂离子电池；2为充电过电压分流放电支路电阻；3为分流放电支路控制用开关器件；4为过流检测保护电阻；5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分；6为单节锂电池保护芯片(一般包括充电控制引脚CO,放电控制引脚D0,放电过电流及短路检测引脚VM,电池正端VDD,电池负端VSS等)；7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极；8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极；9为充电控制开关器件；10为放电控制开关器件；11为控制电路；12为主电路；13为分流放电支路。单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充放电。当锂电池组充电时，外接电源正负极分别接电池组正负极BAT+和BAT-两端，充电电流流经电池组正极BAT+、电池组中单节锂电池I?N、放电控制开关器件、充电控制开关器件、电池组负极BAT-,电流流向如图2所不。
[0015]系统中控制电路部分单节锂电池保护芯片的充电过电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路中充电开关器件的导通提供栅极电压；如某一节或几节锂电池在充电过程中先进入过电压保护状态，则由过电压保护信号控制并联在单节锂电池正负极两端的分流放电支路放电，同时将串接在充电回路中的对应单体锂电池断离出充电回路。
[0016]锂电池组串联充电时，忽略单节电池容量差别的影响，一般内阻较小的电池先充满。此时，相应的过电压保护信号控制分流放电支路的开关器件闭合，在原电池两端并联上一个分流电阻。根据电池的PNGV等效电路模型，此时分流支路电阻相当于先充满的单节锂电池的负载，该电池通过其放电，使电池端电压维持在充满状态附近一个极小的范围内。假设第I节锂电池先充电完成，进入过电压保护状态，则主电路及分流放电支路中电流流向如图3所示。当所有单节电池均充电进入过电压保护状态时，全部单节锂电池电压大小在误差范围内完全相等，各节保护芯片充电保护控制信号均变低，无法为主电路中的充电控制开关器件提供栅极偏压，使其关断，主回路断开，即实现均衡充电，充电过程完成。
[0017]当电池组放电时，外接负载分别接电池组正负极BAT+和BAT-两端，放电电流流经电池组负极BAT-、充电控制开关器件、放电控制开关器件、电池组中单节锂电池N?I和电池组正极BAT+，电流流向如图3所示。系统中控制电路部分单节锂电池保护芯片的放电欠电压保护、过流和短路保护控制信号经光耦隔离后串联输出，为主电路中放电开关器件的导通提供栅极电压；一旦电池组在放电过程中遇到单节锂电池欠电压或者过流和短路等特殊情况，对应的单节锂电池放电保护控制信号变低，无法为主电路中的放电控制开关器件提供栅极偏压，使其关断，主回路断开，即结束放电使用过程。
[0018]单节锂电池保护芯片依据三元锂电池组电池数目串联使用，分别对所对应的单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护，同时通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断，进而实现BMS锂电智能管理单元的均衡充放电，此种均衡保护电路有效的避免了因电池组之间的性能差异导致对单体电池过度充电或过度放电的现象，最大限度的提高了系统的可靠度与能源转换效率。
[0019]本实用新型并不局限于上述特定实施例，在不脱离本实用新型精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本实用新型做出各种相应改变和变形，这些相应对本实用新型进行的修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护的范围当中。
【权利要求】
1.一种电池组均衡保护系统，其特征在于:该系统包括锂电池组、控制电路、主电路和分流放电支路，所述主电路分别通过充电控制开关器件和放电控制开关器件与控制电路连接，分流放电支路连接到控制电路，锂电池组的单节锂电池串联连接。
2.根据权利要求1所述的电池组均衡保护系统，其特征在于:所述分流放电支路包括充电过电压分流放电支路电阻和与其串联的分流放电支路控制用开关器件。
3.根据权利要求1所述的电池组均衡保护系统，其特征在于:所述控制电路包括过流检测保护电阻、锂电池保护芯片、充电控制用MOS管和放电控制用MOS管，所述锂电池组的各单节锂电池保护芯片的CO管脚分别连接到充电控制用MOS管，锂电池保护芯片的DO管脚分别连接到放电控制用MOS管，锂电池保护芯片的VM管脚串联过流检测保护电阻后连接到主电路上，锂电池的分流放电支路串联到对应的锂电池保护芯片的VDD管脚和VSS管脚之间。
4.根据权利要求3所述的电池组均衡保护系统，其特征在于:所述锂电池保护芯片之间通过总线串联连接，分别对所对应的单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。
5.根据权利要求3所述的电池组均衡保护系统，其特征在于:所述锂电池保护芯片控制所对应的分流放电支路开关器件的通断。
6.根据权利要求3所述的电池组均衡保护系统，其特征在于:所述单节锂电池保护芯片的充电电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路的充电开关器件导通提供栅级电压。
7.根据权利要求3所述的电池组均衡保护系统，其特征在于:所述单节锂电池保护芯片的放电电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路的放电开关器件导通提供栅级电压。
【文档编号】H02H7/18GK204068217SQ201420517818
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】李玉峰 申请人:安徽朗越环境工程有限公司