CN217956733U - 一种锂电池储能电源的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂电池储能电源的控制电路，在现有锂电池保护板的基础上，另外在保护板的***设置了一套控制电路，控制部分主要由充电控制电路和放电控制电路组成，充电控制电路控制充电器或太阳能板对锂电池的充电和保护，放电控制电路的低压控制开关部分，能打开12V低压输出以及UBS手机充电输出，放电控制电路的高压控制开关部分，能打开220V交流电输出；具有充电电压适应范围宽、结构简单、在成本控制等方面有明显优势。

Description

一种锂电池储能电源的控制电路

技术领域

本实用新型涉及储能电池的控制电路，具体是一种锂电池储能电源的控制电路。

背景技术

随着世界能源供应日益紧张和对环保要求的日益提高，世界各国对相关行业的扶持力度也不断加大；锂离子电池技术性能优越，近年来成本大幅下降，初步具备了规模化应用的基本条件，业内普遍认为很可能是推动未来五年储能技术广泛应用的先锋力量。

目前常规磷酸铁锂锂电池控制电路如图1所示， V1-V10为10只单体锂电池，两只BM3451锂电保护芯片及其***元件组成锂电池保护板，P+、P-为锂电池的充电和放电的共同端口，充电或放电状态场效应管T100和T101都开通，当充电满充时，芯片控制T101关断，停止充电，电量耗尽时，芯片控制T100关断，终止放电。

锂电池其能量密度高、体积小、重量轻已广泛应用于小型家用储能电源，主要用于供电不正常的欠发达地区以及边远地区，要求操作简单，生产成本低，运行可靠，现有的锂电池保护板***的控制电路存在电压适应范围窄，结构复杂、成本高、维护不方便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种锂电池储能电源的控制电路，在现有锂电池保护板的基础上，另外在保护板的***设置了一套控制电路，控制部分主要由充电控制电路和放电控制电路组成，充电控制电路控制充电器或太阳能板对锂电池的充电和保护，放电控制电路的低压控制开关部分，能打开12V低压输出以及UBS手机充电输出，放电控制电路的高压控制开关部分，能打开220V交流电输出；具有充电电压适应范围宽、结构简单、在成本控制等方面有明显优势。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种锂电池储能电源的控制电路，其特征在于：包括锂电池组以及由锂电保护芯片IC1 、IC2及其***元件组成的锂电池保护板，锂电池保护板具有充电正极端CH+、充电负极端CH-、放电正极端口P+和放电负极端口P-，放电正极端口P+与锂电池的组的正极端连接，在锂电池组的负极端与P-端之间连接有由场效应管T100和二极管D100组成的放电开关，在锂电池保护板与充电正极端CH+和充电负极端CH-之间还连接有充电控制电路和放电控制电路，所述的充电控制电路包括隔离控制充电开关电路、无损的反接保护电路、过电压保护电路和IC采样端口限压控制电路；所述的放电控制电路包括低压控制开关电路和高压控制开关电路。

所述的隔离控制充电开关电路包括锂电保护芯片IC1 的CO端口先经电阻R103连接场效应管T103的栅极，场效应管T103漏极连接光耦G102发光二极管的负极，光耦G102发光二极管的正极和电阻R104，电阻R104连接光耦G102发光三极管发射极，其集电极与D109负极连接，D109正极与充电输入端口CH+连接，场效应管T103的源极连接锂电池组零电位端；D109负极同时连接电阻R105，电阻R105另一端连接光耦G102三极管的集电极，G102三极管的发射极连接二极管D104的正极，二极管D104的负极分别连接稳压管D105、电阻106和场效应管T102的栅极，稳压管D105和电阻106的另一端连接充电负输入端CH-，充电正输入端CH+连接端口P+，场效应管T102的源极分别连接二极管D102正极和充电负输入端CH-，场效应管T102的漏极连接场效应管T101和二极管D101组成充电开关，场效应管T101和二极管D101组成充电开关另一端经LK的电流线圈连接电流检测电阻Rsense，电流检测电阻Rsense的另一端与锂电池组零电位端连接。

所述的无损的反接保护电路包括场效应管T101在栅极和漏极之间关联电阻R102，T101栅极还连接干簧管LK开关的一端，同时干簧管LK的另一控制端连接二极管D1负极，二极管D1正极与锂电保护芯片IC1 的CO端口连接。

所述的过电压保护电路包括在充电正输入端CH+和充电负输入端CH-之间二极管D109、电阻R108、稳压管D106和电阻R107，充电正输入端CH+连接二极管D109的正极，二极管D109负极分别连接电阻R108和电阻R109，电阻R108另一端连接稳压管D106，电阻R109另一端连接光耦G103二极管的正极，光耦G103二极管的负极连接三极管T104的集电极，稳压管D106的另一端分别连接三极管T104的基极和电阻R107，三极管T104的发射极和电阻R107的另一端连接充电负输入端CH-，光耦G103三极管的发射极，连接场效应管T103的源极，光耦G103三极管的集电极连接场效应管T103的栅极。

所述的IC采样端口限压控制电路，所述的采样端口在锂电保护芯片IC1 VM端口连接的场效应管M1的源极，场效应管M1漏极的电阻RVM连接电阻R110，电阻R110另一端连接光耦G104场效应管的源极，光耦G104场效应管的另一源极与充电负输入端CH-连接，同时电阻RVM还连接稳压管D107，稳压管D107的另一端和电阻R111的一端和二极管D109负极连接，电阻R111另一端与光耦G104二极管的正极连接，光耦G104二极管的负极与光耦G101二极管的正极连接，光耦G101二极管的负极与CH-端连接；另外电阻RVM还连接R101、C100、D108、R101与锂电池组零电位端连接，C100与P-端连接，D108与锂电池组V5端口连接。所述的低压控制开关电路包括锂电池控制芯片IC1的DO输出端连接电阻RDO，电阻RDO的另一端放电开关场效应管T100栅极之间串联一只开关KG1；同时在放电正极端口P+和放电负极端口P-之间连接电压变换器，电压变换器具有12V和5V输出端。

所述的高压控制开关电路包括逆变器，逆变器的输入端分别连接锂电池组的正负极，逆变器的控制端连接光耦G100三极管的集电极和射极，光耦G100二极管的负极连接电阻R114，电阻R114另一端经开关KG2与放电负极端口P-连接；光耦G100二极管的正极连接场效应管T105的漏极，场效应管T105的源极连接放电正极端口P+，场效应管T105的栅极连接电阻R113，电阻R113的另一端与电阻RDO连接。

本实用新型将充电端口和放电端口分离，考虑到充电控制一般都采用外接充电设备，充电电压都高于锂电池电压，风力发电、太阳能板充电会高出锂电池电压的一倍左右，有时用错了充电器，电压会更高，甚至还会正负接反，本实用新型采用由隔离控制充电开关电路、无损的反接保护电路、过电压保护电路和端口采样限压控制电路组成充电控制电路，充电控制部分应在复杂环境下、在一定范围内，要能保护储能电源的安全；同时增加了放电控制电路的低压控制开关，可打开12V低压输出以及UBS手机充电输出，放电控制电路的高压控制开关，打开220V交流电输出；本实用新型具有电压适应范围广，结构简单、成本低、可靠性高、维护方便，在成本控制、售后服务等方面有明显优势。

附图说明

图1为现有技术的锂电池控制电路；

图2为本实用新型的锂电池控制电路。

具体实施方式

如图2所示

一种锂电池储能电源的控制电路，包括锂电池组以及由锂电保护芯片IC1 、IC2及其***元件组成的锂电池保护板，锂电池保护板具有充电正极端CH+、充电负极端CH-、放电正极端口P+和放电负极端口P-，放电正极端口P+与锂电池的组的正极端连接，在锂电池组的负极端与P-端之间连接有由场效应管T100和二极管D100组成的放电开关，在锂电池保护板与充电正极端CH+和充电负极端CH-之间还连接有充电控制电路和放电控制电路，所述的放电控制电路包括低压控制开关电路和高压控制开关电路；所述的充电控制电路包括隔离控制充电开关电路、无损的反接保护电路、过电压保护电路和IC采样端口限压控制电路。

所述的隔离控制充电开关电路包括锂电保护芯片IC1 的CO端口先经电阻R103连接场效应管T103的栅极，场效应管T103漏极连接光耦G102发光二极管的负极，光耦G102发光二极管的正极和电阻R104，电阻R104连接光耦G101发光三极管的发射极，光耦G101发光三极管的集电端与二极管D109负极连接，二极管D109正极与充电输入端CH+连接，场效应管T103的源极连接锂电池组零电位端；二极管D109同时连接电阻R105，电阻R105另一端连接光耦G102三极管的集电极，G102三极管的发射极连接二极管D104的正极，二极管D104的负极分别连接稳压管D105、电阻106和场效应管T102的栅极，稳压管D105和电阻106的另一端连接充电负输入端CH-，充电正输入端CH+连接端口P+，场效应管T102的源极分别连接二极管D102正极和充电负输入端CH-，场效应管T102的漏极连接场效应管T101和二极管D101组成充电开关，场效应管T101和二极管D101组成充电开关另一端经LK的电流线圈连接电流检测电阻Rsense，电流检测电阻Rsense的另一端与锂电池组零电位端连接。

隔离控制的充电开关电路，普通锂电池保护板充电控制由IC1CO端口直接控制T101开启或关断充电电流；本发明IC1 CO端口先经R103开通T103，T103开通G102，G102三极管再开通CH+、D109、R105、D104、D105、R106、CH-这一电流回路，给T102栅极加上开启电压，采用T102与芯片IC1隔离的方式开启或关断充电电流，目的是适应更宽的充电电压范围。

所述的无损的反接保护电路包括场效应管T101在栅极和漏极之间关联的电阻R102，场效应管T101在栅极还连接干簧LK开关的一端，同时干簧管LK的另一控制端连接二极管D1负极，二极管D1正极与锂电保护芯片IC1 的CO端口连接。

无损的反接保护，采用场效应管T101和干簧管LK组合的方式进行充电反接保护控制；T101二极管与充电方向一致，充电电流达到某一定量时LK吸合，IC1 CO端口经D1、LK给T101栅极加上开启电压，T101导通，若充电器反接D101、T101都不会开通。

所述的过电压保护电路包括在充电正输入端CH+和充电负输入端CH-之间二极管D109、电阻R108、稳压管D106和电阻R107，充电正输入端CH+连接二极管D109的正极，二极管D109负极分别连接电阻R108和电阻R109，电阻R108另一端连接稳压管D106，电阻R109另一端连接光耦G103二极管的正极，光耦G103二极管的负极连接三极管T104的集电极，稳压管D106的另一端分别连接三极管T104的基极和电阻R107，三极管T104的发射极和电阻R107的另一端连接充电负输入端CH-，光耦G103三极管的发射极，连接场效应管T103的源极，光耦G103三极管的集电极连接场效应管T103的栅极。

过电压保护，当CH+、CH-间电压超过额定电压时，CH+、D109、R108、D106、R107、CH-回路会给T104加上正向偏压开通T104，而开通G103，其三极管短路T103栅极偏压，关断T103，而关断G102，T102也关断，充电停止，实现充电过压保护。

所述的IC采样端口限压控制电路在锂电保护芯片IC1 VM端口连接场效应管M1的源极，场效应管M1的漏极连接电阻RVM，电阻RVM另一端通过电阻R110，电阻R110另一端连接光耦G104场效应管的源极，光耦G104场效应管的漏极与充电负输入端CH-连接；同时电阻RVM还接稳压管D107，稳压管D107的另一端连接二极管D109负极和电阻R111，电阻R111另一端与光耦G104二极管的正极连接，光耦G104二极管的负极与光耦G101二极管的正极连接，光耦G101二极管的负极与CH-端连接；另外电阻RVM还连接R101、C100、D108、R101与锂电池组零电位端连接，C100与P-端连接，D108与锂电池组V5端口连接。

IC1的VM端口采样限压控制，原先锂电池保护板VM端口经M1、RVM连接于P-或CH-，用于锂电池满充关闭CO端口、电量耗尽关闭DO端口，以及充电或放电过电流保护锁定的反馈检测端口，终止充电状态下该端口与锂电池的负压应小于20V，过大的压差会损坏保护板；像太阳能板、风力发电不能直接给锂电池组直接充电，需外接稳压器才能安全充电；本发明24V锂电池组可连接80V的充电设备，48V锂电池组可接100V的充电设备，有电压适应范围宽的特性，避免接错充电设备而损坏；

充电状态RVM端通过R110、G104与CH-连接，同时通过D107、D109与CH+连接，充电设备连接时，电流从CH+、D109、R111、G104、CH-，G104场效应管部分开通，RVM通过R110、G104与CH-连接，VM端口就工作在充电器及负载检测状态，由于D109、D107、R110串联后连接在CH+、CH-间，选取D107稳压值略高于锂电池组最高电压，VM端口电压钳位与零电位附近，充电终止时，过电压的充电电压被R110分压，VM端口负压可控制在个位数；当充电器移除，RVM端口与CH-分离，通过C100与P-连接，VM端口工作在过电流保护锁定及放电终止检测状态，RVM端口连接D108于锂电池V5，锂电池终止放电后，加在T100漏极的电压为锂电池组总电压，经过C100、D108的电压钳位，VM工作在V5的电压附近，在48V以上锂电池组应用中该电路更有意义，使锂电池保护板工作更稳定可靠。

本实用新型所述的低压控制开关电路包括锂电池控制芯片IC1的DO输出端连接电阻RDO，电阻RDO的另一端放电开关场效应管T100栅极之间串联一只开关KG1；同时在放电正极端口P+和放电负极端口P-之间连接电压变换器，电压变换器具有12V和5V输出端。

所述的高压控制开关电路包括逆变器，逆变器的输入端分别连接锂电池组的正负极，逆变器的控制端连接光耦G100三极管的集电极和射极，光耦G100二极管的负极连接电阻R114，电阻R114另一端经开关KG2与放电负极端口P-连接；光耦G100二极管的正极连接场效应管T105的漏极，场效应管T105的源极连接放电正极端口P+，场效应管T105的栅极连接电阻R113的电阻R113的另一端与电阻RDO连接。

充电实施例：

（1）、连接额定电压、电流下的充电设备：低压控制开关KG1开启或关断、锂电池需充电的情况下，保护芯片IC1的CO、DO输出为高电平，CO首先通过R103开通T103，T103开通光耦G102，G102开通T102，充电电流从CH+经锂电池V10--V1、Rsenso、LK、D101、CH-，充电电流在D101有1V左右的电压降，发热很多，长时间工作会损坏，又浪费电能，LK为干簧继电器，充电的电流磁场吸合干簧管，CO的电压又经D1、干簧管LK到T101的栅极，开通T101，短路了D101；进入高效率正常充电状态；LK电流线圈部分还可连接在T101 和T102间或T102和CH-间的充电回路中的任何部位；这时P+（CH+）电压经R101、G101、D103、T102、CH-形成电流，开通G101，DO的电压经RDO、G101内的三极管到T100栅极，开通T100；同时点亮充电指示灯D103；KG1关段时在充电状态下，G101开通了T100，锂电池也给低压输出端口P+、P-供电，降压电路输出低压12V、USB5V电压，供低压照明及手机充电；当充电完成后，在KG1关断的情况下P+、P-电压输出也关闭；

（2）、连接超过额定电压、小于额定电流的充电设备如太阳能板、风力发电，充电前期，其电压会下降到锂电池的实时电压，过程如（1）表述类同，当锂电池充电到额定电压，保护板进行间断浮充控制时，其电压会上升到充电设备的最高电压，由D109、R107、R108、R109、D106、T104、G103组成的过压保护电路，检测到有过电压时，开通G103短路T103栅源两极，T103关断，同时G102关断，T102关断，充电终止，充电指示灯D103熄灭；IC1 VM端口充电器检测电压能保持安全范围，这种充电方式也能充满电，不能进入浮充，因为浮充电时高电压下频繁开关T101、T102、充电设备的最高峰值电压会串入降压变换器、逆变器使其损坏；若风力或阳光减弱电压下降到保护电压以下，又会重新开启充电；

（3）、连接电压、电流都超过额定值的充电设备：前期充电时，其电压也会下降到锂电池的实时电压，过程如（1）表述类同，但充电电流会在短时间内超过额定电流，电流检测电阻Rsense检测出来的电压降，传递给IC1的VIN关断CO输出电压，关断充电电流，此时其电压会上升到充电设备的最高电压，由R107、R108、R109、D106、T104、G103组成的过压保护电路，开通G103短路T103栅源两极，T103关断，同时G102关断T102关断，充电终止，充电指示灯D105熄灭，充电失败；

（4）、连接额定电压下的大电流充电器，充电电流超过额定值时，电流检测电阻Rsense检测出来的电压降，传递给IC1的VIN关断CO输出电压，关断充电电流，经延时后又会开启充电，反复循环；同时热保护NTC传感器安装在电流检测电阻Rsense附近，大电流充电会使Rsense温度升高，到一定温度时（大约75度左右），IC1关断CO输出电压，T103、T102关断，充电终止，等温度下降少许后会重新启动充电，使得平均电流在额定电流附近充电，直到锂电池满充为止；

（5）、当充电设备正负接反时，D101、D103、D104、D109会阻断充电设备向控制电路输送电流，T101也无法打开，无法充电，R109电阻值比较大，充电反接后R108、R109、R110、D106、T104、G103组成的过压保护电路不会损坏，对***无损害；一般的储能电源T101的位置只用一只二极管，可起到反接保护，但是充电状态下会有较大的电压降，发热多、效率低，本发明用一只场效应管，即T101和D101的组合一体的场效应管，和一只干簧继电器LK，即解决了反接保护的低损耗，反接时D101阻断反向电流，在充电时可打开T101使之电压降很低、发热很少、效率很高；

（6）、当充电口发生短路时，CH+与CH-没有电流，过程与（5）类同。

放电控制：

1、在锂电池控制芯片IC1的DO输出端经RDO与放电开关场效应管T100栅极之间串联一只开关KG1，就可控制锂电池的低压输出，闭合KG1，T100开通，锂电池给低压输出端口P+、P-供电，电压电量显示当前数据，降压电路输出低压12V、USB5V电压，供低压照明、手机充电。

2、锂电池经逆变器的升压和逆变可获得220V交流电，逆变器的输入电流很大，一般不经过保护板，直接与锂电池相连接，其控制电路经光耦G100与低压输出端口相连接，当IC1DO端口输出高电平时，R116给C101充满电后开通T106，KG1闭合的条件下闭合KG2，锂电池P+经T106、D111、G100、R117、KG2、P-形成电流，G100的三极管开启逆变器，就有220V交流电输出；当锂电池电量耗尽，锂电池控制芯片BM3514的DO端口输出为零电平，关断T100，G100电流切断，逆变器内部电路停止工作。

本实用新型采用由隔离控制充电开关电路、无损的反接保护电路、过电压保护电路和端口采样限压控制电路组成充电控制电路，充电控制部分应在复杂环境下、在一定范围内，要能保护储能电源的安全；同时增加了放电控制电路的低压控制开关，可打开12V低压输出以及UBS手机充电输出，放电控制电路的高压控制开关，打开220V交流电输出；本实用新型具有电压适应范围广，结构简单、成本低、可靠性高、维护方便，在成本控制、售后服务等方面有明显优势。

Claims (7)

1.一种锂电池储能电源的控制电路，其特征在于：包括锂电池组以及由锂电保护芯片IC1 、IC2及其***元件组成的锂电池保护板，锂电池保护板具有充电正极端CH+、充电负极端CH-、放电正极端口P+和放电负极端口P-，放电正极端口P+与锂电池的组的正极端连接，在锂电池组的负极端与P-端之间连接有由场效应管T100和二极管D100组成的放电开关，在锂电池保护板与充电正极端CH+和充电负极端CH-之间还连接有充电控制电路和放电控制电路，所述的充电控制电路包括隔离控制充电开关电路、无损的反接保护电路、过电压保护电路和IC采样端口限压控制电路；所述的放电控制电路包括低压控制开关电路和高压控制开关电路。

2.如权利要求1所述的一种锂电池储能电源的控制电路，其特征在于：所述的隔离控制充电开关电路包括锂电保护芯片IC1 的CO端口先经电阻R103连接场效应管T103的栅极，场效应管T103漏极连接光耦G102发光二极管的负极，光耦G102发光二极管的正极和电阻R104，电阻R104连接光耦G101发光三极管发射极，其集电极与D109负极连接，D109正极与充电输入端口CH+连接，场效应管T103的源极连接锂电池组零电位端；D109负极同时连接电阻R105，电阻R105另一端连接光耦G102三极管的集电极，G102三极管的发射极连接二极管D104的正极，二极管D104的负极分别连接稳压管D105、电阻106和场效应管T102的栅极，稳压管D105和电阻106的另一端连接充电负输入端CH-，充电正输入端CH+连接端口P+，场效应管T102的源极分别连接二极管D102正极和充电负输入端CH-，场效应管T102的漏极连接场效应管T101和二极管D101组成充电开关，场效应管T101和二极管D101组成充电开关另一端经LK的电流线圈连接电流检测电阻Rsense，电流检测电阻Rsense的另一端与锂电池组零电位端连接。

3.如权利要求1所述的一种锂电池储能电源的控制电路，其特征在于：所述的无损的反接保护电路包括场效应管T101在栅极和漏极之间关联电阻R 102，T101栅极还连接干簧管LK开关的一端，同时干簧管LK的另一控制端连接二极管D1负极，二极管D1正极与锂电保护芯片IC1 的CO端口连接。

4.如权利要求1所述的一种锂电池储能电源的控制电路，其特征在于：所述的过电压保护电路包括在充电正输入端CH+和充电负输入端CH-之间二极管D109、电阻R108、稳压管D106和电阻R107，充电正输入端CH+连接二极管D109的正极，二极管D109负极分别连接电阻R108和电阻R109，电阻R108另一端连接稳压管D106，电阻R109另一端连接光耦G103二极管的正极，光耦G103二极管的负极连接三极管T104的集电极，稳压管D106的另一端分别连接三极管T104的基极和电阻R107，三极管T104的发射极和电阻R107的另一端连接充电负输入端CH-，光耦G103三极管的发射极，连接场效应管T103的源极，光耦G103三极管的集电极连接场效应管T103的栅极。

5.如权利要求1所述的一种锂电池储能电源的控制电路，其特征在于：所述的IC采样端口限压控制电路，所述的采样端口在锂电保护芯片IC1 VM端口连接的场效应管M1的源极，场效应管M1漏极的电阻RVM连接电阻R110，电阻R110另一端连接光耦G104场效应管的源极，光耦G104场效应管的另一源极与充电负输入端CH-连接，同时电阻RVM还连接稳压管D107，稳压管D107的另一端和电阻R111一端和二极管D109负极连接，电阻R111另一端与光耦G104二极管的正极连接，光耦G104二极管的负极与光耦G101二极管的正极连接，光耦G101二极管的负极与CH-端连接；另外电阻RVM还连接R101、C100、D108、R101与锂电池组零电位端连接，C100与P-端连接，D108与锂电池组V5端口连接。

6.如权利要求1所述的一种锂电池储能电源的控制电路，其特征在于：所述的低压控制开关电路包括锂电池控制芯片IC1的DO输出端连接电阻RDO，电阻RDO的另一端放电开关场效应管T100栅极之间串联一只开关KG1；同时在放电正极端口P+和放电负极端口P-之间连接电压变换器，电压变换器具有12V和5V输出端。

7.如权利要求6所述的一种锂电池储能电源的控制电路，其特征在于：所述的高压控制开关电路包括逆变器，逆变器的输入端分别连接锂电池组的正负极，逆变器的控制端连接光耦G100三极管的集电极和射极，光耦G100二极管的负极连接电阻R114，电阻R114另一端经开关KG2与放电负极端口P-连接；光耦G100二极管的正极连接场效应管T105的漏极，场效应管T105的源极连接放电正极端口P+，场效应管T105的栅极连接电阻R113，电阻R113的另一端与电阻RDO连接。

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