CN201860140U - 一种充电电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种充电电池，包括至少两个串联连接的电池模块以及与充电电池的主充电回路连接的充电控制模块，每个电池模块包括电池本体、与该电池本体连接的电池保护***、以及与该电池本体和充电控制模块连接的电池钳压均衡***；电池钳压均衡***，用于对该电池本体的充电电压进行限压处理，以使该电池本体的充电电压与充电电池中其它各电池模块的电池本体的充电电压相等，且充电电压小于电池保护***的过充电压；充电控制模块，用于根据每个电池模块的电池钳压均衡***的限压处理结果，控制主充电回路断开。本实用新型的充电电池能够充分利用充电电池中各个电池模块的充电容量，避免充电电池的容量和使用寿命受损。

Description

一种充电电池

技术领域

本发明涉及电池技术，尤其涉及一种充电电池。 

背景技术

为了满足高电压和大容量的应用需求，现有的充电电池一般采用将多节电池串联的形式实现。 

由于电池自放电等特性上的差异，会造成相同容量的充电电池，在使用中放电结束时其剩余容量是显著不同的，这种容量的不同，即容量不均衡会随着使用次数的增加而加大，这种不均衡，对于串联节数很多的充电电池尤其明显，危害也是极大的。现有技术中，充电电池中的每节电池都设置有电池保护***，该电池保护***与该节电池的电池本体连接，该电池保护***的输出连接到充电电池的主充放电回路，从而能够在电池出现过充电、过放电及过电流等情况时，切断充电电池的主充放电回路以保护充电电池。具体来说，在充电时，串联的各节电池中上次放电后剩余容量较大的电池先充满，达到最大充电电压，即充电电池的过充电压，此时为保护整个充电电池，电池保护***中的过充保护模块将切断整个充电电池的充电回路，而此时上次放电后剩余容量较少的电池还没有充满就中断充电了，从而在使用时，即放电时，该没充满的电池放电更少。这样多次充放电后，充电电池中的每次放电后容量最小的电池很快就失效了，从而最终导致整个充电电池失效。 

因此，现有的充电电池在充放电过程中，各节串联电池的容量没有得到充分的利用，从而影响了整个充电电池的性能，缩短了充电电池的使用寿命。 

发明内容

本发明提供一种充电电池，使串联的各电池模块达到均衡一致的充电电压，以充分利用充电电池中各个电池模块的充电容量，避免充电电池的容量和使用寿命受损。 

本发明提供一种充电电池，包括至少两个串联连接的电池模块以及与所述充电电池的主充电回路连接的充电控制模块，每个电池模块包括电池本体、与该电池本体连接的电池保护***、以及与该电池本体和所述充电控制模块连接的电池钳压均衡***；所述电池钳压均衡***，用于对该电池本体的充电电压进行限压处理，以使该电池本体的充电电压与所述充电电池中其它各电池模块的电池本体的充电电压相等，且所述充电电压小于所述电池保护***的过充电压；所述充电控制模块，用于根据每个电池模块的电池钳压均衡***的限压处理结果，控制所述主充电回路断开。 

本发明充电电池通过电池钳压均衡***可以使串联的各电池模块达到均衡一致的充电 电压，保证充电电池中各个电池模块尽量充满，从而能够充分利用充电电池中各个电池模块的容量，避免充电电池的容量和使用寿命受损；通过充电控制模块可以保证充电电池充满时及时切断主充电回路停止充电，从而能够保护充电电池。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1A为本发明充电电池实施例一的结构示意图； 

图1B为本发明充电电池实施例一中电池模块的结构示意图； 

图2为本发明充电电池实施例二中电池钳压均衡***的电路结构图； 

图3为本发明充电电池实施例三中电池模块的结构示意图； 

图4为本发明充电电池实施例四中电池维护***的电路结构图； 

图5为本发明充电电池实施例五中电池模块的结构示意图； 

图6为图5中过温保护模块的结构示意图； 

图7为本发明充电电池实施例六中电池模块的结构示意图； 

图8为图7中防鼓包保护模块的结构示意图。 

附图标记说明： 

1：电池模块；         2：充电控制模块； 

10：电池本体；        20：电池保护***； 

30：电池钳压均衡***；40：电池维护***； 

50：过温保护模块；    60：防鼓包保护模块； 

301：第一电压比较器； 302：分流电阻； 

303：控制开关；       304：第一参考电源； 

305：信号检测器；     401：电池维护控制模块； 

402：变压器；         403：二极管； 

501：温度传感器；     502：迟滞比较器； 

503：第一开关；       504：温度阈值设置单元； 

601：压力传感器；     602：第二电压比较器； 

603：第二开关；       604：第二参考电源。 

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1A为本发明充电电池实施例一的结构示意图；图1B本发明充电电池实施例一中电池模块的结构示意图。如图1A和图1B所示，本发明充电电池，包括至少两个串联连接的电池模块1以及与该充电电池的主充电回路(图中未示出)连接的充电控制模块2，每个电池模块1包括电池本体10、与该电池本体10连接的电池保护***20、以及与该电池本体10和充电控制模块2连接的电池钳压均衡***30；电池钳压均衡***30，用于对该电池本体的充电电压进行限压处理，以使该电池本体的充电电压与该充电电池中其它各电池模块的电池本体的充电电压相等，且该充电电压小于电池保护***20的过充电压；充电控制模块2，用于根据每个电池模块1的电池钳压均衡***30的限压处理结果，控制主充电回路断开。 

具体来说，现有技术中，充电电池的电池模块中电池保护***可以包括过放保护模块、过充保护模块和过流保护模块，该电池保护***的输出连接到充电电池的主充放电回路，用于在充电电池出现过充、过放或过流时及时切断主充放电回路中的主充电回路或主放电回路，从而能够在电池充放电过程及使用中对充电电池起到安全保护作用。 

本实施例中的电池模块包括上述的电池保护***，同时还包括电池钳压均衡***30，电池钳压均衡***30通过控制为电池本体10进行充电的电压，使得充电电池中各个电池模块1达到同一预先设定的充电电压，实际使用中，该充电电压略小于充电电池的过充电压，从而可以保证充电电池尽量充满。在充电时，可以限制上次放电后剩余容量较大的电池本体两端的电压升得过高，而且由于该充电电压小于电池保护***20的过充电压，电池保护***20不会在电池本体10没充满时就切断主充电回路，因此上次放电后剩余容量较小的电池本体可以继续充电，直到两端的电压达到该预先设定的同一充电电压才会停止继续充电，当充电电池中各电池模块都达到该同一充电电压时，各电池模块都能够尽量充满，从而在每次放电时，充电电池能够输出尽量大的电量，从而保证充电电池的使用寿命不受损失。本实施例中充电控制模块2，可以根据上述每个电池模块1的电池钳压均衡***30的限压处理结果，即充电电池中各电池模块是否都达到同一预设的充电电压，若都达到则控制主充电回路断开，停止继续充电，保证充电电池的安全，否则不切断主充电回路，则充电电池仍可以继续充电。 

本实施例通过电池钳压均衡***可以使串联的各电池模块达到均衡一致的充电电压，保证充电电池中各个电池模块尽量充满，从而能够充分利用充电电池中各个电池模块的容量，避免充电电池的容量和使用寿命受损，同时通过充电控制模块使得充电电池充满时能够及时切断主充电回路停止充电，从而能够保护充电电池。 

图2为本发明充电电池实施例二中电池钳压均衡***的电路结构图，如图2所示，本实施例中的电池钳压均衡***包括第一电压比较器301、分流电阻302、控制开关303和信号检测器305，第一电压比较器301的比较输入端分别与电池本体10的电压输出端以及第一参考电源304的电压输出端连接，第一电压比较器301的输出端与控制开关303连接，控制开关303在闭合状态下使分流电阻302与电池本体10形成闭合回路；信号检测器305与该闭合回路中分流电阻302所在的支路连接；信号检测器305，用于检测分流电阻302所在的支路上的电特性参数均值是否超过预设阈值，并在超过时向充电控制模块2发送第一信号；充电控制模块2具体用于在接收到各个电池模块发送的第一信号后，控制主充电回路断开。 

具体应用中，电池本体10的电压输出端可以连接第一电压比较器301的同相端，第一参考电源304的电压输出端连接第一电压比较器301的反相端，第一电压比较器301的输出端连接控制开关303的控制端，控制分流电阻302的分流通路。具体来说，当电池本体10的电压超过第一参考电源304的预设的电压值Ucv时，电压值Ucv可以选取接近于充电电池的过充电压，但小于过充电压。第一电压比较器301输出高电平，使得控制开关303闭合分流通路，即分流电阻302与电池本体10形成闭合回路，当与外部充电的恒流源(图中未示出)连接时，分流电阻302就可对电池本体10进行分流，分掉充电恒流源的一部分电流，此时信号检测器305中就会有输出信号，由于电池本体10的内阻的影响，分流后电池本体的电压会降低，从而形成一个负反馈过程。负反馈的结果是；在分流电阻302足够小的情况下，电池本体10的电压将会稳定在Ucv。若充电电池中各电池钳压均衡***选择相同的Ucv，则可以保证在充电完成时，各电池本体的充电电压保持均衡一致。本实施例中由于对每个电池模块采用形成负反馈的分流电路，使得容量小的电池模块也可以在较大的电流下充电，所以本实施例还可以提高充电电池的充电电流，提高充电效率。本实施例中设置在分流电阻302所在的分流通路中信号检测器305可以为电流传感器、电压传感器或温度传感器(可设置在分流电阻上)等检测元件，其检测分流电阻所在的分流支路中的电特性信号。当所有的电池钳压均衡***30中均检测出信号，且该信号均值均超过预设阈值时，各信号检测器305均向充电控制模块2发送第一信号，说明所有电池本体两端的电压均达到Ucv，此时所有电池本体10都充满了，充电控制模块2根据接收到的各个电池模块 1发送的第一信号切断充电电池的主充电回路，停止继续对充电电池充电，保护充电电池。具体实施中，充电控制模块2中可以设置一逻辑“与”门，电池模块中的电池钳压均衡***30输出第一信号时，逻辑“与”门输入高电平信号，当充电电池中每个电池模块的电池钳压均衡***均输出第一信号，则逻辑“与”门可以输出切断充电电池的主充电回路的高电平信号。 

本实施例在达到实施例一的技术效果的基础上，进一步通过采用第一电压比较器控制分流回路，形成负反馈，使得各电池本体的充电电压保持均衡，采用上述电路结构的电池钳压均衡***可以提高充电电路的电流，提高充电效率，充电电池的最大充电均衡能力可以达到5A以上。 

图3为本发明充电电池实施例三中各电池模块的结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，本实施例三中的电池模块还进一步包括电池维护***40，用于为该电池模块1中的电池本体10单独充电，电池维护***40与该电池模块1中的电池本体10连接。 

本实施例在达到上述实施例的技术效果的基础上，进一步通过设置电池维护***还可以对受损的电池模块进行性能维护。 

图4为本发明充电电池实施例四中电池维护***的电路结构图，如图4所示，本实施例中的电池维护***40包括电池维护控制模块401和子充电回路，电池维护控制模块401与电池本体10连接，子充电回路包括变压器402和二极管403，电池维护控制模块401的两个输出端与变压器402的两个输入端+P和-P连接，变压器402的两个输出端通过二极管403与电池本体10连接。变压器402的输出端分别连接到各子充电回路。对每个电池本体10给出一个单独充电的回路，并将所有电池本体10的电压从根部引出，反馈到电池维护控制模块401中，若其中一个电池本体10的损耗严重，电压达不到整个充电电池的平均电压，则该电池本体10可以通过将该低压信号反馈给电池维护控制模块401，电池维护控制模块401输出电压通过变压器耦合到子充电回路，通过子充电回路对该电池本体10进行充电。由于每个子充电回路中都串有单向导通的二极管403，所以仅有受损的电池本体10所在的子充电回路可以导通，而完好的电池本体10所在的子充电回路不会导通。从而这样就可以对某一节或多节受损电池进行单独的维护和修复。 

本实施例通过设置的电池维护***可以分别单独对充电电池中单个或多个受损电池进行单独维护和修复，从而保证了充电电池的整体使用寿命。 

图5为本发明充电电池实施例五中各个电池模块的结构示意图；图6为图5中过温保护模块的结构示意图。如图5和图6所示，在上述任一实施例的基础上，电池模块1还可以包括与该电池模块1中的电池本体10连接的过温保护模块50，用于根据该电池模块1中 的电池本体10的温度，控制充电电池的主充放电回路的开启或关闭。由于充电电池在使用中不断地发热可能引起自燃或***，通过对充电电池中的各个电池本体进行温度监测控制，可以保证整个充电电池的安全。具体来说，过温保护模块50包括温度传感器501、迟滞比较器502和第一开关503和温度阈值设置单元504。第一开关503用于开启或关闭充电电池的主充放电回路，温度传感器501直接设置在各电池本体10上，通过温度传感器501可以直接检测各个电池本体10的温度，可以根据检测的温度输出相应的电压，温度传感器501的检测输出电压输入到迟滞比较器502的同相端，温度阈值设置单元504设置温度阈值，并将该温度阈值信号输入到迟滞比较器502的反相端，迟滞比较器502的输出端与第一开关503的控制端连接。其中温度阈值包括第一温度阈值和第二温度阈值，第一温度阈值大于第二温度阈值，第一温度阈值和第二温度阈值分别对应迟滞比较器502的两个门限电压。当电池本体10温度超过第一温度阈值时，迟滞比较器502输出通过第一开关503断开主充放电回路，停止充电电池充放电，以避免电池本体过热出现安全问题；当电池温度低于第二温度阈值时，迟滞比较器502输出通过第一开关503闭合主充放电回路，可以重启充电电池充放电，本实施例中的过温保护模块的过温保护作用尤其适用于18650电芯电池中。 

本实施例在上述实施例的技术效果的基础上，进一步通过设置过温保护模块克服充电电池容易发热引起的燃烧甚至***的问题，保证充电电池的安全使用。 

图7为本发明充电电池实施例六中各个电池模块的结构示意图；图8为图7中防鼓包保护模块的结构示意图。如图7和图8所示，在上述任一实施例的基础上，本实施例的电池模块1还可以包括与该电池模块1的电池本体10连接的防鼓包保护模块60，防鼓包保护模块60用于根据该电池本体10的形变程度，控制充电电池的主充放电回路的开启或关闭。由于充电电池经过若干次循环充放电后，内部化学材料反应产生的气体会造成鼓包现象，在鼓包不是很明显时，还可以继续充放电，当鼓包比较明显，继续充放电可能引起充电电池***的安全问题，所以应对鼓包形变程度进行监测控制。具体来说，防鼓包保护模块60可以包括压力传感器601、第二电压比较器602、第二开关603和第二参考电源604，第二开关603用于开启或关闭充电电池的主充放电回路。压力传感器601的输出连接第二电压比较器602的同相端，第二参考电源604的电压输出端连接第二电压比较器602的反相端，第二电压比较器602的输出端连接到第二开关603的控制端。其中压力传感器601可以采用压力应变片，可以直接设置在电池本体10上，当压力应变片的输出电压低于第二参考电源的预设的电压值Uref时，即电池本体10没有鼓包或鼓包不严重，第二开关603控制主充放电回路闭合，可以继续充放电；当压力应变片的输出电压超过Uref时，即电池严重鼓包，电池内部含有大量气体，此时充电电池不能再继续充放电，第二电压比较器602的输 出端控制第二开关603断开主充放电回路，停止充电电池的充放电，从而避免可能发生的安全问题，本实施例中的防鼓包保护模块的保护作用尤其适用于磷酸铁锂软包电池中。 

本实施例通过设置防鼓包保护模块可以防止充电电池由于气体累积造成严重鼓包而可能引起的***的问题，进一步提高了使用充电电池的安全性。 

上述实施例中的电池本体可以为锂离子电池本体，其电压均衡、电池维护、过温保护和防鼓包保护原理及所达到的技术效果同样适用于锂离子电池本体，在此不再赘述。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (9)

1.一种充电电池，其特征：至少两个串联连接的电池模块以及与所述充电电池的主充电回路连接的充电控制模块，每个电池模块包括电池本体、与该电池本体连接的电池保护***、以及与该电池本体和所述充电控制模块连接的电池钳压均衡***；

所述电池钳压均衡***，用于对该电池本体的充电电压进行限压处理，以使该电池本体的充电电压与所述充电电池中其它各电池模块的电池本体的充电电压相等，且所述充电电压小于所述电池保护***的过充电压；

所述充电控制模块，用于根据每个电池模块的电池钳压均衡***的限压处理结果，控制所述主充电回路断开。

2.根据权利要求1所述的充电电池，其特征在于，所述电池钳压均衡***包括第一电压比较器、分流电阻、控制开关和信号检测器，所述第一电压比较器的两个输入端分别与所述电池本体的电压输出端以及第一参考电源的电压输出端连接，所述第一电压比较器的输出端与所述控制开关连接，所述控制开关在闭合状态下使所述分流电阻与所述电池本体形成闭合回路，所述信号检测器与所述闭合回路中分流电阻所在的支路连接；

所述信号检测器，用于检测所述分流电阻所在的支路上的电特性参数均值是否超过预设阈值，并在超过时向所述充电控制模块发送第一信号；

所述充电控制模块具体用于在接收到各个电池模块发送的第一信号后，控制所述主充电回路断开。

3.根据权利要求1所述的充电电池，其特征在于，每个电池模块还包括：

与该电池模块中的电池本体连接的电池维护***，用于为该电池模块中的电池本体单独充电。

4.根据权利要求3所述的充电电池，其特征在于，所述电池维护***包括电池维护控制模块和子充电回路，所述电池维护控制模块与所述电池本体连接，所述子充电回路包括变压器和二极管，所述电池维护控制模块的两个输出端与所述变压器的两个输入端连接，所述变压器的两个输出端通过所述二极管与所述电池本体连接。

5.根据权利要求1所述的充电电池，其特征在于，每个电池模块还包括：

与该电池模块中的电池本体连接的过温保护模块，用于根据该电池本体的温度，控制所述充电电池的主充放电回路的开启或关闭。

6.根据权利要求5所述的充电电池，其特征在于，所述过温保护模块包括温度传感器、迟滞比较器和用于开启或关闭所述充电电池的所述主充放电回路的第一开关，所述温度传感器的输出端与所述迟滞比较器的一个输入端连接，温度阈值设置单元与所述迟滞比较器的另一个输入端连接，所述迟滞比较器的输出端与所述第一开关的控制端连接。

7.根据权利要求1所述的充电电池，其特征在于，每个电池模块还包括：

与该电池模块中的电池本体连接的防鼓包保护模块，用于根据该电池本体的形变程度，控制所述充电电池的主充放电回路的开启或关闭。

8.根据权利要求7所述的充电电池，其特征在于，所述防鼓包保护模块包括压力传感器、第二电压比较器和用于开启或关闭所述充电电池的所述主充放电回路的第二开关，所述压力传感器的输出端与所述第二电压比较器的一个输入端连接，第二参考电源的电压输出端与所述第二电压比较器的另一输入端连接，所述第二电压比较器的输出端与所述第二开关的控制端连接。

9.根据权利要求1~8任一权利要求所述的充电电池，其特征在于，所述电池本体为锂离子电池本体。

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