一種動力型多串鋰電池控制系統的製作方法
2023-06-11 09:23:21 2
專利名稱：一種動力型多串鋰電池控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種動力型電池控制系統，更具體地說指一種能對多達120節鋰 電池進行充電放電控制的系統，實現對每節鋰電池的平衡充電放電。
背景技術：
在大功率動力產品(電動自行車、大電鑽、動力汽車等)中，由於鋰電池本身也有 一些缺點，對充放電壓要求苛刻，充電電壓不能過高，放電電壓不能過低，否則電池都將永 久性損壞，要求鋰電電池組充電過程中電池電壓須保持一致，另外電池組電壓使用中會出 現不均衡，此時需要對電池組做均衡處理。現有技術中出現的電池組的數量十分地有限，多 串電池的總電壓48V以下，很少能達到三四百伏的電壓，其主要是現有技術中大多出現的 是非鋰電的動力電池，過多數量電池的串聯會導致電池組的重量過大；如若採用鋰電池，則 電池組的電池數量相當地高。則由於現有技術對電池的充放電控制技術有限，對多達上百 顆的電池同時進行均衡充放電的控制技術未得到很好地解決。基於上述技術的缺陷，本發明人開發出來一種利用微控制器(單片機)作為對每 個單節電池進行平衡充放電控制的多串鋰電池控制系統，利用各個微控制器與處理器之間 的通訊實現各個電池之間的平衡充放電。
實用新型內容本實用新型的目的在於為克服現有技術的不足而提供一種利用微控制器(單片 機)作為對每個單節電池進行平衡充放電控制的多串鋰電池控制系統，利用各個微控制器 與處理器之間的通訊實現各個電池之間的平衡充放電。本實用新型的技術內容為一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵包括主控制 板和與主控制板電性聯接的鋰電池組，所述的主控制板包括電源模塊、與電源模塊聯接的 處理器、與處理器聯接的MOS管電路、與鋰電池組聯接的電池接口，所述的MOS管電路聯接 有充電口、輸出口及前述的電池接口，所述的充電口與外部的充電器聯接，所述的輸出口與 外部的電動設備聯接；所述的鋰電池組包括多個串聯的單體電池組件；所述的單節電池組 件包括單節電池與單節電池並聯的平衡電路，及用於檢測單節電池電壓的微控制器，所述 的微控制器設有與平衡電路聯接的控制端、與主控制板的處理器通訊聯接的通訊端。其進一步技術內容為所述的主控制板上還設有與處理器聯接的用於單節電池過 流保護的保護電路，所述保護電路的檢測端與鋰電池組的任一單節電池聯接。其進一步技術內容為所述單體電池組件還包括用於聯接微控制器與處理器的光 華禹。其進一步技術內容為所述的光耦包括發送光耦和接收光耦。其進一步技術內容為所述的MOS管電路包括用於聯接充電口與電池接口的充電 MOS管電路和用於聯接電池接口與輸出口的放電MOS管電路。其進一步技術內容為所述的單節電池為鐵鋰電池。[0011]其進一步技術內容為所述的單體電池組件為4 120個。其進一步技術內容為所述的微控制器為HT46R51型晶片。其進一步技術內容為所述的處理器為HT45R53型晶片。其進一步技術內容為所述的充電MOS管電路和放電MOS管電路均設有二個並聯 的 IXEN6CM120/D1 型 MOS 管器件。本實用新型與現有技術相比的有益效果是本實用新型對每個單節電池設有一個 檢測單元，每個檢測單元利用MOS管進行均衡充放電，利用微控制器與處理器之間的通訊 實現均衡充放電的控制，由於每節電池的電壓均衡，故此可以利用對任一單節電池的電流 檢測，即可實現對所有電池過充過放的保護。從而能實現對多達120節的電池組實現均衡 充電放電控制和保護，以此通過多個鋰電池的串聯，實現高電壓大電流的移動電源，為動力 型的電動設備提供大容量的移動電源。本實用新型可以用於各種電動設備，具有極好的應 用前景。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步描述。
圖1為本實用新型一種動力型多串鋰電池控制系統具體實施例的方框結構示意
圖2為圖1所示具體實施例的主電路連接示意圖； 圖3為圖1所示具體實施例的單節電池組件電路原理圖； 圖4為圖1所示具體實施例的主控制板電路原理圖。 附圖標記說明
1主控制板11 12處理器13 131充電MOS管電路 132 14電池接口15 16輸出口17
2鋰電池組20 21單節電池22 23微控制器24
電源模塊 MOS管電路 放電MOS管電路 充電口 保護電路 單體電池組件 平衡電路 光耦
具體實施方式
為了更充分理解本實用新型的技術內容，下面結合具體實施例對本實用新型的技 術方案進一步介紹和說明，但不局限於此。如圖1至圖4所示，本實用新型一種動力型多串鋰電池控制系統，包括主控制板1 和與主控制板1電性聯接的鋰電池組2，主控制板1包括電源模塊11、與電源模塊11聯接 的處理器12、與處理器12聯接的MOS管電路13、與鋰電池組2聯接的電池接口 14。其中電 源模塊11的電源取自鋰電池組的電源，通過LM2575型穩壓晶片為主控制板提供5v的穩壓 電源，在電源模塊中設有啟動按鈕Si。MOS管電路13聯接有充電口 15、輸出口 16及前述的 電池接口 14，充電口 15與外部的充電器聯接，輸出口 16與外部的電動設備(比如電動自行車、汽車、電鑽等)聯接；鋰電池組2包括多個串聯的單體電池組件20 (即單節電池的檢測 單元)；單節電池組件20包括單節電池21與單節電池21並聯的平衡電路22，及用於檢測 單節電池21電壓的微控制器23，微控制器23設有與平衡電路22聯接的控制端、與主控制 板1的處理器12通訊聯接的通訊端。每個單體電池組件中的微控制器檢測到電池電壓，將 電壓信號通過通訊端發送至處理器，處理器將接收到的各個單體電池組件的電壓信號相進 行相互比較，對有差值(超過設定的差值)的電池進行均衡充電放電控制，將最高電壓的電 池通過MOS管的導通，用熱損耗電阻R7進行放電平衡，直至各個電池的電壓差值低於設定 值(比如30mv)。主控制板1上還設有與處理器12聯接的用於單節電池過流保護的保護電 路17，保護電路17的檢測端與鋰電池組2的任一單節電池聯接(因為所有電池的電壓是均 衡的，所以可以通過對單一電池的電流檢測，實現對鋰電池組的所有電池的過流保護)。單 體電池組件21還包括用於聯接微控制器23與處理器12的光耦24。光耦24包括發送光 耦(如圖3中的Ul)和接收光耦(如圖3中的U2)。MOS管電路13包括用於聯接充電口 15 與電池接口 14的充電MOS管電路131和用於聯接電池接口 14與輸出口 16的放電MOS管 電路132。單節電池21為鐵鋰電池，電壓為3. 2V，本實施例中，單節電池的數量為120個， 鋰電池組的總輸出電壓為384V，可以直接驅動直流電源型動力設備，也可以通過增設逆變 電路，去驅動380V的交流電設備。在本實施例中，微控制器採用HT46R51型晶片；處理器 採用HT45R53型晶片；充電MOS管電路和放電MOS管電路均是採用二個並聯的MOS管器件 (IXEN60N120/D1型，電流100A)。其中單體電池組件的平衡電路包括9926型MOS管，和與 之串聯的電阻R7 (起熱損耗作用，功率10W)。主控制板上設有充放電的指示燈LED1、LED2、 LED3。以下是對每節電池進行放電、充電保護和均衡充電的詳細說明1、放電保護A、當每節電池電壓低於2. OV士0. OlV時，控制器會在100MS內自動關斷電池輸出， 此時輸出迴路鎖定，負載兩端電壓為零，要解除鎖定狀態，須將負載斷開並將負載地和電池 地短路，或者插入充電器進行充電至少IS方可以解除。B、當所有電池總電壓低於20V士0. IOV(例如10節電池)，控制器會在IS內關斷電 池輸出，此時輸出迴路鎖定，解除方法同A。C、當放電電流超過200A時，控制器會在IMS內關斷電池輸出並進入過流保護狀 態，此時輸出迴路鎖定，解除方法同A。D、短路保護與過流保護基本相同，不同之處是關斷時間在IOUS內，解除辦法相 同。2、充電保護A、當每節電池電壓高於3.65V士0.030V時，控制器會在IS內關斷充電器輸入，此 時輸入迴路鎖定，要解除鎖定狀態，將充電器拔掉並至少等待IOS內可以解除。B、當所有電池總電壓高於36. 5V士0. 30V(例10節電池)時，控制器會在IS內關 斷充電器輸入，此時輸入迴路鎖定，解除方法同A。 C、當充電電流超過200A時，控制器會在IMS內關斷充電器輸入並進入過流保護狀 態，此時輸入迴路鎖定，解除方法同A。 D、充電進入保護後，控制器將檢測電池電壓，當電壓低於保護電壓一定值後會自動解除鎖定狀態，此時如果充電器沒有拔掉將進入充電狀態；如果充電器拔掉將進入待機 狀態。3、均衡充電為了充分利用鋰電電池包能量，發揮電池最大效能，必須要考慮電池的均衡，最終 能夠使電池的容電一致，目前電池均衡方法主要有兩種，能量的傳遞轉移均衡和熱損耗均 衡，本控制系統使用熱能損耗型，本控制系統當開始充電時，均充控制程序(控制模式設於 處理器內)就運行，將所有電池電壓比較，如果最高電池電壓與最低電池電壓的差值大於 30MV，高電壓電池均衡電路的MOS開關打開，否則均衡條件不滿足，關閉均衡；依次類推次 高電池與最低電池電壓比較，差值大於30MV，打開次高電池均衡開關，否則均衡比較結束。 充放電保護板本機待機靜態功耗約< 100UA。要控制系統可使用於12V-380V的電動自行 車、電動汽車及多串鋰電池控制的產品(如大電鑽、電動升降機等)中。綜上所述，本實用新型對每個單節電池設有一個檢測單元，每個檢測單元利用MOS 管進行均衡充放電，利用微控制器與處理器之間的通訊實現均衡充放電的控制，由於每節 電池的電壓均衡，故此可以利用對任一單節電池的電流檢測，即可實現對所有電池過充過 放的保護。從而能實現對多達120節的電池組實現均衡充電放電控制和保護，以此通過多 個鋰電池的串聯，實現高電壓大電流的移動電源，為動力型的電動設備提供大容量的移動 電源。本實用新型可以用於各種電動設備，具有極好的應用前景。以上所述僅以實施例來進一步說明本實用新型的技術內容，以便於讀者更容易理 解，但不代表本實用新型的實施方式僅限於此，任何依本實用新型所做的技術延伸或再創 造，均受本實用新型的保護。
權利要求一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵包括主控制板和與主控制板電性聯接的鋰電池組，所述的主控制板包括電源模塊、與電源模塊聯接的處理器、與處理器聯接的MOS管電路、與鋰電池組聯接的電池接口，所述的MOS管電路聯接有充電口、輸出口及前述的電池接口，所述的充電口與外部的充電器聯接，所述的輸出口與外部的電動設備聯接；所述的鋰電池組包括多個串聯的單體電池組件；所述的單節電池組件包括單節電池與單節電池並聯的平衡電路，及用於檢測單節電池電壓的微控制器，所述的微控制器設有與平衡電路聯接的控制端、與主控制板的處理器通訊聯接的通訊端。
2.根據權利要求1所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述的主控制 板上還設有與處理器聯接的用於單節電池過流保護的保護電路，所述保護電路的檢測端與 鋰電池組的任一單節電池聯接。
3.根據權利要求2所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述單體電池 組件還包括用於聯接微控制器與處理器的光耦。
4.根據權利要求3所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述的光耦包 括發送光耦和接收光耦。
5.根據權利要求4所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述的MOS管 電路包括用於聯接充電口與電池接口的充電MOS管電路和用於聯接電池接口與輸出口的 放電MOS管電路。
6.根據權利要求5所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述的單節電 池為鐵鋰電池。
7.根據權利要求6所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述的單體電 池組件為4 120個。
8.根據權利要求7所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述的微控制 器為HT46R51型晶片。
9.根據權利要求8所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述的處理器 為HT45R53型晶片。
10.根據權利要求9所述的一種動力型多串鋰電池控制系統，其特徵在於所述的充電 MOS管電路和放電MOS管電路均設有二個並聯的IXEN60N120/D1型MOS管器件。
專利摘要本實用新型公開了一種動力型多串鋰電池控制系統，包括主控制板和與主控制板電性聯接的鋰電池組，主控制板包括電源模塊、與電源模塊聯接的處理器、與處理器聯接的MOS管電路、與鋰電池組聯接的電池接口，MOS管電路聯接有充電口、輸出口及前述的電池接口，充電口與外部的充電器聯接，輸出口與外部的電動設備聯接；鋰電池組包括多個串聯的單體電池組件；單節電池組件包括單節電池與單節電池並聯的平衡電路，及用於檢測單節電池電壓的微控制器。本實用新型能實現對多達120節的電池組實現均衡充電放電控制和保護，實現高電壓大電流的移動電源，為動力型的電動設備提供大容量的移動電源，可以用於電動自行車、電動汽車等各種大功率電動設備。
文檔編號H02J7/00GK201766397SQ20102054082
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者楊德軍 申請人:深圳市力鑄科技有限公司