專利名稱:用于驅(qū)動電動車的鋰二次電池組的充放電管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及電動車的動力電池控制裝置,尤其是用于驅(qū)動電動車的鋰二次電池組的充放電管理裝置。
它由電源模塊,串放、并充轉(zhuǎn)換控制模塊,一次保護電路模塊,采樣電路及二次保護電路模塊,單片機控制系統(tǒng)模塊,液晶顯示模塊和鋰電池組成。
電源模塊共有三組電源一為程控開關(guān)電源,提供充電電壓;二為5V直流電源,提供給單片機及其控制電路;三為15V的直流電源,供串放、并充轉(zhuǎn)換控制使用。
串放、并充轉(zhuǎn)換控制模塊是由MOS管及外圍元件組成一開關(guān)電路,從而方便的控制電池為串聯(lián)狀態(tài)或并聯(lián)狀態(tài)。
一次保護電路模塊是使用專用的鋰電池保護IC,保護電池過充電、過放電。
采樣電路及二次保護電路模塊的采樣電路為采用MOS管元件和光隔元件,解決不共地的問題,使單片機能檢測到每個電池的電壓和充電電源電壓;二次保護電路是重復(fù)保護電池的過充電、過放電,通過單片機和采樣電路檢測電池的狀態(tài),當(dāng)電池放到下限電壓時,將切斷放電回路,防止電池過放;充電時,單片機和采樣電路檢測充電電源,如異常則關(guān)斷充電電源。
單片機控制系統(tǒng)模塊通過控制程控充電電源、控制電池的串聯(lián)和并聯(lián)、檢測到每個電池的電壓值和充電電源電壓并做相應(yīng)的處理,同時與液晶顯示模塊串行通信,顯示電池的容量和指示出那節(jié)電池需要更換。
電源部分(見圖2)有三個電源(VCC1、VCC2、VCC3),其中VCC1為單獨地,VCC2和VCC3共地。市電通過一種簡單充電回路給系統(tǒng)電池充電,系統(tǒng)電池通過DC/DC轉(zhuǎn)換1電路得到VCC1(5V)的直流電源;VCC1電源提供給單片機及其控制電路,使用系統(tǒng)電池就是為了在任何時候有電源供單片機及其控制電路工作,而不是僅僅在給電動電池充電時提供電源給單片機及其控制電路。同樣的,通過DC/DC轉(zhuǎn)換2電路得到VCC2(15V)的直流電源。VCC3(4.1V,50A)是一程控開關(guān)電源,提供給電動電池并聯(lián)時的充電電源,如圖2中所示,U0為單片機46R23,通過單片機控制U6模擬開關(guān)4067,選通相應(yīng)的檔位,如U0置ABCD為1111,則U6的X15腳輸出為高電平,這時U4的光隔導(dǎo)通,從而A-5從低電平變?yōu)楦唠娖?,相?yīng)的程控充電電源輸出為3.5V,同樣通過控制U6的X11~X14將得到4.1V、4.0V、3.9V、3.7V;采用程控充電電源給并聯(lián)電池充電是非常有利的,當(dāng)放完電的電池需充電時,由于各電池電壓不等,且電池電壓較低,這時如把所有的電池并聯(lián)后直接加上4.1V,電池電壓最低的那一節(jié)將得到很大的沖擊電流,從而損壞電池,為此通過程控充電電源,逐步提高充電電源,最后恒壓在4.1V;實現(xiàn)理想的并聯(lián)恒壓充電。
串放、并充的轉(zhuǎn)換控制(見圖3)實現(xiàn)串聯(lián)放電與并聯(lián)充電之間的切換是采用場效應(yīng)管,采用場效應(yīng)管方式使鋰二次電池串聯(lián)與并聯(lián)之間的轉(zhuǎn)換很可靠,由于場效應(yīng)管為電壓控制器件,功耗非常的低,幾乎不損耗電池的能量,是非常理想的一個開關(guān)。當(dāng)單片機U0檢測到其PC1腳有高電平時(如圖2中的U7,當(dāng)有市電時,test為高電平),就知有充電電源接入,這時U0給其PB7腳置高電平,讓U14光隔不工作,這時中間一排MOS管(Q9、Q10、Q11)的GS端沒工作電源,即MOS開關(guān)斷開串聯(lián)回路;然后U0給其PC0腳置低電平,讓U13光隔工作,這時上下兩排MOS管的GS端有工作電源,上排MOS管(Q1、Q2、Q3、Q4)把電池正端接至充電電源(+)端,下排MOS管(Q5、Q6、Q7、Q8)把電池負(fù)端接至充電電源的(-)端,實現(xiàn)并聯(lián)充電,這時單片機控制程控充電電源,讓其每隔一段后,提高一檔充電電源,直到恒壓在4.1V,當(dāng)定時充滿電后,單片機檢測到其PC1腳為低電平時,就知使用者把市電關(guān)了,這時單片機通過給其PCO腳置高電平,關(guān)斷上下兩排MOS管,切斷充電回路,然后再給其PB7腳置低電平,接通中間一排MOS管,讓電池串聯(lián)起來,實現(xiàn)串聯(lián)放電。
另外電池組總存在即不充電又不使用的時候,也就是擱置,擱置久的電池有容量不等的現(xiàn)象,這時只要人為把圖3中的S1開關(guān)合上,單片機檢測到其PA4為高電平,即使沒有充電電源,單片機也會斷開串聯(lián)回路,接通并聯(lián)回路,讓電池組之間相互補嘗,如要使用電動車,一定要把S1斷開,否則使用不了,因為單片機會把放電回路鎖死。圖3中,D1、D2、D3、D4的作用是防止電池在串聯(lián)時接通上排MOS管,超成電池短路;因為高端電池(如B1)會通過上排MOS管的電阻(如R1)到達(dá)低端電池(如B4)的控制MOS管的GS端(如Q4),使低端電池的控制MOS管導(dǎo)通,從而造成低端電池之間相互聯(lián)接、短路。
圖3中,每個電池都有一個一次保護電路,如圖中的一次保護電路1,充電時,當(dāng)檢測到B1電池的電壓超過所設(shè)計的電壓值時,其會輸出一個信號給光隔U9,讓其工作,把Q5的GS端電壓拉低,從而使Q5關(guān)斷充電回路,實現(xiàn)過充保護。同樣,一次保護電路1具有過放保護功能,當(dāng)檢測到電池電壓過低時,將送出一個信號控制control端,使Q12關(guān)斷,從而關(guān)斷整個放電回路;一次保護電路(見圖4)上段末已描述過一次保護電路的基本工作原理,圖4為其詳細(xì)原理圖,所有的一次保護電路原理都是一樣的,現(xiàn)拿一次保護電路1來說明其工作原理;U1為S8261,是鋰電池專用保護IC,在充電過程中,當(dāng)U1檢測到B1電池的電壓過高,其C0腳輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?,這時三極管Q5導(dǎo)通,使光隔U9導(dǎo)通(圖3中的光隔U9與圖4中的光隔U9在一個鋰電池包中為同一個元器件),從而使圖3中的Q5關(guān)斷B1電池的充電回路,實現(xiàn)過充保護;放電過程中,當(dāng)U1檢測到B1電池的電壓過低時,其DO腳輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑@時三極管Q1截止,從而使光隔U21不導(dǎo)通,由圖4中,可以看到,U21、U22、U23、U24光隔開關(guān)為串聯(lián)關(guān)系,只要有一個光隔不工作,這時BAT+的電壓就不能傳輸?shù)紻CH-CONTROL端,從而使圖3中的Q12截止(Q12是串聯(lián)在放電回路中的,起到一個總開關(guān)的作用),關(guān)斷放電回路;采樣電路及二次保護電路(見圖5)單片機通過給ABCD送不同的二進制碼,選通不同的模擬開關(guān)的檔位,如置ABCD為0000,則選中模擬開關(guān)中的X0檔,這時X0腳由低電平變?yōu)楦唠娖?,使三極管Q1和光隔U31都導(dǎo)通,則Q1把B1電池的負(fù)極拉到單片機控制系統(tǒng)的地,U31光隔把B1電池的正極拉到單片機的A/D采樣接口,單片機運行采樣程序就把B1電池的電壓采到并處理;同樣,可以采到B2、B3、B4電池的電壓并處理;通過單片機對電池電壓與容量關(guān)系的處理,通過與液晶顯示模塊的通信,把電池容量給顯示出來。所謂的二次保護,就是當(dāng)單片機檢測到電池電壓低于下限保護,這時不管一次保護電路起不起作用,單片機控制光隔U15,使其不工作,切斷總開關(guān)Q12的GS端的工作電源,讓Q12關(guān)斷放電回路。在這要說明的是圖4的DCH-CONTROL端與圖5的DCH-CONTROL為同一網(wǎng)絡(luò)點,也就是一次保護電路的下限保護所控制的所有光隔以及圖5單片機要控制的光隔U15是串聯(lián)起來控制放電回路的總開關(guān),只要任何一個一次保護電路檢測到電池下限電壓到或單片機檢測到電池異常都可以切斷放電回路。
權(quán)利要求1.用于驅(qū)動電動車的鋰二次電池組的充放電管理裝置,其由電源模塊,一次保護電路模塊,采樣電路及二次保護電路模塊及鋰二次電池組構(gòu)成,其特征在于該充放電管理裝置還包括串放、并充轉(zhuǎn)換控制模塊,單片機控制系統(tǒng)模塊和液晶顯示模塊,其中,鋰二次電池組的每個電池連接有電源模塊,一次保護電路模塊,采樣電路及二次保護電路模塊,單片機控制系統(tǒng)模塊通過控制電源模塊分別給每個電池提供適合的充電電壓;單片機控制系統(tǒng)模塊信號連接并控制一次保護電路模塊,采樣電路及二次保護電路模塊的工作;串放、并充轉(zhuǎn)換控制模塊是連接在各電池間由MOS管組成開關(guān)電路,單片機控制系統(tǒng)模塊信號連接該模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰二次電池組的充放電管理裝置,其特征在于電源模塊共有三組電源一為提供充電電壓的程控開關(guān)電源,二為供單片機及其控制電路使用的5V直流電源,三為供串放、并充轉(zhuǎn)換控制使用的15V直流電源。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰二次電池組的充放電管理裝置,其特征在于串放、并充轉(zhuǎn)換控制模塊分為串聯(lián)放電轉(zhuǎn)換控制電路和并聯(lián)充電轉(zhuǎn)換控制電路,串聯(lián)放電的轉(zhuǎn)換控制電路由一組鋰二次電池和一組MOS管相間串聯(lián)組成,并聯(lián)充電的轉(zhuǎn)換控制電路在各電池的正、負(fù)極分別連接一MOS管,各正極連接的MOS管并聯(lián)后連接到程控開關(guān)電源的一端,各電池負(fù)極連接的MOS管并聯(lián)后連接到程控開關(guān)電源的另一端。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰二次電池組的充放電管理裝置,其特征在于一次保護電路模塊由專用的鋰二次電池保護集成塊S8261、MOS管及光隔組成。
5.如權(quán)利要求1所述的鋰二次電池組的充放電管理裝置,其特征在于采樣電路及二次保護電路模塊包括多組連接在各電池正負(fù)極間的MOS管和光隔元件,上述各組MOS管和光隔元件分別和單片機控制模塊的模擬開關(guān)連接。
專利摘要本實用新型涉及用于驅(qū)動電動車的鋰二次電池組的充放電管理裝置,它由電源模塊,串放、并充轉(zhuǎn)換控制模塊,一次保護電路模塊,采樣電路及二次保護電路模塊,單片機控制系統(tǒng)模塊,液晶顯示模塊和鋰二次電池組成;具有保證電池充滿電,充電速度快,使用方便,安全可靠,不過充,且能防止電池發(fā)熱等特點。
文檔編號B60K1/04GK2598788SQ0224959
公開日2004年1月14日 申請日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者楊海珊, 嚴(yán)岳清, 王傳福, 祖波 申請人:比亞迪股份有限公司