CN102780210A

CN102780210A - 电池组充放电保护器

Info

Publication number: CN102780210A
Application number: CN2012102534589A
Authority: CN
Inventors: 吴讯驰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2012-11-14

Abstract

本发明公开了一种电池组充放电保护器，其电路为并联在单元电池上的基于齐纳二极管特性的保护电路，包括电压取样及温度补偿模块，电压基准模块，比较与放大模块，驱动模块，功率电流调整管，大功率肖特基续流二极管，报警模块；这些模块和电路的组成和实现的高性能的功率齐纳二极管，它与电池并联连接，平时对被保护的电池几乎无任何影响，电池组中每个单元电池的充电电压被钳制在固定的安全值，电池充电过程中，如果某个电池充满电达到了钳位电压，则将旁路充电电流，电池组中的其他电池仍然可以继续得到充电直至充满。这样即使长期反复充放电也不会使个别单元电池失衡失控。当电池放电时，防止蓄电池反极现象，即使个别单元电池失效，电池组还能正常工作。

Description

电池组充放电保护器

技术领域

本发明涉及电池保护技术领域，尤其是铅电池的保护，具体是一种电池组充放电保护电路，适用于多单元电池组。

背景技术

现有常用的可充电单元电池电压有1.2V，2V、3.2V，3.6V等，而实际应用需要较高的直流电压，因此需要若干的单元电池串联工作，电池组中串联单元的数量少则几个，多则有上百个。单元电池的故障诸如：电池失水、电池容量不足、电池浮充电压均匀性差、排气阀失效、热失控、极板氧化腐蚀、极板硫化、极板老化问题，而电池组是由单元电池串联而成，电池组更容易失效，故障更严重。当电池串联使用时，会产生“木桶效应”，也就是某个单元电池的质量下降会影响整个串联电池组其余电池质量的下降，加速蓄电池组的损坏速度。所以，只有对电池组中的单元电池都进行充放电保护，才能有效地延长整个电池组的使用寿命，提高电池组供电可靠性。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种电池组充放电保护电路，可有效地延长整个电池组的使用寿命，提高电池组供电可靠性。

为实现该技术目的，本发明的方案是：一种电池组充放电保护器，所述电池组由单元电池组成，该保护器是并联在单元电池上的基于齐纳二极管的保护电路，该电路包括电压取样及温度补偿模块，电压基准模块，比较与放大模块，驱动模块，功率电流调整管，大功率肖特基续流二极管，报警模块；电压取样模块把电池的端电压取样分压至比较器一端，且模块内设有温度补偿电路；电压基准模块提供基准电压至比较器的另一端，两路电压经比较放大后，由驱动模块器连接功率电流调整管；调整管集电极串联功率电阻用于分担部分调整管的功率消耗并提供作为状态报警器的取样电阻。

作为优选，所述报警模块包括与电池单元并联的放电低压检测器，和电池单元的充电电压达到最大允许电压的状态检测器。

作为优选，所述保护器还包括复用的光电隔离报警LED灯或光电耦合器。

本发明的有益效果是稳压限压值精确可调，该值可设得很低(可小于1.25V)；可容易制成大功率器件，正反向电流都可以很大(可达数安培)；在稳压值临界附近，电流曲线非常陡峭，正向电压降小很多；施加小于稳压值的电压，漏电非常小；可以是由元器件组装在PCB板上，也可以制成一个模块电路，还可以把全部或大部分电路制成集成电路。

附图说明

图1为本发明的原理结构框图；

图2为本发明的电路图；

图3为本发明的电路之伏安特性图；

图4为保护电路在电池组充电时的电路示意图；

图5为保护电路在电池组放电时的电路示意图；

图6为保护电路的温度补偿表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种电池组充放电保护器，它包括电压取样模块，电压基准模块，比较与放大模块，驱动模块，功率电流调整管，大功率肖特基续流二极管，报警模块，它们组成***与单元电池通过并联的方式连接。

由图2可以看出，所述电压取样模块把电池的端电压取样分压至比较器一端，电压取样模块内设有温度补偿电路，电压基准模块提供基准电压至比较器的另一端，两路电压经比较放大后，由驱动模块器连接功率电流调整管。调整管集电极串联功率电阻，它既可以分担部分调整管的功率消耗，又提供作为状态报警器的取样电阻。

电压取样模块内设有温度补偿电路，温度补偿器件是PTC电阻或NTC电阻或半导体PN结

这一电路的组成和实现，实际上组成的高性能的功率齐纳二极管，它与电池并联连接，平时对被保护的电池几乎无任何影响，充电时保证每一个单元电池充电时不会超过最大允许电压。电池组中每个单元电池的充电电压被钳制在固定的安全值，电池充电过程中，如果某个电池充满电达到了钳位电压，将旁路充电电流，电池组中的其他电池仍然可以继续得到充电直至充满。这样即使长期反复充放电也不会使个别单元电池失衡失控。

大功率肖特基二极管11，提供大电流续流通道，防止蓄电池反极现象，在电池深放电过程中，单元电池性能参差不齐也不会被反充而极性颠倒。即使个别单元电池失效，电池组还能正常工作。

充电电压钳位安全值可根据不同电池类型调整设置，并有温度补偿功能。

报警模块包括与电池并联的低压检测器，该低压检测器检测电池电压过低时，驱动带有电阻保护的LED灯报警，或LED光电耦合器，电气隔离而向***提供状态报警信号。单元电池的充电电压达到最大允许电压(电压钳位安全值)有光电隔离报警信号，可用于反馈控制调整充电器。光电隔离报警信号是复用的，充电状态下的报警信号是表示电池充满或浮充状态；单元电池的放电到允许的最低电压，也有光电隔离报警信号，可用于警告控制负载和用电电路。光电隔离报警信号是复用的，放电状态下的报警信号是表示电池电量放完或欠压状态。

本发明是一个基于齐纳二极管(Zener)原理和功能的电池充放电保护电路，称之为eZener，相当于超大功率的齐纳二极管(Zener)，本发明的eZener的伏安特性如图3所示，其突出性能如下：

a：eZener稳压值Vz可精确可调。

b：eZener稳压值Vz可设得很低，可小于1.25V。

c：eZener可容易制成大功率器件，正反向电流都可以很大，可达数安培。

d：在稳压值Vz临界附近，eZener电流曲线非常陡峭。

e：eZener正向电压降Vf1较Zener的Vf2小很多。

f：施加小于稳压值Vz的电压，eZener的漏电非常小。

g：eZener可以是由元器件组装在PCB板上，也可以制成一个模块电路，还可以把全部或大部分电路制成集成电路。

电池组中每个单格(单元)电池两端都并联一个eZener或以这种技术形成的充放电保护电路，突出性能如下：

1、平时对被保护的电池几乎无任何影响，充电时保证每一个单元电池充电时不会超过最大允许电压；

2、电池组中每个单元电池的充电电压被钳制在固定的安全值，电池充电过程中，如果某个电池充满电达到了钳位电压Vz，eZener将旁路充电电流，电池组中的其他电池仍然可以继续得到充电直至充满。这样即使长期反复充放电也不会使个别单元电池失衡失控，如图4所示。

3、eZener提供大电流续流通道，防止蓄电池反极现象，在电池深放电过程中，单元电池性能参差不齐也不会被反充而极性颠倒。即使个别单元电池失效，电池组还能正常工作，如图5所示。

4、充电电压钳位安全值可根据不同电池类型调整设置，并有温度补偿功能。在铅酸电池应用中，Vz值的温度补偿约能--4mV/℃，如图6所示。

5、单元电池的充电电压达到最大允许电压(电压钳位安全值)有光电隔离报警信号，可用于反馈调整控制充电器。光电隔离报警信号是复用的，充电状态下的报警信号是表示电池充满或浮充状态

6、单元电池的放电到允许的最低电压，也有光电隔离报警信号，可用于警告控制负载和用电电路。光电隔离报警信号是复用的，放电状态下的报警信号是表示电池电量放完或欠压状态。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种电池组充放电保护器，所述电池组由单元电池组成，其特征在于：该保护器是并联在单元电池上的基于齐纳二极管的保护电路，该电路包括电压取样及温度补偿模块，电压基准模块，比较与放大模块，驱动模块，功率电流调整管，大功率肖特基续流二极管，报警模块；电压取样模块把电池的端电压取样分压至比较器一端，且模块内设有温度补偿电路；电压基准模块提供基准电压至比较器的另一端，两路电压经比较放大后，由驱动模块器连接功率电流调整管；调整管集电极串联功率电阻用于分担部分调整管的功率消耗并提供作为状态报警器的取样电阻。

2.根据权利要求1所述的电池组充放电保护器，其特征在于：所述报警模块包括与电池单元并联的放电低压检测器，和电池单元的充电电压达到最大允许电压的状态检测器。

3.根据权利要求2所述的电池组充放电保护器，其特征在于：所述保护器还包括复用的光电隔离报警LED灯或光电耦合器。