锂电池组快速平衡自动充电器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种锂电池组快速平衡自动充电器，由接入保护检测电路、充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路组成；由电池端电压检测电路来反馈接入单体电池的数量及参数，结合充电电流检测反馈信号大小来选择充电方式，由电压平衡电路来保证每个单体电池的充电电压处于平衡状态，充电电压输入和电池接入均有防反接保护，整个充电过程在控制电路的监测与控制下自动完成，无需人工参与。本实用新型专利技术采用微控制单元检测并智能决策控制充电和平衡过程，运用电解电容作为平衡能量转移载体、译码器控制选通需平衡的单体电池，在快速充电的基础上实现了安全、高效的平衡方案；适用于锂电池组的快速平衡自动充电。

Fast balancing automatic charger for lithium battery pack

The utility model discloses a lithium battery charger is composed of fast automatic balance, access protection, detection circuit, charging circuit, control circuit, battery voltage detection circuit and a voltage balance circuit; and the number of parameters by the battery voltage detecting circuit feedback to access a single battery, with charging current detection feedback signal to select by charging, voltage balance circuit to ensure the charging voltage of each battery is in the equilibrium state, the charging voltage input and battery have access connection reverse protection, the charging process automatically in the monitoring and control of the control circuit, without artificial participation. The utility model adopts the micro control unit detection and intelligent decision control charging and balance process, using the electrolytic capacitor as energy transfer vector, the decoder control choose single battery through balance, based on fast charging is realized on the balance for safe and efficient; automatic charging for lithium battery balance.

【技术实现步骤摘要】
锂电池组快速平衡自动充电器
本技术属于电池平衡充电装置，尤其是一种适用于芯数在2至8之间的锂电池组的快速平衡自动充电器。
技术介绍
大容量可充电锂电池对于便携设备的作用日渐凸显重要，对于所有的便携设备来说，电池的作用不言而喻，而针对一台优秀的便携设备，较长的待机和工作时间无疑是一项重要评判指标。S代表电池组的芯数或单体电池个数，锂电池每芯3.7伏；假如是6S的锂电池组，就是由6个单体锂电池串联而成的总电压为6x3.7=22.2伏的电池组。电池的寿命直接关系到设备的正常使用，电池的容量直接关系到设备的使用时间，为了扩大电池的容量，通常将几块相同型号的电池串联在一起，在提高电压的同时，也延长了设备的一次工作时长。对于电池组的充电如果采用一般的充电方式，比如大多数的笔记本电脑电池组或是充电宝中的电池组，这样实际上对电池寿命的影响是相当大的。锂电池组通常由2个及2个以上锂电池串联构成，这种组成方式能同时满足笔记本电脑、医疗设备、测试仪器及工业应用所需的电压和功率要求，然而这种应用普遍的配置通常并不能发挥其最大功效，因为如果某个串联单体电池的容量与其它单体电池不匹配将会降低整个电池组的容量。在电池组中单体电池容量不平衡的情况下对电池组充电，会对电池组造成较大的损伤，电压较高、容量较大的单体电池在恒流充电的情况下会出现过饱和现象，而电压较低、容量较小的单体电池则会出现欠压现象。现有的平衡充电技术主要分为能量消耗型、能量转移型等，能量消耗型平衡方案采用功率电阻作为分流元件，其结构简单、成本低，改善了锂电池组的不平衡性，但能耗比较高、浪费电能、效率低下，并且温升降低了充电设备的可靠性；另外因为电阻的分流，使得恒流充电方式无法进行，电池组的充电回路中只能通过较小的电流，使得充电的效率大大降低。能量转移型单向能量变换器在监视单体电池电压的基础上，采用光耦合器控制变压器两端能量的变换，但单向平衡不适合主动平衡。能量转移型双向型能量变换器从高压单体电池直接把能量变换到低压单体电池，动态调整输入输出方向，具有最佳的平衡效率，但因为能量变换器采用变压器，结构复杂、体积较大、成本相对较高。因此，开发一种适用于锂电池快速平衡自动充电的高效、简便、智能的充电设备是十分必要的。
技术实现思路
针对目前锂电池平衡充电装置存在的不足，本技术公布了一种锂电池组快速平衡自动充电器。本技术采用的技术方案是：一种锂电池组快速平衡自动充电器，包括接入保护检测电路、充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路；接入保护检测电路与接入充电电源和待充电池组、充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路均有电连接，用于判断接入充电电源和待充电池组的极性并仅在极性接入正确时使充电回路导通，检测接入电源电压ADC0、待充电池组电压ADC1、充电电流ADC2送控制电路并在控制电路判断充电电流超限时反馈控制信号OUTK1使待充电池组断开，还为充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路提供工作电源VCC；充电电路在控制电路输出控制信号PWM1、PWM2、OUTK0的控制下为待充电池组提供充电电流，电池端电压检测电路检测待充电池组的各个单体锂电池的端电压并在控制电路输出控制信号OUTK2、OUTK3的控制下分时传送到控制电路的ADC3、ADC4、ADC5、ADC6，控制电路根据各单体锂电池端电压进行平衡决策后输出控制信号OUTK4、OUTK5、OUTK6、OUTK7到电压平衡电路以实现锂电池组的快速平衡自动充电。在本技术中，接入保护检测电路包括由电阻R1、电容C5~C6和降压稳压器IC1组成的工作电压产生模块，用以提供充电器电路所需的工作电源VCC；由电容C1~C4、电阻R2~R3和场效应管VT1组成的充电电源接入保护模块，用于防止电源极性接反并对电源进行旁路滤波和解耦滤波；由电阻R4~R8、电容C7和运放IC2A组成的电源电压检测模块，用于实时检测接入充电电源电压ADC0并输出到控制电路；由电阻R9~R19、电容C8~C12、三极管VT2、场效应管VT3和运放IC2C、IC2D组成的待充电池接入保护与电压检测模块，用于待充电池组极性接反防止、电池端滤波、电池组电压ADC1检测并输出到控制电路，同时可在控制电路输出控制信号OUTK1的控制下使待充电池组断开；由电阻R20~R25、电容C13~C14和运放IC2B组成的充电电流检测模块，用于反映充电过程中的实时电流ADC2变化并输出检测信号到控制电路。在本技术中，充电电路由电阻R26~R40、电容C15~C16、二极管D1~D2、电感L1、三极管VT6~VT11、场效应管VT4~VT5和比较器IC3A、IC3B组成，能在控制电路输出控制信号PWM1、PWM2、OUTK0的控制下为待充电池组提供充电电流，当电池电压低于接入充电电压时采用降压方式充电，当电池电压高于接入充电电压时采用升压方式充电；具有上电保护和由控制电路启动、停止的功能。在本技术中，控制电路由电阻R108~R109、电容C26~C28、双色发光二极管LED、编程接口JK01和具有PWM、ADC的微控制单元IC12组成；微控制单元IC12根据接入电源电压ADC0、电池组电压ADC1、充电电流ADC2的检测结果变化输出控制信号PWM1、PWM2、OUTK0、OUTK1来选择充电方式和控制充电过程，并在充电过程中根据各单体锂电池端实时电压ADC3、ADC4、ADC5、ADC6进行平衡决策后输出控制信号OUTK4、OUTK5、OUTK6、OUTK7到电压平衡电路以实现电池组各单体电池的快速平衡与自动充电；双色发光二极管LED用于指示充电状态，编程接口JK01用于初始化微控制单元内部的控制程序。在本技术中，电池端电压检测电路由电阻R43~R82、电容C17~C24、四2选1模拟开关IC6和四运放IC4~IC5组成；2个四运放IC4、IC5与相应的电阻、电容构成8个减法模块，用于检测8个单体电池两端的电压差，8个检测输出信号连接至四2选1模拟开关IC6的输入端，2选1模拟开关IC6在控制电路输出控制信号OUTK2、OUTK3的控制下分两次将8个检测信号传送到控制电路的ADC3、ADC4、ADC5、ADC6输入端。在本技术中，电压平衡电路由电阻R83~R107、平衡电容C25、16个场效应管VT13~VT28、4个四通道光电耦合器IC8~IC11和3/8译码器IC7组成；16个场效应管中除场效应管VT21为N沟道管外其余全为P沟道管，均由对应的16路光耦低电平有效控制，其中8个场效应管的漏极一起连接至平衡电容C25的正极性端且其源极分别连接至8个单体电池的高电位端，另8个场效应管的漏极一起连接至平衡电容C25的负极性端且其源极分别连接至8个单体电池的低电位端，连接每个单体电池两端的场效应管控制信号在光耦发光二极管侧并联且连接至3/8译码器IC7的译码输出端；上电时3/8译码器IC7的使能端由电阻R83上拉或无需平衡时由控制电路输出OUTK7＝1使3/8译码器IC7的输出全为高，16个场效应管全断开；需要平衡时，由控制电路输出OUTK7＝0使能3/8译码器IC7并同时输出选择码OUTK4、OUTK5、OUTK本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池组快速平衡自动充电器，包括接入保护检测电路、充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路；接入保护检测电路与接入充电电源和待充电池组、充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路均有电连接，用于判断接入充电电源和待充电池组的极性并仅在极性接入正确时使充电回路导通，检测接入电源电压ADC0、待充电池组电压ADC1、充电电流ADC2送控制电路并在控制电路判断充电电流超限时反馈控制信号OUTK1使待充电池组断开，还为充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路提供工作电源VCC；充电电路在控制电路输出控制信号PWM1、PWM2、OUTK0的控制下为待充电池组提供充电电流，电池端电压检测电路检测待充电池组的各个单体锂电池的端电压并在控制电路输出控制信号OUTK2、OUTK3的控制下分时传送到控制电路的ADC3、ADC4、ADC5、ADC6，控制电路根据各单体锂电池端电压进行平衡决策后输出控制信号OUTK4、OUTK5、OUTK6、OUTK7到电压平衡电路以实现锂电池组的快速平衡自动充电。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池组快速平衡自动充电器，包括接入保护检测电路、充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路；接入保护检测电路与接入充电电源和待充电池组、充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路均有电连接，用于判断接入充电电源和待充电池组的极性并仅在极性接入正确时使充电回路导通，检测接入电源电压ADC0、待充电池组电压ADC1、充电电流ADC2送控制电路并在控制电路判断充电电流超限时反馈控制信号OUTK1使待充电池组断开，还为充电电路、控制电路、电池端电压检测电路和电压平衡电路提供工作电源VCC；充电电路在控制电路输出控制信号PWM1、PWM2、OUTK0的控制下为待充电池组提供充电电流，电池端电压检测电路检测待充电池组的各个单体锂电池的端电压并在控制电路输出控制信号OUTK2、OUTK3的控制下分时传送到控制电路的ADC3、ADC4、ADC5、ADC6，控制电路根据各单体锂电池端电压进行平衡决策后输出控制信号OUTK4、OUTK5、OUTK6、OUTK7到电压平衡电路以实现锂电池组的快速平衡自动充电。2.根据权利要求1所述的锂电池组快速平衡自动充电器，其特征是：所述的接入保护检测电路包括由电阻R1、电容C5~C6和降压稳压器IC1组成的工作电压产生模块，用以提供充电器电路所需的工作电源VCC；由电容C1~C4、电阻R2~R3和场效应管VT1组成的充电电源接入保护模块，用于防止电源极性接反并对电源进行旁路滤波和解耦滤波；由电阻R4~R8、电容C7和运放IC2A组成的电源电压检测模块，用于实时检测接入充电电源电压ADC0并输出到控制电路；由电阻R9~R19、电容C8~C12、三极管VT2、场效应管VT3和运放IC2C、IC2D组成的待充电池接入保护与电压检测模块，用于待充电池组极性接反防止、电池端滤波、电池组电压ADC1检测并输出到控制电路，同时可在控制电路输出控制信号OUTK1的控制下使待充电池组断开；由电阻R20~R25、电容C13~C14和运放IC2B组成的充电电流检测模块，用于反映充电过程中的实时电流ADC2变化并输出检测信号到控制电路。3.根据权利要求1所述的锂电池组快速平衡自动充电器，其特征是：所述的充电电路由电阻R26~R40、电容C15~C16、二极管D1~D2、电感L1、三极管VT6~VT11、场效应管VT4~VT5和比较器IC3A、IC3B组成，能在控制电路输出控制信号PWM1、PWM2、OUTK0的控制下为待充电池组提供充电电流，当电池电压低于接入充电电压时采用降压方式充电，当电池电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄采伦，南茂元，王靖，周博文，陈超洋，王安琪，田勇军，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43