CN104505905A - 一种独立充电串联放电的锂电池组 - Google Patents

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赵汉宾
孙楠
王玉
叶晓东
于海武
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Abstract

本发明公开了一种独立充电串联放电的锂电池组，包括充电电源模块和至少一个独立电池节点；所述充电电源模块与独立电池节点电性连接，为其提供稳定的充电电压；所述独立电池节点的充电正极端和充电负极端并联连接，放电正极端和放电负极端串联连接。本发明独立充电串联放电的锂电池组在充电时可确保每个电芯都能充满，且不易出现过充的问题；在放电时可根据电芯自身电压决定是否需要对外输出电流，从而确保每个电芯电量的充分利用；此外，本发明还可实现不同特性不同容量的充电电芯混用。本发明具有电芯利用率高、使用寿命长等优点。

Description

一种独立充电串联放电的锂电池组
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，特别涉及一种独立充电串联放电的锂电池组。
背景技术
锂电池应用范围较广，社会各行各业中对于锂电池组使用量较大。目前，锂电池组充电时主要采用串联充电方式，充电过程中普遍存在充电不均衡问题，只有部分电芯能充满，其余电芯则处于充不满状态，直接影响了电池组的实际容量；放电时，由于电芯的不一致性，会导致一部分电芯先放光电量，而其他电芯仍存有部分电量，但是电池管理***检测到某个电芯欠压时会直接关断放电开关，停止对外放电，电池组中那些仍存留的电量得不到充分的利用；而且，串联充电串联放电的电池组很难实现不同类型不同容量的电芯混用，这影响了电芯的利用率，造成不必要的资源浪费。因此，改变锂电池组的充放电工作方式，对于提高电芯的利用率，延长电池组的使用寿命具有积极的促进作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种独立充电串联放电的锂电池组，该锂电池组可实现电芯的独立充电，确保每个电芯都能充满，且不易出现过充的问题，在放电时采用串联放电工作方式，并且可根据电芯自身电压决定是否需要对外输出电流，确保每个电芯电量的充分利用。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种独立充电串联放电的锂电池组，包括充电电源模块和至少一个独立电池节点；所述充电电源模块与独立电池节点电性连接，为其提供稳定的充电电压；所述独立电池节点的充电正极端和充电负极端并联连接，放电正极端和放电负极端串联连接；
所述独立电池节点包括充电电芯、独立充电模块、放电控制模块、充电保护电路以及放电旁路电路；所述独立充电模块与充电电芯电性连接，用以对电芯进行充电，所述独立充电模块内设置有隔离电路，用以阻隔各独立电池节点之间的逆充；所述充电保护电路与独立充电模块连接，用以检测独立充电模块的工作状态；所述放电控制模块与充电保护电路电性连接，用以控制放电电流的通断；所述放电旁路电路与放电控制模块电性连接，用以电芯欠压时，放电电流分流用。
本发明锂电池组还包括电压测量模块、电流测量模块、总放电开关、微控制器，所述电压测量模块与所述独立电池节点连接，用于将独立电池节点的节点输出电压放大滤波后送至微控制器；所述电流测量模块用于测量独立电池节点的电流信号；所述微控制器与总放电开关连接，用于控制总放电开关的通断。
所述充电电源模块为普通开关电源或线性稳压电源。
所述充电保护电路和隔离电路可设于独立充电模块内部，或设于独立充电模块外部。
所述放电控制模块为控制集成电路(IC)或微处理器(MCU)，其内包含有升压模块、放电开关及欠压检测模块。
所述隔离电路可为二极管或金属-氧化层-半导体-场效晶体管(简称金氧半场效晶体管，MOSFET)等不同形式的同功能的电子组件。
与现有技术相比，本发明独立充电串联放电的锂电池组可将一个或多个相同或不相同特性的充电电芯进行充、放电作业，而各独立电池节点之间以并联方式充电，以串联方式放电，通过充电保护电路可以确保充电电源接入时放电回路是断开的，达到独立电池节点之间充电相互独立的目的；独立电池节点是否放电主要取决于自身的电压；电池欠压时，由放电控制模块将电池放电回路切断，外部放电流从放电旁路电路中流过，从而达到欠压保护的目的；本发明独立充电串联放电的锂电池组在充电时可确保每个电芯都能充满，且不易出现过充的问题；在放电时可根据电芯自身电压决定是否需要对外输出电流，从而确保每个电芯电量的充分利用；此外，本发明还可实现不同特性不同容量的充电电芯混用。
本发明具有电芯利用率高、使用寿命长等优点。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1是本发明独立充电串联放电电池组的第一实施例结构示意图；
图2是本发明独立充电串联放电电池组中独立电池节点的结构示意图；
图3是本发明独立充电串联放电电池组第二实施例结构示意图；
图中：
1、充电电芯       2、放电控制模块    3、放电旁路电路
4、独立充电模块   5、独立电池节点    6、充电电源模块
7、隔离电路       8、充电正极端      9、充电负极端
10、放电正极端    11、放电负极端     12、充电保护电路
13、电压测量模块  14、微控制器       15、PC机
16、总放电开关    17、电流测量模块
具体实施方式
实施例一：
如图1和图2所示，本实施例一种独立充电串联放电的锂电池组，可将多个相同或不相同特性充电电芯混合使用，该电池组包括充电电源模块6和若干个独立电池节点5；所述充电电源模块6与独立电池节点5电性连接，为其提供稳定的充电电压；所述独立电池节点5的充电正极端8和充电负极端9并联连接，放电正极端10和放电负极端11串联连接；所述独立电池节点5包括充电电芯1、独立充电模块4、放电控制模块2、充电保护电路12以及放电旁路电路3；所述独立充电模块4与充电电芯1电性连接，用以对电芯进行充电，所述独立充电模块4内设置有隔离电路7，用以阻隔各独立电池节点5之间的逆充；所述充电保护电路12与独立充电模块4连接，用以检测独立充电模块4的工作状态；所述放电控制模块2与充电保护电路12电性连接，用以控制放电电流的通断；所述放电旁路电路3与放电控制模块2电性连接，用以电芯欠压时，放电电流分流用；所述充电电源模块为线性稳压电源；所述充电保护电路和隔离电路均设置于独立充电模块内部；所述放电控制模块为控制集成电路，其内包含有升压模块、放电开关及欠压检测模块；所述隔离电路为金属-氧化层-半导体-场效晶体管(简称金氧半场效晶体管，MOSFET)。
独立充电模块4为充电电芯1独立充电，通过独立充电模块4内设置的隔离电路7，用以阻隔独立电池节点5之间电源的逆充，充电保护电路12与独立充电模块4电性连接，在充电时给放电控制模块2发出一触发信号，致使其断开放电回路；通过放电控制模块2控制充电电芯1对外放电电流的通断，同时可接收充电保护电路12的控制信号，独立充电模块4工作时即断开，充电电芯1欠压时，放电回路也断开。放电旁路电路3与充电电芯1电性连接，当充电电芯1发生欠压时，放电回路断开，充电电芯1从放电回路中切除，放电电流从放电旁路电路3流过，开关电源模块6与独立电池节点5电性连接，提供稳定的充电电压；独立充电模块4的输出正极端和负极端分别与充电电芯1的正极端和负极端相连接，以此达到独立充电的目的。
实施例二：
图3所示为本发明第二实施例结构示意图，本实施例一种独立充电串联放电的锂电池组，包括充电电源模块6和若干个独立电池节点5，还包括电压测量模块13、电流测量模块17、总放电开关16、微控制器14，所述电压测量模块13与所述独立电池节点5连接，用于将独立电池节点5的节点输出电压放大滤波后送至微控制器14；所述电流测量模块17用于测量独立电池节点5的电流信号；所述微控制器14与总放电开关16连接，用于控制总放电开关16的通断；余同实施例一。
各独立电池节点5的节点输出电压经电压测量模块13放大滤波后送至微控制器14，微控制器内部的ADC模块将各独立节点5的输出电压转化为各充电电芯1的电芯电压，结合从电流测量模块17获得电流信号，从而计算出电池组的剩余电量。微控制器14将电芯电压、电流和电量等信号整合，得出整个电池组的运行状态，进而控制放电开关16的通断；此外，电池组运行状态信息可经RS232接口送到PC机15，以便通过上位机软件查看电池组状态。
综上所述，本发明独立充电串联放电的锂电池组将一个或多个相同特性或不相同特性的独立电池节点5以并联方式相互连结设置，每个模块都设有独立充电模块4，用以为可充电池1进行独立充电，其中隔离电路7可以防止独立电池节点间的逆充；以及透过各独立电池节点1所设之放电控制模块2可自行管理其放电控制机制，达到可将一个或多个以上相同特性或不相同特性的独立电池节点5同时进行充、放电作业。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种独立充电串联放电的锂电池组，其特征在于：包括充电电源模块和至少一个独立电池节点；所述充电电源模块与独立电池节点电性连接，为其提供稳定的充电电压；所述独立电池节点的充电正极端和充电负极端并联连接，放电正极端和放电负极端串联连接；
所述独立电池节点包括充电电芯、独立充电模块、放电控制模块、充电保护电路以及放电旁路电路；所述独立充电模块与充电电芯电性连接，用以对电芯进行充电，所述独立充电模块内设置有隔离电路，用以阻隔各独立电池节点之间的逆充；所述充电保护电路与独立充电模块连接，用以检测独立充电模块的工作状态；所述放电控制模块与充电保护电路电性连接，用以控制放电电流的通断；所述放电旁路电路与放电控制模块电性连接，用以电芯欠压时，放电电流分流用。
2.根据权利要求1所述的独立充电串联放电的锂电池组，其特征在于：所述充电保护电路和隔离电路均设置于独立充电模块内部。
3.根据权利要求1所述的独立充电串联放电的锂电池组，其特征在于：所述充电保护电路和隔离电路均设置于独立充电模块外部。
4.根据权利要求1所述的独立充电串联放电的锂电池组，其特征在于：还包括电压测量模块、电流测量模块、总放电开关、微控制器，所述电压测量模块与所述独立电池节点连接，用于将独立电池节点的节点输出电压放大滤波后送至微控制器；所述电流测量模块用于测量独立电池节点的电流信号；所述微控制器与总放电开关连接，用于控制总放电开关的通断。
5.根据权利要求1所述的独立充电串联放电的锂电池组，其特征在于：所述充电电源模块为普通开关电源或线性稳压电源。
6.根据权利要求1所述的独立充电串联放电的锂电池组，其特征在于：所述放电控制模块为控制集成电路或微处理器。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的独立充电串联放电的锂电池组，其特征在于：所述隔离电路为二极管或金氧半场效晶体管。
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