專利名稱：一種電動(dòng)自行車用鋰電池組控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)車用電池組技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電動(dòng)車用鋰電池組能量 管理的控制電路。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電動(dòng)自行車的輕便、快捷，受到民眾的公 認(rèn)，有廣闊的市場(chǎng)需求。擴(kuò)大電動(dòng)車生產(chǎn)，是政府積極創(chuàng)導(dǎo)推動(dòng)的新興綠色工業(yè)，提高電驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)性能以及環(huán)保問(wèn)題，已成為世界各國(guó)科技人員不斷努力改進(jìn)的目標(biāo)。目前應(yīng)用于電動(dòng)車的可充式二次電池主要有鉛酸電池，鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰 離子電池，而這些電池各具有不同特性和優(yōu)缺點(diǎn)。就單電池而言，鋰離子電池性能最為優(yōu) 越，比能量高、比功率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)污染 ，電池重量輕，續(xù)航力大。電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)受效率，成本和可靠性等條件的限制，需要的 工作電壓比單體鋰電池的電壓要高，一般為36伏。目前的方法是將鋰電池單體串聯(lián)，得到 需要的總輸出電壓。而電池單體的性能彼此之間是有差異的，生產(chǎn)中必須對(duì)單體電池進(jìn)行 配組，使用中要對(duì)電池組進(jìn)行管理，尤其是均衡管理。串聯(lián)的單體電池越多，管理的難度越 大，而串聯(lián)電池組的性能決定于其中性能最差的單體電池。這種串聯(lián)升壓的方式在實(shí)際使用中存在諸多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在電池組的均衡，電 池組的有效壽命，電池組安全等方面。同時(shí)串聯(lián)的單體電池越多，充電時(shí)產(chǎn)生過(guò)充的可能性 和危險(xiǎn)性越大，給用戶帶來(lái)很大的安全隱患。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、串聯(lián)電池單體數(shù)少、使用壽命長(zhǎng)、可以有 效解決電池組的均衡問(wèn)題的電動(dòng)自行車用鋰電池組控制電路。為達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案是一種電動(dòng)自行車用鋰電池組控制電路，包 括單片機(jī)、與所述單片機(jī)連接的場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)控制器和隔離降壓電路，其特征在 于第一電池單體Bl和第二電池單體B2串聯(lián)，第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2串聯(lián)， 電感Ll 一端與第一電池單體Bl的正極相連，另一端A分別連接第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql下電極和 第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的上電極，所述電機(jī)控制器和隔離降壓電路的正極端D與所述第一場(chǎng)效應(yīng) 管Ql上電極連接，負(fù)極端C與第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的下電極和第二電池單體B2的負(fù)極連接， 所述場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路輸出分別與第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql柵極E、第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極F連 接，所述隔離降壓電路外接市電220V交流電源。所述第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2分別與二極管并聯(lián)。本實(shí)用新型的有益效果是1)利用雙向DC/DC直流變換器的升、降壓電路，升壓到電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器 通常所需的36V直流電壓，從而在不改變現(xiàn)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)條件下，實(shí)現(xiàn)兩節(jié)單 體鋰電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)自行車，從而避免了大量電池單體串聯(lián)工作產(chǎn)生的均衡問(wèn)題；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，有效提高了系統(tǒng)的可靠性、降低了電池組的成本。2)本實(shí)用新型將充電器與電池組集成化設(shè)計(jì)，還避免了傳統(tǒng)電池組必須使用的價(jià)格昂貴的電池組保護(hù)板；利用單片機(jī)對(duì)充電電流實(shí)現(xiàn)更為合理的控制，方便了用戶使用，降 低系統(tǒng)成本，提高電池組的壽命和安全性。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
由圖1可見，一種電動(dòng)自行車用鋰電池組控制電路，包括單片機(jī)、與所述單片機(jī)連 接的場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)控制器和隔離降壓電路，其特征在于第一電池單體Bl和第 二電池單體B2串聯(lián)，第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2串聯(lián)，電感Ll 一端與第一電池單 體Bl的正極相連，另一端端點(diǎn)A分別連接第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql下電極和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的上 電極，所述電機(jī)控制器和隔離降壓電路的正極端D與所述第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql上電極連接，負(fù) 極端C與第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的下電極、第二電池單體B2的負(fù)極連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路 輸出分別與第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極E、第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極F連接，所述隔離降壓電路 外接市電220V交流電源。所述第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2分別與二極管并聯(lián)。以下用實(shí)施例對(duì)按照本實(shí)用新型連接的一種電動(dòng)自行車用鋰電池組控制電路的 功能作進(jìn)一步說(shuō)明。電池組放電時(shí)，電池單體Bl和B2串聯(lián)，正極產(chǎn)生6. 6V左右的直流電壓。場(chǎng)效應(yīng) 管Q2首先導(dǎo)通，電流從電池單體Bl的正極，經(jīng)過(guò)電感Li、場(chǎng)效應(yīng)管Q2、流入電池單體B2的 負(fù)極。在此過(guò)程中，電池組釋放的電能以磁場(chǎng)的方式儲(chǔ)存在電感Ll中，磁場(chǎng)大小與電感Ll 中的電流的平方成正比。當(dāng)電感Ll中的電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Q2關(guān)閉。由于電感 的電流不能突變，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2關(guān)閉時(shí)，在電路的A點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)高電壓。當(dāng)A點(diǎn)的電壓大 于D點(diǎn)電壓時(shí)，電感Ll中的電流通過(guò)Ql中二極管流向D點(diǎn)，然后經(jīng)過(guò)電機(jī)控制器回到電路 電池單體B2的負(fù)極C點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電能的升壓驅(qū)動(dòng)過(guò)程。電池組放電時(shí)，第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql 的上電極D點(diǎn)和電池單體Bl的正極電壓比例，可以通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通和關(guān)閉的時(shí)間 比例任意控制。單片機(jī)通過(guò)采集系統(tǒng)中的相關(guān)信息，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的控制算法，產(chǎn)生相應(yīng)的 控制信號(hào)，然后通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路、第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極F控制場(chǎng)效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通 和關(guān)閉的時(shí)間比例，實(shí)現(xiàn)電池組電壓的升高。將兩個(gè)串聯(lián)鋰電池單體的6. 6V直流電壓，升 高到電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器通常所需的36V直流電壓，從而在不改變現(xiàn)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的條件下，實(shí)現(xiàn)鋰電池電動(dòng)自行車的兩節(jié)單體電池驅(qū)動(dòng)，有效降低電池組的生產(chǎn) 成本，提高系統(tǒng)可靠性。電池組充電時(shí)，電網(wǎng)中的220V交流電，經(jīng)過(guò)通常的隔離降壓電路，變成電壓等于D 點(diǎn)的直流電，第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql首先導(dǎo)通，由于D點(diǎn)的電壓高于第一電池單體Bl的正極，電 流在第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql導(dǎo)通時(shí)，從隔離降壓電路的正極D點(diǎn)經(jīng)過(guò)第一場(chǎng)效應(yīng)管Q1、電感Li、 第一電池單體Bl正極、第二電池單體B2負(fù)極返回隔離降壓電路，構(gòu)成回路。在此過(guò)程中，隔離降壓電路釋放的電能以磁場(chǎng)的方式儲(chǔ)存在電感Ll中，磁場(chǎng)大小與電感Ll中的電流的 平方成正比。當(dāng)電感Ll中的電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)，第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql關(guān)閉。由于電感的電流 不能突變，當(dāng)?shù)谝粓?chǎng)效應(yīng)管Ql關(guān)閉時(shí)，在電路的A點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)低電壓。當(dāng)A點(diǎn)的電壓小于 第二電池單體B2負(fù)極C點(diǎn)的電壓時(shí)，電感中的電流通過(guò)與第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2并聯(lián)的二極管 流回到A點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電能的降壓充電過(guò)程。電池組充電時(shí)，正極D點(diǎn)和第一電池單體Bl 正極的降壓比例可以通過(guò)第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql的導(dǎo)通和關(guān)閉的時(shí)間比例任意控制。單片機(jī)通 過(guò)采集系統(tǒng)中的相關(guān)信息，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的控制算法，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管 驅(qū)動(dòng)電路控制第一場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極E端，控制導(dǎo)通和關(guān)閉的時(shí)間比例，實(shí)現(xiàn)電池組充電 電流的大小控制。 本實(shí)用新型利用L1、Q1、Q2構(gòu)成的雙向DC-DC直流變換器的雙向升降壓功能，減少 了電池單體數(shù)量，實(shí)現(xiàn)充電器一體化設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)對(duì)充電電流實(shí)現(xiàn)更為合理的控制，在 提高產(chǎn)品的質(zhì)量、進(jìn)一步提高電池組的壽命 和可靠性同時(shí)，不但方便了用戶使用，而且可以 節(jié)省生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求一種電動(dòng)自行車用鋰電池組控制電路，包括單片機(jī)、與所述單片機(jī)連接的場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)控制器和隔離降壓電路，其特征在于第一電池單體B1和第二電池單體B2串聯(lián)，第一場(chǎng)效應(yīng)管Q1和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2串聯(lián)，電感L1一端與第一電池單體B1的正極相連，另一端A分別連接第一場(chǎng)效應(yīng)管Q1下電極和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的上電極，所述電機(jī)控制器和隔離降壓電路的正極端D與所述第一場(chǎng)效應(yīng)管Q1上電極連接，負(fù)極端C與第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的下電極和第二電池單體B2的負(fù)極連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路輸出分別與第一場(chǎng)效應(yīng)管Q1柵極E、第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極F連接，所述隔離降壓電路外接市電220V交流電源。
專利摘要一種電動(dòng)自行車用鋰電池組控制電路，其特點(diǎn)是第一電池單體B1和第二電池單體B2串聯(lián)，第一場(chǎng)效應(yīng)管Q1和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2串聯(lián)，電感L1一端與第一電池單體B1的正極相連，另一端A分別連接第一場(chǎng)效應(yīng)管Q1下電極和第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的上電極，電機(jī)控制器和隔離降壓電路的正極端D與第一場(chǎng)效應(yīng)管Q1上電極連接，負(fù)極端C與第二場(chǎng)效應(yīng)管Q2的下電極和第二電池單體B2的負(fù)極連接，場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路輸出分別與二個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接。其優(yōu)點(diǎn)是利用雙向DC/DC直流變換器的升、降壓電路，實(shí)現(xiàn)兩節(jié)單體鋰電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)自行車，充電器與電池組集成化設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)對(duì)充電電流實(shí)現(xiàn)更為合理的控制，不僅方便了用戶使用，降低了成本，而且提高了電池組的壽命和安全性。
文檔編號(hào)H02J7/10GK201562998SQ20092021262
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者張翼, 張鐵柱, 戴作強(qiáng) 申請(qǐng)人:張翼;張鐵柱;戴作強(qiáng)