專(zhuān)利名稱(chēng)：二次電池組完全充放電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
二次電池組完全充放電電路
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種二次電池組完全充放電電路，特別涉及一種由可控 開(kāi)關(guān)矩陣和浮置式充放電模塊構(gòu)成的二次電池組完全充放電電路。背景技術(shù)：
多節(jié)二次電池串聯(lián)構(gòu)成的二次電池組，由于電池單體存在差異，通常無(wú) 法對(duì)全部單體都進(jìn)行完全的充放電。在對(duì)電池組充電時(shí)，電池組中容量最小 的那節(jié)電池單體將最先充滿(mǎn)，這時(shí)停止充電則其他電池單體必然未完全充電。 如果將容量最大的那節(jié)電池單體充滿(mǎn)，則其他電池單體被過(guò)分充電。反之， 在放電時(shí)，也是多節(jié)二次電池組中容量最小的那節(jié)電池單體最先完全放電， 所以，多節(jié)二次電池組的實(shí)際可用容量取決于其中容量最小的那節(jié)電池單體。
由此可知，充^:電時(shí)若達(dá)不到所有電池單體的的完全充^:電，勢(shì)必會(huì)造成整 個(gè)電池組性能的劣化。在實(shí)際應(yīng)用中，多節(jié)數(shù)的電池組或大功率電池組必須 采用完全充放電控制技術(shù)，使所有電池單體不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電現(xiàn)象， 防止由于單體電池差異帶來(lái)的電池組性能劣化，最大限度的提高電池組可用 容量和壽命，但目前還未出現(xiàn)一種可實(shí)現(xiàn)電池組完全充》文電的控制技術(shù)方案。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的，在于提供一種二次電池組完全充放電電路，釆用一 個(gè)浮置的充放電模塊和可控開(kāi)關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)二次電池組的完全充放電，防止由 于單體電池差異帶來(lái)的電池組性能劣化。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的， 一種二次電池組完全充》丈電電路，包括由電 池單體串聯(lián)組成的電池組、由可控開(kāi)關(guān)組成的可控開(kāi)關(guān)矩陣和浮置式充放電
模塊，所述可控開(kāi)關(guān)矩陣一端與電池組連接，另一端與浮置式充放電模塊連接。
上述技術(shù)方案可進(jìn)一步具體為所述電池組由n個(gè)電池單體串聯(lián)組成， 其中n》2;所述可控開(kāi)關(guān)矩陣由n+l個(gè)可控開(kāi)關(guān)組成，每個(gè)電池單體正極與 負(fù)極均對(duì)應(yīng)連接一可控開(kāi)關(guān)的 一端，所有可控開(kāi)關(guān)的另 一端按照奇偶順序并
聯(lián)為兩線，所述兩線連接至浮置式充放電模塊；
所述浮置式充放電模塊包括主控單片機(jī)、外圍邏輯電路、降壓電路、升 壓電路、極性開(kāi)關(guān)、充電開(kāi)關(guān)以及放電開(kāi)關(guān)，所述可控開(kāi)關(guān)矩陣接入的兩線 通過(guò)極性開(kāi)關(guān)連接至輸入輸出端子(PIO)和接地(GND);所述升壓電路輸入 端通過(guò)放電開(kāi)關(guān)連接至輸入輸出端子，輸出端連接至電池組；所述降壓電路 輸出端通過(guò)充電開(kāi)關(guān)連接至輸入輸出端子，輸入端連接至電池組；所述主控 單片機(jī)連接輸入輸出端子、直接控制連接充、放電開(kāi)關(guān)以及外圍邏輯電路。
其中，所述的可控開(kāi)關(guān)矩陣中的開(kāi)關(guān)是任何類(lèi)型的可控電氣開(kāi)關(guān)。
本實(shí)用新型采用上述的技術(shù)方案，具有如下有益效果利用可控開(kāi)關(guān)矩 陣和浮置的充放電才莫塊提供在任意時(shí)刻對(duì)任意電池單體的獨(dú)立充放電功能，
即可以在電池組整體串聯(lián)充電、放電或閑置時(shí)，根據(jù)各電池單體的特性差異 (包括容量、自放電等)調(diào)整某個(gè)電池單體的電量，實(shí)現(xiàn)二次電池組的完全
充放電。防止由于單體電池差異帶來(lái)的電池組性能劣化，最大限度的提高電
池組可用容量和壽命。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1是本實(shí)用新型未接入負(fù)載或是充電電源而處于閑置狀態(tài)的電路圖。 圖2是本實(shí)用新型電池單體充電狀態(tài)下的電路圖。 圖3是本實(shí)用新型電池單體放電狀態(tài)下的電路圖。
具體實(shí)施方式
具體電路結(jié)構(gòu)可參閱圖1所示
包括可控開(kāi)關(guān)組成的可控開(kāi)關(guān)矩陣(SW11 SWlm)和浮置式充放電模 塊(FM)兩個(gè)部分。浮置式充放電模塊(FM)內(nèi)包括主控單片機(jī)(MCU)、 邏輯電路(LOGIC)、降壓電路(DC/DCDN)、升壓電路(DC/DCUP )以 及極性開(kāi)關(guān)(SW21 SW24)、充電開(kāi)關(guān)(SW31)和》文電開(kāi)關(guān)(SW32 )。
具體連接關(guān)系為
對(duì)于由n個(gè)電池單體(BAl-BAn)串接構(gòu)成二次電池組，共有n+l=m個(gè) 可控開(kāi)關(guān)構(gòu)成一可控開(kāi)關(guān)矩陣(SWll SWlm)。每個(gè)電池單體正極與負(fù)極 均對(duì)應(yīng)連接一可控開(kāi)關(guān)的一端，如第1節(jié)電池單體BA1的負(fù)極連接第1節(jié)可 控開(kāi)關(guān)SW11的一端，第1節(jié)電池單體BA1的正極和第2節(jié)電池單體BA2
的負(fù)極連接第2節(jié)可控開(kāi)關(guān)SW12的一端，直到第n個(gè)電池單體BAn的負(fù)極 連接第n個(gè)可控開(kāi)關(guān)SWln的一端，第n節(jié)即最高節(jié)電池單體BAn的正極連 接第m節(jié)(即第n+l節(jié))可控開(kāi)關(guān)SWlm的一端；所有可控開(kāi)關(guān)(SW11 SWlm)的另一端按照奇偶順序并聯(lián)為A、 B兩線，(即A為SW11, SW13， SW15…并聯(lián)，B為SW12, SW14, SW16…并聯(lián))，A、 B兩線連接至浮置式 充放電模塊。在模塊內(nèi)A與極性開(kāi)關(guān)SW22、 SW23的一端相連，B與極性開(kāi) 關(guān)SW21、 SW24的一端相連，SW21、 SW22的另一端4妄FM的輸入輸出端子 (PIO) ， SW23、 SW24另一端接地(GND)。
DC/DC降壓電路(DC/DCDN)輸入端子IN+、 IN-分別對(duì)應(yīng)連接電池組 的正、負(fù)極，輸出端子VOUT通過(guò)放電開(kāi)關(guān)(SW32)連接PIO,實(shí)現(xiàn)與電池 組的隔離，同時(shí)為FM提供工作電源VCC。
DC/DC升壓電路(DC/DCUP)的輸出端子OUT+、 OUT-分別對(duì)應(yīng)連接 電池組的正、負(fù)極，輸入端VIN通過(guò)充電開(kāi)關(guān)SW31連接PIO,實(shí)現(xiàn)與電池組 的隔離。
主控單片機(jī)(MCU)的A/D端口連接至PI0。其他端口直接或間接(即 通過(guò)LOGIC )控制可控開(kāi)關(guān)矩陣、極性開(kāi)關(guān)和充、放電開(kāi)關(guān)。 具體工作原理為
可控開(kāi)關(guān)矩陣(SWll SWlm)的作用是將任意電池單體(BAl-BAn) 連接至浮置式充放電模塊(FM) ， FM中極性開(kāi)關(guān)(SW21~ SW24)的作用 是保證任意電池單體的正極連接PIO,負(fù)極接地。放電開(kāi)關(guān)(SW32)的作用 是提供任意電池單體與降壓模塊(DC/DCDN)的通道，充電開(kāi)關(guān)(SW31) 的作用是提供任意電池單體與升壓模塊(DC/DCUP)的通道。
在對(duì)電池組的充電過(guò)程或力丈電過(guò)程中，MCU將逐一測(cè)量各電池單體電 壓，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則確定對(duì)某節(jié)電池單體進(jìn)行充電(增加電量)或放電 (減少電量)或不進(jìn)行任何動(dòng)作；對(duì)某節(jié)電池單體充電動(dòng)作時(shí)，充電開(kāi)關(guān) (SW31)受控連通DC/DCUP將電池組的電量低損耗地轉(zhuǎn)移到指定的電池單 體；對(duì)某節(jié)電池單體放電動(dòng)作時(shí)，放電開(kāi)關(guān)SW32受控連通DC/DCDN將電
池單體的電量低損耗地轉(zhuǎn)移到電池組。
下面參照附圖說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施應(yīng)用方法。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸Dl所示，是本實(shí)用新型未接入負(fù)載或是充電電源而處于閑置
狀態(tài)的電路圖。此時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)各電池單體的相對(duì)電量均衡。
第一步，主控單片機(jī)(MCU)先順序連接各電池單體(BAl-BAn),測(cè) 量電池單體(BAl-BAn)的電壓，識(shí)別相對(duì)電量是否存在偏差(相對(duì)電量為 電池單體保有電量與實(shí)際容量的比值，通常電壓較高則相對(duì)電量較多，電壓
較低則相對(duì)電量較少)。
第二步，如果偏差超過(guò)預(yù)設(shè)值，主控單片機(jī)(MCU)將對(duì)偏差最大的電 池單體進(jìn)行短暫時(shí)刻的電量調(diào)節(jié)如相對(duì)電量偏多則閉合放電開(kāi)關(guān)(SW32) 將部分電量轉(zhuǎn)移到整個(gè)電池組；而相對(duì)電量偏少時(shí)則閉合充電開(kāi)關(guān)(SW31) 將整個(gè)電池組的部分電量轉(zhuǎn)移到其中。MCU重復(fù)以上的2個(gè)步驟，最終將控 制各電池單體的相對(duì)電量均衡一致。(相對(duì)電量偏多以及相對(duì)電量偏少濕的 調(diào)節(jié)各增加一具體的實(shí)施例，以體現(xiàn)可控開(kāi)關(guān)、極性開(kāi)關(guān)，以及充放電開(kāi)關(guān) 的配合)
例如若主控單片機(jī)(MCU)測(cè)得某個(gè)電池單體BA3的電量偏多，此時(shí)， 與之對(duì)應(yīng)的可控開(kāi)關(guān)SW13、 SW14、極性開(kāi)關(guān)(SW21 SW24)以及放電開(kāi) 關(guān)(SW32)均閉合。如此，電池單體BA3的正極便通過(guò)可控開(kāi)關(guān)SW14、極
接通，負(fù)極則與降壓電路(DC/DCDN)的輸入端子IN-接通、并接地。電池 單體BA3部分電量轉(zhuǎn)移到整個(gè)電池組為整個(gè)電池組供電。
反之，若主控單片機(jī)(MCU)測(cè)得某個(gè)電池單體BA3的電量偏少，此時(shí)， 與之對(duì)應(yīng)的可控開(kāi)關(guān)SW13、 SW14、極性開(kāi)關(guān)(SW21 SW24)以及充電開(kāi) 關(guān)(SW31)均閉合。如此，電池單體BA3的正極便通過(guò)可控開(kāi)關(guān)SW14、極 性開(kāi)關(guān)SW22、放電開(kāi)關(guān)(SW32 )與降壓電路(DC/DCDN)的輸入端子VIN 接通，負(fù)極則與升壓電路(DC/DCUP)輸出端子OUT-接通，并接地。整個(gè) 電池組的部分電量轉(zhuǎn)移到電池單體BA3為其充電。
如圖2所示，是本實(shí)用新型電池單體充電狀態(tài)下的電路圖。當(dāng)充電器接 入電池組進(jìn)行充電時(shí)，可控開(kāi)關(guān)矩陣(SWll SWlm)以及極性開(kāi)關(guān)(SW21 SW24)均閉合，同時(shí)充電開(kāi)關(guān)(SW31)也閉合接通升壓電路(DC/DCUP)， 電池組中串連的全部電池單體的電量以相同的速率增加。與上述過(guò)程類(lèi)似， 最終將控制各電池單體的相對(duì)電量偏差，實(shí)現(xiàn)全部電池單體的完全充電。
再如圖3所示，是本實(shí)用新型電池單體放電狀態(tài)下的電路圖。當(dāng)負(fù)載接
入電池組，可控開(kāi)關(guān)矩陣(SWll SWlm)以及極性開(kāi)關(guān)(SW21 SW24)均 閉合，同時(shí)放電開(kāi)關(guān)(SW32)也閉合接通降壓電路(DC/DCDN)，電池組 中串連的全部電池單體以相同的電流為負(fù)載供電。MCU可采取充電時(shí)類(lèi)似的 控制策略，調(diào)節(jié)各電池單體的相對(duì)電量偏差，實(shí)現(xiàn)全部電池單體的完全放電。 考慮到放電的電量較電池單體的調(diào)節(jié)電量大許多，也可采取只對(duì)電量偏少的 電池單體補(bǔ)充電量的控制策略，最大限度地提升電池組的可用容量，即可用
容量從各電池單體的最小容量提升至各電池單體的平均容量。
權(quán)利要求1、一種二次電池組完全充放電電路，包括由電池單體串聯(lián)組成的電池組，其特征在于還包括由可控開(kāi)關(guān)組成的可控開(kāi)關(guān)矩陣和浮置式充放電模塊，所述可控開(kāi)關(guān)矩陣一端與電池組連接，另一端與浮置式充放電模塊連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池組完全充放電電路，其特征在于 所述電池組由n個(gè)電池單體串聯(lián)組成，其中n》2;所述可控開(kāi)關(guān)矩陣由n+l個(gè)可控開(kāi)關(guān)組成，每個(gè)電池單體正才及與負(fù)極均 對(duì)應(yīng)連接一可控開(kāi)關(guān)的一端，所有可控開(kāi)關(guān)的另 一端按照奇偶順序并聯(lián)為兩 線，所述兩線連接至浮置式充放電模塊；所述浮置式充放電模塊包括主控單片機(jī)、外圍邏輯電路、降壓電路、升 壓電路、極性開(kāi)關(guān)、充電開(kāi)關(guān)以及放電開(kāi)關(guān)，所述可控開(kāi)關(guān)矩陣接入的兩線 通過(guò)極性開(kāi)關(guān)連接至輸入輸出端子和接地；所述升壓電i 各輸入端通過(guò)放電開(kāi) 關(guān)連接至輸入輸出端子，輸出端連接至電池組；所述降壓電路輸出端通過(guò)充 電開(kāi)關(guān)連接至輸入輸出端子，輸入端連接至電池組；所述主控單片機(jī)連接輸 入輸出端子、直接控制連接充、放電開(kāi)關(guān)以及外圍邏輯電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2所述的二次電池組完全充放電電路，其特征在于 所述的可控開(kāi)關(guān)矩陣中的開(kāi)關(guān)是任何類(lèi)型的可控電氣開(kāi)關(guān)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種二次電池組完全充放電電路，包括由電池單體串聯(lián)組成的電池組、由可控開(kāi)關(guān)組成的可控開(kāi)關(guān)矩陣和浮置式充放電模塊，所述可控開(kāi)關(guān)矩陣一端與電池組連接，另一端與浮置式充放電模塊連接。本實(shí)用新型利用可控開(kāi)關(guān)矩陣和浮置的充放電模塊提供在任意時(shí)刻對(duì)任意電池單體的獨(dú)立充放電功能，根據(jù)各電池單體的特性差異調(diào)整某個(gè)電池單體的電量，實(shí)現(xiàn)二次電池組的完全充放電。防止由于單體電池差異帶來(lái)的電池組性能劣化，最大限度的提高電池組可用容量和壽命。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201066792SQ200720007610
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者陳小牧 申請(qǐng)人:福州高貝嵌入式技術(shù)有限公司