CN107508357A - 一种多节并联的锂电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池管理领域，尤其涉及一种多节并联的锂电池管理系统。多节并联的电芯，每节电芯的输入端均对应连接一充电负载开关的输出端，充电负载开关用于对输入到每节电芯中的电能进行限流；一控制器，控制器的电源输入端连接输入电路，控制器的输出端连接每个充电负载开关的输入端，控制器的电压信号输入端连接每个电芯，控制器用于根据每个电芯中最低的电压，控制从输入电路输入到每个电芯中的充电电压。本发明的技术方案仅需要一组控制器和多个负载开关即实现了对每节电芯的独立充放电控制，提高电池利用效率，也适用于电芯差异较大且新旧电芯混杂的电池系统，极大的延长电芯以及锂电池的使用寿命。

Description

一种多节并联的锂电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池管理领域，尤其涉及一种多节并联的锂电池管理系统。

背景技术

单节锂电池如果超过4000mAh会有漏电、电压不稳等安全隐患，因此，现有的大容量锂电池实际是由多节锂电芯并联组成。但是，现有的并联锂电芯简单连接会导致如下问题。在充电时，由于每节锂电芯的内阻的不同，在相同的充电截止电压下，必然有的电池充满，而有的电池未充满。放电时，同样存这样的差异。反复充放电，电池之间差异还会被放大，最终导致每个电池的容量不相同。根据图3a所示，此时为电池的正常状态，各电芯的电量为暗色部分，一个电芯有25％的电量，两个电芯有50％的电量，一个电芯有75％的电量，电芯电量各不相同。根据图3b所示，此时为充电充满状态，只要有一个电芯达到截止电压，则停止充电，还有多个电芯未充满电。根据图3c所示，此时为放电保护状态，只要有一个电芯达到放电保护，则停止放电防止过放，还有多个电芯存储有较多的电量，电能无法被完全利用。但是，如果每节电芯进行单一的充电管理，就需要大量的芯片和外围器件，导致电池成本大大提高。

发明内容

本发明提供一种多节并联的锂电池管理系统，以解决现有技术中难以在成本较低的情况下对多节并联锂电芯进行控制的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种多节并联的锂电池管理系统包括：

多节并联的电芯，每节所述电芯的输入端均对应连接一充电负载开关的输出端，所述充电负载开关用于对输入到每节所述电芯中的电能进行限流，每节所述电芯的输出端均对应连接一放电负载开关的输出端，所述放电负载开关用于防止所述电芯过放；

一开关电源控制器，所述开关电源控制器的电源输入端连接输入电路，每个所述充电负载开关的输入端分别并联在所述开关电源控制器的电源输出端，所述开关电源控制器的电压信号输入端连接每个所述电芯，所述开关电源控制器用于根据每个所述电芯中最低的电压，控制从所述开关电源控制器的所述输出端输出的充电电压。

优选的，所述开关电源控制器内设置有一最小电压增量，用于控制所述充电电压为所述最低的电芯电压与所述最小电压增量的和。

优选的，所述开关电源控制器设置有一截止电压，用于在所述充电电压等于所述截止电压时，维持所述充电电压不变。

优选的，所述充电负载开关内设置有一限制电流，用于限制通过所述充电负载开关的电流不超过所述限制电流。

优选的，所述充电负载开关内设置有一截止电流，用于在通过所述充电负载开关的电流低于所述截止电流时，关断所述充电负载开关。

优选的，所述开关电源控制器的负载开关控制端分别连接每个所述充电负载开关，所述开关电源控制器内还设置有一关断电流，用于获取通过每个所述电芯的电流，并在所述充电电流低于所述关断电流时，控制所述电芯对应的所述充电负载开关关断。

优选的，所述放电负载开关内设置有一欠压电压，用于在所述放电负载开关的输入端电压低于所述欠压电压时，控制所述放电负载开关关断。

优选的，所述电芯为锂离子电芯。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明的技术方案仅需要一个开关电源控制器和多个负载开关即实现了对每节电芯的独立充放电控制，提高电池利用效率，也适用于电芯差异较大且新旧电芯混杂的电池系统，极大的延长电芯以及锂电池的使用寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明一种多节并联的锂电池管理系统的整体结构示意图；

图2为本发明一种多节并联的锂电池管理系统的充电电流与电压关系示意图；

图3a、图3b和图3c为未采用本发明技术方案时的每个电芯的容量示意图；

图4a、图4b、图4c和图4d为采用本发明一种多节并联的锂电池管理系统后的每个电芯的容量示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

本发明一种较佳的实施例中，根据图1所示，一种多节并联的锂电池管理系统包括：

多节并联的电芯1，每节电芯1的输入端均对应连接一充电负载开关3的输出端，充电负载开关3用于对输入到每节电芯1中的电能进行限流，每节电芯1的输出端均对应连接一放电负载开关4的输出端，放电负载开关4用于防止电芯1过放；

一开关电源控制器2，开关电源控制器2的电源输入端连接输入电路，每个充电负载开关3的输入端分别并联在开关电源控制器2的电源输出端，开关电源控制器2的电压信号输入端连接每个电芯1，开关电源控制器2用于根据每个电芯1中最低的电压，控制从开关电源控制器2的输出端输出的充电电压。

具体地，本实施例中，采用开关电源控制器2对输入电芯1的充电电压进行控制，采用充电负载开关3对输入电芯1的电流进行控制，实现了对每个电芯1充电过程的精确控制，同时，仅采用一个开关电源控制器2可有效减少锂电池系统的芯片成本。

本发明一种较佳的实施例中，根据所示，开关电源控制器2内设置有一最小电压增量，用于控制充电电压为最低的电芯1电压与最小电压增量的和。开关电源控制器2设置有一截止电压，用于在充电电压等于截止电压时，维持充电电压不变。

具体地，本实施例中，在充电过程中，开关电源控制器2根据获取到的各电芯1中最低的电压，向电芯1输入的充电电压为最低的电芯1电压与最小电压增量的和。此时，电芯1电压较低的电芯1处于充电状态，其对应的充电负载开关3处于通导状态；电压较高的电芯1由于其电压高于充电电压，其对应的充电负载开关3处于关闭状态。在充电状态下的电芯1，其对应的充电负载开关3两端的电压差为最小电压增量，电压差较小，充电负载开关3工作在限流状态，不会引起发热。截止电压为锂电池安全充电的最大电压，对于锂电池截止电压可以是4.2V或4.35V，输入电压通常为5V及以上电压。

本发明一种较佳的实施例中，根据图2所示，开关电源控制器2内还设置有一切换电压，切换电压接近截止电压，用于在充电电压超过时切换电压时，控制最小电压增量随着充电电压的增加而逐渐减小，并在充电电压达到截止电压时，控制最小电压增量减小至零。充电状态分为恒流阶段、过度阶段和恒压阶段。恒流阶段时，电池内部分电芯1的电压远小于截止电压，充电电压随着充电的进行逐步增加一个最小电压增量，此时充电负载开关3对充电电压进行限流，保持充电电流的稳定；在充电电压增大至切换电压时，进入过度阶段，最小电压增量逐步减小，使得充电电压缓慢增加，实现从恒流阶段到恒压阶段的无缝切换；恒压阶段，充电电压维持在截止电压上，充电电流不断减小，直到所有电芯1都充满。

本发明一种较佳的实施例中，根据1所示，充电负载开关3内设置有一限制电流，用于限制通过充电负载开关3的电流不超过限制电流，保证充电电流的稳定，保护电芯1在充电过程中不会被过大的电流损坏。

负载开关都具有单向通导的效果，可以防止电流倒灌破坏开关电源控制器2和负载开关。

本发明一种较佳的实施例中，充电负载开关3内设置有一截止电流，用于在通过充电负载开关3的电流低于截止电流时，关断充电负载开关3。

具体地，本实施例中，截止电流为一很小的电流，在充电电流低于截止电流时，电芯1电压与充电电压非常接近，对应的电芯1的处于充满状态，此时关断充电负载可以有效防止过充，影响电芯11使用性能。实现了充电负载开关3自动停止充电的技术效果。采用充电负载依次停止对充满的电芯1的充电操作，使得带能量能够保存到其他储能空间更大的电芯1上，提高了电池各电芯1的储能效率。

本发明一种较佳的实施例中，开关电源控制器2的负载开关控制端分别连接每个充电负载开关3，开关电源控制器2内还设置有一关断电流，用于获取通过每个电芯1的充电电流，并在充电电流低于关断电流时，控制电芯1对应的充电负载开关3关断。

具体地，本实施例中，采用开关电源控制器2在充电电流低于关断电流时关断对应的充电负载开关3。关断电流为极小的电流，对应的电芯1电压与充电电压非常接近，处于充满状态。通过开关电源控制器2关断充电负载开关3可以防止电池充电过度。采用开关电源控制器2依次关断已充满的电芯1的充电负载开关3，可以使得带能量能够保存到其他储能空间更大的电芯1上，提高了电池各电芯1的储能效率。

本发明一种较佳的实施例中，放电负载开关4内设置有一欠压电压，用于在放电负载开关4的输入端电压低于欠压电压时，控制放电负载开关4关断。

具体地，本实施例中电芯1的电压低于欠压电压时，对应电芯1的电能已放空，关断放电负载开关4可以防止对应电芯1过度放电。已放空电芯1的放电负载开关4关断后，由其他电芯1继续供电，并依次关断电量已放空的电芯1。实现了在放电过程中将所有电芯1的电能都能够释放出去，避免在电量最少的电芯1放空后，其他电芯1也停止放电的技术问题。

本发明一种较佳的实施例中，电芯1为锂离子电芯1。

本发明一种较佳的实施例中，根据图4a至4d所示，采用上述锂电池管理系统进行充电管理的过程包括：图4a为初始状态，此时锂电池管理系统通过充电负载开关仅对电量最低的电芯进行充电。一段时间后，电池为图4b的状态，此时，三个电芯处于相同的状态，锂电池管理系统通过充电负载开关对上述三个电芯进行充电。再过一段时间后，电池为图4c的状态，此时，所有电芯电量都相同，锂电池管理系统通过充电负载开关对所有电芯同时充电。最终电池达到图4c的状态，所有电芯都充满。采用上述锂电池管理系统可以实现所有电芯都完成充满的技术效果。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种多节并联的锂电池管理系统，其特征在于，包括：

多节并联的电芯，每节所述电芯的输入端均对应连接一充电负载开关的输出端，所述充电负载开关用于对输入到每节所述电芯中的电能进行限流，每节所述电芯的输出端均对应连接一放电负载开关的输出端，所述放电负载开关用于防止所述电芯过放；

一开关电源控制器，所述开关电源控制器的电源输入端连接输入电路，每个所述充电负载开关的输入端分别并联在所述开关电源控制器的电源输出端，所述开关电源控制器的电压信号输入端连接每个所述电芯，所述开关电源控制器用于根据每个所述电芯中最低的电压，控制从所述开关电源控制器的所述输出端输出的充电电压。

2.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述开关电源控制器内设置有一最小电压增量，用于控制所述充电电压为所述最低的电芯电压与所述最小电压增量的和。

3.根据权利要求2所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述开关电源控制器设置有一截止电压，用于在所述充电电压等于所述截止电压时，维持所述充电电压不变。

4.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述充电负载开关内设置有一限制电流，用于限制通过所述充电负载开关的电流不超过所述限制电流。

5.根据权利要求5所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述充电负载开关内设置有一截止电流，用于在通过所述充电负载开关的电流低于所述截止电流时，关断所述充电负载开关。

6.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述开关电源控制器的负载开关控制端分别连接每个所述充电负载开关，所述开关电源控制器内还设置有一关断电流，用于获取通过每个所述电芯的电流，并在所述充电电流低于所述关断电流时，控制所述电芯对应的所述充电负载开关关断。

7.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述放电负载开关内设置有一欠压电压，用于在所述放电负载开关的输入端电压低于所述欠压电压时，控制所述放电负载开关关断。

8.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述电芯为锂离子电芯。