一种锂电池充放电管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种锂电池充放电管理系统，包括第一开关、第一开关驱动模块、充电模块、锂电池监控单元、电流检测模块、总电压检测模块、微控制器、锂电池组、第二开关驱动模块、第二开关和电源模块；微控制器与锂电池监控单元、电流检测模块、总电压检测模块、第一开关驱动模块、充电模块以及第二开关驱动模块相连接，接收锂电池监控单元、电流检测模块和总电压检测模块发送的信号，并对这些信号进行分析处理，同时将处理后的控制信号发送给第一开关驱动模块、充电模块和第二开关驱动模块，从而对锂电池充放电进行控制管理。本实用新型专利技术通过实时检测电池组的电压、电流、温度，从而防止车载电池的过充、过放、过温及过流等现象，将电池使用的安全隐患降到最低。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Charge and discharge management system for lithium battery

The utility model discloses a lithium battery management system, which includes a first switch, the first switch driver module, charging module, lithium battery monitoring unit, a current detection module, voltage detection module, micro controller, lithium batteries, second switch driver module, second switch and a power supply module; micro controller with lithium battery monitoring unit, current detection module, voltage detection module, a first switch driver module, charging module and second switch driver module is connected with the signal receiving lithium battery monitoring unit, current detection module and the total voltage detection module is transmitted, and the signal analysis and processing, and sends control signals to the first switch after treatment drive module, charging module and second switch driver module, so as to control the management of lithium battery charging and discharging. The utility model detects the voltage, the current and the temperature of the battery pack in real time so as to prevent the overcharge, over discharge, over temperature and over flow of the on-board battery, thereby minimizing the potential safety hazard of the battery.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电动自行车用动力电池系统的管理系统领域，具体涉及一种锂电池充放电管理系统。
技术介绍
随着锂电池性能的逐渐提高，其作为动力电源应用于电动汽车、混合动力汽车已非常广泛。一般动力电源都需要比较高的电压，几节甚至十几节才可以作为动力电池使用。在多节电池串联使用的情况下，基于每节单体锂电池的内部特性的不一致，会影响整个系统的供电能力，一节单体电池性能发生变化的话，比如出现电压过充、电压过放、充放电电流过大甚至是短路等现象，会影响整组电池的性能，导致整组电池使用寿命缩短或者损害，严重时甚至会发生着火、爆炸等危险事件。为使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性能、保证其使用的安全性以及延长使用寿命，人们研究设计了电池管理系统。目前电池管理系统广泛应用于电动汽车、混合动力汽车等大型车载电池上，但电动自行车领域，考虑到其成本及人们的消费水平，其车载电池尚未安装电池管理系统，这对于铅酸电池及镍氢电池来说还可以，但随着锂电池电动自行车的普及，针对锂电池的特殊性，充放电不当如过充、过放、过温、过流等将损坏电池，造成锂电池的不可修复，严重时还会发生安全事故。在电动自行车的使用过程中，需要实时检测电池组的电压、电流、温度，防止车载电池的过充、过放、过温及过流等现象，实现对锂电池组的保护，并有效防止各种安全隐患的发生，因此电池管理系统应该发展成为锂电池电动自行车的一部分，是锂电池电动车的安全保障。在现有技术中，关于电动自行车锂电池充放电管理系统仍存在以下几方面的缺陷：为解决各个单体锂电池充放电不一致，必须在系统中增加均衡模块，但电动自行车内部空间有限，而现有均衡模块体积庞大模块复杂。不利于实际应用。对锂电池的系统使用时的安全性能检测处理不够完善，应实时检测电池组的电压、电流、温度，防止车载电池的过充、过放、过温及过流等现象，将电池使用的安全隐患降到最低。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本技术提供一种锂电池充放电管理系统，实时监控锂电池的状态参数，并根据状态参数进行过充保护、过放保护以及单体锂电池间的不均衡控制等，从而提高锂电池系统的性能和安全。为解决上述技术问题，本技术的技术方案为：一种锂电池充放电管理系统，包括第一开关、第一开关驱动模块、充电模块、锂电池监控单元、电流检测模块、总电压检测模块、微控制器、锂电池组、第二开关驱动模块、第二开关和电源模块；所述电源模块与市电连接，其为系统各个模块提供供电；所述第一开关控制市电输入与充电模块之间的连接或断开，其输入端与市电连接，其输出端与充电模块连接；所述第一开关驱动模块与所述第一开关连接，控制所述第一开关的导通或闭合；所述第二开关控制锂电池组与负载的连接或断开，其输入端与锂电池组连接，其输出端与负载连接；所述第二开关驱动模块与所述第二开关连接，控制所述第二开关的导通或闭合；所述充电模块与锂电池组连接，控制所述锂电池组的充电；所述锂电池组由N个单体锂电池串联组成；所述锂电池监控单元由N个独立的单体监控模块组成，任一个单体监控模块监控与其相连接的一个单体锂电池的性能参数；所述单体监控模块至少包括电压采样模块、温度采样模块和过压均衡模块；所述电压采样模块检测单体锂电池的电压值；所述温度采样模块检测单体锂电池的温度值；所述过压均衡模块用于将多余的能量消耗掉，当单体锂电池电压高于预设电压值时，自动开启过压均衡模块消耗多余的能量；所述电流检测模块与锂电池组相连接，检测充放电时锂电池组的工作电流；所述总电压检测模块与锂电池组相连接，检测充放电时锂电池组的工作电压；所述微控制器为本锂电池充放电管理系统的核心，它与锂电池监控单元、电流检测模块、总电压检测模块、第一开关驱动模块、充电模块以及第二开关驱动模块相连接；所述微控制器接收锂电池监控单元、电流检测模块和总电压检测模块发送的信号，并对这些信号进行分析处理，同时将处理后的控制信号发送给第一开关驱动模块、充电模块和第二开关驱动模块，从而对锂电池充放电进行控制管理。优选地，所述过压均衡模块包括三端可调稳压器U1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1以及第二电容C2，其中，三端可调稳压器U1的1脚与第五电阻R5的一端和第七电阻R7的一端连接；第五电阻R5的另一端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端、第二电阻R2的一端以及第一三极管Q1的发射极连接；三端可调稳压器U1的2脚与第二电阻R2的另一端和第四电阻R4的一端连接；第四电阻R4的另一端与第一三极管Q1的基极连接；三端可调稳压器U1的3脚与第七电阻R7的另一端、第一电容C1的另一端、第二二极管D2的阴极、第二电容C2的一端以及第六电阻R6的一端连接；第二二极管D2的阳极与第二电容C2的另一端和第三电阻R3的一端连接；第三电阻R3的另一端与第一三极管Q1的集电极和第一二极管D1的阳极连接；第一二极管D1的阴极与第六电阻R6的另一端连接。优选地，所述微控制器发送控制信号给充电模块选择充电模式。优选地，在充电过程中，当所述微控制器检测到某一个单体锂电池处于过压状态时，发出控制信号给所述充电模块，使其以一定的恒定电流对所述锂电池组充电。优选地，至少有一个单体监控模块包括电压采样模块，所述锂电池监控单元还包括多路选择开关，所述多路选择开关与锂电池组、电压采样模块和微控制器连接，所述微控制器发送控制信号给多路选择开关选择一路导通，使一个单体锂电池与电压采样模块相连接。通过采用以上技术方案，本技术的有益效果是：（1）通过在系统中增加过压均衡模块，解决了各个单体锂电池充放电不一致，同时过压均衡模块体积较小，有利于实际应用。（2）通过实时检测电池组的电压、电流、温度，防止车载电池的过充、过放、过温及过流等现象，将电池使用的安全隐患降到最低。附图说明图1是本技术实施例锂电池充放电管理系统的原理框图。图2是本技术实施例的锂电池在不同环境温度下SOC放电曲线的示意图。图3是本技术实施例锂电池静态时开路电压与SOC关系曲线示意图。图4是本技术实施例锂电池充电模式及充电曲线的示意图。图5是本技术实施例锂电池充放电管理系统中单体监控模块的原理框...

【技术保护点】
一种锂电池充放电管理系统，其特征在于，包括第一开关(101)、第一开关驱动模块(102)、充电模块(103)、锂电池监控单元(104)、电流检测模块(105)、总电压检测模块(106)、微控制器(107)、锂电池组(108)、第二开关驱动模块(109)、第二开关(110)和电源模块(111)；所述电源模块(111)与市电连接，其为系统各个模块提供供电；所述第一开关(101)控制市电输入与充电模块(103)之间的连接或断开，其输入端与市电连接，其输出端与充电模块(103)连接；所述第一开关驱动模块(102)与所述第一开关(101)连接，控制所述第一开关(101)的导通或闭合；所述第二开关(110)控制锂电池组(108)与负载的连接或断开，其输入端与锂电池组(108)连接，其输出端与负载连接；所述第二开关驱动模块(109)与所述第二开关(110)连接，控制所述第二开关(110)的导通或闭合；所述充电模块(103)与锂电池组(108)连接，控制所述锂电池组(108)的充电；所述锂电池组(108)由N个单体锂电池串联组成；所述锂电池监控单元(104)由N个独立的单体监控模块组成，任一个单体监控模块监控与其相连接的一个单体锂电池的性能参数；所述单体监控模块至少包括电压采样模块(201)、温度采样模块(202)和过压均衡模块(203)；所述电压采样模块(201)检测单体锂电池的电压值；所述温度采样模块(202)检测单体锂电池的温度值；所述过压均衡模块(203)用于将多余的能量消耗掉，当单体锂电池电压高于预设电压值时，自动开启过压均衡模块消耗多余的能量；所述电流检测模块(105)与锂电池组(108)相连接，检测充放电时锂电池组(108)的工作电流；所述总电压检测模块(106)与锂电池组(108)相连接，检测充放电时锂电池组(108)的工作电压；所述微控制器(107)为本锂电池充放电管理系统的核心，它与锂电池监控单元(104)、电流检测模块(105)、总电压检测模块(106)、第一开关驱动模块(102)、充电模块(103)以及第二开关驱动模块(109)相连接；所述微控制器(107)接收锂电池监控单元(104)、电流检测模块(105)和总电压检测模块(106)发送的信号，并对这些信号进行分析处理，同时将处理后的控制信号发送给第一开关驱动模块(102)、充电模块(103)和第二开关驱动模块(109)，从而对锂电池充放电进行控制管理。...

【技术特征摘要】
1.一种锂电池充放电管理系统，其特征在于，包括第一开关(101)、第一开
关驱动模块(102)、充电模块(103)、锂电池监控单元(104)、电流检测模块(105)、
总电压检测模块(106)、微控制器(107)、锂电池组(108)、第二开关驱动模块(109)、
第二开关(110)和电源模块(111)；
所述电源模块(111)与市电连接，其为系统各个模块提供供电；
所述第一开关(101)控制市电输入与充电模块(103)之间的连接或断开，其输
入端与市电连接，其输出端与充电模块(103)连接；
所述第一开关驱动模块(102)与所述第一开关(101)连接，控制所述第一开关
(101)的导通或闭合；
所述第二开关(110)控制锂电池组(108)与负载的连接或断开，其输入端与锂
电池组(108)连接，其输出端与负载连接；
所述第二开关驱动模块(109)与所述第二开关(110)连接，控制所述第二开关
(110)的导通或闭合；
所述充电模块(103)与锂电池组(108)连接，控制所述锂电池组(108)的充电；
所述锂电池组(108)由N个单体锂电池串联组成；
所述锂电池监控单元(104)由N个独立的单体监控模块组成，任一个单体监
控模块监控与其相连接的一个单体锂电池的性能参数；
所述单体监控模块至少包括电压采样模块(201)、温度采样模块(202)和过压
均衡模块(203)；所述电压采样模块(201)检测单体锂电池的电压值；所述温度采
样模块(202)检测单体锂电池的温度值；所述过压均衡模块(203)用于将多余的能
量消耗掉，当单体锂电池电压高于预设电压值时，自动开启过压均衡模块消耗
多余的能量；
所述电流检测模块(105)与锂电池组(108)相连接，检测充放电时锂电池组
(108)的工作电流；
所述总电压检测模块(106)与锂电池组(108)相连接，检测充放电时锂电池组

\t(108)的工作电压；
所述微控制器(107)为本锂电池充放电管理系统的核心，它与锂电池监控单
元(104)、电流检测模块(105)、总电压检测模块(106)、第一开关驱动模块(102)、
充电模块(103)以及第二开关驱动模块(109)相连接；所述微控制器(107)接收锂电
池监控单元(104)、电流检测模块(105)和总电压检测模块(...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊凌雁，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33