專利名稱：鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電池管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有均衡電壓、充放電 保護功能的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動汽車作為綠色交通工具，將在21世紀(jì)給人類社會帶來巨大的變化。發(fā) 展電動汽車必須解決幾項主要關(guān)鍵技術(shù)，電池組管理系統(tǒng)就是其中的一項。傳 統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)電路及連線復(fù)雜，維修困難，可靠性也低。另一方面，目前 鋰離子動力電池的技術(shù)不是特別成熟，經(jīng)過多次充放電循環(huán)后，各單體電池差 異性增大，會直接影響電池的使用壽命與安全。發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了克服上述技術(shù)問題，提供一種簡化電路及連線，便于維修， 提高可靠性，且對單體鋰離子動力電池具有均衡保護功能，提高鋰離子動力電 池組的使用壽命和安全性能的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)。本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的本實用 新型包括若干個均衡電路、若干個多路電池電壓監(jiān)控芯片以及與所有的多路電 池電壓監(jiān)控芯片通過總線相連的單片機單元；多節(jié)電池組成串聯(lián)電路，形成電 池組正端、電池組負端，每節(jié)電池上并聯(lián)一個均衡電路，每個多路電池電壓監(jiān) 控芯片的電壓監(jiān)控引腳上連接有多個均衡電路；所述的串聯(lián)電路上串聯(lián)有電流 檢測電阻、保護電路，電流檢測電阻的兩端與其中一個多路電池電壓監(jiān)控芯片 的電流檢測引腳相連，保護電路的控制端與所述的單片機單元相連或與其中一個多路電池電壓監(jiān)控芯片的功率管驅(qū)動引腳相連。事先可以通過將多路電池電 壓監(jiān)控芯片與計算機相連，完成均衡電壓、過充電壓、過放電壓、過溫保護、 過流保護的設(shè)置工作。在電池組充電過程中，電池電壓監(jiān)控芯片的電壓監(jiān)控引 腳檢測單節(jié)鋰離子動力電池的電壓， 一旦發(fā)現(xiàn)任意兩節(jié)電池之間電壓差超過設(shè) 置的均衡電壓，則并聯(lián)在電壓高的電池的兩端的均衡電路開始工作，降低電池 電壓，使各節(jié)電池的一致性更好。通過電流檢測電阻，多路電池電壓監(jiān)控芯片 獲得串聯(lián)電路中的電流， 一旦電流超過設(shè)置的過流保護值，則啟動保護電路切 斷串聯(lián)電路，停止充放電，實現(xiàn)保護功能。多路電池電壓監(jiān)控芯片通過總線形 式與單片機單元進行數(shù)據(jù)通訊，電路簡單，維修方便，提高可靠性，而且多路電池電壓監(jiān)控芯片的數(shù)量不受限制，擴展性更好。單片機單元的主要功能是管 理多路電池電壓監(jiān)控芯片，對其傳上來的數(shù)據(jù)進行分析處理，并通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè) 總線，將整組電池組的數(shù)據(jù)輸出。作為優(yōu)選，所述的保護電路為接觸器，接觸器的控制端與所述的單片機單 元的控制輸出端相連。多路電池電壓監(jiān)控芯片獲得的電壓、電流等各種數(shù)據(jù)通 過總線輸送給單片機單元，由單片機單元的內(nèi)部程序進行處理、分析， 一旦發(fā) 現(xiàn)過壓、過放、過流，立即經(jīng)控制輸出端發(fā)出控制信號給接觸器，使接觸器處 于斷開狀態(tài)，斷開串聯(lián)電路，停止對電池充放電，實現(xiàn)保護功能。作為優(yōu)選，所述的保護電路為放電保護M0S管Tf和充電保護M0S管Tc的 串聯(lián)電路；Tf、 Tc的柵極與多路電池電壓監(jiān)控芯片的功率管驅(qū)動引腳相連，Tf 的源極既與電池組負端相連，又與Tc的漏極相連，Tc的源極引出形成充電負端。 多路電池電壓監(jiān)控芯片經(jīng)電壓監(jiān)控引腳、電流檢測引腳獲得電壓、電流數(shù)據(jù)， 并與事先設(shè)置的過充電壓、過放電壓、過流保護的設(shè)置值比較， 一旦超過這些 設(shè)置值，多路電池電壓監(jiān)控芯片的功率管驅(qū)動引腳輸出控制信號，驅(qū)動放電保護M0S管Tf或充電保護MOS管Tc，停止放電或充電，實現(xiàn)保護功能。作為優(yōu)選，所述的均衡電路包括電阻R、 M0S管T;電阻R的一端與電池正 極相連，R的另一端與MOS管T的漏極相連，MOS管T的源極與電池負極相連， M0S管T的柵極、電池正極、電池負極與多路電池電壓監(jiān)控芯片的電壓監(jiān)控引腳 相連。多路電池電壓監(jiān)控芯片的電壓監(jiān)控引腳檢測單節(jié)電池的電壓，在充電過 程中，若發(fā)現(xiàn)任意兩節(jié)電池之間電壓差超過設(shè)置的均衡電壓，則輸出高電平給 與電壓高的電池對應(yīng)的MOS管T的柵極，使T導(dǎo)通，電池向電阻R放電，電池 電壓降低，實現(xiàn)各電池間的均衡，確保各電池的一致性更好，提高鋰離子動力 電池組的使用壽命和安全性能。作為優(yōu)選，所述的多路電池電壓監(jiān)控芯片的溫度測量引腳上連接有溫度傳 感器，所述的溫度傳感器設(shè)于電池附近。溫度傳感器測量電池組溫度，并將溫 度數(shù)據(jù)送給多路電池電壓監(jiān)控芯片， 一旦測得的溫度值超過事先設(shè)置的溫度保 護值，則由多路電池電壓監(jiān)控芯片或單片機單元輸出控制信號給保護電路使之 斷開，實現(xiàn)過溫保護功能。作為優(yōu)選，所述的單片機單元上連接有顯示電路。通過顯示電路顯示出電 池組的電壓、電流、溫度等各種數(shù)據(jù)，使用更方便。作為優(yōu)選，所述的單片機單元的通訊接口與外部設(shè)備相連。外部設(shè)備可以 是車載系統(tǒng)、儀表盤等車載設(shè)備，電池組的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)還可在車 載設(shè)備上顯示出來，使駕駛員對電池組的工作狀態(tài)一目了然。本實用新型的有益效果是通過總線將多個多路電池電壓監(jiān)控芯片與單片 機單元相連，大大簡化了電路及連線，維修方便，可靠性提高。通過并聯(lián)在單 節(jié)電池上的均衡電路，確保了充電時各節(jié)電池電壓的一致性，提高鋰離子動力 電池組的使用壽命和安全性能。接觸器或者由放電保護M0S管、充電保護M0S管組成的保護電路，確保在電池組過壓、過放、過流、過溫等不正常工作狀態(tài) 時切斷電池組組成的串聯(lián)電路，停止充放電，實現(xiàn)保護功能，確保鋰離子動力 電池組的安全使用。


圖1是本實用新型的一種電路連接框圖。圖2是本實用新型中均衡電路的一種電路連接圖。 圖3是本實用新型的又一種電路連接框圖。圖中l(wèi).均衡電路，2.多路電池電壓監(jiān)控芯片，3.總線，4.單片機單元，5. 電池組正端，6.電池組負端，7.電流檢測電阻，8.接觸器，9.充電負端，10.溫 度傳感器，ll.顯示電路，12.外部設(shè)備。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的 說明。實施例l:本實施例的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，如圖l、圖2所示，包 括nX13個均衡電路l、 n個多路電池電壓監(jiān)控芯片2以及與n個多路電池電壓 監(jiān)控芯片2通過總線3相連的單片機單元4。 nX13個電池組成串聯(lián)電路，形成 電池組正端5、電池組負端6，每節(jié)電池上并聯(lián)一個均衡電路l。均衡電路l包 括電阻R、 MOS管T，電阻R的一端與電池正極相連，R的另一端與MOS管T的 漏極相連，M0S管T的源極與電池負極相連，MOS管T的柵極、電池正極、電 池負極與多路電池電壓監(jiān)控芯片2的電壓監(jiān)控引腳相連。每個多路電池電壓監(jiān) 控芯片2的電壓監(jiān)控引腳上連接有十三個均衡電路1， 一個多路電池電壓監(jiān)控芯 片2最多可以監(jiān)控十三節(jié)電池，十三節(jié)電池組成一個電池小組，每個電池小組的附近安裝有溫度傳感器10，溫度傳感器10接多路電池電壓監(jiān)控芯片2的溫度 測量引腳。串聯(lián)電路上串聯(lián)有電流檢測電阻7、接觸器8，電流檢測電阻7的兩 端與第n個多路電池電壓監(jiān)控芯片2的電流檢測引腳相連，接觸器8的控制端 與單片機單元4的控制輸出端相連。單片機單元4上連接有顯示電路11，單片 機單元4的通訊接口與電動汽車的車載系統(tǒng)、儀表盤等外部設(shè)備12相連。本實用新型在安裝到電動汽車上之前，先將多路電池電壓監(jiān)控芯片與計算機 相連，完成均衡電壓、過充電壓、過放電壓、過溫、過流等參數(shù)的設(shè)置工作， 然后再裝到電動汽車上。在電池組充電過程中，實現(xiàn)電池組的全程均衡，當(dāng)多 路電池電壓監(jiān)控芯片檢測到任意兩節(jié)電池之間電壓差超過30mV，則輸出控制信 號給與高電壓電池對應(yīng)的MOS管T的柵極，使該MOS管導(dǎo)通，電池電壓向與之 相連的電阻放電，從而降低電池電壓，保持各節(jié)電池之間的一致性。單片機單元的主要功能是管理n個多路電池電壓監(jiān)控芯片，對由n個多路電 池電壓監(jiān)控芯片傳上來的數(shù)據(jù)進行分析處理，并通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線，將整組電 池組的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)輸給車載系統(tǒng)、儀表盤等外部設(shè)備。通常我們設(shè)置的過充電壓為4.25V，過放電壓為2.80V，當(dāng)有一節(jié)電池電壓 超過預(yù)先設(shè)置的過充電壓或低于過放電壓時，單片機單元的控制輸出端輸出控 制信號給接觸器，使之?dāng)嚅_，切斷串聯(lián)電路，停止充放電。在充電過程和放電過程中，同時實時檢測電流和溫度，如果電流和溫度超 過設(shè)定值，則單片機單元的控制輸出端也輸出控制信號給接觸器，使之?dāng)嚅_， 切斷串聯(lián)電路，停止充放電，實現(xiàn)保護功能。本實用新型具有以下功能1.能同時監(jiān)控電池組內(nèi)每塊電池電壓、電池小組總電壓及整個電池組的總 電壓2. 能監(jiān)控電池組的充放電電流，并具有過流和短路保護功能。3. 能自動識別并監(jiān)控電池組充放電過程中每節(jié)單體電池電壓，能多點檢測 整個電池組內(nèi)部溫度，并具有過充、過放、過流、短路、過溫保護等功能。4. 在充電時能夠自動開啟均衡電路，降低單體電壓過高的電池電壓，最大 限度平衡電池組內(nèi)每節(jié)電池電壓，使之保持一致。5. 可選配如RS232、 RS485、 CAN等標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線接口 。6. 需要管理的電池數(shù)量不受限制，可擴充為任何組即對幾十、幾百甚至 更多電池組進行管理。實施例2:本實施例的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，如圖3所示，多個電池組成的串聯(lián)電路上串聯(lián)有放電保護MOS管Tf和充電保護MOS管Tc; Tf、 Tc的 柵極與第n個多路電池電壓監(jiān)控芯片2的功率管驅(qū)動引腳相連，Tf的源極既與 電池組負端6相連，又與Tc的漏極相連，Tc的源極引出形成充電負端9。通常 我們設(shè)置的過充電壓為4.25V，過放電壓為2.80V。在電池組充電過程中，如果 其中有一節(jié)電池電壓超過4. 25V，則多路電池電壓監(jiān)控芯片2的功率管驅(qū)動引腳 輸出控制信號使充電保護MOS管Tc斷開，停止充電。在電池組放電過程中，如 果其中有一節(jié)電池電壓低于2. 80V，則多路電池電壓監(jiān)控芯片2的功率管驅(qū)動引 腳輸出控制信號使放電保護MOS管Tf斷開，停止放電。實現(xiàn)電池的過充、過放 保護功能，提高鋰離子動力電池組的使用壽命和安全性能。其余的同實施例l。
權(quán)利要求1.一種鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在于包括若干個均衡電路(1)、若干個多路電池電壓監(jiān)控芯片(2)以及與所有的多路電池電壓監(jiān)控芯片(2)通過總線(3)相連的單片機單元(4)；多節(jié)電池組成串聯(lián)電路，形成電池組正端(5)、電池組負端(6)，每節(jié)電池上并聯(lián)一個均衡電路(1)，每個多路電池電壓監(jiān)控芯片(2)的電壓監(jiān)控引腳上連接有多個均衡電路(1)；所述的串聯(lián)電路上串聯(lián)有電流檢測電阻(7)、保護電路，電流檢測電阻(7)的兩端與其中一個多路電池電壓監(jiān)控芯片(2)的電流檢測引腳相連，保護電路的控制端與所述的單片機單元(4)相連或與其中一個多路電池電壓監(jiān)控芯片(2)的功率管驅(qū)動引腳相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在于所述的 保護電路為接觸器(8)，接觸器(8)的控制端與所述的單片機單元(4)的控 制輸出端相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在于所述的 保護電路為放電保護MOS管Tf和充電保護MOS管Tc的串聯(lián)電路；Tf、 Tc的柵 極與多路電池電壓監(jiān)控芯片(2)的功率管驅(qū)動引腳相連，Tf的源極既與電池組 負端(6)相連，又與Tc的漏極相連，Tc的源極引出形成充電負端(9)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述的均衡電路(1)包括電阻R、 M0S管T;電阻R的一端與電池正極相連， R的另一端與M0S管T的漏極相連，M0S管T的源極與電池負極相連，M0S管T 的柵極、電池正極、電池負極與多路電池電壓監(jiān)控芯片(2)的電壓監(jiān)控引腳相 連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述的多路電池電壓監(jiān)控芯片(2)的溫度測量引腳上連接有溫度傳感器(10)，所述的溫度傳感器(10)設(shè)于電池附近。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述的單片機單元(4)上連接有顯示電路(11)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，其特征在 于所述的單片機單元(4)的通訊接口與外部設(shè)備(12)相連。
專利摘要本實用新型涉及一種鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)，它包括若干個均衡電路、若干個多路電池電壓監(jiān)控芯片以及與所有的多路電池電壓監(jiān)控芯片通過總線相連的單片機單元；多節(jié)電池組成串聯(lián)電路，每節(jié)電池上并聯(lián)一個均衡電路，每個多路電池電壓監(jiān)控芯片的電壓監(jiān)控引腳上連接有多個均衡電路；串聯(lián)電路上串聯(lián)有電流檢測電阻、保護電路，電流檢測電阻的兩端與其中一個多路電池電壓監(jiān)控芯片的電流檢測引腳相連，保護電路的控制端與單片機單元相連或與其中一個多路電池電壓監(jiān)控芯片的功率管驅(qū)動引腳相連。本實用新型電路簡單，維修方便，具有過壓、過放、過流、過溫保護功能及單體電池均衡保護功能，提高鋰離子動力電池組的使用壽命和安全性能。
文檔編號G01R31/36GK201117742SQ20072011361
公開日2008年9月17日 申請日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者宋文濤, 李建林, 胡矩鋒, 蔣云飛, 榮 雷 申請人:萬向集團公司;萬向電動汽車有限公司