專利名稱：動力鋰離子電池組充放電均衡裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及動力鋰離子電^4頁域，具體地說，涉及一種動力鋰離子電 池組充放電均衡裝置。
背景技術：
動力鋰離子電池組的電壓由串聯(lián)的單體電';t^t量決定，而容量則是由并聯(lián)
的單體電池數量決定。每個單體電池的電壓范圍在2V 5V (和動力鋰電池的正
極材料有關)，所以需要將動力鋰離子電池串聯(lián)使用才能得到所需要的電壓。理 想狀態(tài)時，每個單體電池性肯fe應該是一致的，即每個單體電池的電壓是一定的， 但是由于制造誤差，自放電率，使用過程中單體電池間衰減程度的離散性等因 素，單體電^之間的電壓容量會有差異的，制造過程和整個產品壽命周期內， 單體電池容量的變化和自放電泄漏影響電池電壓的分布，所以使用動力鋰離子 電池管理電路來提高串聯(lián)使用的動力鋰離子電池的性能和壽命，是最有效的管
理單體電池的方法。 一個好的均衡電路可以對異常單體電Mtii作出反應?，F(xiàn) 常規(guī)的單體電池均衡法有兩種，即被動均衡法和主動均衡法。
被動均衡法三種，被動均衡法有三種1)電阻直接與單體電池并聯(lián)的結 構，2)開關控制的電阻并^:的結構，3)采用齊納二級管的結構，現(xiàn)多采用以 開關控制的電阻并聯(lián)的結構，用一開關電路串聯(lián)一個電阻，當單體電壓高于預 先設定的電壓值時，開關接通。當單體電壓低于預先設定的電壓值時，開關關 閉。這種結構需要測量單體電壓，會增加成本，并且由于泄漏電阻的增加在電 阻上產生很大的功率損耗，這個損失與電阻值和電流大小有關，要有足夠的時 間完成均衡過程，對大容量動力鋰離子電池用峰值功率進行充電時會引起ita， 特別對磷酸鐵鋰動力電池尤為明顯，這種常規(guī)方式防止ii^無能為力。
主動均衡電路
主動均衡電#的時間比被動均衡需要的時間短，電壓分配精度相等，而 且寄生損失小。如果達到極限電壓，電路通過一個并聯(lián)在單體電池上的小功率 電阻的旁i^作用i^阡均衡。這個電阻的作用與凈皮動均衡式相同。但是，由于均 衡電流大，均衡的時間過程會很短。在低于極限電壓時，電阻不起作用。充電 電流可以很大，在旁路部^fe作用時，電流可以較高，但是要受并聯(lián)電阻的限 制("-^:上限電流100mA)，因此這個電路不能在電動車上應用。因為車輛制 動時，制動回饋產生的充電電流遠大于lOOmA,將要ii5ij幾個安培(視回饋制 動時車速而決定)這會損壞整個電路，而且電動車制動回饋充電將失去作用和
4意義。 發(fā)明內容
本實用新型的目的M服現(xiàn)有技術的不足，提供一種電路結構簡單，成本 低，安全可靠的動力鋰離子電池組A改電均衡裝置。
實現(xiàn)上述目的的技術方案是 一種動力鋰離子電池組;U文電均衡裝置，包 括充放電才狄和串#一起的多個單體鋰離子電池，還包括單片機、正極環(huán)、 負極環(huán)、電機、均衡電池以及連接每個單體電池正、負極的固定觸點，每個單 體鋰離子電池的正、負極均與單片機的輸入端連接，單片機的輸出端分別與充 放電模塊和電機電連接，電機的主軸上固定有旋轉塊，旋轉塊上分別固定有與 正極環(huán)電連接的正極動觸點以及與負極環(huán)電連接的負極動觸點，且正極動觸點 和負極動觸點分別與相鄰的兩個固定觸點電連接，均衡電池的正極與正極環(huán)電 連接，均衡電池的負極與負極環(huán)電連接。
進一步，均衡電池上并聯(lián)有一開關均衡電路。
采用上述技術方案后，均衡電池的正極通iijE極環(huán)與旋轉塊上的正極動觸 點電連接，均衡電池的負極通過負極環(huán)與旋轉塊上的負極動觸點電連接，充電 時，旋轉塊在電機的帶動下旋轉，并帶動正極動觸點和負極動觸點分別循環(huán)地 與動力鋰離子電池組中的每一個單體電池的正負極電連接，當動力鋰離子電池 達到每一設定下P艮值時，均衡電池開始主動均衡工作，如果某一單體電池的電 壓高于均衡電池時，均衡電池將吸收電流儲存于均衡電池中儲能，相當于內阻 均衡法中泄放單體電流起到旁路作用進行均衡的功能，當觸及某一單體電池電 壓低于均衡電池時，均衡電池將會將儲存的電能快速釋放充向該單體電池，該 單體電池的電壓iiki4升高，依次類推循環(huán)工作均衡于每一個單體電池間。
在動力離子電池組放電過程中，由于各單體^4t工況的變化，各單體間的 電壓和容量將會產生明顯差異，這時均衡電池將會對各單體電池均衡放電，如 果動觸點觸及的某一單體電池的電壓低于均衡電池，均衡電池將會對該單體電 Mk速充電補能，直至與均衡電池電壓平衡。當觸及某一單體電池電壓高于均
衡電池時，該單體電池即對均衡電池充電釋放能量，^匕類推工作均衡每一單
體間的能量。
總之，在充放電時，本實用新型能將各單體電池過高的電壓吸收儲存在均 衡電池內，并也能對電壓過低的單體電池迅速充電，從而保持使串聯(lián)的單體電 池充電、放電時始終處于均衡一致狀態(tài)，使各單體電池延長壽命，不會因某一 單體電池的容量衰減而影響整個鋰離子電池組的有效容量和壽命。
實現(xiàn)上述目的的另一種技術方案是 一種動力鋰離子電池組充放電均衡裝 置，包括^^文電模塊和串耳鎮(zhèn)i的多個單體鋰離子電池，還包括單片機、正極環(huán)、負極環(huán)、電機、超級電容以及連接每個單體電池正、負極的固定觸點， 每個單體鋰離子電池的正、負極均與單片機的輸入端連接，單片機的輸出端與 電機連接，電才幾的主軸上固定有旋轉塊，旋轉塊上分別固定有與正極環(huán)電連接 的正極動觸點以及與負極環(huán)電連接的負極動觸點，且正極動觸點和負極動觸點 分別與相鄰的兩個固定觸點電連接，超級電容的正極與正極環(huán)連接，超級電容 的負極與負極環(huán)電連接。
通#均衡上并聯(lián)開關均衡電路，使得充電系統(tǒng)出現(xiàn)特別異常過充電時， 開關均衡電路能強制大電流釋放電壓，以絕對保證單體電池不會過充電。
本實用新型的另 一種技術方案是 一種動力鋰離子電池組充放電均衡裝 置，包括充放電模塊和串:^—^的多個單體鋰離子電池，還包括單片機、正 極環(huán)、負極環(huán)、電機、超級電容以及連才錄個單體電池正、負極的固定觸點， 每個單體鋰離子電池的正、負極均與單片機的輸入端連接，單片機的輸出端分 別與充》文電才莫塊和電初逸*接，電才幾的主軸上固定有旋轉塊，s走轉塊上分別固定 有與正極環(huán)電連接的正極動觸點以及與負極環(huán)電連接的負極動觸點，且正極動 觸點和負極動觸點分別與相鄰的兩個固定觸點電連接，超級電容的正極與正極 環(huán)電連接，超級電容的負極與負極環(huán)電連接。
這種方案和第一種技術方案相比，只是將均衡電池換成了超級電容。其工 作原理與第一種方案是一樣的，同樣能達到前面所述的第一種方案的目的和技 術效果。


圖1為本實用新型的第一種技術方案的電路原理圖；. 圖2為本實用新型第一種技術方案的接線圖； 圖3為本實用新型的開關均衡電路的電路原理圖； 圖4為本實用新型的第二種技術方案的電路原理圖； 圖5為本實用新型第二種技術方案的接線圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。 實施例一
如圖1、 2所示， 一種動力鋰離子電池組充放電均衡裝置，包括充放電模 塊l和串^"-^的多個單體鋰離子電池，還包括單片機2、正極環(huán)3、負極環(huán) 4、電機5、均衡電池6以及連4錄個單體電池正、負極的固定觸點7，每個單 體鋰離子電池的正、負極均與單片機2的輸入端連接，單片機2的輸出端分別 與充放電模塊1和電機5電連接，電機5的主軸上固定有旋轉塊8,旋轉塊8上分別固定有與正極環(huán)3電連接的正極動觸'點9 W及與負極環(huán)T電連接的負極 動觸點10，且正才及動觸點9和負才及動觸點10分別與相鄰的兩個固定觸點7電 連接，均衡電池6的正極與正極環(huán)3電連接，均衡電池6的負極與負極環(huán)4電 連接。單片機2采用890芯片。電機5采用步進電才咸減速電機。
如圖1、 2所示，均衡電池6上并聯(lián)有一開關均衡電路11。
如圖3所示，開關均衡電路11由電阻R1、電阻R2、電阻RW、穩(wěn)壓管 DW和三極管BG1組成，電阻Rl的正極與均衡電池6的正極連接，電阻Rl 與穩(wěn)壓管DW的負極連接，穩(wěn)壓管DW的正極與三極管BG1的基極連接，電 阻RW連接在三極管BG1的集電極，電阻R2的正極與電阻Rl的負極連接， 電阻R2的負極與均衡電池6的負極連接。
實施例一的工作原理如下充電時，旋轉塊8在電機5的帶動下旋轉，并 帶動正極動觸點9和負極動觸點IO分別循環(huán)地與動力鋰離子電池組中的每一個 單體電池的正負極電連接，當動力鋰離子電池iiJiJ每"一i殳定下限值時，均衡電 池6開始主動均衡工作，如果某一單體電池的電壓高于均衡電池6時，均衡電 池6將吸收電流儲存于均衡電池6中儲能，相當于內阻均衡法中泄放單體電流 起到旁路作用進行均衡的功能，當觸及某一單體電池電壓低于均衡電池6時， 均衡電池6將會將儲存的電能快速釋放充向該單體電池，該單體電池的電壓迅 速升高，依次類推循環(huán)工作均衡于每一個單體電池間。
在動力離子電池組放電過程中，由于各單體各種工況的變化，各單體間的 電壓和容量將會產生明顯差異，這時均衡電池6將會對各單體電池均衡放電， 如果動觸點觸及的某一單體電池的電壓低于均衡電池6,均衡電池6將會對該 單體電池迅速充電補能，直至與均衡電池6電壓平衡。當觸及某一單體電池電 壓高于均衡電池6時，該單體電池即對均衡電池6充電釋放能量，似匕類推工 作均衡每一單體間的能量。
實施例二
如圖4、 5所示， 一種動力鋰離子電池組t改電均衡裝置，包括充放電模 塊(1)和串#一起的多個單體鋰離子電池，還包括單片機2、正極環(huán)3、負 極環(huán)4、電機5、均衡電池6以及連接每個單體電池正、負極的固定觸點7，每 個單體鋰離子電池的正、負極均與單片機2的輸入端連接，單片機2的輸出端 分別與充》文電才勢夾1和電4幾5電連接，電才幾5的主軸上固定有3走轉塊8,旋轉 塊8上分別固定有與正極環(huán)3電連接的正極動觸點9以及與負極環(huán)4電連接的 負極動觸點IO,且正極動觸點9和負極動觸點IO分別與相鄰的兩個固定觸點7 電連接，均衡電池6的正極與正極環(huán)3電連接，均衡電池6的負極與負極環(huán)4電連接。彈片機2采用890芯片。電機5采用步進電4賊減速電機。
如圖4、 5所示，均衡電池6上并聯(lián)有一開關均衡電路11。該開關均衡電 路的電路原理圖與實施例一中圖3所示的電路原理圖相同。
實施例二的工作原理如下充電時，旋轉塊8在電機5的帶動下旋轉，并 帶動正極動觸點9和負極動觸點10分別循環(huán)地與動力鋰離子電池組中的每一個 單體電池的正負極電連接，當動力鋰離子電池iiJ'J每""i殳定下限值時，超級電 容12開始主動均衡工作，如果某一單體電池的電壓高于超級電容12時，超級 電容12將吸收電流儲存于超級電容12中儲能，相當于內阻均衡法中泄放單體 電流起到旁路作用進行均衡的功能，當觸及某一單體電池電壓低于超級電容12 時，超級電容12將會將儲存的電能快速釋放充向該單體電池，該單體電池的電 壓迅速升高，依次類推循環(huán)工作均衡于每一個單體電池間。
在動力離子電池組放電過程中，由于各單體各種工況的變化，各單體間的 電壓和容量將會產生明顯差異，這時超級電容12將會對各單體電池均衡放電， 如果動觸點觸及的某一單體電池的電壓低于超級電容12，超級電容12將會對 該單體電池迅速充電補能，直至與超級電容12電壓平衡。當觸及某一單體電池 電壓高于超級電容12時，該單體電池即對超級電容12充電釋放能量，*匕類 推工作均衡每一單體間的能量。
權利要求1、一種動力鋰離子電池組充放電均衡裝置，包括充放電模塊(1)和串聯(lián)在一起的多個單體鋰離子電池，其特征在于還包括單片機(2)、正極環(huán)(3)、負極環(huán)(4)、電機(5)、均衡電池(6)以及連接每個單體電池正、負極的固定觸點(7)，每個單體鋰離子電池的正、負極均與單片機(2)的輸入端連接，單片機(2)的輸出端分別與充放電模塊(1)和電機(5)電連接，電機(5)的主軸上固定有旋轉塊(8)，旋轉塊(8)上分別固定有與正極環(huán)(3)電連接的正極動觸點(9)以及與負極環(huán)(4)電連接的負極動觸點(10)，且正極動觸點(9)和負極動觸點(10)分別與相鄰的兩個固定觸點(7)電連接，均衡電池(6)的正極與正極環(huán)(3)電連接，均衡電池(6)的負極與負極環(huán)(4)電連接。
2、 根據權利要求l所述的動力鋰離子電池充放電均衡裝置，其特征在于 均衡電池(6)上并聯(lián)有一開關均衡電路(11 )。
3、 根據權利要求2所述的動力鋰離子電池充放電均衡裝置，其特征在于 開關均衡電路(11)由電阻(Rl)、電阻(R2)、電阻(RW)、穩(wěn)壓管(DW) 和三極管(BG1)組成，電阻(Rl)的正極與均;衡電池(6)的正極連接，電 阻(Rl)與穩(wěn)壓管(DW)的負極連接，穩(wěn)壓管(DW)的正極與三極管(BG1) 的基極連接，電阻(RW)連接在三極管(BG1 )的集電極，電阻(R2)的正 極與電阻(Rl)的負極連接，電阻(R2)的負極與均衡電池(6)的負極連接。
4、 一種動力鋰離子電池組充放電均衡裝置，包括^i文電模塊(1)和串聯(lián) 在一起的多個單體鋰離子電池，其特征在于還包括單片機(2)、正極環(huán)(3)、 負極環(huán)(4)、電機(5)、超級電容(12)以及連接每個單體電池正、負極的固 定觸點(7),每個單體鋰離子電池的正、負極均與單片機(2)的輸入端連接， 單片機(2)的輸出端分別與^i欠電模塊(1)和電機(5)電連接，電機(5) 的主軸上固定有旋轉塊(8),旋轉塊(8)上分別固定有與正極環(huán)(3)電連接 的正極動觸點(9)以及與負極環(huán)(4)電連接的負極動觸點(10)，且正極動觸 點(9)和負才及動觸點(10)分別與相鄰的兩個固定觸點(7)電連接，超級電 容(12)的正極與正極環(huán)(3)電連接，超級電容(12)的負極與負極環(huán)(4) 電連接。 .
5、 根據權利要求4所述的動力鋰離子電池充放電均衡裝置，其特征在于 超級電容(12)上并聯(lián)有一開關均衡電路(11 )。
6、 根據權利要求4所述的動力鋰離子電池充放電均衡裝置，其特征在于 開關均衡電路(11)由電阻(Rl)、電阻(R2)、電阻(RW)、穩(wěn)壓管(DW)和三極管(BG1)組成，電阻(Rl)的正極與超紋電容的正極連接，電阻(Rl)與穩(wěn)壓管(DW)的負極連接，穩(wěn)壓管(DW)的正極與三極管(BG1)的基極連接，電阻(RW)連接在三極管(BG1)的集電極，電阻(R2)的正極與電阻(Rl)的負極連接，電阻(R2)的負極與超級電容(12)的負極連接。
專利摘要一種動力鋰離子電池組充放電均衡裝置，包括充放電模塊和串聯(lián)在一起的多個單體鋰離子電池，還包括單片機、正極環(huán)、負極環(huán)、電機、均衡電池以及連接每個單體電池正、負極的固定觸點，每個單體鋰離子電池的正、負極均與單片機的輸入端連接，單片機的輸出端分別與充放電模塊和電機連接，電機的主軸上固定有旋轉塊，旋轉塊上分別固定有與正極環(huán)電連接的正極動觸點以及與負極環(huán)電連接的負極動觸點，且正極動觸點和負極動觸點分別與相鄰的兩個固定觸點電連接，均衡電池的正極與正極環(huán)連接，均衡電池的負極與負極環(huán)電連接。也可以將均衡電池換成超級電容。本實用新型電路結構簡單，成本低，安全可靠，并能提高動力鋰離子電池組的使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK201290017SQ20082018714
公開日2009年8月12日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權日2008年9月25日
發(fā)明者周金平 申請人:周金平