本實用新型屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可通信的鋰電池組智能均衡充放電電路裝置。

背景技術(shù)：

鋰電池因其高效率輸出、極好的循環(huán)壽命、容量大及綜合性能突出等特點作為應(yīng)用電源被廣泛使用，隨著它的應(yīng)用推廣，鋰電池的容量、循環(huán)壽命和自放電率成為應(yīng)用者最關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)。為了滿足電源容量和電壓的要求，鋰電池更多的是以單體電芯串并聯(lián)組成電池組來達(dá)到設(shè)計要求。由于鋰電池自身的特性，鋰電池在使用時，必須加裝過充、過放、過流、短路等基本保護(hù)電路。保護(hù)電路要求，充電時電池組中任一電芯電壓超過過充保護(hù)電壓，就要結(jié)束對電池組充電，放電時電池組中任一電芯電壓低于過放保護(hù)電壓，就要結(jié)束對電池組放電。而如果電池組中各節(jié)電芯之間存在不均衡，就會形成充電時由于某一電芯過充保護(hù)，其余電芯不能充電，放電時由于某一電芯過放保護(hù)，其余電芯不能放電的狀態(tài)，造成整個電池組不能有效充電及有效放電，從而降低電池組的容量，使得電池組的總?cè)萘啃∮诟鞴?jié)電芯容量之和，并且不均衡程度越大，容量減少得越厲害。

單體電芯除了自身因素不一致造成的不均衡外，在鋰電池組循環(huán)充放電過程中，隨著充放電次數(shù)增加，不均衡的量會逐步累積，不均衡成為影響電池組容量和循環(huán)壽命的主要因素。那么如何提高電池組內(nèi)各串聯(lián)電芯之間的均衡，成為鋰電池組技術(shù)最難解決的問題。目前鋰電池組的均衡技術(shù)主要有能量消耗法和能量轉(zhuǎn)移法，能量消耗法就是對電池組中電壓高的那一節(jié)電芯通過電阻放電，消耗掉多出來的能量，以實現(xiàn)電壓均衡；能量轉(zhuǎn)移法就是通過開關(guān)電源DC/DC變換技術(shù)，把電壓高的那一節(jié)電芯的能量轉(zhuǎn)移到電壓低的電芯上去。

能量轉(zhuǎn)移法由于技術(shù)復(fù)雜，體積大，靜態(tài)電流大，成本高，變壓器等元件很難做到精確匹配，一致性差，目前只在大型電池組中使用，無法在小型鋰電池組中推廣使用。能量消耗法技術(shù)簡單，占用空間小，靜態(tài)電流小，成本低，電路一致性好，成為小型鋰電池組首選的均衡技術(shù)。

目前在小型鋰電池組使用的能量消耗法均衡技術(shù)都存在一定的缺陷。

(1)充電均衡只在充電末期進(jìn)行，一般的均衡電流都較小，以避免鋰電池組出現(xiàn)高溫?fù)p壞，由于鋰電池組自身的特點，在充電末期電壓上升很快，這樣使得電池組還沒有來得及均衡，就會因為某一節(jié)電芯電壓上升過快而過充保護(hù)，均衡效果很差。

(2)沒有放電均衡，將會浪費放電及其結(jié)束以后大量的可以用于均衡的有效時間。

(3)靜態(tài)電流比基本保護(hù)電路增加的比較多。鑒于均衡效果不明顯，均衡技術(shù)在小型鋰電池組中的應(yīng)用并不普遍，多數(shù)鋰電池組在使用過程中會出現(xiàn)因電芯差異過大，導(dǎo)致容量下降嚴(yán)重及循環(huán)壽命嚴(yán)重縮短的現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效提高電池組的充電飽和度、明顯增加電池組的容量且有效延長電池組的循環(huán)壽命的可通信的鋰電池組智能均衡充放電電路裝置。

為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：一種可通信的鋰電池組智能均衡充放電電路裝置，包括第一模塊以及與所述第一模塊通信連接的第二模塊；所述第一模塊包括第一CPU單元、電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元、鋰電池組單元、保護(hù)電路單元、CPU電源電路單元及第一通信與充電復(fù)用接口電路單元；所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元的輸出端與所述CPU電源電路單元的輸入端電連接，所述CPU電源電路單元的輸出端與所述保護(hù)電路單元的輸入端電連接，所述保護(hù)電路單元與所述鋰電池組單元之間通信連接，所述鋰電池組單元還與所述電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元之間通信連接，所述電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元還與所述第一CPU單元通信連接；所述CPU電源電路單元的輸出端還與所述第一CPU單元的輸入端電連接，所述第一CPU單元的輸出端還與所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元的輸出端電連接；

所述第二模塊包括第二通信與充電復(fù)用接口電路單元、第二CPU單元、DC/DC恒流恒壓電路單元及AC/DC轉(zhuǎn)換電路單元；所述第二CPU單元的輸出端與所述第二通信與充電復(fù)用接口電路單元的輸入端電連接，所述第二CPU單元的輸入端與所述DC/DC恒流恒壓電路單元的輸出端電連接，所述DC/DC恒流恒壓電路單元的輸入端與所述AC/DC轉(zhuǎn)換電路單元電連接；所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元與所述第二通信與充電復(fù)用接口電路單元之間通信連接。

進(jìn)一步的，所述第一CPU單元通過所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元將信號發(fā)送至所述第二模塊。

進(jìn)一步的，所述AC/DC轉(zhuǎn)換電路單元與市電連接。

進(jìn)一步的，所述鋰電池組單元由兩串以上鋰電池組合而成。

進(jìn)一步的，所述鋰電池為鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、錳酸鋰電池或鈦酸鋰電池。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)電路單元還包括兩個MOS管和電阻R；所述兩個MOS管串接后并聯(lián)在所述保護(hù)電路單元上，所述電阻R的兩端也并聯(lián)在所述保護(hù)電路單元上；所述保護(hù)電路單元和所述鋰電池組單元中各串聯(lián)電芯電連接。

進(jìn)一步的，所述電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元還包括分流裝置，所述分流裝置的數(shù)量與所述鋰電池組單元中電芯的數(shù)量相同，每一個分流裝置中均包括一MOS管和一電阻，所述MOS管并聯(lián)在所述鋰電池組單元中相對應(yīng)的電芯上，所述電阻相對應(yīng)的串連在所述MOS管上。

進(jìn)一步的，還包括充電電流控制開關(guān)，所述充電電流控制開關(guān)由兩個MOS管串聯(lián)構(gòu)成，所述第一CPU單元控制所述充電電流控制開關(guān)導(dǎo)通以實現(xiàn)對所述鋰電池組單元充電。

進(jìn)一步的，所述電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元監(jiān)測鋰電池組單元內(nèi)每節(jié)電芯的充電電壓，當(dāng)任意一節(jié)電芯電壓與其它電芯的電壓差高于預(yù)置的電壓值時，控制與該節(jié)電芯并聯(lián)的MOS管導(dǎo)通，使其充電電流一部分通過并聯(lián)的電阻分流。

進(jìn)一步的，所述第一模塊與所述第二模塊之間半雙工通信，所述第一CPU單元與所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元之間設(shè)置一MOS管，所述第一CPU單元中從TX發(fā)出串口脈沖信號，控制該MOS管導(dǎo)通與斷開，實現(xiàn)恒流恒壓充電電路電壓輸出端口的短路與開路，從而將所述第一CPU單元中TX串口通信脈沖傳送到第二模塊的所述第二通信與充電復(fù)用接口電路單元中；而來自于第二模塊的串口通信脈沖信號直接傳送到所述第一CPU單元的RX接口。

本實用新型采用以上技術(shù)方案，具有如下有益效果：

(1)動態(tài)監(jiān)測電池組內(nèi)各節(jié)電芯電壓，從開始充電就進(jìn)行動態(tài)均衡，縮短充電均衡時間，均衡效果好。

(2)在過放電以后，有效利用放電結(jié)束后的大量時間，通過放掉“多余”電量進(jìn)行均衡，可以讓電池組始終處于一個均衡狀態(tài)，避免出現(xiàn)不均衡的累積效應(yīng)。

(3)電池組和充電電路智能通信，根據(jù)電池組狀態(tài)智能調(diào)整充電電路的工作狀態(tài)，避免出現(xiàn)未有效均衡而過充保護(hù)的現(xiàn)象。

(4)靜態(tài)電流相比基本保護(hù)電路增加得很少，電池組自放電率不受影響。

(5)通信與充電接口復(fù)用，不增加電池組引線，便可實現(xiàn)電池組和充電電路之間的通信，實現(xiàn)智能充電。

(6)占用空間小，成本低，電路一致性好。

(7)把電池組過充、過放、過流、短路等基本保護(hù)電路和高等級的充放電均衡控制電路，分開設(shè)計，分時工作?；颈Ｗo(hù)電路始終工作，可以做到對電池組的有效保護(hù)，CPU電路和均衡電路在電池組待機(jī)狀態(tài)時，處于休眠狀態(tài)，只有在充電或過放電以后才進(jìn)入正常工作。增加充放電均衡控制電路以后，電池組的靜態(tài)電流基本不增加，可以滿足電池組自放電率的指標(biāo)要求。

(8)均衡效果好，和基本保護(hù)電路相比，可以提高電池組的充電飽和度，明顯增加電池組的容量，延長電池組的循環(huán)壽命。

(9)本實用新型具有結(jié)構(gòu)合理，成本低廉、低功耗設(shè)計，方便實用等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型電路裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型第一模塊電路原理示意圖；

圖3為本實用新型第二模塊電路原理示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，本實用新型提供一種可通信的鋰電池組智能均衡充放電電路裝置，包括第一模塊以及與所述第一模塊通信連接的第二模塊；所述第一模塊包括第一CPU單元、電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元、鋰電池組單元、保護(hù)電路單元、CPU電源電路單元及第一通信與充電復(fù)用接口電路單元；所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元的輸出端與所述CPU電源電路單元的輸入端電連接，所述CPU電源電路單元的輸出端與所述保護(hù)電路單元的輸入端電連接，所述保護(hù)電路單元與所述鋰電池組單元之間通信連接，所述鋰電池組單元還與所述電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元之間通信連接，所述電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元還與所述第一CPU單元通信連接；所述CPU電源電路單元的輸出端還與所述第一CPU單元的輸入端電連接，所述第一CPU單元的輸出端還與所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元的輸出端電連接；

所述第二模塊包括第二通信與充電復(fù)用接口電路單元、第二CPU單元、DC/DC恒流恒壓電路單元及AC/DC轉(zhuǎn)換電路單元；所述第二CPU單元的輸出端與所述第二通信與充電復(fù)用接口電路單元的輸入端電連接，所述第二CPU單元的輸入端與所述DC/DC恒流恒壓電路單元的輸出端電連接，所述DC/DC恒流恒壓電路單元的輸入端與所述AC/DC轉(zhuǎn)換電路單元電連接；所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元與所述第二通信與充電復(fù)用接口電路單元之間通信連接。

如圖1所示所述AC/DC轉(zhuǎn)換電路單元與市電連接。具體講所述AC/DC轉(zhuǎn)換電路單元與220VAC輸入接口電連接。

本實施例中，所述第一CPU單元通過所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元將信號發(fā)送至所述第二模塊。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述保護(hù)電路單元還包括兩個MOS管和電阻R；所述兩個MOS管串接后并聯(lián)在所述保護(hù)電路單元上，所述電阻R的兩端也并聯(lián)在所述保護(hù)電路單元上；所述保護(hù)電路單元和所述鋰電池組單元中各串聯(lián)電芯電連接。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元還包括分流裝置，所述分流裝置的數(shù)量與所述鋰電池組單元中電芯的數(shù)量相同，每一個分流裝置中均包括一MOS管和一電阻，所述MOS管并聯(lián)在所述鋰電池組單元中相對應(yīng)的電芯上，所述電阻相對應(yīng)的串聯(lián)在所述MOS管上。

作為一種優(yōu)選的實施方式，還包括充電電流控制開關(guān)，所述充電電流控制開關(guān)由兩個MOS管串聯(lián)構(gòu)成，所述第一CPU單元控制所述充電電流控制開關(guān)導(dǎo)通以實現(xiàn)對所述鋰電池組單元充電。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元監(jiān)測鋰電池組單元內(nèi)每節(jié)電芯的充電電壓，當(dāng)任意一節(jié)電芯電壓與其它電芯的電壓差高于預(yù)置的電壓值時，控制與該節(jié)電芯并聯(lián)的MOS管導(dǎo)通，使其充電電流一部分通過并聯(lián)的電阻分流。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述第一模塊與所述第二模塊之間半雙工通信，所述第一CPU單元與所述第一通信與充電復(fù)用接口電路單元之間設(shè)置一MOS管，所述第一CPU單元中從TX發(fā)出串口脈沖信號，控制該MOS管導(dǎo)通與斷開，實現(xiàn)恒流恒壓充電電路電壓輸出端口的短路與開路，從而將所述第一CPU單元中TX串口通信脈沖傳送到第二模塊的所述第二通信與充電復(fù)用接口電路單元中；而來自于第二模塊的串口通信脈沖信號直接傳送到所述第一CPU單元的RX接口。

為進(jìn)一步詳述本實用新型，現(xiàn)結(jié)合圖2和圖3對本實用新型中第一模塊和第二模塊的功能作用及工作原理結(jié)合實際例子說明如下：

本實用新型提供的電路裝置適用于兩串及以上的各種鋰電池組(包括鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、錳酸鋰電池、鈦酸鋰電池等)，下面僅以4串為例說明其工作過程，對于其他鋰電池組，串聯(lián)電路數(shù)量只需要做相應(yīng)更改即可。

充電均衡工作過程：第一模塊中包括電池組過充、過放、過流、短路保護(hù)電路和充放電均衡控制部分。

第一模塊的主要部件功能說明：

1、保護(hù)電路單元D2及其外圍MOS管V5、V6、電阻R構(gòu)成保護(hù)電路單元，實現(xiàn)電池組的過充、過放、過流、短路保護(hù)功能，D2及其外圍元件和電池組內(nèi)各串聯(lián)電芯連接，無論充電、放電還是待機(jī)狀態(tài)，始終對電池組及電池組內(nèi)各串聯(lián)電芯進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)過充電、過放電、充電過電流、放電過電流、電池組短路等的基本保護(hù)功能。

2、電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元D1及其外圍MOS管V1、V2、V3、V4、電阻R1、R2、R3、R4構(gòu)成電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元，實現(xiàn)各節(jié)電芯電壓監(jiān)測、充放電均衡控制功能；D1均衡控制電路和第一CPU單元D3在電池組待機(jī)狀態(tài)時，處于休眠狀態(tài)，以降低電池組的靜態(tài)功耗，只有在電池組充電或者過放電時才會被喚醒。

3、第一CPU單元D3實現(xiàn)信號采集及對各部分電路控制、與第二模塊充電電路部分串口通信、電池組數(shù)據(jù)存儲；

4、N1為CPU電源電路單元，為D1、D3提供3.3V電源；

5、MOS管V7、V8為充電電流控制開關(guān)；

6、MOS管V9為通信與充電復(fù)用接口執(zhí)行器件。

第二模塊為充電電路部分，主要元件功能如下：

1、N4為AD/DC轉(zhuǎn)換電路，把AC220V轉(zhuǎn)換為所需要的DC電壓；

2、N3為DC/DC恒流恒壓電路，按照設(shè)置的恒流恒壓模式輸出電流，為第一模塊進(jìn)行充電；

3、第二CPU單元D4，實現(xiàn)與第一模塊進(jìn)行通信、數(shù)據(jù)存儲以及對N3的恒流恒壓模式進(jìn)行設(shè)置控制；

4、MOS管V10為通信與充電復(fù)用接口執(zhí)行器件。

工作過程描述：

電池組為正常狀態(tài)時，第一CPU單元D3控制MOS管V7、V8導(dǎo)通，充電電壓加在鋰電池組兩端，給電池組正常充電，同時第一CPU單元D3和電池電壓監(jiān)測均衡控制電路單元D1均衡控制電路進(jìn)入工作狀態(tài)。D1監(jiān)測電池組內(nèi)每節(jié)電芯的充電電壓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)任意一節(jié)電芯電壓高于其它電芯0.1V時(可設(shè)置)，控制與該節(jié)電芯并聯(lián)的MOS管導(dǎo)通，使其充電電流一部分通過并聯(lián)的電阻分流，減小其充電電流，降低其充電速度，逐漸達(dá)到各節(jié)電池充電電壓均衡。

當(dāng)電芯差異太大，上述分流措施不能完全均衡電池組內(nèi)各節(jié)電芯，其中任意一節(jié)電芯的電壓上升到接近D2過充保護(hù)電壓時，第一CPU單元D3啟用串口通信功能通知第二模塊充電電路，減小充電電流，以實現(xiàn)更好的均衡。串口通信功能是通過V9MOS管通信與充電復(fù)用接口執(zhí)行器件完成的，第一CPU單元D3從TX發(fā)出串口脈沖信號，控制MOS管V9導(dǎo)通與斷開，實現(xiàn)恒流恒壓充電電路電壓輸出端口的短路與開路，從而將TX串口通信脈沖傳送到第二模塊的通信與充電復(fù)用接口；而來自于第二模塊的串口通信脈沖信號直接傳送到第一CPU單元D3的RX接口。第二模塊的通信與充電復(fù)用方式與前述相同，這樣就完成了第一模塊、第二模塊之間的半雙工通信。

接到第一模塊發(fā)來的減小充電電流的指令以后，第二模塊的第二CPU單元D4設(shè)置N3為涓流充電模式，模塊2輸出的充電電流≤D1外圍元件電阻R1(或R2、R3、R4)的分流電流，這樣其對應(yīng)的充電電壓過高的那一節(jié)電芯就不會被充電甚至?xí)环烹?，而其他電壓較低的電芯繼續(xù)涓流充電，從而實現(xiàn)所有電芯的均衡、飽和充電。

對過度放電電池(“0V”電池)充電：當(dāng)?shù)谝籆PU單元D3檢測到某一節(jié)電芯的電壓太低時，即認(rèn)為其過度放電，可以啟用串口通信功能通知第二模塊，減小充電電流，進(jìn)入涓流、脈沖充電模式，以修復(fù)、激活過度放電電芯，待其電壓恢復(fù)正常以后，再通知充電電路進(jìn)入正常充電模式。

放電均衡工作過程：當(dāng)?shù)谝籆PU單元D3檢測到D2關(guān)閉放電MOS管V5以后，說明至少有一節(jié)電芯已經(jīng)達(dá)到放電終止電壓，電池組已經(jīng)過放保護(hù)，關(guān)閉輸出。應(yīng)該對其余電芯的“多余”電量進(jìn)行放電至放電終止電壓，進(jìn)行放電均衡，以方便下一次的充電均衡，當(dāng)所有電芯電壓都達(dá)到過放保護(hù)的均衡電壓以后，D1、D3再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。

本實用新型提供的電路裝置在充電過程中進(jìn)行動態(tài)均衡，可以縮短電池組充電均衡時間。在過放電以后，把電池組內(nèi)“多余”的電量放掉，可以讓電池組始終處于一個均衡狀態(tài)，避免不均衡狀態(tài)的累積。

另一方面，把電池組過充、過放、過流、短路等基本保護(hù)電路和高等級的充放電均衡控制電路，分開設(shè)計，分時工作。基本保護(hù)電路始終工作，可以做到對電池組的有效保護(hù)，CPU電路和均衡電路在電池待機(jī)狀態(tài)時，處于休眠狀態(tài)，只有在充電或過放電以后才進(jìn)入正常工作。增加充放電均衡控制電路以后，電池組的靜態(tài)電流基本不增加，可以滿足電池組自放電率的指標(biāo)要求。

本實用新型通信與充電復(fù)用接口在不增加電池組引線的情況下，實現(xiàn)電池組和充電電路之間的通信，實現(xiàn)智能充電。且均衡效果好，和基本保護(hù)電路相比，可以提高電池組的充電飽和度，明顯增加電池組的容量，延長電池組的循環(huán)壽命。具有結(jié)構(gòu)合理，成本低廉、低功耗設(shè)計，方便實用等優(yōu)點。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護(hù)范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。