一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統的製作方法
2023-12-11 15:58:12
專利名稱：一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電源領域，特別涉及一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統。
背景技術：
近年來，由於鋰電池具有放電電壓穩定、自放電率低、壽命長、無記憶效應、體積小、無公害等諸多優點，被廣泛的應用在測試儀器、數碼產品、電動工具等上面。圖1顯示了現有技術提供的一種多節串聯鋰電池組系統結構框圖，包括鋰電池充放電組件、控制模塊和充放電開關裝置。所述控制模塊根據多節串聯鋰電池組系統的充電或放電狀態，控制充放電開關裝置接通或斷開充電迴路或供電迴路。目前，一種多節串聯鋰電池組系統仍存在以下問題1、鋰電池充放電組件和控制模塊之間的IIC通訊發生異常時，可能導致充放電保護異常或失效，使鋰電池組使用安全性失控，甚至發生意外；2、多節串聯鋰電池組系統發生過流、甚至短路時，可能造成鋰電池組充放電安全性問題；3、由於鋰電池組單個鋰電池之間存在電壓、內阻、容量差異，導致滿充電電壓一致性誤差，對於同樣的負載，鋰電池之間的電壓差越大，鋰電池組充放電時間越短，電池組持續放電能力越低。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統，能更好地解決由於鋰電池充放電組件與控制模塊之間IIC通訊異常導致的鋰電池組充放電使用安全性等問題。根據本實用新型的一個方面，提供了一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統，包括鋰電池充放電組件，用於將外部充電電源接入鋰電池組進行充電，並向負載供電；連接所述鋰電池充放電組件的控制模塊；連接所述鋰電池充放電組件的充放電開關裝置；連接在所述控制模塊和所述充放電開關裝置之間的通訊異常保護電路。進一步地，所述鋰電池充放電組件包括連接所述控制模塊的模擬前端電路；連接所述模擬前端電路的均衡驅動電路；連接所述均衡驅動電路的均衡電路。所述均衡電路包括多個分別並聯在每個鋰電池兩端的均衡單元，其每個均衡單元包括串聯連接的電子開關和電阻器。進一步地，所述鋰電池充放電組件還包括
4[0018]連接所述充放電開關裝置的放電電流保護電路；連接所述充放電開關裝置的充電電流保護電路。所述放電電流保護電路具有一個放電過流保護單元，包括第一運算放大器；連接在第一運算放大器正相輸入端和採樣地之間的第二限流電阻器；連接在第一運算放大器負相輸入端和工作電源之間的第一可變分壓電阻器和第二可變分壓電阻器；連接在第一運算放大器輸出端和充放電開關裝置之間的第三限流電阻器；其中，第一可變分壓電阻器一端連接第二可變分壓電阻器、另一端連接鋰電池組負端、中間抽頭連接第一運算放大器負相輸入端。所述放電電流保護電路還具有一個放電短路保護單元，包括第二運算放大器；連接在第二運算放大器正相輸入端和採樣地之間的第四限流電阻器；連接在第二運算放大器負相輸入端和鋰電池組負端之間的第二可變分壓電阻器和第一可變分壓電阻器；連接在第二運算放大器輸出端和充放電開關裝置之間的第五限流電阻器；其中，第二可變分壓電阻器一端連接第一可變分壓電阻器、另一端連接工作電源、 中間抽頭連接第二運算放大器負相輸入端。所述充電電流保護電路包括第三運算放大器；連接在第三運算放大器負相輸入端與工作電源之間的第一分壓電阻器；連接在第三運算放大器負相輸入端與採樣地之間的第二分壓電阻器；連接在第三運算放大器正相輸入端與工作電源之間的第三分壓電阻器；連接在第三運算放大器正相輸入端與鋰電池組負端之間的第四分壓電阻器；連接在第三運算放大器輸出端與充放電開關裝置之間的第一限流電阻器。進一步地，所述控制模塊包括與所述通訊異常保護電路相連的脈寬調製(PWM)單元。進一步地，所述通訊異常保護電路是整流電路，包括整流二極體；連接在整流二極體和PWM單元之間的耦合電容；連接在整流二極體正極和鋰電池組負端之間的第一放電電阻器；連接在整流二極體負極和鋰電池組負端之間的並聯的第二放電電阻器和濾波電容；連接在整流二極體負極和充放電開關裝置之間的第六限流電阻器。進一步地，所述充放電開關裝置包括連接所述充電電流保護電路和所述放電電流保護電路的充放電驅動電路；連接所述通訊異常保護電路和所述充放電驅動電路的控制電路；連接所述控制電路的充放電開關電路。與現有技術相比較，本實用新型具有以下技術效果
5[0052]1、本實用新型通過使用通訊異常保護電路，在鋰電池充放電組件與控制模塊之間的IIC通訊發生異常時，快速斷開充電迴路或供電迴路，避免了充電或放電電流保護電路異常或失效而導致電池組使用安全性失控問題，提高了鋰電池組的使用安全性；2、本實用新型使用充電電流保護電路和放電電流保護電路，在充電過流或放電過流時，實現鋰電池組的快速保護；3、本實用新型在充電狀態下，通過對鋰電池組進行電壓均衡控制，使鋰電池組滿充電後，單個鋰電池電壓一致性誤差在士30mV內，促使鋰電池組發揮最大性能。
圖1是現有技術提供的一種多節串聯鋰電池組系統結構框圖；圖2是本實用新型實施例提供的一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統結構框圖；圖3是本實用新型實施例提供的一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統結構示意圖；圖4是本實用新型實施例提供的控制鋰電池組充電電壓均衡的控制結構圖；圖5是本實用新型實施例提供的均衡電路原理示意圖；圖6是圖5中單個鋰電池充電電壓均衡的電路原理示意圖；圖7是本實用新型實施例提供的放電過流保護單元的電路結構圖；圖8是本實用新型實施例提供的放電短路保護單元的電路結構圖；圖9是本實用新型實施例提供的充電電流保護電路的電路結構圖；圖10是本實用新型實施例提供的通訊異常保護電路的電路結構圖；圖11是本實用新型實施例提供的充放電開關裝置結構示意圖；圖12是本實用新型另一實施例提供的一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明，應當理解，以下所說明的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。圖2顯示了本實用新型實施例提供的一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統結構框圖，如圖2所示，一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統包括鋰電池充放電組件、控制模塊、充放電開關裝置和通訊異常保護電路，其中所述鋰電池充放電組件，用於將外部充電電源接入鋰電池組進行充電，並向負載供電。具體地說，鋰電池充放電組件包括多節串聯鋰電池組，多節串聯鋰電池組與外部充電電源連接，實現對鋰電池組的充電，與負載連接，實現對負載的供電。連接所述鋰電池充放電組件的所述控制模塊，與所述鋰電池充放電組件進行IIC 通訊，以控制所述鋰電池充放電組件進行滿充電。具體地說，控制模塊通過IIC總線接收並處理鋰電池充放電組件採集的每個鋰電池的電壓數據，以控制鋰電池電壓均衡。連接所述鋰電池充放電組件的所述充放電開關裝置，用於接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電迴路或供電迴路。
6[0072]連接在所述控制電路和所述充放電開關裝置之間的所述通訊異常保護電路，用於對所述控制模塊的IIC通訊狀態進行檢測，並在檢測到IIC通訊異常時，發出IIC通訊異常信號。其中，所述充放電開關裝置根據所述IIC通訊異常信號，斷開所述鋰電池充放電組件的充電迴路或供電迴路。具體地說，所述通訊異常保護電路解決了因鋰電池充放電組件和控制模塊之間IIC通訊異常導致的鋰電池組使用安全性問題。圖3顯示了本實用新型實施例提供的一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統結構示意圖，如圖3所示所述鋰電池充放電組件包括模擬前端電路、均衡驅動電路和均衡電路，其中連接所述控制模塊的所述模擬前端電路，用於採集所述鋰電池組中每個鋰電池的電壓數據，並通過IIC總線將所採集的電壓數據送入控制模塊，以便所述控制模塊生成用於每個鋰電池均衡充電的多個均衡充電控制信號。連接所述模擬前端電路的所述均衡驅動電路，用於根據所述多個均衡充電控制信號，生成多個均衡驅動信號。連接所述均衡驅動電路的所述均衡電路，用於根據多個均衡驅動信號，控制每個鋰電池進行滿充電。可見，均衡電路解決了因鋰電池組單個鋰電池之間存在電壓、內阻、容量差異而導致滿充電電壓一致性誤差，也就是說，減小了各個鋰電池間電壓差，在同樣的負載下，提高了鋰電池組持續放電能力。優選地，所述均衡電路包括多個分別並聯在每個鋰電池兩端的均衡單元，其每個均衡單元包括串聯連接的電子開關和電阻器。進一步地，所述鋰電池充放電組件還包括放電電流保護電路和充電電流保護電路，其中連接所述充放電開關裝置的所述放電電流保護電路，用於檢測放電電流，並在檢測到放電電流超過預定放電電流值時，生成放電電流保護信號；連接所述充放電開關裝置的充電電流保護電路，用於檢測充電電流，並在檢測到充電電流超過預定充電電流值時，生成充電電流保護信號。優選地，所述放電電流保護電路具有一個放電過流保護單元，包括第一運算放大器；連接在第一運算放大器正相輸入端和採樣地之間的第二限流電阻器；連接在第一運算放大器負相輸入端和工作電源之間的第一可變分壓電阻器和第二可變分壓電阻器；連接在第一運算放大器輸出端和充放電開關裝置之間的第三限流電阻器；其中，第一可變分壓電阻器一端連接第二可變分壓電阻器、另一端連接鋰電池組負端、中間抽頭連接第一運算放大器負相輸入端。優選地，所述放電電流保護電路還具有一個放電短路保護單元，包括第二運算放大器；連接在第二運算放大器正相輸入端和採樣地之間的第四限流電阻器；連接在第二運算放大器負相輸入端和鋰電池組負端之間的第二可變分壓電阻器和第一可變分壓電阻器；連接在第二運算放大器輸出端和充放電開關裝置之間的第五限流電阻器；
7[0093]其中，第二可變分壓電阻器一端連接第一可變分壓電阻器、另一端連接工作電源、 中間抽頭連接第二運算放大器負相輸入端。優選地，所述充電電流保護電路包括第三運算放大器；連接在第三運算放大器負相輸入端與工作電源之間的第一分壓電阻器；連接在第三運算放大器負相輸入端與採樣地之間的第二分壓電阻器；連接在第三運算放大器正相輸入端與工作電源之間的第三分壓電阻器；連接在第三運算放大器正相輸入端與鋰電池組負端之間的第四分壓電阻器；連接在第三運算放大器輸出端與充放電開關裝置之間的第一限流電阻器。進一步地，所述控制模塊包括與所述通訊異常保護電路相連的脈寬調製(PWM)單元，用於在IIC通訊異常時停止輸出脈寬調製信號。所述控制模塊可以是微控制器MCU。進一步地，所述通訊異常保護電路是整流電路，包括整流二極體；連接在整流二極體和PWM單元之間的耦合電容；連接在整流二極體正極和鋰電池組負端之間的第一放電電阻器；連接在整流二極體負極和鋰電池組負端之間的並聯的第二放電電阻器和濾波電容；連接在整流二極體負極和充放電開關裝置之間的第六限流電阻器。進一步地，所述充放電開關裝置包括連接所述充電電流保護電路和所述放電電流保護電路的充放電驅動電路，用於根據充電或放電電流保護信號，生成用於切斷充電迴路或供電迴路的充電或放電驅動信號；連接所述通訊異常保護電路和所述充放電驅動電路的控制電路，用於根據所述 IIC通訊異常信號和所述充電或放電驅動信號，生成用於接通或斷開充放電開關電路的控制信號；連接所述控制電路的充放電開關電路，用於根據所述控制信號，接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電迴路或供電迴路，使鋰電池組充電或供電。此外，模擬前端電路和均衡電路連接所有單個鋰電池兩端以及鋰電池組負端 BATTERY-、鋰電池組正端BATTERY+ (負載正端PACK+、充電正端CHARGE+)；鋰電池組負端 BATTERY-接地；充放電開關裝置連接鋰電池組的負載負端PACK-和充電負端CHARGE-；通訊異常保護電路連接鋰電池組負端BATTERY-。充電狀態，將充電器接充電端子CHARGE+、 CHARGE-兩端，放電狀態，將負載接負載端子PACK+、PACK-兩端。所述多節串聯鋰電池組均衡及保護系統的工作原理如下充電狀態下，模擬前端電路採集串聯鋰電池組中每個鋰電池的電壓、電池組溫度數據，並通過IIC總線傳送到控制模塊，由控制模塊生成用於控制所述鋰電池充放電組件進行滿充電的多個均衡充電控制信號；然後，均衡驅動電路通過模擬前端電路獲得所述多個均衡充電控制信號，並生成多個均衡驅動信號，控制每個鋰電池進行滿充電。充電過程中，由充電電流保護電路對充電電流進行檢測，一旦充電電流超過預定充電電流值，則所述
8充電電流保護電路向充放電驅動電路輸出充電電流保護信號；所述充放電驅動電路根據所述充電電流保護信號生成用於切斷充電迴路的充電驅動信號，最終使充電迴路斷開，提高充電狀態下鋰電池的使用安全性。放電狀態下，由放電電流保護電路對放電電流進行檢測，一旦放電電流超過預定放電電流值，則所述放電電流保護電路向充放電驅動電路輸出放電電流保護信號；所述充放電驅動電路根據所述放電電流保護信號生成用於切斷供電迴路的放電驅動信號，最終使供電迴路斷開，提高放電狀態下鋰電池的使用安全性。其中，所述放電電流保護電路具有一個放電過流保護單元和一個放電短路保護單元，分別對放電過流和放電短路的情況進行檢測。在充電或放電的過程中，若IIC通訊正常，則控制模塊的PWM單元向通訊異常保護電路輸出脈寬調製信號，使所述通訊異常保護電路向充放電開關裝置中的控制電路輸出用於接通充電迴路或供電迴路的IIC通訊正常的信號；若IIC出現通訊異常情況，則控制模塊的PWM單元停止向通訊異常保護電路輸出脈寬調製信號，使所述通訊異常保護電路向充放電開關裝置中的控制電路輸出用於斷開充電迴路或供電迴路的IIC通訊異常信號，最終控制充電迴路或供電迴路斷開，實現Iic通訊異常情況下，對串聯鋰電池組的保護，提高了鋰電池組的使用安全性。圖4顯示了本實用新型實施例提供的控制鋰電池組充電電壓均衡的控制結構圖， 如圖4所示。模擬前端電路連接每個鋰電池兩端，採集所述鋰電池組中每個鋰電池的電壓數據，並通過IIC總線將所採集的電壓數據送入控制模塊。所述控制模塊處理電壓數據，並將生成的均衡充電控制信號通過IIC傳送到模擬前端電路，具體地說，控制模塊判斷電壓值最小的電壓數據，對於所有超過最小電壓數據 30mV的鋰電池，均生成用於使充電電流分流的均衡充電控制信號，否則生成使充電電流僅流入單個鋰電池的均衡充電控制信號。連接所述模擬前端電路的均衡驅動電路，用於根據來自所述模擬前端電路的所述多個均衡充電控制信號，生成多個均衡驅動信號。連接所述均衡驅動電路的均衡電路，用於根據來自所述均衡驅動電路的多個均衡驅動信號，控制相連的每個鋰電池進行滿充電。其中，所述鋰電池組負端通過電流採樣電阻RO與充放電開關裝置的充放電開關電路相連，並在充放電開關電路接通時鋰電池組進行充電，斷開時鋰電池組停止充電。所述 RO用於進行電流採樣，當放電電流不超過預定放電電流值時，第一運算放大器(圖7中的 0PAMP1)或第二運算放大器(如8中的0PAMP2)的負向輸入端電壓大於正向輸入端電壓，第一運算放大器或第二運算放大器輸出低電平，最終通過充放電開關裝置使供電迴路接通； 當放電電流超過預定放電電流值，第一運算放大器(圖7中的0PAMP1)或第二運算放大器 (如8中的0PAMP2)的負向輸入端電壓小於正向輸入端電壓，第一運算放大器或第二運算放大器輸出高電平，最終通過充放電開關裝置使供電迴路斷開；當充電電流不超過預定充電電流值時，第三運算放大器(如9中的0PAMP3)的負向輸入端電壓大於正向輸入端電壓，第三運算放大器輸出低電平，最終通過充放電開關裝置使充電迴路接通；當充電電流超過預定充電電流值時，第三運算放大器(如9中的0PAMP3)的負向輸入端電壓小於正向輸入端
9電壓，第三運算放大器輸出高電平，最終通過充放電開關裝置使充電迴路斷開。可見，均衡電路解決了因鋰電池組單個鋰電池之間存在電壓、內阻、容量差異而導致滿充電電壓一致性誤差，也就是說，減小了各個鋰電池間電壓差，鋰電池組電壓一致性誤差在士30mV內，在同樣的負載下，提高了鋰電池組持續放電能力。圖5顯示了本實用新型實施例提供的均衡電路原理示意圖，圖6顯示了圖5中單個鋰電池充電電壓均衡的電路原理示意圖，如圖5和圖6所示，均衡電路包括多個分別並聯在每個鋰電池兩端的均衡單元，其每個均衡單元包括串聯連接的電子開關和電阻器。以電子開關是MOSFET為例進行說明每個均衡單元包括串聯的電阻器及M0SFET，當均衡驅動信號是高電平時，MOSFET 導通，進入電壓均衡狀態，總充電電流分兩路，一路電流流入鋰電池，另一路電流流入電阻器；當均衡驅動信號是低電平時，MOSFET截至，總充電電流分兩路僅流入鋰電池；因此電壓最低的鋰電池充電電流比電壓高的電池充電電流大，隨著充電時間延長，鋰電池組中單個鋰電池電壓越來越接近，直至鋰電池組單個鋰電池電壓一致性誤差在士 30mV內，發揮鋰電池組最大性能。為保護鋰電池組放電的安全性，本發明實施例提供了放電電流保護電路和充電電流保護電路，其中，所述放電電流保護電路包括放電過流保護單元和放電短路保護單元，以下通過圖7、圖8和圖9分別進行詳細的說明。圖7顯示了本實用新型實施例提供的放電過流保護單元的電路結構圖，如圖7所示，所述放電過流保護單元包括運算放大器OPAMPl (第一運算放大器)；連接在OPAMPl正相輸入端和採樣地之間的限流電阻器R15(第二限流電阻器)；連接在OPAMPl負相輸入端和工作電源之間的可變分壓電阻器VRl (第一可變分壓電阻器)和可變分壓電阻器VR2(第二可變分壓電阻器)；連接在OPAMPl輸出端和充放電開關裝置之間的限流電阻器R9(第三限流電阻器)；其中，VRl 一端連接VR2、另一端連接鋰電池組負端、中間抽頭連接OPAMPl負相輸入端。此外，OPAMPl地線及電流採樣電阻RO —端接電池組負端BATTERY-，R15 一端及RO 另一端接充放電開關電路。所述放電過流保護單元的工作原理如下靜態或放電電流小於預定放電電流值時，OPAMPl負相輸入端電壓大於正相輸入端電壓，OPAMPl輸出低電平，R9輸出低電平，充放電開關裝置中的充放電驅動電路輸出高電平，控制電路輸出高電平，充放電開關電路導通，即供電迴路導通。否則，如果放電電流大於預定放電電流值，OPAMPl負相輸入端電壓小於正相輸入端電壓，OPAMPl輸出高電平，R9輸出高電平，充放電開關裝置中的充放電驅動電路關閉，輸出低電平，控制電路輸出低電平， 充放電開關電路斷開，即供電迴路斷開，進入放電過流保護狀態。圖8顯示了本實用新型實施例提供的放電短路保護單元的電路結構圖，如圖8示， 所述放電短路保護單元包括運算放大器0PAMP2 (第二運算放大器)；
10[0140] 連接在0PAMP2正相輸入端和採樣地之間的限流電阻器R7 (第四限流電阻器)； 連接在0PAMP2負相輸入端和鋰電池組負端之間的可變分壓電阻器VR2 (第二可變分壓電阻器)和可變分壓電阻器VRl (第一可變分壓電阻器)；連接在0PAMP2輸出端和充放電開關裝置之間的限流電阻器R8 (第五限流電阻器)；其中，VR2 一端連接VR1、另一端連接工作電源、中間抽頭連接運算放大器0PAMP2 負相輸入端。此外，0PAMP2地線及電流採樣電阻RO —端接電池組負端BATTERY-，R7 一端及RO 另一端接充放電開關電路。所述放電短路保護單元的工作原理如下靜態或放電電流小於預定放電電流值時，0PAMP2負相輸入端電壓大於正相輸入端電壓，0PAMP2輸出低電平，R8輸出低電平，若沒有發生放電過流保護，充放電開關裝置中的充放電驅動電路輸出高電平，控制電路輸出高電平，充放電開關電路導通，即供電迴路導通。否則，放電電流大於預定放電電流值時，0PAMP2負相輸入端電壓小於正相輸入端電壓， 0PAMP2輸出高電平，R8輸出高電平，充放電開關裝置中的充放電驅動電路關閉，輸出低電平，控制電路輸出低電平，充放電開關電路斷開，即供電迴路斷開，進入放電短路保護狀態。圖9顯示了本實用新型實施例提供的充電電流保護電路的電路結構圖，如圖9所示，所述充電電流保護電路包括運算放大器0PAMP3 (第三運算放大器)；連接在0PAMP3負相輸入端與工作電源之間的分壓電阻器RlO (第一分壓電阻器)；連接在0PAMP3負相輸入端與採樣地之間的分壓電阻器Rll (第二分壓電阻器)；連接在0PAMP3正相輸入端與工作電源之間的分壓電阻器R12 (第三分壓電阻器)；連接在運算放大器正相0PAMP3輸入端與鋰電池組負端之間的分壓電阻器R13 (第四分壓電阻器)；連接在0PAMP3輸出端與充放電開關裝置之間的限流電阻器R14(第一限流電阻器)O其中，運算放大器0PAMP3地線及電流採樣電阻RO —端接電池組負端，RlO —端及 RO另一端接充放電開關電路。所述充電電流保護電路的工作原理如下充電電流小於預定充電電流值時，0PAMP3負相輸入端電壓大於正相輸入端電壓， 0PAMP3輸出低電平，R14輸出低電平，充放電開關裝置中的充放電驅動電路輸出高電平，控制電路輸出高電平，充放電開關電路導通，即充電迴路導通。否則，充電電流大於預定充電電流值時，0PAMP3輸出高電平，R14輸出高電平，充放電開關裝置中的充放電驅動電路輸出低電平，控制電路輸出低電平，充放電開關電路斷開，即充電迴路斷開，進入充電保護狀態。圖10顯示了本實用新型實施例提供的通訊異常保護電路的電路結構圖，如圖10 所示所述通訊異常保護電路是整流電路，其輸入端連接控制模塊的PWM單元，其輸出端連接充放電開關裝置的控制電路。
11[0158]所述整流電路包括整流二極體Dl;連接在Dl和PWM單元之間的耦合電容Cl ；連接在Dl正極和鋰電池組負端之間的放電電阻器Rl (第一放電電阻器)；連接在Dl負極和鋰電池組負端之間的並聯的放電電阻器R2 (第二放電電路器) 和濾波電容C2 ；連接在Dl負極和充放電開關裝置之間限流電阻器R3 (第六限流電阻器)。所述通訊異常保護電路連接於所述控制模塊和充放電開關裝置之間，並連接於鋰電池組負端。工作時，若鋰電池充放電組件與控制模塊之間的IIC通訊正常，則控制模塊的 PWM單元向通訊異常保護電路輸出脈寬調製信號，所述通訊異常保護電路將所述脈寬調製信號進行整流，產生直流電平，經R3限流後向充放電開關裝置輸出高電平信號，使充放電開關裝置接通，即充電迴路或供電迴路接通；若IIC通訊異常，控制模塊的PWM單元關閉輸出，所述通訊異常保護電路輸出低電平的IIC通訊異常信號，使充放電開關裝置斷開，即充電迴路或供電迴路斷開，不能再進行充電或放電，保護鋰電池組安全。圖11顯示了本實用新型實施例提供的充放電開關裝置結構示意圖，如圖11所示， 所述充放電開關裝置包括連接所述充電電流保護電路和所述放電電流保護電路的充放電驅動電路，用於根據充電或放電電流保護信號，生成用於切斷充電迴路或供電迴路的充電或放電驅動信號； 具體地說，充放電驅動電路的輸入連接充電或放電電流保護電路，當充電電路未出現充電過流現象或放電電路未出現放電過流或短路現象時，所述充放電驅動電路生成用於接通充電迴路或供電迴路的充電或放電驅動信號，否則，輸入端接收到高電平的充電或放電電流保護信號時，所述充放電驅動電路輸出用於斷開充電迴路或供電迴路的充電或放電驅動信號。連接所述通訊異常保護電路和所述充放電驅動電路的控制電路，用於根據所述 IIC通訊異常信號和所述充電或放電驅動信號，生成用於接通或斷開充放電開關電路的控制信號；連接所述控制電路的充放電開關電路，用於根據所述控制信號，接通或斷開所述鋰電池充放電組件的充電迴路或供電迴路，使鋰電池組充電或供電；其中，所述控制電路根據所述IIC通訊異常信號，生成用於斷開充放電開關電路的控制信號，並在IIC通訊正常時，根據所述充電或放電驅動信號，生成用於斷開充放電開關電路的控制信號。圖12顯示了本發明另一實施例提供的一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統結構示意圖，如圖12所示，控制模塊通過通訊異常保護電路，接通或斷開供電迴路。與圖3所述實施例相比較，所述通訊異常保護電路還可以在輸出端發送過流、甚至短路時，斷開供電迴路。其中，所述控制模塊是包括與放電端異常保護電路連接的中斷單元和與通訊異常保護電路連接的脈衝調製(PWM)單元。鋰電池組容量足夠，並且放電電流保護電路正常時，放電端異常保護電路向控制模塊的中斷單元輸出低電平，PWM單元向所述通訊異常保護電路輸出脈衝信號。所述通訊異常保護電路將所述脈衝信號進行整流處理後，發送至充放電開關裝置的控制電路，並最
12終使供電迴路接通。當放電端發生過流、甚至短路時，放電端異常保護電路向控制模塊的中斷單元輸出高電平的放電端異常信號，使PWM單元停止向所述通訊異常保護電路輸出脈衝信號。所述通訊異常保護電路零輸出，使充放電開關裝置的控制電路最終控制供電迴路斷開。圖12顯示了本實用新型另一實施例提供的一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統結構示意圖，如圖12所示，控制模塊通過通訊異常保護電路，接通或斷開供電迴路。與圖 3所述實施例相比較，所述通訊異常保護電路還可以在輸出端發送過流、甚至短路時，斷開供電迴路。其中，所述控制模塊是包括與放電端異常保護電路連接的中斷單元和與通訊異常保護電路連接的脈衝調製(PWM)單元。鋰電池組容量足夠，並且放電電流保護電路正常時，放電端異常保護電路向控制模塊的中斷單元輸出低電平，PWM單元向所述通訊異常保護電路輸出脈衝信號。所述通訊異常保護電路將所述脈衝信號進行整流處理後，發送至充放電開關裝置的控制電路，並最終使供電迴路接通。當放電端發生過流、甚至短路時，放電端異常保護電路向控制模塊的中斷單元輸出高電平的放電端異常信號，使PWM單元停止向所述通訊異常保護電路輸出脈衝信號。所述通訊異常保護電路零輸出，使充放電開關裝置的控制電路最終控制供電迴路斷開。儘管上文對本發明進行了詳細說明，但是本發明不限於此，本技術領域技術人員可以根據本發明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發明原理所作的修改，都應當理解為落入本發明的保護範圍。
1權利要求1.一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統，其特徵在於，包括鋰電池充放電組件，用於將外部充電電源接入鋰電池組進行充電，並向負載供電； 連接所述鋰電池充放電組件的控制模塊； 連接所述鋰電池充放電組件的充放電開關裝置； 連接在所述控制模塊和所述充放電開關裝置之間的通訊異常保護電路。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述鋰電池充放電組件包括 連接所述控制模塊的模擬前端電路；連接所述模擬前端電路的均衡驅動電路； 連接所述均衡驅動電路的均衡電路。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述均衡電路包括多個分別並聯在每個鋰電池兩端的均衡單元，其每個均衡單元包括串聯連接的電子開關和電阻器。
4.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述鋰電池充放電組件還包括 連接所述充放電開關裝置的放電電流保護電路；連接所述充放電開關裝置的充電電流保護電路。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述放電電流保護電路具有一個放電過流保護單元，包括第一運算放大器；連接在第一運算放大器正相輸入端和採樣地之間的第二限流電阻器； 連接在第一運算放大器負相輸入端和工作電源之間的第一可變分壓電阻器和第二可變分壓電阻器；連接在第一運算放大器輸出端和充放電開關裝置之間的第三限流電阻器； 其中，第一可變分壓電阻器一端連接第二可變分壓電阻器、另一端連接鋰電池組負端、 中間抽頭連接第一運算放大器負相輸入端。
6.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述放電電流保護電路還具有一個放電短路保護單元，包括第二運算放大器；連接在第二運算放大器正相輸入端和採樣地之間的第四限流電阻器； 連接在第二運算放大器負相輸入端和鋰電池組負端之間的第二可變分壓電阻器和第一可變分壓電阻器；連接在第二運算放大器輸出端和充放電開關裝置之間的第五限流電阻器； 其中，第二可變分壓電阻器一端連接第一可變分壓電阻器、另一端連接工作電源、中間抽頭連接第二運算放大器負相輸入端。
7.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述充電電流保護電路包括 第三運算放大器；連接在第三運算放大器負相輸入端與工作電源之間的第一分壓電阻器； 連接在第三運算放大器負相輸入端與採樣地之間的第二分壓電阻器； 連接在第三運算放大器正相輸入端與工作電源之間的第三分壓電阻器； 連接在第三運算放大器正相輸入端與鋰電池組負端之間的第四分壓電阻器； 連接在第三運算放大器輸出端與充放電開關裝置之間的第一限流電阻器。
8.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述控制模塊包括 與所述通訊異常保護電路相連的脈寬調製(PWM)單元。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述通訊異常保護電路是整流電路，包整流二極體；連接在整流二極體和PWM單元之間的耦合電容；連接在整流二極體正極和鋰電池組負端之間的第一放電電阻器；連接在整流二極體負極和鋰電池組負端之間的並聯的第二放電電阻器和濾波電容；連接在整流二極體負極和充放電開關裝置之間的第六限流電阻器。
10.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述充放電開關裝置包括 連接所述充電電流保護電路和所述放電電流保護電路的充放電驅動電路； 連接所述通訊異常保護電路和所述充放電驅動電路的控制電路；連接所述控制電路的充放電開關電路。
專利摘要本實用新型公開了一種多節串聯鋰電池組均衡及保護系統，包括鋰電池充放電組件，用於將外部充電電源接入鋰電池組進行充電，並向負載供電；連接所述鋰電池充放電組件的控制模塊；連接所述鋰電池充放電組件的充放電開關裝置；連接在所述控制模塊和所述充放電開關裝置之間的通訊異常保護電路。本實用新型解決了IIC通訊異常而導致的充放電保護異常或失效，保證了鋰電池組的使用安全性。
文檔編號H02J7/00GK202183621SQ20112030827
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月23日 優先權日2011年8月23日
發明者楊維堅, 王開偉 申請人:福建睿能電子有限公司