一种应用于锂电池的充放电分口保护电路制造技术

本发明专利技术属于新能源锂电池及电力电子领域，其公开了一种应用于锂电池的充放电分口保护电路。该电路包括：放电控制开关，用于单独地断开或闭合放电回路，放电控制开关的输入端作为输出负极，输出端与锂电池组的总负极连接，锂电池组的总正极作为输出正极；充电控制开关，用于单独地断开或闭合充电回路，充电控制开关的输入端与总负极连接，输出端作为充电负极，总正极作为充电正极；控制单元，用于采样锂电池组的模拟数据和状态信息，并以此为依据，在放电时进行放电控制开关的断开或闭合动作，在充电时进行充电控制开关的断开或闭合动作。通过该方案解决了充电过程中同时能放电的安全隐患，以及充电开关配置容量过剩所导致硬件设计成本过高的问题。计成本过高的问题。计成本过高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于锂电池的充放电分口保护电路


[0001]本专利技术涉及新能源锂电池领域及电力电子领域，特别涉及一种应用于锂电池的充放电分口保护电路。

技术介绍

[0002]现阶段，提倡“低碳生活”、“节能减排”、“清洁高效”已成为全社会的共识，“建设绿色家园，共享生态文明”更是频繁被各大城市宣传并引用为发展主题词，在大力倡导低碳经济和建设生态文明的时代背景下，以锂电池为代表的清洁能源迅速崛起，逐步走进我们的日常生活之中，大到电动汽车和集装箱储能，小到电动工具和3C数码，无出其右。然而，锂电池内部电化学特性不同于铅酸蓄电池，在充放电过程中，必须要对锂电池进行监控和保护，杜绝电池出现过压、欠压、过温、过流等伤害性故障甚至发生燃烧、爆炸等恶性事件。
[0003]目前，锂电池的电压平台都比较低，磷酸铁锂单体电池额定电压为3.2Vdc，三元材料、钴酸锂、锰酸锂单体电池额定电压一般为3.6～3.7Vdc，钛酸锂单体电池额定电压只有2.3V，均难以满足用电设备几十伏甚至几百伏的电压需求，实际应用中需要把若干电池进行串联成组，才能满足电压平台要求。而锂电池的安全保护是基于极端单体电池保护原理，即在充电过程中监测最高单体电池电压，当最高单体电池电压达到充电保护阈值时，断开充电保护开关，切断充电回路；在放电过程中监测最低单体电池电压，当最低单体电池电压达到放电保护阈值时，断开放电保护开关，切断放电回路；温度和电流保护亦是如此。
[0004]图1所示为常规的锂电池充放电保护电路原理框图，其中，MCU(Microcontroller Unit，微控制器)作为控制核心，主要功能有两个，其一是对锂电池充放电电流以及各单体电池电压和温度进行模拟采样，并对采样数据进行运算处理；其二是通过数据分析来对充放电保护开关进行逻辑控制，实现对锂电池的各种告警和保护功能。图中电流传感器可以选择霍尔电流传感器，也可以选择分流器(即高精度采样电阻)，作用是用来检测电池组主回路中的充放电电流(即母线电流)；放电开关和充电开关属于保护开关，可以选择继电器或接触器，也可以选择功率MOS管；充电过渡二极管和放电过渡二极管利用其单向导电和反流截止特性，在放电开关保护断开时可以进行充电自动激活，在充电开关保护断开时可以进行放电自动激活，实现在充电和放电之间的无缝切换过渡作用。
[0005]在常规的充放电保护电路中，电池组总正极B+直接作为输出正极P+，电池组总负极B
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经过电流传感器和充放电保护开关后作为输出负极P
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，输出正极P+和输出负极P
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既作为放电口可外接负载，用于锂电池对后级负载进行放电供电；又作为充电口可外接充电机，用于对锂电池本身进行充电补电。
[0006]采用充放电同口的保护电路存在如下弊端：第一，锂电池组在充电过程中，充电开关和放电开关都是闭合的，因为充电口同时又是放电口，锂电池组便可以同时对外部负载进行放电，这种情况对于电动车的应用场合会带来一定的安全隐患，比如充电时不小心触发行车开关或档位开关，导致出现拖着充电枪跑的问题，可能会带来较为严重的设备损害或人身事故；第二，对于锂电池而言，充电电流一般远远低于放电电流，比如动力电池即使
快充电流一般只会达到0.5C(即电池额定容量的一半)，但是持续放电电流一般能达到1C(即电池的满额容量)，峰值电流甚至更高，这就要求放电开关和充电开关都需要达到放电电流的最大值，造成充电开关的硬件资源浪费，导致设计成本大幅升高。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种应用于锂电池的充放电分口保护电路，其包括：放电控制开关，用于断开或闭合锂电池组的放电回路，所述放电控制开关的输入端作为输出负极，所述放电控制开关的输出端与所述锂电池组的总负极连接，所述锂电池组的总正极作为输出正极；充电控制开关，用于断开或闭合所述锂电池组的充电回路，所述充电控制开关的输入端与所述锂电池组的总负极连接，所述充电控制开关的输出端作为充电负极，所述锂电池组的总正极作为充电正极；和控制单元，与所述锂电池组连接，还分别与所述放电控制开关和所述充电控制开关连接，用于采样所述锂电池组的模拟量数据和状态信息，并以此为依据，在放电时进行所述放电控制开关的断开或闭合动作，以及在充电时进行所述充电控制开关的断开或闭合动作。
[0008]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述放电控制开关包括：第一NMOS管；所述第一NMOS管的栅极与所述控制单元连接，所述第一NMOS管的源极作为所述放电控制开关的输出端，所述第一NMOS管的漏极作为所述放电控制开关的输入端。
[0009]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述第一NMOS管的数量为两个，两个所述第一NMOS管并联连接。
[0010]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述第一NMOS管为具有内部寄生二极管的NMOS管；该内部寄生二极管的正极与所述第一NMOS管的源极连接，该内部寄生二极管的负极与所述第一NMOS管的漏极连接。
[0011]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述充电控制开关包括：第二NMOS管；所述第二NMOS管的栅极与所述控制单元连接，所述第二NMOS管的源极作为所述充电控制开关的输出端，所述第二NMOS管的漏极作为所述充电控制开关的输入端。
[0012]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述第二NMOS管为具有内部寄生二极管的NMOS管；该内部寄生二极管的正极与所述第二NMOS管的源极连接，该内部寄生二极管的负极与所述第二NMOS管的漏极连接。
[0013]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述充电控制开关还包括：反流二极管；所述反流二极管的正极与所述第二NMOS管的源极连接，所述反流二极管的负极作为所述充电负极。
[0014]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述控制单元包括：PWM驱动电路，分别与所述放电控制开关和所述充电控制开关连接；和微控制器，所述微控制器分别与所述锂电池组和所述PWM驱动电路连接，用于采样所述锂电池组的模拟量数据和状态信息，并以此为依据，在放电时通过控制所述PWM驱动电路进行所述放电控制开关的断开或闭合动作，以及在充电时通过控制所述PWM驱动电路进行所述充电控制开关的断开或闭合动作。
[0015]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述充放电分口保护电路还包括：告警指示电路，所述告警指示电路具有：第一灯光指示单元，用于在点亮时表征所述锂电池组处于放电状态；和第二灯光指示单元，用于在点亮时表征所述锂电池组处于充电状态。
[0016]在如上所述的充放电分口保护电路中，可选地，所述充放电分口保护电路还包括：通信电路；所述通信电路与充电机或负载设备连接，还与上级控制器连接以上传所述锂电池组的模拟量数据和状态信息。
[0017]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0018]通过设置放电控制开关、充电控制开关和控制单元，利用放电控制开关来断开或闭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于锂电池的充放电分口保护电路，其特征在于，所述充放电分口保护电路包括：放电控制开关，用于单独地断开或闭合锂电池组的放电回路，所述放电控制开关的输入端作为输出负极，所述放电控制开关的输出端与所述锂电池组的总负极连接，所述锂电池组的总正极作为输出正极；充电控制开关，用于单独地断开或闭合所述锂电池组的充电回路，所述充电控制开关的输入端与所述锂电池组的总负极连接，所述充电控制开关的输出端作为充电负极，所述锂电池组的总正极作为充电正极；和控制单元，与所述锂电池组连接，还分别与所述放电控制开关和所述充电控制开关连接，用于采样所述锂电池组的模拟量数据和状态信息，并以此为依据，在放电时进行所述放电控制开关的断开或闭合动作，以及在充电时进行所述充电控制开关的断开或闭合动作。2.根据权利要求1所述的充放电分口保护电路，其特征在于，所述放电控制开关包括：第一NMOS管；所述第一NMOS管的栅极与所述控制单元连接，所述第一NMOS管的源极作为所述放电控制开关的输出端，所述第一NMOS管的漏极作为所述放电控制开关的输入端。3.根据权利要求2所述的充放电分口保护电路，其特征在于，所述第一NMOS管的数量为多个，多个所述第一NMOS管并联连接。4.根据权利要求2所述的充放电分口保护电路，其特征在于，所述第一NMOS管为具有内部寄生二极管的NMOS管；该内部寄生二极管的正极与所述第一NMOS管的源极连接，该内部寄生二极管的负极与所述第一NMOS管的漏极连接。5.根据权利要求1或2所述的充放电分口保护电路，其特征在于，所述充电控制开关包括：第二NMOS管；所述第二NMOS管的栅极与所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建华，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：