適用于2-8S鋰電池組的均衡充電器制造技術

本發明專利技術公開了一種適用于2?8S鋰電池組的均衡充電器，由接入保護檢測電路、充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路組成；由電池端電壓檢測電路來反饋接入單體電池的數量及參數，結合充電電流檢測反饋信號大小來選擇充電方式，由電壓均衡電路來保證每個單體電池的充電電壓處于均衡狀態，充電電壓輸入和電池接入均有防反接保護，整個充電過程在控制電路的監測與控制下自動完成，無需人工參與。本發明專利技術采用微控制單元檢測并智能決策控制充電和均衡過程，運用電解電容作為均衡能量轉移載體、譯碼器控制選通需均衡的單體電池，在快速充電的基礎上實現了安全、高效的均衡方案；適用于2?8S鋰電池組的快速均衡自動充電。

Balance charger for 2 8S lithium battery

The invention discloses a suitable balance charger 2 8S lithium battery, composed of access protection detection circuit, charging circuit, control circuit, battery voltage detection circuit and a voltage balance circuit; and the number of parameters by the battery voltage detecting circuit feedback to access a single battery, with charging current detection feedback signal to select the size of charging, by the voltage balancing circuit to ensure the charging voltage of each battery is in equilibrium, the charging voltage input and battery have access connection reverse protection, the charging process automatically in the monitoring and control of the control circuit, without artificial participation. The invention adopts the micro control unit and intelligent detection decision control charging and balancing process, as a balanced energy transfer vector, the decoder control gate for single battery equalization using electrolytic capacitors, based on fast charging is realized on the equalization scheme for safe and efficient automatic charging; fast equalization for 2 8S lithium battery.

【技術實現步驟摘要】
適用于2-8S鋰電池組的均衡充電器
本專利技術屬于電池均衡充電裝置，尤其是一種適用于芯數在2至8之間的鋰電池組的均衡充電器。
技術介紹
大容量可充電鋰電池對于便攜設備的作用日漸凸顯重要，對于所有的便攜設備來說，電池的作用不言而喻，而針對一臺優秀的便攜設備，較長的待機和工作時間無疑是一項重要評判指標。S代表電池組的芯數或單體電池個數，鋰電池每芯3.7伏；假如是6S的鋰電池組，就是由6個單體鋰電池串聯而成的總電壓為6x3.7=22.2伏的電池組。電池的壽命直接關系到設備的正常使用，電池的容量直接關系到設備的使用時間，為了擴大電池的容量，通常將幾塊相同型號的電池串聯在一起，在提高電壓的同時，也延長了設備的一次工作時長。對于電池組的充電如果采用一般的充電方式，比如大多數的筆記本電腦電池組或是充電寶中的電池組，這樣實際上對電池壽命的影響是相當大的。鋰電池組通常由2個及2個以上鋰電池串聯構成，這種組成方式能同時滿足筆記本電腦、醫療設備、測試儀器及工業應用所需的電壓和功率要求，然而這種應用普遍的配置通常并不能發揮其最大功效，因為如果某個串聯單體電池的容量與其它單體電池不匹配將會降低整個電池組的容量。在電池組中單體電池容量不均衡的情況下對電池組充電，會對電池組造成較大的損傷，電壓較高、容量較大的單體電池在恒流充電的情況下會出現過飽和現象，而電壓較低、容量較小的單體電池則會出現欠壓現象。現有的均衡充電技術主要分為能量消耗型、能量轉移型等，能量消耗型均衡方案采用功率電阻作為分流元件，其結構簡單、成本低，改善了鋰電池組的不均衡性，但能耗比較高、浪費電能、效率低下，并且溫升降低了充電設備的可靠性；另外因為電阻的分流，使得恒流充電方式無法進行，電池組的充電回路中只能通過較小的電流，使得充電的效率大大降低。能量轉移型單向能量變換器在監視單體電池電壓的基礎上，采用光耦合器控制變壓器兩端能量的變換，但單向均衡不適合主動均衡。能量轉移型雙向型能量變換器從高壓單體電池直接把能量變換到低壓單體電池，動態調整輸入輸出方向，具有最佳的均衡效率，但因為能量變換器采用變壓器，結構復雜、體積較大、成本相對較高。因此，開發一種適用于鋰電池快速均衡自動充電的高效、簡便、智能的充電設備是十分必要的。
技術實現思路
針對目前鋰電池均衡充電裝置存在的不足，本專利技術公布了一種適用于2-8S鋰電池組的均衡充電器。本專利技術采用的技術方案是：一種適用于2-8S鋰電池組的均衡充電器，包括接入保護檢測電路、充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路；接入保護檢測電路與接入充電電源和待充電池組、充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路均有電連接，用于判斷接入充電電源和待充電池組的極性并僅在極性接入正確時使充電回路導通，檢測接入電源電壓ADC0、待充電池組電壓ADC1、充電電流ADC2送控制電路并在控制電路判斷充電電流超限時反饋控制信號OUTK1使待充電池組斷開，還為充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路提供工作電源VCC；充電電路在控制電路輸出控制信號PWM1、PWM2、OUTK0的控制下為待充電池組提供充電電流，電池端電壓檢測電路檢測待充電池組的各個單體鋰電池的端電壓并在控制電路輸出控制信號OUTK2、OUTK3的控制下分時傳送到控制電路的ADC3、ADC4、ADC5、ADC6，控制電路根據各單體鋰電池端電壓進行均衡決策后輸出控制信號OUTK4、OUTK5、OUTK6、OUTK7到電壓均衡電路以實現2-8S鋰電池組的快速均衡自動充電。在本專利技術中，接入保護檢測電路包括由電阻R1、電容C5~C6和降壓穩壓器IC1組成的工作電壓產生模塊，用以提供其它電路所需的工作電源VCC；由電容C1~C4、電阻R2~R3和場效應管VT1組成的充電電源接入保護模塊，用于防止電源極性接反并對電源進行旁路濾波和解耦濾波；由電阻R4~R8、電容C7和運放IC2A組成的電源電壓檢測模塊，用于實時檢測接入充電電源電壓并輸出ADC0到控制電路；由電阻R9~R19、電容C8~C12、三極管VT2、場效應管VT3和運放IC2C、IC2D組成的待充電池接入保護與電壓檢測模塊，用于待充電池組極性接反防止、電池端濾波、電池組電壓檢測并輸出ADC1到控制電路，同時可在控制電路輸出控制信號OUTK1的控制下使待充電池組斷開；由電阻R20~R25、電容C13~C14和運放IC2B組成的充電電流檢測模塊，用于反映充電過程中的實時電流變化并輸出檢測信號ADC2到控制電路。在本專利技術中，充電電路由電阻R26~R40、電容C15~C16、二極管D1~D2、電感L1、三極管VT6~VT11、場效應管VT4~VT5和比較器IC3A、IC3B組成，能在控制電路輸出控制信號PWM1、PWM2、OUTK0的控制下為待充電池組提供充電電流，當電池電壓低于接入充電電壓時采用降壓方式充電，當電池電壓高于接入充電電壓時采用升壓方式充電；具有上電保護和由控制電路啟動、停止的功能。在本專利技術中，控制電路由電阻R108~R109、電容C26~C28、雙色發光二極管LED、編程接口JK01和具有PWM、ADC的微控制單元IC12組成；微控制單元根據接入電源電壓ADC0、電池組電壓ADC1、充電電流ADC2的檢測結果變化輸出控制信號PWM1、PWM2、OUTK0、OUTK1來選擇充電方式和控制充電過程，并在充電過程中根據各單體鋰電池端實時電壓ADC3、ADC4、ADC5、ADC6進行均衡決策后輸出控制信號OUTK4、OUTK5、OUTK6、OUTK7到電壓均衡電路以實現電池組各單體電池的快速均衡與自動充電；雙色發光二極管LED用于指示充電狀態，編程接口JK01用于初始化微控制單元內部的控制程序。在本專利技術中，電池端電壓檢測電路由電阻R43~R82、電容C17~C24、四2選1模擬開關IC6和四運放IC4~IC5組成；2個四運放IC4、IC5與相應的電阻、電容構成8個減法模塊，用于檢測8個單體電池兩端的電壓差，8個檢測輸出信號連接至四2選1模擬開關IC6的輸入端，IC6在控制電路輸出控制信號OUTK2、OUTK3的控制下分兩次將8個檢測信號傳送到控制電路的ADC3、ADC4、ADC5、ADC6輸入端。在本專利技術中，電壓均衡電路由電阻R83~R107、均衡電容C25、16個場效應管VT13~VT28、4個四通道光電耦合器IC8~IC11和3/8譯碼器器IC7組成；16個場效應管中除VT21為N溝道管外其余全為P溝道管，均由對應的16路光耦低電平有效控制，其中8個場效應管的漏極一起連接至均衡電容C25的正極性端且其源極分別連接至8個單體電池的高電位端，另8個場效應管的漏極一起連接至均衡電容C25的負極性端且其源極分別連接至8個單體電池的低電位端，連接每個單體電池兩端的場效應管控制信號在光耦發光二極管側并聯且連接至3/8譯碼器器IC7的譯碼輸出端；上電時3/8譯碼器器IC7的使能端由R83上拉或無需均衡時由控制電路輸出OUTK7＝1使IC7的輸出全為高，16個場效應管全斷開；需要均衡時，由控制電路輸出OUTK7＝0使能IC7并同時輸出選擇碼OUTK4、OUTK5、OUTK6，以選通一個單體電池對均衡電容C25進行充電或放電。本專利技術的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適用于2?8S鋰電池組的均衡充電器，包括接入保護檢測電路、充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路；接入保護檢測電路與接入充電電源和待充電池組、充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路均有電連接，用于判斷接入充電電源和待充電池組的極性并僅在極性接入正確時使充電回路導通，檢測接入電源電壓ADC0、待充電池組電壓ADC1、充電電流ADC2送控制電路并在控制電路判斷充電電流超限時反饋控制信號OUTK1使待充電池組斷開，還為充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路提供工作電源VCC；充電電路在控制電路輸出控制信號PWM1、PWM2、OUTK0的控制下為待充電池組提供充電電流，電池端電壓檢測電路檢測待充電池組的各個單體鋰電池的端電壓并在控制電路輸出控制信號OUTK2、OUTK3的控制下分時傳送到控制電路的ADC3、ADC4、ADC5、ADC6，控制電路根據各單體鋰電池端電壓進行均衡決策后輸出控制信號OUTK4、OUTK5、OUTK6、OUTK7到電壓均衡電路以實現2?8S鋰電池組的快速均衡自動充電。

【技術特征摘要】
1.一種適用于2-8S鋰電池組的均衡充電器，包括接入保護檢測電路、充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路；接入保護檢測電路與接入充電電源和待充電池組、充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路均有電連接，用于判斷接入充電電源和待充電池組的極性并僅在極性接入正確時使充電回路導通，檢測接入電源電壓ADC0、待充電池組電壓ADC1、充電電流ADC2送控制電路并在控制電路判斷充電電流超限時反饋控制信號OUTK1使待充電池組斷開，還為充電電路、控制電路、電池端電壓檢測電路和電壓均衡電路提供工作電源VCC；充電電路在控制電路輸出控制信號PWM1、PWM2、OUTK0的控制下為待充電池組提供充電電流，電池端電壓檢測電路檢測待充電池組的各個單體鋰電池的端電壓并在控制電路輸出控制信號OUTK2、OUTK3的控制下分時傳送到控制電路的ADC3、ADC4、ADC5、ADC6，控制電路根據各單體鋰電池端電壓進行均衡決策后輸出控制信號OUTK4、OUTK5、OUTK6、OUTK7到電壓均衡電路以實現2-8S鋰電池組的快速均衡自動充電。2.根據權利要求1所述的適用于2-8S鋰電池組的均衡充電器，其特征是：所述的接入保護檢測電路包括由電阻R1、電容C5~C6和降壓穩壓器IC1組成的工作電壓產生模塊，用以提供其它電路所需的工作電源VCC；由電容C1~C4、電阻R2~R3和場效應管VT1組成的充電電源接入保護模塊，用于防止電源極性接反并對電源進行旁路濾波和解耦濾波；由電阻R4~R8、電容C7和運放IC2A組成的電源電壓檢測模塊，用于實時檢測接入充電電源電壓并輸出ADC0到控制電路；由電阻R9~R19、電容C8~C12、三極管VT2、場效應管VT3和運放IC2C、IC2D組成的待充電池接入保護與電壓檢測模塊，用于待充電池組極性接反防止、電池端濾波、電池組電壓檢測并輸出ADC1到控制電路，同時可在控制電路輸出控制信號OUTK1的控制下使待充電池組斷開；由電阻R20~R25、電容C13~C14和運放IC2B組成的充電電流檢測模塊，用于反映充電過程中的實時電流變化并輸出檢測信號ADC2到控制電路。3.根據權利要求1所述的適用于2-8S鋰電池組的均衡充電器，其特征是：所述的充電電路由電阻R26~R40、電容C15~C16、二極管D1~D2、電感L1、三極管VT6~VT11、場效應管VT4~VT5和比較器IC3A、IC3B組成，能在控制電路輸出控制信號PWM1、PWM2、OUTK0的控制下為待充電池組提供充電電流，當電池電壓低于接入充電電壓時...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王靖，黃采倫，南茂元，周博文，田勇軍，王安琪，
申請(專利權)人：湖南科技大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43