CN101312301A - 锂离子电池组充电装置及充电方法 - Google Patents

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蒋新华
李晓欧
王学良
钱斌
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Abstract

本发明公开了锂离子电池组充电装置及充电方法，该充电装置包括交流电源、开关电源、电流检测电路、电压检测电路、电子开关和或门电路。交流电源对交流输入电源进行整流滤波，开关电源用于充电装置输出电流和电压的调制，电流、电压检测电路检测充电装置的输出电流、输出电压，电子开关用于切换电压检测电路反馈的信号，或门电路用于电压和电流检测电路的反馈信号选择。在充电过程中，电池组内部管理***输出充电电流值基准电压和判断电池组状态，输出充电控制信号进行恒流充电。当达到恒压充电条件时，输出恒压充电基准电压、控制信号，进行恒压充电。充电电流小于电池组容量的1/20C时，终止充电。使用本发明，可以提高锂离子电池组的性能及减小管理***的复杂度和成本。

Description

锂离子电池组充电装置及充电方法
技术领域
本发明涉及电池充电技术，特别属于锂离子电池组的充电装置及充电方法，
背景技术
锂离子动力电池组的应用越来越广泛，现有的锂离子电池组充电控制***采用先恒流后恒压的充电方式，对电池组采用固定的电流和电压充电。然而当电池组的一致性能发生变化时，由于电压控制的精确性，必然有单体电池的电压高于设定充电终止电压4.2V。如对10串的锂离子电池组恒压充电时采用42V恒压充电，将有单体电池的充电电压高于4.2V，这样会导致电池组性能的快速衰减。在充电过程中，如果不能及时的控制，容易引发安全性问题。
虽然可以通过均衡控制电路来减少这种影响，但增加了充电控制***的体积和成本。现有固定值的充电控制***增加了锂离子电池组中单体电池过充电的可能，对锂离子电池组管理***的要求很高。而且在循环后期锂离子电池组的性能参数发生了变化，这种固定的充电方式将不再适合于锂离子电池组，会导致电池组性能的快速衰减。因此，设计出一种结合锂离子电池组，能根据锂离子电池组的状态变化自适应更改充电电流值和电压值的充电控制***和充电方法成为了迫切的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种根据锂离子电池组充电装置及充电方法，它是一种状态自适应更改的充电装置，能够减少锂离子电池组的安全性风险和提高电池组的性能，并减少电池组管理***的成本。
为解决上述技术问题之一：本发明的锂离子电池组充电装置包括交流电源、开关电源、电压检测电路、电流检测电路、电子开关、或门电路，其结构要点是交流电源与开关电源连接，电流检测电路与或门电路连接，电压检测电路与电子开关连接，电子开关与或门电路连接，或门电路与开关电源连接。
所述充电装置与锂离子电池组的接口为5根线，1根为充电装置电源输出正极，1根为充电装置电源输出负极，1根为基准电压输入线，1根为充电控制信号线，1根为恒压充电控制线。
所述开关电源包括降压型开关电源、脉宽调制电路，其中脉宽调制电路与降压型开关电源相连。
所述脉宽调制电路的脉宽调制芯片设有控制接口，芯片的反馈电压端与或门电路相连。
本发明的充电装置用脉宽调制电路控制开关电源，电压检测电路用于检测充电装置输出电压，电流检测电路用于检测充电装置输出电流，电子开关用于切换电压检测电路反馈的信号，或门电路用于电流检测电路和电压检测电路的信号反馈选择。
为解决上述技术问题之二：本发明的锂离子电池组充电方法，包括如下步骤：
1)锂离子电池组连接充电装置，锂离子电池组内部管理***输出充电电流值基准电压给充电装置；
2)锂离子电池组内部管理***判断电池组状态，输出充电控制信号给充电装置进行恒流充电；
3)当达到恒压充电条件时，锂离子电池组内部管理***输出恒压充电基准电压和恒压充电控制信号给充电装置，进行恒压充电；
4)充电电流小于电池组容量的1/20C时，锂离子电池组内部管理***送充电终止信号给充电装置以终止充电。
上述锂离子电池组内部管理***根据其工作状态来控制充电装置输出电流值和输出电压值。
上述锂离子电池组内部管理***输出控制信号来控制充电装置充电。
以上充电装置和充电方法，需要结合电池组管理***，电池组管理***输出充电电流和充电电压基准值，而恒压控制信号和充电控制信号为数字电平信号。
本发明的有益效果是：采用锂离子电池组状态自适应更改的充电方法和控制***，能根据锂离子电池组的最大可用容量自动调整恒流充电电流值，并根据电池组的状态调整恒压充电值。锂离子电池组可用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车及其它以电池组作为能源的设备器具，利用本项发明结合智能电池组管理***可以对锂离子电池组进行智能充电，并且可以减少电池组均衡的成本和提高电池组的性能。
1)可以提高锂离子电池组的安全性能和循环性能，防止锂离子电池组的过充电。
2)可以减少大容量锂离子电池组的控制电路复杂度和成本。
附图说明
下面结合例图及实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的充电控制部分电路原理图。
图3是本发明的***流程图。
具体实施方式
实施例：充电对象为10串10Ah的锂离子电池组。
如图1、图2、图3所示，一种锂离子电池组充电装置，该充电装置包括开关电源2对交流电源1整流滤波11后的电压进行调制，电流检测电路3对充电电流进行检测反馈，电压检测电路4通过电子开关5后与电流检测电路3的信号连接后进入或门电路6，再进入脉宽调制电路22中脉宽调制芯片的反馈端，来实现充电装置输出电流和输出电压的调制。
当充电装置连接锂离子电池组时，充电装置从与锂离子电池组7的基准电压接口获得恒流充电基准值2A，此时的电流检测电路3工作形成反馈输入到脉宽调制电路22的脉宽调制芯片形成闭环。电池组7管理***内部判断是否需要充电，如果需要充电，电池组7管理***发送充电控制信号给充电器，让充电器以2A的电流进行恒流充电。此时电池组7的电压逐步上升，当电池组7中有一节电池的电压达到4.2V时，假使此时电池组7的总电压为41.5V。电池组7管理***输出恒压充电控制信号开通电子开关5，同时基准电压接口变换一个新的基准电压，此基准电压为此时电池组7的电压值41.5V，使得电压采样电路反馈有效。由于电压采样反馈电路的电压值比电流采样电路的电压值高，因此使得电流反馈不起作用，而电压反馈起作用，充电控制***由恒流充电改为恒压充电模式，恒压充电值为41.5V。恒压充电过程中，充电电流慢慢减小，当电池组管理***检测到充电电流低于设定的值0.5A时，输出控制信号关断充电器的脉宽调制芯片使能端，充电过程结束。
开关电源
开关电源电路2(见图2)主要的作用是将交流电源1整流滤波11(见图1)后的电压降压调制。DC+为交流电源1整流滤波11后的电压，电容C4对该电压进行滤波，场效应管M1、续流二极管D4、电感L1组成降压型开关电源，电容C5对降压后的电压进行滤波。场效应管M1由脉宽调制电路22来驱动，电阻R1和电容C1的作用是吸收M1的尖锋电压。脉宽调制电路22核心为脉宽调制芯片U1其型号为UC3525，通过U1的1脚和2脚的电压比较输出脉宽可调的脉冲。2脚为基准电压输入，由电池组7内部管理***输入，1脚为充电装置输出电流和输出电压的检测电路反馈。该脉宽调制芯片U1的10脚为芯片使能端，由电池组内部管理***来控制。电阻R24、电容C15、电容C17组成的网络对U1进行校正补偿。电阻R12、电容C10对芯片输入电源进行滤波。电阻R25、电容C16、电阻R27为脉宽调制的频率及脉宽的死区设置，电阻R28为充电控制信号的限流。U1的11脚和14脚为输出脉冲信号，经过或门U2后进入驱动芯片U3，电阻R20和电阻R21为限流电阻，U2型号为CD4071，驱动芯片U3型号为IR2117。电容C11为U2电源的滤波，C14为U3电源的输入滤波，电阻R16为驱动电阻，作用是防止驱动电压振荡，限制驱动电流，电阻R13、电容C13和稳压管D11对输入电压稳压后输入U3的电压驱动端。电阻R22、稳压管D10、稳压管D12为保护场效应管M1的栅极和源极，同时也吸收尖锋电压。
电流检测电路
电流检测电路3(见图2)中电阻R2为电流采样电阻，电阻R3、电阻R5、电阻R9、电阻R10、电阻R11和运放U4型号为LM324组成放大电路，对采样后的电压进行放大。电容C6为输入信号的滤波，电容C2为U4输入电源的滤波，电阻R6和电容C8为滤波电路。检测电路的电压通过或门电路与电压检测电路的电压信号连接后进入到脉宽调制芯片的反馈端。
或门电路、电压检测电路和电子开关
或门电路6(见图2)由二极管D7、D8组成，电阻R8为电容C9的释放回路，电阻R7和电容C9为反馈信号的滤波。电压检测电路4(见图2)用电阻R15、电阻R18、电阻R19组成的分压电路实现，电子开关5(见图2)由电阻R26、三极管Q1、电阻R17、场效应管M2组成，当电压控制信号为高电平时，三极管Q1导通，电阻R17和电阻R23进行分压，使得场效应管M2导通，电池组电压进入电压检测电路分压。
上述为本发明的较佳实施例而已，并非限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对熟知本技术领域的专门人士可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在上述的申请专利范围中。

Claims (7)

1、锂离子电池组充电装置，包括交流电源(1)、开关电源(2)、电流检测电路(3)、电压检测电路(4)、电子开关(5)、或门电路(6)组成，其特征是：交流电源(1)与开关电源(2)连接，电流检测电路(3)与或门电路(6)连接，电压检测电路(4)与电子开关(5)连接，电子开关(5)与或门电路(6)连接，或门电路(6)与开关电源(2)连接。
2、根据权利1所述的充电装置，其特征是：与锂离子电池组的接口为5根线，1根为充电装置电源输出正极，1根为充电装置电源输出负极，1根为基准电压输入线，1根为充电控制信号线，1根为恒压充电控制线。
3、根据权利1所述的充电装置，其特征是：开关电源(2)包括降压型开关电源(21)、脉宽调制电路(22)，脉宽调制电路(22)与降压型开关电源(21)相连。
4、根据权利3所述的充电装置，其特征是：脉宽调制电路(22)的脉宽调制芯片设有控制接口，芯片的反馈电压端与或门电路(6)相连。
5、一种锂离子电池组充电方法，包括如下步骤：(1)锂离子电池组连接充电装置，锂离子电池组内部管理***输出充电电流值基准电压给充电装置；(2)锂离子电池组管理***判断电池组状态，输出充电控制信号给充电装置进行恒流充电；(3)当达到恒压充电条件时，锂离子电池组管理***输出恒压充电基准电压和恒压充电控制信号给充电装置，进行恒压充电；(4)充电电流小于电池组容量的1/20C时，锂离子电池组管理***送充电终止信号给充电装置以终止充电。
6、根据权利5所述的充电方法，其特征是：依锂离子电池组内部管理***工作状态来控制充电装置输出电流值和输出电压值。
7、根据权利5所述的充电方法，其特征是：锂离子电池组内部管理***输出控制信号来控制充电装置充电。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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