专利名称：一种锂电池组内各单体电池电压均压的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源稳压技术领域，特别是一种锂电池组内各单体电池电压 均压的方法及其装置。
背景技术：
电动自行车或电动汽车所用的锂电池组在出厂时通常采用对各单体电池进行电压筛选的方法挑选出电压一致的单体电池组装成锂电池组。但由于 各单体电池内在质量差异，在实际使用中往往会很快出现某些单体电池电压 过高或过低的现象，从而影响整个锂电池组的有效工作寿命。对于这种情况，在现有技术中通常采用电阻放电耗能的方法，例如中国第02116423.1号专 利中公开的技术，将电压过高的单体电池放掉部分能量，使之电压下降，以 避免因单体电池电压过高而引发的爆炸事故。这种方法能对电压过高的单体电池进行放电降压、可以有效地避免发生锂电池组爆炸事故，具有一定实用 性。但由于其中只解决了某些电压过高单体电池的放电降压问题，而对于锂 电池组中的电压过低的单体电池是不起任何作用的，而且对电压过高单体电 池的放电降压采用的是电阻耗能的方法，能量没有得到合理利用，而是被消 耗浪费掉了，此外，由于对电压偏低的单体电池没有采取升压措施，所以对 锂电池组的整体工作寿命帮助不大，因而从经济性和实用性角度考虑，尚欠 理想。
发明内容
本发明的目的是要提供一种既能解决锂电池组中某些单体电池电压过高的问题，又能解决某些单体电池电压过低的问题，从而有利于锂电池组中 所串联的各单体电池电压趋于一致、有利于延长锂电池组有效工作寿命的锂 电池组内各单体电池电压均压的方法及其装置。
本发明的锂电池组内各单体电池电压均压的方法是这样的通过设置一 个能受控接收存贮电能和受控向外转移所存贮电能的储能元件、设置一具有 信号输入和输出控制信号功能的单片机、 一组设置在锂电池组中各单体电池 电极与储能元件及单片机信号输入/输出脚之间的电子开关，由单片机按需 控制各电子开关的闭合/断开，执行对各单体电池的电压釆样检测、并判断 各单体电池的电压状况，再据此按需控制闭合设置在单体电池与储能元件间 的相应电子开关，执行将电压偏高单体电池中的电能向储能元件作转移性储 存、使之降压。然后，将储能元件中所储存的电能按需对电压偏低的单体电 池进行电能补充，使之升压，于是在单片机的自动巡回检测和控制下将电压 偏高单体电池中的电能转送到电压偏低的单体电池中去，使锂电池组内各单 体电池的电压趋于一致，从而实现锂电池组内各单体电池的电压均压。
基于本发明方法制造的锂电池组内各单体电池电压的均压装置主体包 含有盒体、锂电池组和电气线路板，锂电池组和电气线路板均设置在盒体腔 内，锂电池组由多个单体电池按需串联而成，电气线路板上固定包含设置有 电子开关组件、储能元件、采样电子开关和单片机。其中所述的电子开关 组件由一组一端分别与单体电池串联后形成的电极引出脚电气相连、另一端 经极性转换开关后与储能元件的引出脚电气相连的电子开关组成，电子开关的设置数量与锂电池组中所设置的单体电池的数量有关，对于由n个单体电 池串联后形成的n + 1个电极引出脚上就需对应设置n + 1个电子开关，此外，
在单片机的信号输入/输出脚与储能元件两端的引出脚之间还分别设置有釆 样电子开关；所述的储能元件由电容器或电感器充任。
工作时，由单片机按序控制各电子开关的闭合或断开，执行对各单体电 池电压的釆样检测，并按需闭合与储能元件引出脚电气相连的相应电子开 关，执行将电压偏高单体电池中的多余电能取出，使之电压降低，并将取出 的电能转送至储能元件中储存，再将储能元件中所储存的电能转送到电压偏 低的单体电池中去，使之电压升高，这样在单片机的自动控制下不间断地按 需转移电能，最终使锂电池组中的各单体电池电压趋于一致，从而实现锂电 池组内各单体电池的电压均压。
此外，在本发明的锂电池组内各单体电池电压的均压装置中还可按需设 置有确保单片机正常工作的电压转换电路和具有锂电池充放电保护功能的电压采样控制电路、电流釆样控制电路、温度釆样电路及温度传感器。
基于上述构思的本发明锂电池组内各单体电池电压均压的方法及装置， 由于釆用了利用储能元件储存从各电压偏高单体电池中取出的电能、并将该 取出的储存电能又用来补充电压偏低单体电池，有效避免了现有技术中通过 电阻消耗电能的浪费现象；由于在单片机对各单体电池作巡回电压釆样检测 的基础上按需进行从电压偏高单体电池中取出电能、并加以储存，再对电压 偏低单体电池进行电能的转移性补充，使经单片机控制处理后的锂电池组内 的各单体电池的电压趋近、均压，有效克服了现有技术中的各单体电池电压 高低不一和只处理电压偏高的单体电池，不处理电压偏低的单体电池的结果 引发的锂电池组中各单体电池间电压不均、致使锂电池组实际使用寿命较短 的弊端。由上可见，本发明的锂电池组内各单体电池电压的均压装置，基于
单片机的自动控制、不间断地按需转移电能，使锂电池组内各单体电池电压 处于均压状态，有利于节约能源和延长锂电池组的有效使用寿命，方法可靠 且科学合理，具有明显的可操作性，装置的结构简单且使用方便、工作安全 且可靠，因而具有明显的技术先进性、显著经济性和很强的实用性。
图l是本发明实施例的总体结构示意图2是本发明实施例的电气工作原理图
图3是由本发明实施例构建的一种锂电池组管理器的电气示意图。
图中
l.盒体 2.锂电池组 3.电气线路板 4.单体电池
5.电子开关组件6.储能元件 7.单片机 8.电子开关
9.电压转换电路10.电压釆样控制电路 11.电流采样控制电路 12.温度釆样电路13.温度传感器14.釆样电子开关
具体实施例方式
下面结合附图及典型实施例对本发明作进一步说明。
在图1和图2中，本发明实施例的锂电池组内各单体电池电压的均压 装置主体包含有盒体l、锂电池组2和电气线路板3，锂电池组2和电气线 路板3均设置在盒体1的腔内，锂电池组2按需由9个(Dl-D9)单体电池 4串联而成，电气线路板3上固定包含设置有电子开关组件5、储能元件6、 釆样电子开关14和单片机7。其中所述的电子开关组件5由一组一端分别 与代号为Dl-D9的单体电池4串联后形成的十个电极引出脚电气相连、另一 端经Jd 、 Js、 Jsf和Jdf极性转换开关后与由电容器C充任的储能元件6
的引出脚电气相连的Jl-JlO电子开关8组成；所述的储能元件6由电容器C 充任，其二个极性引出脚与MCU单片机7的信号输入/输出脚之间分别设置 有Jo和Jp采样电子开关14。
在电路连接状态下，电子开关8中序号为奇数的Jl， J3, J5， J7和J9 的一端分别与锂电池组2的单体电池4中的Dl、 D3、 D5、 D7和D9上的正极
(亦即Dl的正极与D2、 D4、 D6、 D8的负极)电气相连，另一端共接后与Jd、 Jsf的一端电气相连，Jd的另一端与电容器C的正极电气相连，Jsf的另一 端与电容器C的负极电气相连；序号为偶数的J2， J4, J6， J8, J10的一端 分别与锂电池组2的单体电池4中的D2、 D4、 D6、 D8的正极(亦即Jl、 J3、 J5和J7的负极)和D9的负极电气相连，另一端共接后与Jdf、 Js的一端 电气相连，Jdf的另一端与电容器C的负极电气相连，Js的另一端与电容器 C的正极电气相连；电容器C的正极和负极分别经Jo和Jp釆样电子开关l4 与MCU单片机7的信号输入/输出脚电气相连。
工作时，当MCU单片机对Dl电压釆样时，先接通J1 、 J2、 Jd及Jdf 对C充电，然后断开J1、 n,接通Jo、 Jp,MCU对C采样，达到对D1釆样的
目的；釆样D2电压时，接通J2、 J3、 Js和Jsf对其充电，然后断开J2、 J3, 接通Jo、 Jp， MCU对C釆样，达到对D2采样的目的；其他以此类推。
将电压偏高的电池中的电能取出的方法与釆样该电池电压的方法类似， 例如，D8电压偏高，则接通J8、 J9及Js、 Jsf，就能将D8中的一部分电能 转储到电容C中。
同样，如果D8电压偏低，则同样接通J8、 J9及Js、 Jsf，就能将电容 器C中的一部分电能转送到D8中去。
1由单片机7按序控制各电子开关8的闭合或断开，执行对各单体电池4 的电压釆样检测，并按需闭合与储能元件6引出脚电气相连的相应电子开关， 执行将电压偏高单体电池中的多余电能取出，使之电压降低，并将取出的电能转送储存于储能元件6中，再将储能元件6中所储存的电能转送到电压偏 低的单体电池4中，使之升高电压，最终使锂电池组2中的各单体电池4 (Dl-D9)的电压趋于一致，从而实现锂电池组2内各单体电池4的电压均 压。电子开关组件5中所包含设置的代号为J1-J10 , Jd, Jdf, Js, Jsf， Jo 和Jp的各电子开关8分别受MCU单片机7控制，锂电池组2中按需设置有 代号为Dl-D9的9个单体电池4，各单体电池4的电压都能通过各电子开关 8的不同组合被MCU单片机釆样和进行均压处理。
在图3中，在由本发明的锂电池组内各单体电池电压的均压装置组成一 个完整的锂电池组充放电管理器中还按需配备设置有确保单片机7正常工作 的电压转换电路9和具有锂电池充放电保护功能的电压采样控制电路10、电 流釆样控制电路ll、温度釆样电路12及温度传感器13。
权利要求
1.一种锂电池组内各单体电池电压均压的方法，其特征在于通过设置一个能受控接收存贮电能和受控向外转移所存贮电能的储能元件、设置一具有信号输入和输出控制信号功能的单片机、一组设置在锂电池组中各单体电池电极引出脚与储能元件及单片机信号输入/输出脚之间的电子开关，由单片机按需控制各电子开关的闭合/断开，执行对各单体电池的电压采样检测、并判断各单体电池的电压状况，再据此按需控制闭合设置在单体电池与储能元件间的相应电子开关，执行将电压偏高单体电池中的电能向储能元件中的转移性储存、使之降压，并将储能元件中所储存的电能按需对电压偏低的单体电池进行电能补充，使之升压，于是在单片机的自动巡回检测和控制下将电压偏高单体电池中的电能转送到电压偏低的单体电池中去，使锂电池组内各单体电池的电压趋于一致，从而实现锂电池组内各单体电池的电压均压。
2. —种锂电池组内各单体电池电压的均压装置，包含有盒体(l)、锂电 池组(2)和电气线路板(3)，锂电池组(2)和电气线路板(3)设置 在盒体(1)的腔内，其特征在于锂电池组(2)由数个单体电池U) 串联而成，电气线路板(3)上包含设置有电子开关组件(5)、储能元 件(6)、釆样电子开关(14)和单片机(7)，其中所述的电子开关 组件(5)由一组一端分别与各单体电池(4)的电极引出脚电气相连、 另一端经极性转换开关Jd 、 Js、 Jsf、 Jdf后与储能元件(6)的引出 脚电气相连，单片机(7)的信号输入/输出脚与储能元件(6)的引脚 之间设置有釆样电子开关(14)，储能元件(6)由电容器(C)或电感 器充任。
3. 根据权利要求2所述的锂电池组内各单体电池电压的均压装置，其特 征在于所述的锂电池组(2)中的单体电池(4)至少按需设置有2个。
4. 根据权利要求2所述的锂电池组内各单体电池电压的均压装置，其特 征在于所述的电子开关组件(5)中包含有一组一端设置在锂电池组(2)中的n个单体电池(4)串联后形成的n+l个电极引出脚上，另一端与 极性转换开关Jd 、 Jdf、 Js和Jsf的一端电气相连的Jl-Jn + i电子 开关(8)。
5. 根据权利要求2所述的锂电池组内各单体电池电压的均压装置，其特 征在于所述的釆样电子开关(14)由设置在储能元件(6)的极性引出 脚与单片机(7)的信号输入/输出脚之间的Jo和Jp充任。
6. 根据权利要求2、 4所述的锂电池组内各单体电池电压的均压装置，其 特征在于所述的电子开关(5)中Jl--Jn + i电子开关(8)的一端分别 设置在由n个单体电池(4)串联后形成的n+l个电极引出脚上，其序 号为奇数的电子开关(8)的另一端互相拼接后通过Jd 、 Jsf分别与储 能元件(6)的二极性引出脚电气相连，其序号为偶数的电子开关(8) 的另一端互相拼接后通过Jdf 、 Js与储能元件(6)的二极性引出脚电 气相连。
7. 根据权利要求2所述的锂电池组内各单体电池电压的均压装置，其特 征在于所述的储能元件(6 )的一个极性引出脚通过采样电子开关(14 ) 中的Jo与单片机(7)的一个信号输入/输出脚电气相连，另一个极性 引出脚通过釆样电子开关(14)中的Jp与单片机(7)的另一个信号 输入/输出脚电气相连。
8. 根据权利要求2所述的锂电池组内各单体电池电压的均压装置，其特征在于所述的电气线路板(3 )上还按需配备设置有电压转换电路(9 )、 电压采样控制电路(IO)、电流釆样控制电路(11)及与温度传感器(13) 电气相连的温度采样电路(12)。
全文摘要
本发明涉及一种锂电池组内各单体电池电压的均压方法及其装置，包含盒体、锂电池组和上面设置有电子开关组件、储能元件、采样电子开关和单片机的电气线路板。电子开关组件由一组一端分别与单体电池串联后形成的电极引出脚电气相连、另一端与储能元件的引出脚及单片机的信号输入/输出脚电气相连的电子开关组成。由单片机控制电子开关的开合，执行对各单体电池的电压采样，并按需闭合相应电子开关，将电压偏高单体电池中的多余电能取出并储存于储能元件中，使之电压降低，再将储能元件中所储存的电能转送到电压偏低的单体电池中去，使之电压升高，在单片机的自动控制下自动地按需转移电能，最终使锂电池组中的各单体电池电压趋于一致，实现均压，有利于节能和提高锂电池组的工作寿命。
文档编号H02J7/00GK101207295SQ20071017081
公开日2008年6月25日 申请日期2007年11月22日 优先权日2007年11月22日
发明者俞龙生, 朱彭遐, 马仁源, 马思悦 申请人:马仁源