專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓均壓的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源穩(wěn)壓技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓 均壓的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)自行車(chē)或電動(dòng)汽車(chē)所用的鋰電池組在出廠(chǎng)時(shí)通常采用對(duì)各單體電池進(jìn)行電壓篩選的方法挑選出電壓一致的單體電池組裝成鋰電池組。但由于 各單體電池內(nèi)在質(zhì)量差異，在實(shí)際使用中往往會(huì)很快出現(xiàn)某些單體電池電壓 過(guò)高或過(guò)低的現(xiàn)象，從而影響整個(gè)鋰電池組的有效工作壽命。對(duì)于這種情況，在現(xiàn)有技術(shù)中通常采用電阻放電耗能的方法，例如中國(guó)第02116423.1號(hào)專(zhuān) 利中公開(kāi)的技術(shù)，將電壓過(guò)高的單體電池放掉部分能量，使之電壓下降，以 避免因單體電池電壓過(guò)高而引發(fā)的爆炸事故。這種方法能對(duì)電壓過(guò)高的單體電池進(jìn)行放電降壓、可以有效地避免發(fā)生鋰電池組爆炸事故，具有一定實(shí)用 性。但由于其中只解決了某些電壓過(guò)高單體電池的放電降壓?jiǎn)栴}，而對(duì)于鋰 電池組中的電壓過(guò)低的單體電池是不起任何作用的，而且對(duì)電壓過(guò)高單體電 池的放電降壓采用的是電阻耗能的方法，能量沒(méi)有得到合理利用，而是被消 耗浪費(fèi)掉了，此外，由于對(duì)電壓偏低的單體電池沒(méi)有采取升壓措施，所以對(duì) 鋰電池組的整體工作壽命幫助不大，因而從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性角度考慮，尚欠 理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種既能解決鋰電池組中某些單體電池電壓過(guò)高的問(wèn)題，又能解決某些單體電池電壓過(guò)低的問(wèn)題，從而有利于鋰電池組中 所串聯(lián)的各單體電池電壓趨于一致、有利于延長(zhǎng)鋰電池組有效工作壽命的鋰 電池組內(nèi)各單體電池電壓均壓的方法及其裝置。
本發(fā)明的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓均壓的方法是這樣的通過(guò)設(shè)置一 個(gè)能受控接收存貯電能和受控向外轉(zhuǎn)移所存貯電能的儲(chǔ)能元件、設(shè)置一具有 信號(hào)輸入和輸出控制信號(hào)功能的單片機(jī)、 一組設(shè)置在鋰電池組中各單體電池 電極與儲(chǔ)能元件及單片機(jī)信號(hào)輸入/輸出腳之間的電子開(kāi)關(guān)，由單片機(jī)按需 控制各電子開(kāi)關(guān)的閉合/斷開(kāi)，執(zhí)行對(duì)各單體電池的電壓釆樣檢測(cè)、并判斷 各單體電池的電壓狀況，再據(jù)此按需控制閉合設(shè)置在單體電池與儲(chǔ)能元件間 的相應(yīng)電子開(kāi)關(guān)，執(zhí)行將電壓偏高單體電池中的電能向儲(chǔ)能元件作轉(zhuǎn)移性?xún)?chǔ) 存、使之降壓。然后，將儲(chǔ)能元件中所儲(chǔ)存的電能按需對(duì)電壓偏低的單體電 池進(jìn)行電能補(bǔ)充，使之升壓，于是在單片機(jī)的自動(dòng)巡回檢測(cè)和控制下將電壓 偏高單體電池中的電能轉(zhuǎn)送到電壓偏低的單體電池中去，使鋰電池組內(nèi)各單 體電池的電壓趨于一致，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池組內(nèi)各單體電池的電壓均壓。
基于本發(fā)明方法制造的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置主體包 含有盒體、鋰電池組和電氣線(xiàn)路板，鋰電池組和電氣線(xiàn)路板均設(shè)置在盒體腔 內(nèi)，鋰電池組由多個(gè)單體電池按需串聯(lián)而成，電氣線(xiàn)路板上固定包含設(shè)置有 電子開(kāi)關(guān)組件、儲(chǔ)能元件、采樣電子開(kāi)關(guān)和單片機(jī)。其中所述的電子開(kāi)關(guān) 組件由一組一端分別與單體電池串聯(lián)后形成的電極引出腳電氣相連、另一端 經(jīng)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后與儲(chǔ)能元件的引出腳電氣相連的電子開(kāi)關(guān)組成，電子開(kāi)關(guān)的設(shè)置數(shù)量與鋰電池組中所設(shè)置的單體電池的數(shù)量有關(guān)，對(duì)于由n個(gè)單體電 池串聯(lián)后形成的n + 1個(gè)電極引出腳上就需對(duì)應(yīng)設(shè)置n + 1個(gè)電子開(kāi)關(guān)，此外，
在單片機(jī)的信號(hào)輸入/輸出腳與儲(chǔ)能元件兩端的引出腳之間還分別設(shè)置有釆 樣電子開(kāi)關(guān)；所述的儲(chǔ)能元件由電容器或電感器充任。
工作時(shí)，由單片機(jī)按序控制各電子開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)，執(zhí)行對(duì)各單體電 池電壓的釆樣檢測(cè)，并按需閉合與儲(chǔ)能元件引出腳電氣相連的相應(yīng)電子開(kāi) 關(guān)，執(zhí)行將電壓偏高單體電池中的多余電能取出，使之電壓降低，并將取出 的電能轉(zhuǎn)送至儲(chǔ)能元件中儲(chǔ)存，再將儲(chǔ)能元件中所儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)送到電壓偏 低的單體電池中去，使之電壓升高，這樣在單片機(jī)的自動(dòng)控制下不間斷地按 需轉(zhuǎn)移電能，最終使鋰電池組中的各單體電池電壓趨于一致，從而實(shí)現(xiàn)鋰電 池組內(nèi)各單體電池的電壓均壓。
此外，在本發(fā)明的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置中還可按需設(shè) 置有確保單片機(jī)正常工作的電壓轉(zhuǎn)換電路和具有鋰電池充放電保護(hù)功能的電壓采樣控制電路、電流釆樣控制電路、溫度釆樣電路及溫度傳感器。
基于上述構(gòu)思的本發(fā)明鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓均壓的方法及裝置， 由于釆用了利用儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存從各電壓偏高單體電池中取出的電能、并將該 取出的儲(chǔ)存電能又用來(lái)補(bǔ)充電壓偏低單體電池，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò) 電阻消耗電能的浪費(fèi)現(xiàn)象；由于在單片機(jī)對(duì)各單體電池作巡回電壓釆樣檢測(cè) 的基礎(chǔ)上按需進(jìn)行從電壓偏高單體電池中取出電能、并加以?xún)?chǔ)存，再對(duì)電壓 偏低單體電池進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)移性補(bǔ)充，使經(jīng)單片機(jī)控制處理后的鋰電池組內(nèi) 的各單體電池的電壓趨近、均壓，有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的各單體電池電壓 高低不一和只處理電壓偏高的單體電池，不處理電壓偏低的單體電池的結(jié)果 引發(fā)的鋰電池組中各單體電池間電壓不均、致使鋰電池組實(shí)際使用壽命較短 的弊端。由上可見(jiàn)，本發(fā)明的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，基于
單片機(jī)的自動(dòng)控制、不間斷地按需轉(zhuǎn)移電能，使鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓 處于均壓狀態(tài)，有利于節(jié)約能源和延長(zhǎng)鋰電池組的有效使用壽命，方法可靠 且科學(xué)合理，具有明顯的可操作性，裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且使用方便、工作安全 且可靠，因而具有明顯的技術(shù)先進(jìn)性、顯著經(jīng)濟(jì)性和很強(qiáng)的實(shí)用性。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例的電氣工作原理圖
圖3是由本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)建的一種鋰電池組管理器的電氣示意圖。
圖中
l.盒體 2.鋰電池組 3.電氣線(xiàn)路板 4.單體電池
5.電子開(kāi)關(guān)組件6.儲(chǔ)能元件 7.單片機(jī) 8.電子開(kāi)關(guān)
9.電壓轉(zhuǎn)換電路10.電壓釆樣控制電路 11.電流采樣控制電路 12.溫度釆樣電路13.溫度傳感器14.釆樣電子開(kāi)關(guān)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
在圖1和圖2中，本發(fā)明實(shí)施例的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓 裝置主體包含有盒體l、鋰電池組2和電氣線(xiàn)路板3，鋰電池組2和電氣線(xiàn) 路板3均設(shè)置在盒體1的腔內(nèi)，鋰電池組2按需由9個(gè)(Dl-D9)單體電池 4串聯(lián)而成，電氣線(xiàn)路板3上固定包含設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)組件5、儲(chǔ)能元件6、 釆樣電子開(kāi)關(guān)14和單片機(jī)7。其中所述的電子開(kāi)關(guān)組件5由一組一端分別 與代號(hào)為Dl-D9的單體電池4串聯(lián)后形成的十個(gè)電極引出腳電氣相連、另一 端經(jīng)Jd 、 Js、 Jsf和Jdf極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后與由電容器C充任的儲(chǔ)能元件6
的引出腳電氣相連的Jl-JlO電子開(kāi)關(guān)8組成；所述的儲(chǔ)能元件6由電容器C 充任，其二個(gè)極性引出腳與MCU單片機(jī)7的信號(hào)輸入/輸出腳之間分別設(shè)置 有Jo和Jp采樣電子開(kāi)關(guān)14。
在電路連接狀態(tài)下，電子開(kāi)關(guān)8中序號(hào)為奇數(shù)的Jl， J3, J5， J7和J9 的一端分別與鋰電池組2的單體電池4中的Dl、 D3、 D5、 D7和D9上的正極
(亦即Dl的正極與D2、 D4、 D6、 D8的負(fù)極)電氣相連，另一端共接后與Jd、 Jsf的一端電氣相連，Jd的另一端與電容器C的正極電氣相連，Jsf的另一 端與電容器C的負(fù)極電氣相連；序號(hào)為偶數(shù)的J2， J4, J6， J8, J10的一端 分別與鋰電池組2的單體電池4中的D2、 D4、 D6、 D8的正極(亦即Jl、 J3、 J5和J7的負(fù)極)和D9的負(fù)極電氣相連，另一端共接后與Jdf、 Js的一端 電氣相連，Jdf的另一端與電容器C的負(fù)極電氣相連，Js的另一端與電容器 C的正極電氣相連；電容器C的正極和負(fù)極分別經(jīng)Jo和Jp釆樣電子開(kāi)關(guān)l4 與MCU單片機(jī)7的信號(hào)輸入/輸出腳電氣相連。
工作時(shí)，當(dāng)MCU單片機(jī)對(duì)Dl電壓釆樣時(shí)，先接通J1 、 J2、 Jd及Jdf 對(duì)C充電，然后斷開(kāi)J1、 n,接通Jo、 Jp,MCU對(duì)C采樣，達(dá)到對(duì)D1釆樣的
目的；釆樣D2電壓時(shí)，接通J2、 J3、 Js和Jsf對(duì)其充電，然后斷開(kāi)J2、 J3, 接通Jo、 Jp， MCU對(duì)C釆樣，達(dá)到對(duì)D2采樣的目的；其他以此類(lèi)推。
將電壓偏高的電池中的電能取出的方法與釆樣該電池電壓的方法類(lèi)似， 例如，D8電壓偏高，則接通J8、 J9及Js、 Jsf，就能將D8中的一部分電能 轉(zhuǎn)儲(chǔ)到電容C中。
同樣，如果D8電壓偏低，則同樣接通J8、 J9及Js、 Jsf，就能將電容 器C中的一部分電能轉(zhuǎn)送到D8中去。
1由單片機(jī)7按序控制各電子開(kāi)關(guān)8的閉合或斷開(kāi)，執(zhí)行對(duì)各單體電池4 的電壓釆樣檢測(cè)，并按需閉合與儲(chǔ)能元件6引出腳電氣相連的相應(yīng)電子開(kāi)關(guān)， 執(zhí)行將電壓偏高單體電池中的多余電能取出，使之電壓降低，并將取出的電能轉(zhuǎn)送儲(chǔ)存于儲(chǔ)能元件6中，再將儲(chǔ)能元件6中所儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)送到電壓偏 低的單體電池4中，使之升高電壓，最終使鋰電池組2中的各單體電池4 (Dl-D9)的電壓趨于一致，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池組2內(nèi)各單體電池4的電壓均 壓。電子開(kāi)關(guān)組件5中所包含設(shè)置的代號(hào)為J1-J10 , Jd, Jdf, Js, Jsf， Jo 和Jp的各電子開(kāi)關(guān)8分別受MCU單片機(jī)7控制，鋰電池組2中按需設(shè)置有 代號(hào)為Dl-D9的9個(gè)單體電池4，各單體電池4的電壓都能通過(guò)各電子開(kāi)關(guān) 8的不同組合被MCU單片機(jī)釆樣和進(jìn)行均壓處理。
在圖3中，在由本發(fā)明的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置組成一 個(gè)完整的鋰電池組充放電管理器中還按需配備設(shè)置有確保單片機(jī)7正常工作 的電壓轉(zhuǎn)換電路9和具有鋰電池充放電保護(hù)功能的電壓采樣控制電路10、電 流釆樣控制電路ll、溫度釆樣電路12及溫度傳感器13。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓均壓的方法，其特征在于通過(guò)設(shè)置一個(gè)能受控接收存貯電能和受控向外轉(zhuǎn)移所存貯電能的儲(chǔ)能元件、設(shè)置一具有信號(hào)輸入和輸出控制信號(hào)功能的單片機(jī)、一組設(shè)置在鋰電池組中各單體電池電極引出腳與儲(chǔ)能元件及單片機(jī)信號(hào)輸入/輸出腳之間的電子開(kāi)關(guān)，由單片機(jī)按需控制各電子開(kāi)關(guān)的閉合/斷開(kāi)，執(zhí)行對(duì)各單體電池的電壓采樣檢測(cè)、并判斷各單體電池的電壓狀況，再據(jù)此按需控制閉合設(shè)置在單體電池與儲(chǔ)能元件間的相應(yīng)電子開(kāi)關(guān)，執(zhí)行將電壓偏高單體電池中的電能向儲(chǔ)能元件中的轉(zhuǎn)移性?xún)?chǔ)存、使之降壓，并將儲(chǔ)能元件中所儲(chǔ)存的電能按需對(duì)電壓偏低的單體電池進(jìn)行電能補(bǔ)充，使之升壓，于是在單片機(jī)的自動(dòng)巡回檢測(cè)和控制下將電壓偏高單體電池中的電能轉(zhuǎn)送到電壓偏低的單體電池中去，使鋰電池組內(nèi)各單體電池的電壓趨于一致，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池組內(nèi)各單體電池的電壓均壓。
2. —種鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，包含有盒體(l)、鋰電 池組(2)和電氣線(xiàn)路板(3)，鋰電池組(2)和電氣線(xiàn)路板(3)設(shè)置 在盒體(1)的腔內(nèi)，其特征在于鋰電池組(2)由數(shù)個(gè)單體電池U) 串聯(lián)而成，電氣線(xiàn)路板(3)上包含設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)組件(5)、儲(chǔ)能元 件(6)、釆樣電子開(kāi)關(guān)(14)和單片機(jī)(7)，其中所述的電子開(kāi)關(guān) 組件(5)由一組一端分別與各單體電池(4)的電極引出腳電氣相連、 另一端經(jīng)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)Jd 、 Js、 Jsf、 Jdf后與儲(chǔ)能元件(6)的引出 腳電氣相連，單片機(jī)(7)的信號(hào)輸入/輸出腳與儲(chǔ)能元件(6)的引腳 之間設(shè)置有釆樣電子開(kāi)關(guān)(14)，儲(chǔ)能元件(6)由電容器(C)或電感 器充任。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其特 征在于所述的鋰電池組(2)中的單體電池(4)至少按需設(shè)置有2個(gè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其特 征在于所述的電子開(kāi)關(guān)組件(5)中包含有一組一端設(shè)置在鋰電池組(2)中的n個(gè)單體電池(4)串聯(lián)后形成的n+l個(gè)電極引出腳上，另一端與 極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)Jd 、 Jdf、 Js和Jsf的一端電氣相連的Jl-Jn + i電子 開(kāi)關(guān)(8)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其特 征在于所述的釆樣電子開(kāi)關(guān)(14)由設(shè)置在儲(chǔ)能元件(6)的極性引出 腳與單片機(jī)(7)的信號(hào)輸入/輸出腳之間的Jo和Jp充任。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2、 4所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其 特征在于所述的電子開(kāi)關(guān)(5)中Jl--Jn + i電子開(kāi)關(guān)(8)的一端分別 設(shè)置在由n個(gè)單體電池(4)串聯(lián)后形成的n+l個(gè)電極引出腳上，其序 號(hào)為奇數(shù)的電子開(kāi)關(guān)(8)的另一端互相拼接后通過(guò)Jd 、 Jsf分別與儲(chǔ) 能元件(6)的二極性引出腳電氣相連，其序號(hào)為偶數(shù)的電子開(kāi)關(guān)(8) 的另一端互相拼接后通過(guò)Jdf 、 Js與儲(chǔ)能元件(6)的二極性引出腳電 氣相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其特 征在于所述的儲(chǔ)能元件(6 )的一個(gè)極性引出腳通過(guò)采樣電子開(kāi)關(guān)(14 ) 中的Jo與單片機(jī)(7)的一個(gè)信號(hào)輸入/輸出腳電氣相連，另一個(gè)極性 引出腳通過(guò)釆樣電子開(kāi)關(guān)(14)中的Jp與單片機(jī)(7)的另一個(gè)信號(hào) 輸入/輸出腳電氣相連。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓裝置，其特征在于所述的電氣線(xiàn)路板(3 )上還按需配備設(shè)置有電壓轉(zhuǎn)換電路(9 )、 電壓采樣控制電路(IO)、電流釆樣控制電路(11)及與溫度傳感器(13) 電氣相連的溫度采樣電路(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰電池組內(nèi)各單體電池電壓的均壓方法及其裝置，包含盒體、鋰電池組和上面設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)組件、儲(chǔ)能元件、采樣電子開(kāi)關(guān)和單片機(jī)的電氣線(xiàn)路板。電子開(kāi)關(guān)組件由一組一端分別與單體電池串聯(lián)后形成的電極引出腳電氣相連、另一端與儲(chǔ)能元件的引出腳及單片機(jī)的信號(hào)輸入/輸出腳電氣相連的電子開(kāi)關(guān)組成。由單片機(jī)控制電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，執(zhí)行對(duì)各單體電池的電壓采樣，并按需閉合相應(yīng)電子開(kāi)關(guān)，將電壓偏高單體電池中的多余電能取出并儲(chǔ)存于儲(chǔ)能元件中，使之電壓降低，再將儲(chǔ)能元件中所儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)送到電壓偏低的單體電池中去，使之電壓升高，在單片機(jī)的自動(dòng)控制下自動(dòng)地按需轉(zhuǎn)移電能，最終使鋰電池組中的各單體電池電壓趨于一致，實(shí)現(xiàn)均壓，有利于節(jié)能和提高鋰電池組的工作壽命。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101207295SQ20071017081
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者俞龍生, 朱彭遐, 馬仁源, 馬思悅 申請(qǐng)人:馬仁源