專利名稱：并聯(lián)型鋰離子電池組的充放電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋰離子電池充放電控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種并聯(lián)型鋰離子電池組的充放電控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾年來，便攜式電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展促進了電池技術(shù)的更新?lián)Q代。其中鋰離子電池(簡稱鋰電池)以高能量密度、高電池電壓、高循環(huán)次數(shù)、低自放電率等特性，脫穎而出， 迅速成為市場的主流。常溫鋰電池是各類二次電池中多項性能指標最好的一種電池。在通常容量下，它具有兩倍于氫鎳電池的能量密度，單體電動勢達到3. 6V，并且隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，還有進一步優(yōu)化的趨勢。據(jù)統(tǒng)計，在筆記本電腦和移動電話領(lǐng)域，鋰離子電池的市場占有率分別為 80%和60%。根據(jù)日本矢野經(jīng)濟研究所的預(yù)測，鋰離子電池正以53. 33%的年增長率快速取代傳統(tǒng)的鎳鉻和鎳氫電池市場。由于單體鋰電池的電壓不超過4. 2V，因此，通常將多個鋰電池芯或多個單體鋰電池串聯(lián)連接，以獲得MV、36V不同等級的電壓。雖然將多個鋰電池串接形成的鋰電池組是最直接、最容易實現(xiàn)各種需要電壓的技術(shù)方案，但是，這種串聯(lián)型鋰電池組存在如下技術(shù)缺陷串聯(lián)型鋰電池組對各個鋰電池的性能一致性要求較高，且鋰電池組的容量按照其中最小的容量的單體鋰電池計算，因此，串聯(lián)型鋰電池組對容量大的鋰電池是一種浪費，且如果其中一節(jié)鋰電池出現(xiàn)問題，將對整個鋰電池組的工作造成致命的危害。

實用新型內(nèi)容為解決目前串聯(lián)式鋰電池組存在的缺陷，本實用新型提出一種并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，對鋰電池組中并聯(lián)連接的每個鋰電池的充放電都進行單獨控制。本實用新型采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其包括多個鋰電池并聯(lián)構(gòu)成的鋰電池組；用于監(jiān)測鋰電池組中各個鋰電池的狀態(tài)，控制每一個鋰電池進行充電放電的控制器；用于分別根據(jù)控制器輸出的放電控制信號、充電控制信號單獨控制每一個鋰電池放電、充電的放電控制電路和充電控制電路；其中，放電控制電路和充電控制電路均連接在控制器的控制端口與鋰電池組的正極之間。其中，所述系統(tǒng)還包括在控制器的監(jiān)測端口與鋰電池組之間分別連接用于監(jiān)測鋰電池組溫度的溫度檢測電路、用于檢測各個鋰電池電流的電流檢測電路、用于檢測各個鋰電池電壓的電壓檢測電路。在一個優(yōu)選實施例中，所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)還包括分別連接控制器的顯示模塊、報警模塊和擴充接口。其中，所述放電控制電路包括DC-DC升壓電路；分別連接在鋰電池組中各個鋰電池的正極與DC-DC升壓電路之間且單獨受控制器控制導(dǎo)通或截止的多個開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln，且開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln的控制端分別連接控制器的其中一個控制端口。其中，開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、···、開關(guān)元件Qln均為MOS晶體管，其柵極分別連接控制器的其中一個控制端口、漏極分別連接各個鋰電池的正極、源極均連接DC-DC升壓電路。其中，所述充電控制電路包括整流電路；分別連接在各個鋰電池的正極與整流電路的輸出端之間且單獨受控制器控制導(dǎo)通或截止的多個開關(guān)元件Q21、開關(guān)元件 Q22、…、開關(guān)元件Q2n，且開關(guān)元件Q21、開關(guān)元件Q22、…、開關(guān)元件Q2n的控制端分別連接控制器的其中一個控制端口。其中，開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln均為MOS晶體管，其柵極分別連接控制器的其中一個控制端口、源極分別連接各個鋰電池的正極、漏極均連接整流電路的輸出端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果本實用新型使用單體多節(jié)鋰電池的并聯(lián)方式，使用開關(guān)電源的DC-DC變換技術(shù)， 對多只并聯(lián)的鋰電池根據(jù)每節(jié)鋰電池的剩余容量分配其輸出電流，不僅可使整個鋰電池組中鋰電池的放電時間同步，而且確保系統(tǒng)不因為某一節(jié)鋰電池出現(xiàn)問題而導(dǎo)致系統(tǒng)故障， 甚至損害鋰電池組，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。且采用單片機作為系統(tǒng)管理核心，不僅減小了硬件設(shè)計的復(fù)雜度，而且可實現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能，實現(xiàn)靈活方便且實現(xiàn)成本較低。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中鋰電池組與放電控制電路的連接示意圖；圖3是圖1中鋰電池組與充電控制電路的連接示意圖；圖4是鋰電池的充電過程示意圖；圖5是單體鋰電池充電過程中充電電流與鋰電池電壓之間對應(yīng)關(guān)系的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型提出的并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)包括多個鋰電池并聯(lián)構(gòu)成的鋰電池組1 ；用于監(jiān)測鋰電池組1的狀態(tài)，并能單獨對鋰電池組1中每一個鋰電池進行充放電控制的控制器2 ；連接在控制器2的控制端口與鋰電池組1之間的放電控制電路3、充電控制電路4。另外，為了保護鋰電池的使用壽命及使用安全，比如，充電時必須檢測鋰電池的電壓、溫度是否在允許的范圍內(nèi)，若否，則禁止充電；又如，一般鋰電池的安全電壓下限為 2. 4V，因此，需要在放電狀態(tài)下監(jiān)測每一個鋰電池的電壓以確保其不會放電至低于安全電壓下限。因此，在控制器2的監(jiān)測端口與鋰電池組1之間分別連接用于監(jiān)測鋰電池組1溫度的溫度檢測電路5、用于檢測鋰電池組1中各個鋰電池電流的電流檢測電路6、用于檢測鋰電池組1中各個鋰電池電壓的電壓檢測電路7。在一個優(yōu)選實施例中，控制器2采用單片機實現(xiàn)。當然，控制器2也可以采用ARM 處理器、DSP、PLD等實現(xiàn)。結(jié)合圖2所示，鋰電池組1包含多個并聯(lián)連接的鋰電池Ul、鋰電池U2、…、鋰電池Un。放電控制電路包括DC-DC升壓電路；分別連接在鋰電池U1、鋰電池U2、…、鋰電池Un 與DC-DC升壓電路之間且單獨受控制器2控制導(dǎo)通或截止的多個開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件 Q12、…、開關(guān)元件Qln，且開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln的控制端分別連接控制器的其中一個控制端口。在一個優(yōu)選實施例中，開關(guān)元件Qll、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln均為MOS 晶體管，其柵極分別連接控制器2的其中一個控制端口，漏極分別連接鋰電池U1、鋰電池 U2、…、鋰電池Un的正極，源極均連接DC-DC升壓電路。由于每個并聯(lián)的鋰電池U1、鋰電池U2、…、鋰電池Un分別通過一個受控制器2控制的開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln連接DC-DC升壓電路，因此，控制器2 可以根據(jù)溫度檢測電路5、電流檢測電路6和電壓檢測電路7動態(tài)檢測鋰電池Ul、鋰電池 U2、…、鋰電池Un各自的電流、電壓和溫度，并控制鋰電池組1中全部或某些鋰電池輸出電壓至DC-DC升壓電路，由DC-DC升壓電路進行升壓處理成需要的電壓等級，由DC-DC升壓電路輸出升壓后的輸出電源。這樣，當鋰電池組1中某一個鋰電池出現(xiàn)容量較小或故障時，控制器2可以實時通過控制與該產(chǎn)生故障的鋰電池相連的開關(guān)元件截止，實現(xiàn)控制該產(chǎn)生故障的鋰電池停止工作而不會影響鋰電池組1的正常工作。結(jié)合圖3所示，充電控制電路包括用于將輸入電源進行整流處理的整流電路；分別連接在鋰電池U1、鋰電池U2、…、鋰電池Un與整流電路的輸出端之間且單獨受控制器2 控制導(dǎo)通或截止的多個開關(guān)元件Q21、開關(guān)元件Q22、…、開關(guān)元件Q2n。在一個優(yōu)選實施例中，開關(guān)元件Qll、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln均為MOS 晶體管，其柵極分別連接控制器2的其中一個控制端口，源極分別連接鋰電池U1、鋰電池 U2、…、鋰電池Un的正極，漏極均連接整流電路的輸出端。這樣，控制器2可以根據(jù)每一個鋰電池的電壓、電流和溫度等信息決定每個鋰電池的充電電流大小，根據(jù)每個鋰電池的充電電流大小產(chǎn)生相應(yīng)控制占空比的PWM控制信號，由各個PWM控制信號分別控制單獨控制開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln 的狀態(tài)，即可以實現(xiàn)單獨控制鋰電池U1、鋰電池U2、…、鋰電池Un進行充電。如圖4所示為鋰電池的充電過程示意圖(橫坐標表示充電時間，縱坐標表示充電電壓)，單體鋰電池允許充電的電壓范圍是每節(jié)電池2. 5^4. 2V ；溫度范圍2. 50C 50°C。在電池處于深放電的情況下，必須要求充電器具有預(yù)充過程，使鋰電池滿足快速充電的條件； 然后，根據(jù)電池廠商推薦的快速充電速度，一般為1C，充電器對鋰電池進行恒流充電，鋰電池電壓緩慢上升；一旦鋰電池電壓達到所設(shè)定的終止電壓(一般為4. IV或4. 2V)，恒流充電終止，充電電流快速衰減，充電進入滿充過程；在滿充過程中，充電電流逐漸衰減，直到充電速率降低到0. IC以下或滿充時間超時，轉(zhuǎn)入頂端截止充電；頂端截止充電時，充電器以極小的充電電流為電池補充能量。頂端截止充電一段時間后，關(guān)閉充電。 結(jié)合圖5所示，為單節(jié)鋰電池充電到4. 2V的過程中，充電電流(圖5中曲線1)和鋰電池電壓(圖5中曲線2)之間對應(yīng)變化的曲線示意圖。充電開始時，先對鋰電池進行狀態(tài)測試，以確保鋰電池電壓在3. OV至4. 2V之間，并確認溫度在0° C至+45° C之間。如果電壓低于3. 0V，將以0. 125的占空比對鋰電池緩慢充電，以防損壞鋰電池。一旦鋰電池電壓超過3. OV后，轉(zhuǎn)為快充模式，快充時占空比為31/32，即大約97%。檢測到-2mV的-Δ V后，快充結(jié)束。如果未檢測到-Δ V，將持續(xù)快充，直到快充定時器超時，或檢測到過溫或者過壓故障狀態(tài)(包括阻抗不合格)為止。快充完成(由于-Δ V或快充定時器超時)后，進入定時補足充電模式，占空比為12.5%，持續(xù)時間為所設(shè)快充定時的一半。補足充電完成后進入維持模式，占空比為1/64，直到鋰電池被拿走或重新上電。另外，為使本實用新型更具智能化和良好的用戶界面，如圖1所示，還可以在控制器2上連接設(shè)置顯示模塊8、報警模塊9和擴充接口 10。控制器2為整個系統(tǒng)的控制者，起著非常重要的作用，它必須能夠根據(jù)電壓、電流采樣，判斷各個鋰電池目前所處的狀態(tài)，并根據(jù)該狀態(tài)決定允許哪些操作、禁止哪些操作，并通過顯示模塊8顯示告知用戶；若某個鋰電池的狀態(tài)不正常時，控制器2應(yīng)該能夠及時發(fā)現(xiàn)并通過報警模塊9產(chǎn)生報警手段提醒操作人員的注意。而擴充接口 10則為外部控制提供連接接口，以確保本實用新型具有良好的擴展性。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括多個鋰電池并聯(lián)構(gòu)成的鋰電池組；用于監(jiān)測鋰電池組中各個鋰電池的狀態(tài)，控制每一個鋰電池進行充電放電的控制器；用于分別根據(jù)控制器輸出的放電控制信號、充電控制信號單獨控制每一個鋰電池放電、充電的放電控制電路和充電控制電路；其中，放電控制電路和充電控制電路均連接在控制器的控制端口與鋰電池組的正極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括在控制器的監(jiān)測端口與鋰電池組之間分別連接用于監(jiān)測鋰電池組溫度的溫度檢測電路、用于檢測各個鋰電池電流的電流檢測電路、用于檢測各個鋰電池電壓的電壓檢測電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括連接控制器的顯示模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括連接控制器的報警模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括連接控制器的擴充接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述放電控制電路包括DC-DC升壓電路；分別連接在鋰電池組中各個鋰電池的正極與 DC-DC升壓電路之間且單獨受控制器控制導(dǎo)通或截止的開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln，且開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln的控制端分別連接控制器的其中一個控制端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6任何一項所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于，開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln均為MOS晶體管，其柵極分別連接控制器的其中一個控制端口、漏極分別連接各個鋰電池的正極、源極均連接DC-DC升壓電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述充電控制電路包括整流電路；分別連接在各個鋰電池的正極與整流電路的輸出端之間且單獨受控制器控制導(dǎo)通或截止的開關(guān)元件Q21、開關(guān)元件Q22、…、開關(guān)元件Q2n，且開關(guān)元件Q21、開關(guān)元件Q22、…、開關(guān)元件Q2n的控制端分別連接控制器的其中一個控制端
9.根據(jù)權(quán)利要求8任何一項所述并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其特征在于，開關(guān)元件Q11、開關(guān)元件Q12、…、開關(guān)元件Qln均為MOS晶體管，其柵極分別連接控制器的其中一個控制端口、源極分別連接各個鋰電池的正極、漏極均連接整流電路的輸出端。
專利摘要本實用新型公開一種并聯(lián)型鋰電池組的充放電控制系統(tǒng)，其包括多個鋰電池并聯(lián)構(gòu)成的鋰電池組；用于監(jiān)測鋰電池組中各個鋰電池的狀態(tài)，控制每一個鋰電池進行充電放電的控制器；用于分別根據(jù)控制器輸出的放電控制信號、充電控制信號單獨控制每一個鋰電池放電、充電的放電控制電路和充電控制電路；其中，放電控制電路和充電控制電路均連接在控制器的控制端口與鋰電池組的正極之間。本實用新型不僅可使整個鋰電池組中鋰電池的放電時間同步，而且確保系統(tǒng)不因為某一節(jié)鋰電池出現(xiàn)問題而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)靈活方便且實現(xiàn)成本較低的優(yōu)點。
文檔編號H02J7/00GK202333884SQ201120466569
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者劉艷昌, 張開拓, 毛景魁, 賈豐春, 鄭舒 申請人:河南機電高等專科學校