一種延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電池供電和電池管理技術(shù)領(lǐng)域，特涉及一種延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，屬于筆記本電腦、野外測(cè)量?jī)x器、攝像機(jī)等需要蓄電池供電的便攜式電子設(shè)備的電池供電和電池管理的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在筆記本電腦、野外測(cè)量?jī)x器、攝像機(jī)等需要電池供電的便攜式電子設(shè)備中，大量使用鋰電池、镲氫電池。
[0003]由于電池的特性，若單體電池過(guò)放電、內(nèi)部短路，或者溫度過(guò)高致使內(nèi)部壓力過(guò)大時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致電池單元以及整個(gè)電池組的損壞或失效。即使串聯(lián)電池組的其它電池單元正常，整個(gè)串聯(lián)電池組也沒(méi)法使用。
[0004]因此，如何延長(zhǎng)整個(gè)電池組的壽命，成為設(shè)計(jì)者需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種延長(zhǎng)串連蓄電池組使用時(shí)間的電路，每個(gè)蓄電池單元包括斷路開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)，當(dāng)串聯(lián)蓄電池組中有一個(gè)蓄電池單元電壓過(guò)低或者失效時(shí)，將這個(gè)電池單元旁路，其余正常的電池單元繼續(xù)使用；同時(shí)本實(shí)用新型的放電變換器還設(shè)有升壓變換器和降壓變換器，當(dāng)電壓過(guò)低或者失效電池單元旁路后致使蓄電池組的輸出電壓變低時(shí)，通過(guò)對(duì)升壓變換器和降壓變換器工作狀態(tài)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)放電電壓進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而不影響負(fù)載供電問(wèn)題。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，包括串聯(lián)蓄電池組、放電變換器、負(fù)載、控制單元和電壓采樣單元，串聯(lián)蓄電池組至少包括2個(gè)蓄電池單元，串聯(lián)蓄電池組連接放電變換器給負(fù)載供電；電壓采樣單元連接每個(gè)蓄電池單元，通過(guò)芯片采樣獲得每個(gè)蓄電池單元的電壓數(shù)據(jù)；控制單元連接電壓采樣單元，其特征在于:所述的每個(gè)蓄電池單元包括電池單體、斷路開(kāi)關(guān)K1、二極管TD1、旁路開(kāi)關(guān)K2、二極管TD2，斷路開(kāi)關(guān)Kl與二極管TDl并聯(lián)再與蓄電池11串聯(lián)，然后整體與旁路開(kāi)關(guān)K2并聯(lián)，旁路開(kāi)關(guān)K2又與二極管TD2并聯(lián)。
[0007]如上所述的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，其特征在于:所述的放電變換器包括放電控制器、升壓DC/DC變換器和降壓DC/DC變換器，放電控制器根據(jù)采集電壓的大小來(lái)控制升壓DC/DC變換器和降壓DC/DC變換器的工作狀態(tài)。
[0008]如上所述的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，其特征在于:所述的升壓DC/DC變換器由開(kāi)關(guān)管Tl、電感L1、電容Cl、二極管Dl組成；降壓DC/DC變換器由開(kāi)關(guān)管T2，電感L2，電容C2，二極管D2組成。
[0009]如上所述的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，其特征在于:所述的斷路開(kāi)關(guān)采用繼電器開(kāi)關(guān)、接觸器開(kāi)關(guān)、MOS電子開(kāi)關(guān)或IGBT電子開(kāi)關(guān)。
[0010]如上所述的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，其特征在于:所述的旁路開(kāi)關(guān)采用繼電器開(kāi)關(guān)、接觸器開(kāi)關(guān)、MOS電子開(kāi)關(guān)或IGBT電子開(kāi)關(guān)。
[0011]本實(shí)用新型的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用時(shí)間的電路，具有以下優(yōu)勢(shì):
[0012](I)當(dāng)串聯(lián)蓄電池組中有一個(gè)單體蓄電池單元損壞時(shí)，可延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組的工作時(shí)間。
[0013](2)能夠找出有故障的蓄電池單元，不讓故障繼續(xù)發(fā)展。
[0014](3)放電變換器能夠適應(yīng)輸入的電壓范圍加寬。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的電路的原理概要圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型的延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的電路的放電變換器控制原理圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型的延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的電路的控制單元流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0019]如圖1所示，串聯(lián)蓄電池組均衡控制系統(tǒng)，包括串聯(lián)蓄電池組、放電變換器2、負(fù)載3、控制單元4和電壓采樣單元5，串聯(lián)蓄電池組至少包括2個(gè)蓄電池單元I。串聯(lián)蓄電池組連接放電變換器2給負(fù)載3供電；電壓采樣單元5連接每個(gè)蓄電池單元I，通過(guò)芯片采樣獲得每個(gè)蓄電池單元I的電壓數(shù)據(jù)；控制單元4連接電壓采樣單元5，從電壓采樣單元5獲取串聯(lián)蓄電池組中每個(gè)蓄電池單元I的電壓值參數(shù)。
[0020]每個(gè)蓄電池單元I包括電池單體11、斷路開(kāi)關(guān)K1、二極管TD1、旁路開(kāi)關(guān)K2、二極管TD2。斷路開(kāi)關(guān)Kl與二極管TDl并聯(lián)再與蓄電池11串聯(lián)，然后整體與旁路開(kāi)關(guān)K2并聯(lián)，旁路開(kāi)關(guān)K2又與二極管TD2并聯(lián)。本實(shí)用新型中的斷路開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)，可以采用繼電器、接觸器等機(jī)械觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和MOS、IGBT等電子開(kāi)關(guān)。
[0021]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，每個(gè)蓄電池單元I有兩種工作狀態(tài):第一種工作狀態(tài)是斷路開(kāi)關(guān)Kl接通且旁路開(kāi)關(guān)K2斷開(kāi)，蓄電池單元所包含的電池單體11能夠正常充、放電；第二種工作狀態(tài)是斷路開(kāi)關(guān)Kl斷開(kāi)且旁路開(kāi)關(guān)K2接通，此時(shí)蓄電池單元的電池單體不能充電，但電流可以通過(guò)旁路開(kāi)關(guān)流過(guò)該蓄電池單元進(jìn)行放電。通過(guò)此方式串聯(lián)蓄電池組中有兩個(gè)及兩個(gè)以內(nèi)電池單體損壞時(shí)，能夠找出有故障的蓄電池單元，不讓故障繼續(xù)發(fā)展，并可延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組的工作時(shí)間。
[0022]如圖3所示，本實(shí)用新型提供串聯(lián)蓄電池組控制單元工作方式，包含一下步驟:
[0023]SlOO:采集各電池單體放電電壓VB ；
[0024]SlOl:并獲取其放電電壓平均值VN ；
[0025]S102:獲取VB和VN的差值V;
[0026]S103:判斷是否0.5彡V彡4 ;若是，則轉(zhuǎn)入步驟S105 ;若否，則轉(zhuǎn)入步驟S104 ；
[0027]S104:第一狀態(tài)，輸出第一狀態(tài)PWM脈沖串；
[0028]S105:第二狀態(tài)，輸出第二狀態(tài)PWM脈沖串；
[0029]S106:旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，斷路開(kāi)關(guān)閉合；
[0030]S107:旁路開(kāi)關(guān)閉合，斷路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；
[0031]S108:單片機(jī)核心置位控制狀態(tài)；
[0032]為使每個(gè)蓄電池單元I正常工作，應(yīng)避免斷路開(kāi)關(guān)Kl和旁路開(kāi)關(guān)K2同時(shí)導(dǎo)通導(dǎo)致蓄電池短路。為解決這個(gè)問(wèn)題，在一個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷過(guò)渡到另一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間，設(shè)定兩個(gè)開(kāi)關(guān)都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)時(shí)間，稱為死區(qū)時(shí)間，即確保開(kāi)關(guān)關(guān)斷過(guò)渡時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)斷路開(kāi)關(guān)Kl和旁路開(kāi)關(guān)K2同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)象。但是，死區(qū)時(shí)間內(nèi)會(huì)在斷路開(kāi)關(guān)Kl和旁路開(kāi)關(guān)K2上產(chǎn)生電壓尖峰至使開(kāi)關(guān)器件損壞。所以需在斷路開(kāi)關(guān)Kl和旁路開(kāi)關(guān)K2上分別并聯(lián)二極管TDl和二極管TD2。當(dāng)蓄電池單元處于充電階段的死區(qū)時(shí)間里，二極管TDl導(dǎo)通，為充電電流提供通道；當(dāng)蓄電池單元處于放電階段的死區(qū)時(shí)間里，二極管TD2導(dǎo)通，為放電電流提供通道。
[0033]如圖2所示為放電變換器控制原理圖，放電變換器2包括放電控制器21、升壓DC/DC變換器22和降壓DC/DC變換器23，放電控制器21根據(jù)采集電壓的大小來(lái)控制升壓DC/DC變換器22和降壓DC/DC變換器23的工作狀態(tài)。升壓DC/DC變換器22由開(kāi)關(guān)管Tl、電感L1、電容Cl、二極管Dl組成；降壓DC/DC變換器23由開(kāi)關(guān)管T2，電感L2，電容C2，二極管D2組成。
[0034]具體來(lái)以鋰電池為例，其余電池和鋰電池原理相同。鋰電池電壓3V—4.2V，則四節(jié)串聯(lián)蓄電池組單元的輸出電壓為12V —16.8V，若負(fù)載3需要供電電壓恒定為12V，則每個(gè)蓄電池單元I第一狀態(tài)正常工作時(shí)，每個(gè)蓄電池單元I提供電壓高于負(fù)載3所需電壓，此時(shí)需要通過(guò)由開(kāi)關(guān)管T2，電感L2，電容C2，二極管D2組成的降壓DC/DC變換器進(jìn)行降壓；當(dāng)串聯(lián)蓄電池組中有一節(jié)電池單體11損壞，則串聯(lián)蓄電池組提供的電壓應(yīng)為9V —12.6V。其提供電壓低于負(fù)載3所需電壓，則需要通過(guò)由開(kāi)關(guān)管Tl，電感LI，電容Cl，二極管Dl組成的升壓DC/DC變換器進(jìn)行升壓；當(dāng)串聯(lián)蓄電池組中有兩節(jié)以上電池單體損壞，則通過(guò)檢測(cè)電壓Π，并由放電控制器21進(jìn)行控制，關(guān)斷放電變換器。通過(guò)此方案，放電變換器能夠適應(yīng)輸入的電壓范圍加寬。
[0035]放電變換器2亦可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況可以是降壓DC/DC變換器、升壓DC/DC變換器、橋式非隔離變換器、單端反激變換器、單端正激變換器、半橋或全橋隔離變換器。這些變換器都能通過(guò)PWM方式控制為穩(wěn)壓工作方式和穩(wěn)流工作方式。
[0036]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，包括串聯(lián)蓄電池組、放電變換器、負(fù)載、控制單元和電壓采樣單元，串聯(lián)蓄電池組至少包括2個(gè)蓄電池單元，串聯(lián)蓄電池組連接放電變換器給負(fù)載供電；電壓采樣單元連接每個(gè)蓄電池單元，通過(guò)芯片采樣獲得每個(gè)蓄電池單元的電壓數(shù)據(jù)；控制單元連接電壓采樣單元，其特征在于:所述的每個(gè)蓄電池單元包括電池單體、斷路開(kāi)關(guān)K1、二極管TD1、旁路開(kāi)關(guān)K2、二極管TD2，斷路開(kāi)關(guān)Kl與二極管TDl并聯(lián)再與蓄電池串聯(lián)，然后整體與旁路開(kāi)關(guān)K2并聯(lián)，旁路開(kāi)關(guān)K2又與二極管TD2并聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，其特征在于:所述的放電變換器包括放電控制器、升壓DC/DC變換器和降壓DC/DC變換器，放電控制器根據(jù)采集電壓的大小來(lái)控制升壓DC/DC變換器和降壓DC/DC變換器的工作狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，其特征在于:所述的升壓DC/DC變換器由開(kāi)關(guān)管Tl、電感L1、電容Cl、二極管Dl組成；降壓DC/DC變換器由開(kāi)關(guān)管T2、電感L2、電容C2、二極管D2組成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，其特征在于:所述的斷路開(kāi)關(guān)采用繼電器開(kāi)關(guān)、接觸器開(kāi)關(guān)、MOS電子開(kāi)關(guān)或IGBT電子開(kāi)關(guān)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路，其特征在于:所述的旁路開(kāi)關(guān)采用繼電器開(kāi)關(guān)、接觸器開(kāi)關(guān)、MOS電子開(kāi)關(guān)或IGBT電子開(kāi)關(guān)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及電池供電和電池管理技術(shù)領(lǐng)域，特涉及一種延長(zhǎng)串聯(lián)蓄電池組使用壽命的電路。本實(shí)用新型的每個(gè)蓄電池單元包括斷路開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)，當(dāng)串聯(lián)蓄電池組中有一個(gè)蓄電池單元電壓過(guò)低或者失效時(shí)，將這個(gè)電池單元旁路，其余正常的電池單元繼續(xù)使用；同時(shí)本實(shí)用新型的放電變換器還設(shè)有升壓變換器和降壓變換器，當(dāng)電壓過(guò)低或者失效電池單元旁路后致使蓄電池組的輸出電壓變低時(shí)，通過(guò)對(duì)升壓變換器和降壓變換器工作狀態(tài)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)放電電壓進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而不影響負(fù)載供電問(wèn)題。
【IPC分類】H02J7-00, H02M3-156
【公開(kāi)號(hào)】CN204316150
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520024849
【發(fā)明人】危立輝, 倪艷光, 黃發(fā)龍
【申請(qǐng)人】中南民族大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日