CN201000907Y - 一种具有电池单元电压平衡装置的二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型要解决的技术问题是提供能够使电池组中每节电池单元之间的电压保持一致的装置。本实用新型提供了一种具有电池单元电压平衡装置的二次电池，包括：电池外壳(1)、设置在电池外壳(1)内由多节相互串接的电池单元(21)所组成的电池组(2)以及与该电池组(2)连接的充电回路、放电回路和安全保护装置(3)，其特征在于：所述安全保护装置(3)包括连接于所述电池单元(21)、用于调节该电池单元(21)电压并使各电池单元的电压相接近的电池单元电压平衡装置(4)。和现有技术相比，本实用新型的优点是，实现了二次电池组中每节电池单元之间的电压保持一致，并且电路相对简单，成本更低，可靠性更高。

Description

一种具有电池单元电压平衡装置的二次电池

技术领域

本实用新型涉及一种二次电池，尤其涉及一种具有电池单元电压平衡装置的二次电池。

背景技术

为了解决动力电池使用铅酸电池造成的环境污染问题，不少厂家已采用锂离子动力电池，锂离子动力电池均由多节电池单元串接而成，由于各电池单元性质存在差别，多次充放电循环后，各节电池单元的电压差别会逐渐加大，这种差别轻则缩短电池组的使用寿命，重则产生***危险。

锂离子动力电池的保护方案一般采用单片机或单节电芯保护芯片来检测电池的电压、电流和温度，进行电池的安全保护。但这些安全保护的方式存在一些缺陷，线路复杂且可靠性低，静态电流大使动力电池不宜长期放置，一次保护功能失效后易产生危险。目前使用单片机方案来保护动力电池还很不成熟，仍然需要复杂的***线路。

如中国专利申请CN200420065712.3名称为“可充电电池监控及平衡电路”公开一种能够使得串联的每节电池单元之间电压平衡的电路。准确监控来自电池组的多个电池中每个电池电压的监控电路包括一个模拟/数字转换器(ADC)和一个处理器。ADC接收来自多个电池中每个电池的模拟电压信号并将每个模拟电压信号转换成准确代表每个电池电压的数字电压信号。处理器接收该数字信号并且根据其中至少一个信号提供一安全警报信号。ADC的分辨率是可调的。若至少其中两个数字信号表明两个电池的电压差大于电池平衡门限，平衡电路则提供一个平衡信号。并且本实用新型提供了包括该监控电路和平衡电路的电子设备。但是，该电路使用单片机，***电路比较复杂，电路成本较高，可靠性较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够使二次电池组中每节电池单元之间的电压保持一致的装置，该装置应该成本低廉，可靠性高。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供了：

一种具有电池单元电压平衡装置的二次电池，包括：电池外壳、设置在电池外壳内由多节相互串接的电池单元所组成的电池组以及与该电池组连接的充电回路、放电回路和安全保护装置，所述安全保护装置包括连接于所述电池单元、用于调节该电池单元电压并使各电池单元的电压相接近的电池单元电压平衡装置。

所述电池组的每一个电池单元都各连接一个电池单元电压平衡装置；所述电池单元电压平衡装置包括：一个可控开关、一个电阻和比较器；所述可控开关和所述电池单元以及一个电阻串接组成回路，所述比较器的输出端连接所述可控开关的控制端。

所述可控开关为常开状态，在所述可控开关控制端送入高电平的时候，所述可控开关闭合。

所述可控开关采用MOS管，所述可控开关控制端为所述MOS管的G极，所述MOS管的S极和D极和所述电阻以及所述电池单元的正负极依次串联连接成回路。

所述比较器的正相比较端和所述电池单元的正极相连；所述比较器的负向比较端和所述电池组的所有电池单元的平均电压值相连接。

所述电池组由N节电池单元串联连接起来，则把所述电池组和N个阻值相同且大于100M欧姆的电阻串联连接为单独回路，即可以在单个的所述电阻上取得所述电池组的所有电池单元的平均电压值。

所述比较器采用型号为LM324的集成电路芯片。

通过以上技术手段，本实用新型可以在所述电池组中某节电池单元的电压过高的时候，给该电池单元放电，使得该电池单元的电压降低，在该电池的电压下降到所述电池组的电池单元的平均电压值的时候，则停止放电。这样就可以实现所述电池组的电池单元的电压基本相同。同时，电池单元电压平衡装置还可以采用以下方案：

所述电池组的每一个电池单元都各连接一个电池单元电压平衡装置；所述电池单元电压平衡装置包括：可控开关、电阻和用于电芯监控的集成电路，所述可控开关和所述电池单元以及一个电阻串接组成回路，所述集成电路(49)的输出端连接所述可控开关的控制端；所述集成电路采用S8241。

所述充电回路包括以下部分串联构成：充电端口、可控保险丝、电池组、温度保险丝以及充电开关；

所述放电回路包括以下部分串联构成：放电输出端口、开关锁、电流保险丝、电池组、温度保险丝、电阻以及放电开关；

所述电池组充电回路中串联充电开关，所述电池组放电回路中串联放电开关；所述充电开关采用MOS管IRF5305；

所述放电开关采用MOS管IRF3205；

为了保障所述电池组安全使用，所述安全保护装置还包括：

温度保护装置，包括：温度监测装置，和放在所述电池组的间隙中的负温度系数电阻和温度开关相连接，并控制所述充电开关以及放电开关；以及温度保险丝，串联在所述放电回路中；

采用多节电芯保护芯片的电压电流监控装置，所述多节电芯保护芯片的输入端连接所述电池组中每节电池单元的正负极以及串联接入所述放电回路的电阻的两端，所述多节电芯保护芯片的输出端控制放电开关，输出端控制充电开关；

采用多节电芯保护芯片的二次电压保护装置，所述多节电芯保护芯片的输入端连接电池组中每节电池单元，所述多节电芯保护芯片输出端控制可控保险丝，所述多节电芯保护芯片20采用S8244。

和现有技术相比，本实用新型实现了二次电池组中每节电池单元之间的电压保持一致，并且电路相对简单，成本更低，可靠性更高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电路结构示意图；

图3为本实用新型的电池单元电压平衡装置的工作电路示意图；

图4为本实用新型的温度保护装置的工作电路示意图；

图5为本实用新型的电压电流监控装置的工作电路示意图；

图6为本实用新型的二次电压保护装置的工作电路示意图；

图7为本实用新型的温度监控装置的电路示意图；

图8为本实用新型的电池单元电压平衡装置的工作电路示意图。

具体实施方式

如图1所示一种二次电池，包括：电池外壳1、电池组2以及通过连接线路8和所述电池组2连接的安全保护装置3。所述电池组2由多节电池单元21串联连接组成。通过所述安全保护装置3，可以保障所述电池组2在充放电过程中电流、电压以及温度控制在一定范围以内，并且可以保证所述电池组2中的电池单元之间的电压处在相同的水平以上。

该二次电池还包括：剩余电量指示电路17、放电输出端口18、充电输入端口19以及开关锁16。通过所述剩余电量知识电路17可以指示出所述电池组的电量。所述开关锁16串联在所述电池组2的放电回路中，通过所述开关锁16可以断开或者接通所述充放电回路。

如图2所示二次电池电路。电池组2有两个回路：通过放电端口18的放电回路和通过充电端口19的充电回路。充电回路包括以下部分串联构成：充电端口19、可控保险丝14、电池组2、温度保险丝78、第一充电开关91和第二充电开关92。放电回路包括以下部分串联构成：放电输出端口18、开关锁16、电流保险丝15、电池组2、温度保险丝78、电阻13以及放电开关10。

当所述放电回路的放电电流过大，超过所述电流保险丝15的熔断值时，所述电流保险丝15熔断，所述放电回路断路。

所述第一充电开关91和第二充电开关92以及放电开关10为可控开关，其状态为常闭，在控制端送入信号的时候，则开关断开。

所述可控保险丝14状态为常闭，当其控制端收到熔断信号后立即熔断，此熔断不可恢复。

通过连接线路和所述电池组2连接的安全保护装置3包括电池单元电压平衡装置4、电压电流监控装置5、二次电压保护装置6以及温度保护装置。

所述电池单元电压平衡装置4通过线路和所述电池组2以及其中每节电池单元项连接。

所述温度保护装置包括温度监控装置7和温度保险丝78，温度监测装置7的输出端分别连接所述第一充电开关91和第二充电开关92的控制端和放电开关10的控制端。

所述电压电流监控装置5的输入端和电池组2的电芯以及所述电池组2的放电回路中串联的电阻13相连接，输出端通过导线连接第二充电开关92的控制端和放电开关10的控制端。通过监测所述电阻13上的电压，该电压线性正比于放电回路的电流。所述电压电流监控装置5可以得到所述放电回路的放电电流。所述电压电流监控装置5可以送出控制信号到所述第二充电开关92的控制端或者放电开关10的控制端，切断所述充电回路或者放电回路。

二次电压保护装置6的输入端和所述电池组2两极相连，监测所述电池组2的电压，输出端通过导向和所述可控保险丝14的控制端相连。

如图3所示，是本实用新型电池单元平衡电路的一种实现方式。所述电池组2由若干个电池单元21串联连接而成。所述电池单元21和所述电池单元电压平衡装置4并联连接。所述电池单元21和电阻44以及可控开关43串联连接为回路，所述可控开关43的控制端和比较器42的输出端连接。所述比较器42的正相比较端和所述电池单元21的正极相连，为所述电池单元21的电压；所述比较器的负向比较端和所述电池组2的所有电池单元的平均电压值相连接。

所述可控开关43在其控制端为低电平的时候为开路。在所述电池单元21的电压高于电池组2的所有电池单元的平均电压的时候，所述比较器42的输出端给可控开关43的控制送出高电平，所述可控开关43接通，则所述电池单元21通过所述电阻44进行放电，直到电池单元21电压等于所述电池组2的所有电池单元的平均电压值为止。

所述可控开关43可以采用MOS管，所述可控开关43控制端为该MOS管的G极。所述比较器42可以采用运算放大器集成电路LM324。

所述电池组2的所有电池单元的平均电压值可以通过以下方式得到。所述电池组2由N节电池单元21串联连接起来，则可以在所述电池组2和N个阻值相同且大于100M欧姆的电阻串联连接为单独回路，则可以在单个的该电阻上取得所述电池组2的所有电池单元的平均电压值。

如图8所示，是本实用新型电池单元平衡电路的又一种实现方式。和图3所示的方式比较，该方式采用的用于电芯监控的集成电路49，该集成电路49采用S8241。当所述电池单元的电压高于一个固定电压值，即先预设的平均电压值的时候，该集成电路49输出电压到所述可控开关43，使得所述可控开关43导通，该电池单元21通过所述电阻44进行放电。

所述平均电压值可以取4.2伏。

如图4所示，一种温度保护装置连接在电池组2充电回路和放电回路中，包括温度监测装置7和温度保险丝78。

所述温度监测装置7和放在所述电池组2的间隙中的负温度系数电阻72和温度开关71相连接，并控制所述第一充电开关91和第二充电开关92以及放电开关10。

所述负温度系数电阻72阻值变化的信号通过导线输入所述温度监测装置7中的运算放大器，该运算放大器的输出端通过导线接所述第一充电开关91和第二充电开关92控制端。所述运算放大器采用LM358。

所述第一充电开关91和第二充电开关92采用MOS管IR48，所述放电开关10采用MOS管IRF5305。

当所述负温度系数电阻72的温度低于0摄氏度或者高于50摄氏度的时候，所述运算放大器送出电平信号切断所述第一充电开关91，停止所述电池组2的充电。

所述温度开关71为温度记忆合金开关，所述温度开关71的动作信号送入所述温度监测装置7。在所述电池组2的温度超过一定值A的时候，所述温度开关71的动作，该动作信号通过所述温度监测装置7控制所述充电开关92以及放电开关10。当所述电池组2中的温度恢复到一定范围后，所述充电开关92和放电开关10恢复闭合。所述A值大于50摄氏度。

当所述电池组2的温度上升达到某一温度值B的时候，则所述温度保险丝78熔断，切断所述电池组2的充电回路和放电回路。所述B值高于所述A值。

所述温度保险丝78的熔断是不可恢复的。

如图7所示，负温度系数电阻72的电压将随温度的变化而变化，用如图的桥式电路可以检出所述负温度系数电阻72的电压变化就可以检出温度的变化量。负温度系数电阻72的电压接运算放大器76的负向输入端和运算放大器77的正向输入端。电阻74的电压输入运算放大器76的正向输入端，电阻75的电压输入运算放大器77的负向输入端，分别和温度系数电阻72的电压进行比较。运算放大器76输出端和运算放大器77的输出端通过电压转换79控制第一充电开关91的闭合和断开。

所述电压转换79可以依据输入的电压的不同，输出高或者低电平，在本实施例中，高电平断开充电开关(91)，低电平使充电开关(91)闭合。

所述负温度系数电阻72在0到50摄氏度范围内时，所述负温度系数电阻72上电压高于所述电阻75上所分电压，也低于所述电阻74上所分电压。此时，所述运算放大器76和运算放大器77输出通过该电平信号通过所述电压转换79传送到所述充电开关91的控制端，充电回路连通。

当所述负温度系数电阻72的温度低于某一定值，所述负温度系数电阻72上的电压高于所述电阻74上电压，所述运算放大器76输出低电平信号，则所述电压转换79输出高电平，切断所述充电开关91，充电回路开路。当所述温度系数电阻72的温度超过某一定值，所述负温度系数电阻72上的电压低于所述电阻75上电压，所述运算放大器77输出低电平信号，该电平信号通过所述电压转换79切断所述充电开关91，充电回路开路。

如图5所示，所述电压电流监控装置5采用多节电芯保护芯片12。

所述电池组2中每节电池单元的正负极都通过导线分别连接到所述多节电芯保护芯片12的输入端，电池组2放电回路串联接入电阻13，所述电阻13两端通过导线连接到多节电芯保护芯片12的输入端，用以检测电池组2放电回路电流。

多节电芯保护芯片12的输出端122控制放电开关10，所述多节电芯保护芯片12的输出端121控制第二充电开关92。

当所述多节电芯保护芯片12检测到所述电池组2中任何一节电池单元电压超过一定范围，则该芯片输出端121送出电平信号，切断所述第二充电开关92，从而切断充电回路。

电阻13串联在所述电池组2放电回路，用以检测该放电回路的电流。当所述多节电芯保护芯片12检测到所述电阻13两端的电压过高，则该芯片输出端122输出电平信号，切断所述放电开关，从而切断放电回路。

所述多节电芯保护芯片12采用S8254。

如图6所示，所述二次电压保护装置6采用多节电芯保护芯片20。所述充电端口19和可控保险丝14串联连电池组2，多节电芯保护芯片20的输入端通过导线连接电池组2中每节电池单元，用于检测每节电池单元的电压。所述多节电芯保护芯片20采用S8244。

当所述多节电芯保护芯片20检测到所述电池组2中任何一节电池单元的电压超过一定数值，即电压电流监控装置5失效，电池单元的电压过高的时候，所述多节电芯保护芯片20输出端通过导线给可控保险丝14送出熔断信号，则可控保险丝14熔断。电流保险丝14熔断不可恢复。

Claims (10)

1、一种具有电池单元电压平衡装置的二次电池，包括：电池外壳(1)、设置在电池外壳(1)内由多节相互串接的电池单元(21)所组成的电池组(2)以及与该电池组(2)连接的充电回路、放电回路和安全保护装置(3)，其特征在于：所述安全保护装置(3)包括连接于所述电池单元(21)、用于调节该电池单元(21)电压并使各电池单元的电压相接近的电池单元电压平衡装置(4)。

2、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述电池组(2)的每一个电池单元(21)都各连接一个电池单元电压平衡装置(4)；所述电池单元电压平衡装置(4)包括：一个可控开关(43)、一个电阻(44)和比较器(42)；所述可控开关(43)和所述电池单元(21)以及一个电阻(44)串接组成回路，所述比较器(42)的输出端连接所述可控开关(43)的控制端。

3、根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，所述可控开关(43)为常开状态，在所述可控开关(43)控制端送入高电平的时候，所述可控开关(43)闭合。

4、根据权利要求2或者3所述的二次电池，其特征在于，所述可控开关(43)采用MOS管，所述可控开关(43)控制端为所述MOS管的G极，所述MOS管的S极和D极和所述电阻(44)以及所述电池单元(21)的正负极依次串联连接成回路。

5、根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，所述比较器(42)的正相比较端和所述电池单元(21)的正极相连；所述比较器(42)的负向比较端和所述电池组(2)的所有电池单元的平均电压值相连接。

6、根据权利要求5所述的二次电池，其特征在于，所述电池组(2)由N节电池单元(21)串联连接起来，则把所述电池组(2)和N个阻值相同且大于100M欧姆的电阻串联连接为单独回路，即可以在单个的所述电阻上取得所述电池组(2)的所有电池单元的平均电压值。

7、根据权利要求2或者5所述的二次电池，其特征在于，所述比较器(42)采用型号为LM324的集成电路芯片。

8、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述电池组(2)的每一个电池单元(21)都各连接一个电池单元电压平衡装置(4)；所述电池单元电压平衡装置(4)包括：可控开关(43)、电阻(44)和用于电芯监控的集成电路(49)，所述可控开关(43)和所述电池单元(21)以及一个电阻(44)串接组成回路，所述集成电路(49)的输出端连接所述可控开关(43)的控制端；所述集成电路(49)采用S8241。

9、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述充电回路包括以下部分串联构成：充电端口(19)、可控保险丝(14)、电池组(2)、温度保险丝(78)以及第一充电开关(91)和第二充电开关(92)；

所述放电回路包括以下部分串联构成：放电输出端口(18)、开关锁(16)、电流保险丝(15)、电池组(2)、温度保险丝(78)、电阻(13)以及放电开关(10)；

所述电池组(2)充电回路中串联第一充电开关(91)和第二充电开关(92)，所述电池组(2)放电回路中串联放电开关(10)；

所述第一充电开关(91)和第二充电开关(92)为可控开关，采用MOS管IRF5305；

所述放电开关(10)为可控开关，采用MOS管IRF3205。

10、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于所述安全保护装置(3)还包括：

温度保护装置，包括：温度监测装置(7)，和放在所述电池组(2)的间隙中的负温度系数电阻(72)和温度开关(71)相连接，并控制所述第一充电开关(91)和第二充电开关(92)以及放电开关(10)；以及温度保险丝(78)，串联在所述放电回路中；

采用多节电芯保护芯片(12)的电压电流监控装置(5)，所述多节电芯保护芯片(12)的输入端连接所述电池组(2)中每节电池单元的正负极以及串联接入所述放电回路的电阻(13)的两端，所述多节电芯保护芯片(12)的输出端(122)控制放电开关(10)，输出端(121)控制第二充电开关(92)；

采用多节电芯保护芯片(20)的二次电压保护装置(6)，所述多节电芯保护芯片(20)的输入端连接电池组(2)中每节电池单元，所述多节电芯保护芯片(20)输出端控制可控保险丝(14)，所述多节电芯保护芯片(20)采用S8244。

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