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1、(10)申请公布号 CN 102412601 A (43)申请公布日 2012.04.11 C N 1 0 2 4 1 2 6 0 1 A *CN102412601A* (21)申请号 201010289720.6 (22)申请日 2010.09.25 H02J 7/00(2006.01) H02H 7/18(2006.01) (71)申请人江苏海四达电源股份有限公司 地址 226200 江苏省启东市和平南路306号 申请人江苏省新动力电池及其材料工程技 术研究中心有限公司 (72)发明人沈晓彦 黄钟琪 茅海忠 (54) 发明名称 一种小容量高功率锂电池组的保护控制方法 (57) 摘要 本发明。
2、公开了一种小容量高功率锂电池组的 保护控制方法，所述的系统实时监测电池模块的 电压、电流及温度等参数，能对电池组内各单体电 池进行监控和协调，对电池状态作出自动判断，通 过控制器控制每个均衡单元对一节电池或一组电 池进行保护与动态均衡管理，电路工作开始时间 可以涵盖电池组的整个充电或放电周期。系统采 用微处理器作为控制核心，完成数据的采集、计 算、控制输出等功能，具有控制精确，扩展简便的 特点。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 102412614 A 1/1页 2 1.一种小容量高功率锂。
3、电池组的保护控制方法，其特征在于包括：基于MCU的高效动 态充放电均衡控制策略与保护，电路工作开始时间可以涵盖电池组的整个充电或放电周 期，系统采用微处理器作为控制电路核心，完成数据的采集、计算、控制输出等功能，具有控 制精确，扩展简便的特点。 2.根据权利要求1所述，其特征在于所述的动态均衡技术是对容量高的单体电池进行 分流实现的，通过对单体电池电压及变化量的实时监控，判断其在整个电池组所处的状态， 控制单体电池分流电路的导通和关断。 3.根据权利要求1所述，其特征在于所述的动态均衡电路包括数据采集电路和均衡电 路。 4.根据权利要求1所述，其特征在于所述系统是以单片机MCU作为控制电路核心。
4、，实现 保护与控制。 权 利 要 求 书CN 102412601 A CN 102412614 A 1/3页 3 一种小容量高功率锂电池组的保护控制方法 【 技术领域 】 0001 本发明涉及动力型锂离子蓄电池组的保护与控制方法，可用作电动工具等小容量 高功率锂离子蓄电池组应用场合的保护与均衡。 【 背景技术 】 0002 为满足电动工具的电压和功率要求，电动工具用锂离子电池组通常由多个单体电 池串联而成。在大多数情况下，由于锂离子本身的电化学特性偏差、工艺控制和检测手段 的不完善，以及工作条件的不一致，各单体电池之间必然存在差异，造成各单体的荷电状态 (SOC)和容量/能量(C/E)失配，影。
5、响整个电池包的容量。放电时SOC或C/E低的电池最先 达到低压保护门限而终止放电，造成其余单体电池容量的浪费；充电时C/E低或SOC高的电 池先达到高压保护门限停止充电，容量低的单体电池不能继续补充电量，经过多次充、放电 循环，单体电池的两极分化现象愈发明显，整体电池组容量急剧下降，电池包的总容量都只 能达到最弱电池的容量，使电池组不能发挥其最大功效，并影响电池组的寿命。 0003 采用电池均衡处理技术可解决SOC和C/E失配问题，从而改进串联锂电池包的性 能。但现有的专用控制芯片，包括以前所有的均衡方法不管是提出电容、电感或者是其他电 阻的均衡方法，实际上都是基于电压的这种基本方法。事实上单。
6、体电池的电压差异是在SOC 较高或较低的时候才会出现一个比较明显的差异，如果仅通过判别电压对电池进行均衡的 话，只有在这个时候才能确定哪个电池该进行均衡，如精工的芯片多是在电芯电压达4.2V 时才能启动均衡。而且这个时候均衡时间较短，达不到理想的效果。 0004 本发明方法采用一种高效的动态充放电均衡控制策略，均衡电路工作开始时间可 以涵盖电池组的整个充电或放电周期。动态均衡系统采用微处理器作为控制电路核心，完 成数据的采集、计算、控制输出等功能。另外控制系统通过软件设计，大大提高控制精度，扩 展非常简便。 0005 目前小功率锂电池组中的运用硬件保护系统，如果运用于高功率场合，则容易出 现保。
7、护误动作，精度不高，大批量生产时一致性误差比较大。我们通过测试，本文介绍的保 护控制方法与硬件相比，主要优点体现在以下方面。 0006 (1)软件保护延时精度高，误差5 0007 对比硬件保护： 0008 0009 硬件保护系统的误差硬件控制电路的误差+延时电容误差+130-70误 说 明 书CN 102412601 A CN 102412614 A 2/3页 4 差。 0010 (2)与相同电动工具做对比测试，扭矩比硬件保护普遍大23N.m。 0011 (3)完善的温度保护，设置6个温度保护点： 0012 允许充电温度的上限、下限； 0013 允许放电温度的上限、下限； 0014 充电最高温。
8、度上限； 0015 放电最高温度上限； 0016 对比硬件保护，需要安装6个温度开关才能实现，并且体积大，成本高。 0017 (4)动态均衡效率高；单体电池容量有差异时才启动均衡；均衡功能不受单体电 池容量差异限制对比硬件的末端均衡：效率低(只在充电末期才开始均衡)；均衡功能受单 体电池容量差异限制；损失容量(比如4.1V启动均衡，电压低至4.0V才终止均衡)；充电 末期始终有80100mA均衡电流消耗。 0018 (5)参数更改方便：只需要更改软件，硬件部分不需要任何改动。对比硬件保护： 任何参数调整都需要更改器件，繁琐；批量生产的一致性不能保障(例如+130-70的 延时误差)。 【 发明。
9、内容 】 0019 动态均衡技术是对容量高的单体电池进行分流实现的。通过对单体电池电压及变 化量的实时监控，判断其在整个电池组所处的状态，通过控制器控制每个均衡单元对一节 电池或一组电池进行均衡管理，如果单支电池之间电压差值超过50mV启动均衡。在充电 时，将该电池的充电电流分流，减小该电池的实际充电电流；在放电情况下，将增加该电池 的放电电流，两种情况都将使该电池电压降低，趋近于整组电池的平均电压，从而达到荷电 状态的均衡。 0020 分流电路是由一个功率晶体管和限流电阻组成。充电时，导通容量高的单体电池 分流电路，充电电流部分分流，从而使它的充电速度比其它电池慢；放电时也导通容量高单 体电。
10、池分流电路，增加高容量单体电池的负载，使它的放电速度比其它电池快，从而实现了 单体电池之间的均衡。当单体电池都达到同样的荷电状态时，解决低容量电池充不进电、高 容量电池放不出电的问题，相比之下增加了电池组容量，同时又避免了单体电池的过充和 过放，延长了电池组的使用寿命。 附图说明 0021 图1为本发明的结构框图。 0022 图2为本发明中微处理器的结构框图。 0023 图3为本发明中单体电压采样原理图。 0024 图4为本发明中分流电路图。 【 具体实施方式 】 0025 动态均衡电路结构框图如图1所示：系统采用微处理器作为控制电路核心，通过 采样各个单体电池电压，判断其变化状态，控制各个分。
11、流电路的状态，实现动态均衡。 说 明 书CN 102412601 A CN 102412614 A 3/3页 5 0026 控制方式由软件完成，实现了使用灵活性。根据不同的单体电池、不同的使用环 境，优化均衡控制。 0027 本套系统采用FreeScale公司的微处理器MC9S08作为核心控制元件，完成电压 的采集，计算，控制输出等功能，具有控制精确，扩展简便的特点。该芯片具有10个通道 10bitA/D、8KB Flash、28个IO，满足系统设计要求。芯片框图如图2。 0028 由于控制系统始终连接在电池组系统，必须考虑低功耗。微处理器仅在电池组充、 放电过程中满负荷工作，其余时间都处于休。
12、眠状态，最大程度降低系统功耗。 0029 电池组由多个单体电池串联而成。为了实现精确测量每节电池电压，采用差分电 压放大电路，去除共模电压，然后送入微处理器内部10Bit ADC完成数模转换。电路原理框 图如图3所示。 0030 采样电路器件的选择关系到整个系统的精度：电阻采用精度0.5，运算放大 器选用低温飘、低输入电流的TL084。 0031 分流电路由功率MOSFET和分流电阻组成，如图4所示。电路工作时，电流从单体 电池正极流出，经过一个限流电阻，一个功率晶体管。在充电过程中控制功率MOSFET导 通，将高电压电池的电流部分分流，从而降低改电池的充电速度；在放电过程中导通功率 MOSFET，使它的放电速度比其它电池快，从而实现了电池均衡。由于均衡电流较大，必须考 虑分流时的线路压降对电压采样精度的影响，可以通过软件对线路损耗进行补偿。 说 明 书CN 102412601 A CN 102412614 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102412601 A CN 102412614 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102412601 A 。