CN2826789Y

CN2826789Y - 电动车用锂离子电池组充放电保护电路

Info

Publication number: CN2826789Y
Application number: CNU2005200277966U
Authority: CN
Inventors: 黄合宝; 李秀清
Original assignee: CETC 18 Research Institute
Current assignee: CETC 18 Research Institute
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2015-10-14

Abstract

本实用新型属于电动车用锂离子电池组充放电保护电路，包括放电保护电路和充电保护电路，电池组由若干只单体电池串联构成，每只单体电池正负极两端分别连接单独控制的放电保护电路和充电保护电路，每只单体电池上都有集成芯片、光耦器件、MOSFET管、电阻和电容器构成的单独控制的放电保护电路和由集成芯片、光耦器件、MOSFET管、放大器、变压器、电感、可控硅、二极管、电容器和电阻构成的充电保护电路。该电路具有防止电池组过充电、过放电和过电流的功能。确保每一只电池在充放电过程中均处在最佳状态，延长电池组的使用寿命，并提高电性能。该电路有效用于电动自行车锂离子电池组中，并可广泛用于其他大功率串联电池组中。

Description

电动车用锂离子电池组充放电保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池保护电路，特别涉及一种电动车用锂离子电池组充放电保护电路。

背景技术

目前，很多公司研制出各种不同参数的锂离子电池保护集成电路芯片，采用芯片构成的锂离子电池保护板已成功应用在锂离子电源产品中。有效地防止电池组在使用过程中出现过充电或过放电状态、保证电池的安全性和避免出现电性能恶化现象。

现有技术中，保护电路所采用的是被动控制技术，即在充电过程中，当电池组中有任何一只单体电池的充电电压超过锂电池允许的最大值，切断充电回路；在放电过程中，当电池组中有任何一只单体电池的放电电压低于锂电池允许的最低电压时，切断放电回路。不能根据单体电池的性能差异对电池的充电进行有效的控制。由于单体电池性能参数上的差异，电池组的串联数越大，电池组的寿命越低。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术中存在的问题，提供了一种既能提供放电保护，同时又能提供充电保护，并且确保每一只单体电池都能充电到满电状态的电动车用锂离子电池组充放电保护电路。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题采用的技术方案是：电动车用锂离子电池组充放电保护电路，包括放电保护电路和充电线路，所述电池组由若干只单体电池串联构成，每只单体电池正负极两端分别连接单独控制的放电保护电路和充电线路，每只单体电池上单独控制的放电保护电路由一个型号为FS32集成芯片、一个光耦器件、一个2N700型MOSFET管、两个电阻和一个电容器构成；每只单体电池上的充电线路由一个型号为NCP1200AP60集成芯片、一个PC817²光耦器件、一个IRF640型MOSFET管、一个CA358放大器、一个变压器、两个电感、两个可控硅、七个二极管、七个电容器和11个电阻构成，其连接关系如下所述：

放电保护电路：集成芯片FS32的1脚与MOSFET管的栅极连接；MOSFET管漏极D与光耦器件的1脚连接；MOSFET管源极S一方面串接电阻R2后与单体电池的负极相接，另一方面与光耦的2脚连接；每只单体电池的负极与集成芯片FS32的6脚相接；单体电池的正极与串接电阻R1后与集成芯片FS32的5脚相接；电容C跨接在集成芯片FS32的5脚与6脚之间；光耦器件的4脚连接下一单体电池光耦器件的3脚，光耦器件的3脚连接上一单体电池光耦器件的4脚；电池组正极与高端光耦器件的3脚连接；电池组负极与总MOS开关管的源极连接。

充电保护电路：输入DC+与电感L1串接后与集成芯片NCP1200AP60的8脚连接；集成芯片NCP1200AP60的8脚与开关变压器T1、电容器C1正极连接；集成芯片NCP1200AP60的6脚与电容器C2的正极连接；集成芯片NCP1200AP60的4脚、光耦器件U3的3脚和输入DC-一起并接在一起；NCP1200AP60的2、3脚之间跨接电容C6；NCP1200AP60的2脚与光耦的4脚连接；NCP1200AP60的3、4脚之间跨接电阻Rs；变压器T1的1、2脚之间跨接二极管D1接地；MOS管的栅极G与NCP1200AP60的5脚连接；MOS管的漏极D与开关变压器的2脚连接；MOS管的源极S与NCP1200AP60的3脚连接；开关变压器的3脚与D2、D3的阳极连接；开关变压器的4脚与D4、D5的阳极连接；D2、D3、D4、D5的阴极并接后串接电感L2与单体电池的正极连接；开关变压器的4脚串接限流电阻Rs后与单体电池的负极连接；单体电池负极通过U5，电阻R5、R6、R7、R8分别连接放大器U9A的2、3脚，通过U4、变阻器Rd、两个串联电阻R9、R10与电池正极形成回路。

本实用新型还可以采取如下技术措施来实现：所述电池组由10只单体电池串联为一体；所述电池组除首尾单体电池外的单体电池从正极到负极间依次连接的电路相同；并且前一单体电池的负极引出线与相邻单体电池正极引出线为同一连线。

本实用新型具有的优点和积极效果是：当电池组中某一只单体电池的放电电压达到控制终压时，电路切断电池组放电回路，保证了充电保护板及电池组的可靠性，有效地提高电池组的性能和寿命，特别适用于电动自行车用锂离子电池组中。

附图说明

附图1为电池组放电控制线路示意图；

附图2为单体电池充电控制电路图；

附图3为锂离子电池组充放电保护电路结构框图。

具体实施方式

电动车用锂离子电池组充放电保护电路，包括放电保护电路和充电线路，所述电池组由10只单体电池串联构成，所述10只单体电池中每只单体电池正负极两端分别连接单独控制的放电保护电路和充电线路，所述每只单体电池上单独控制的放电保护电路由一个型号为FS32集成芯片、一个光耦器件、一个2N700型MOSFET管、两个电阻和一个电容器构成；所述任一单体电池上的充电线路由一个型号为NCP1200AP60集成芯片、一个PC817²光耦器件、一个IRF640型MOSFET管、一个CA358放大器、一个变压器、两个电感、两个可控硅、七个二极管、七个电容器和11个电阻构成，其连接关系是：

放电保护电路的接法如下：集成芯片FS32的1脚与MOSFET管的栅极连接；MOSFET管漏极D与光耦器件的1脚连接；MOSFET管源极S一方面串接电阻R2后与单体电池的负极相接，另一方面与光耦的2脚连接；每只单体电池的负极与集成芯片FS32的6脚相接；单体电池的正极与串接电阻R1后与集成芯片FS32的5脚相接；电容C跨接在集成芯片FS32的5脚与6脚之间；光耦器件的4脚连接下一单体电池光耦器件的3脚，光耦器件的3脚连接上一单体电池光耦器件的4脚；电池组正极与高端光耦器件的3脚连接；电池组负极与总MOS开关管的源极连接。

充电保护电路的接法如下：输入DC+与电感L1串接后与集成芯片NCP1200AP60的8脚连接；集成芯片NCP1200AP60的8脚与开关变压器T1、电容器C1正极连接；集成芯片NCP1200AP60的6脚与电容器C2的正极连接；集成芯片NCP1200AP60的4脚、光耦器件U3的3脚和输入DC-一起并接在一起；NCP1200AP60的2、3脚之间跨接电容C6；NCP1200AP60的2脚与光耦的4脚连接；NCP1200AP60的3、4脚之间跨接电阻Rs；变压器T1的1、2脚之间跨接二极管D1接地；MOS管的栅极G与NCP1200AP60的5脚连接；MOS管的漏极D与开关变压器的2脚连接；MOS管的源极S与NCP1200AP60的3脚连接；开关变压器的3脚与D2、D3的阳极连接；开关变压器的4脚与D4、D5的阳极连接；D2、D3、D4、D5的阴极并接后串接电感L2与单体电池的正极连接；开关变压器的4脚串接限流电阻Rs后与单体电池的负极连接；单体电池负极通过U5，电阻R5、R6、R7、R8分别连接放大器U9A的2、3脚，通过U4、变阻器Rd、两个串联电阻R9、R10与电池正极形成回路。

放电保护的焊接和测试：为确保电池组的安全性，必须确保放电保护板能够可靠工作；由于采用专用的单节锂离子电池保护芯片，芯片的性能参数比较成熟稳定，因此主要从PCB板设计、焊接工艺、检测手段上来保证；采用贴装元件，并由机器焊接，所有线路板先焊接保护部分，并经过检测合格后再焊接充电部分，整个线路板必须经过24小时老化后再进行测试，测试单体保护电压值为2.25V±0.025V。电池组的放电保护电路由单节锂离子电池保护芯片和MOSFET管构成。当单体电池的放电电压降低到2.50V±50mV时或过电流时，芯片1脚由高电位跳变为低电位，该信号经光耦器件隔离后，驱动放电回路中的场效应管，从而切断总放电回路。

充电转换线路的焊接和测试：经放电检测合格的电路板，焊接充电转换部分电路的元器件，并经过24小时老化后进行转换测试，测试充电切换时的电压值：4.25V±0.025V。充电控制部分采用由芯片NCP1200构成10路DC-DC充电回路，开关频率为60KHz，线路板采用贴片式设计，从而缩小体积，提高可靠性，减少发热量。充电方式采用恒流-恒压模式，充电电流为1A，充电终压为4.20V～4.25V。

单体充电线路的焊接：经上述测试合格的电路板，焊接10路单体充电电路的元器件，并经过24小时老化后进行转换测试。测试单路充电的电压值为4.25V±0.025V，充电电流值为1.0A±0.01A。

在放电过程中，该电路采用10只集成芯片用以检测每一只锂离子电池的电压，当电池组中任何一只单体电池放电电压达到设定阀值时，将功率N沟道MOSFET的栅极置于低电位，切断放电回路，对电池组起到保护功能。为了有效地减少充电过程中的发热量，电池组在充电初期采取整组电池组充电的控制模式，当电池组中有某一只单体电池的电压达到设定值时，切换整组电池组充电的充电回路，接上单体电池充电的控制回路，电池组进一步充电，直至每一只单体电池都充电到4.20V±0.025V(或4.25V±0.025V)为止。

充电过程中，该电路采用10路DC/DC充电回路，对每一只锂离子电池实施精确的恒流-恒压充电控制，确保充电结束时，每一只锂离子电池都能达到最佳的荷电状态，从而有效地提高电池组的性能和寿命。

为满足电动自行车电源的实际工作环境要求，将线路板经过喷漆防水处理后，密封在阻燃的塑料壳后，整个电动车锂电池专用充电及保护板安装在电池组壳体内。

Claims

1.电动车用锂离子电池组充放电保护电路，包括多组单独控制的放电保护电路和充电保护电路构成，所述单独控制放电保护电路由一个集成芯片FS32、一个光耦器件、一个2N700型MOSFET管、两个电阻和一个电容器构成；所述单独控制充电线路由一个集成芯片NCP1200AP60、一个PC817²光耦器件、一个IRF640型MOSFET管、一个CA358放大器、一个开关变压器、两个电感、两个可控硅、七个二极管、七个电容器和11个电阻构成；锂离子电池组由若干只单体电池串联构成，每只单体电池正负极两端分别连接单独控制的放电保护电路和充电保护电路，其特征在于：

所述放电保护电路的接法如下：集成芯片FS32的1脚与MOSFET管的栅极连接；MOSFET管漏极D与光耦器件的1脚连接；MOSFET管源极S一方面串接电阻R2后与单体电池的负极相接，另一方面与光耦的2脚连接；每只单体电池的负极与集成芯片FS32的6脚相接；单体电池的正极与串接电阻R1后与集成芯片FS32的5脚相接；电容C跨接在集成芯片FS32的5脚与6脚之间；光耦器件的4脚连接下一单体电池光耦器件的3脚，光耦器件的3脚连接上一单体电池光耦器件的4脚；电池组正极与高端光耦器件的3脚连接；电池组负极与总MOS开关管的源极连接。

所述充电保护电路的接法如下：输入DC+与电感L1串接后与集成芯片NCP1200AP60的8脚连接；集成芯片NCP1200AP60的8脚与开关变压器T1、电容器C1正极连接；集成芯片NCP1200AP60的6脚与电容器C2的正极连接；集成芯片NCP1200AP60的4脚、光耦器件U3的3脚和输入DC-一起并接在一起；NCP1200AP60的2、3脚之间跨接电容C6；NCP1200AP60的2脚与光耦的4脚连接；NCP1200AP60的3、4脚之间跨接电阻Rs；变压器T1的1、2脚之间跨接二极管D1接地；MOS管的栅极G与NCP1200AP60的5脚连接；MOS管的漏极D与开关变压器的2脚连接；MOS管的源极S与NCP1200AP60的3脚连接；开关变压器的3脚与D2、D3的阳极连接；开关变压器的4脚与D4、D5的阳极连接；D2、D3、D4、D5的阴极并接后串接电感L2与单体电池的正极连接；开关变压器的4脚串接限流电阻Rs后与单体电池的负极连接；单体电池负极通过U5，电阻R5、R6、R7、R8分别连接放大器U9A的2、3脚，通过U4、变阻器Rd、两个串联电阻R9、R10与电池正极形成回路，对电池组中的每一只单体电池单独进行充放电保护控制。

2.根据权利要求1所述的电动车用锂离子电池组充放电保护电路，其特征在于：所述电池组由10只单体电池串联为一体；

3.根据权利要求1所述的电动车用锂离子电池组充放电保护电路，其特征在于：所述电池组除首尾单体电池外的单体电池从正极到负极间依次连接的电路相同；并且前一单体电池的负极引出线与相邻单体电池正极引出线为同一连线。