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應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統.pdf

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應用于 鋰離子電池 鋰離子 電池組 管理 系統
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摘要
申請專利號:

CN201110064888.1

申請日:

2011.03.17

公開號:

CN102684240B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權人的姓名或者名稱、地址的變更IPC(主分類):H02J 7/00變更事項:專利權人變更前:上海中興派能能源科技股份有限公司變更后:上海派能能源科技股份有限公司變更事項:地址變更前:201203 上海市浦東新區中國(上海)自由貿易試驗區祖沖之路887弄73號變更后:201203 上海市浦東新區中國(上海)自由貿易試驗區祖沖之路887弄73號|||專利權人的姓名或者名稱、地址的變更號牌文件類型代碼:1602號牌文件序號:101744322464IPC(主分類):H02J 7/00專利號:ZL2011100648881變更事項:專利權人變更前:上海中興派能能源科技有限公司變更后:上海中興派能能源科技股份有限公司變更事項:地址變更前:201203 上海市浦東新區張江高科技園區祖沖之路887弄73號變更后:201203 上海市浦東新區中國(上海)自由貿易試驗區祖沖之路887弄73號|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 7/00申請日:20110317|||公開
IPC分類號: H02J7/00 主分類號: H02J7/00
申請人: 上海中興派能能源科技有限公司
發明人: 周毅; 李紅淵; 鄒慧興
地址: 201203 上海市浦東新區張江高科技園區祖沖之路887弄73號
優先權:
專利代理機構: 上海衡方知識產權代理有限公司 31234 代理人: 卞孜真
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110064888.1

授權公告號:

||||||102684240B||||||

法律狀態公告日:

2018.08.14|||2017.01.04|||2015.01.28|||2012.11.14|||2012.09.19

法律狀態類型:

專利權人的姓名或者名稱、地址的變更|||專利權人的姓名或者名稱、地址的變更|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其包括有單節鋰離子電池或鋰離子電池組以及外部電源,系統對外接口采用兩線制,即系統外部電源充電接口和系統放電接口為同一接口,鋰離子電池或鋰離子電池組在系統外部電源低于額定電壓的條件下進行充電。當外部電源不足以使鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電并且充放電接口為兩線制的情況下,可以通過本發明使得鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電。同時,本發明的充電轉放電為硬件切換,轉換時間為微妙級,可以做到備電系統的無縫備電;另外,放電轉充電經由控制器邏輯控制實現,從而確保了充電的效率。

權利要求書

1.一種應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其包括有單節鋰離子電池或鋰離子電池組以及外部電源,其特征在于,該系統對外接口采用兩線制,即外部電源充電接口和系統放電接口為同一接口;在外部電源低于額定電壓的條件下,所述的鋰離子電池或鋰離子電池組進入充電狀態直至充滿電。2.根據權利要求1所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,在所述外部電源和鋰離子電池或鋰離子電池組的正極之間串聯有????充放電電路,其包括有在外部電源低于額定電壓的條件下充電的充電電路以及和所述充電電路并聯的放電電路;????外部電源掉電檢測電路,其包括有連接在外部電源正極和負極之間的分壓電阻及比較器,所述的分壓電阻對外部電源進行分壓后輸入到所述比較器反向輸入端與同相輸入端的基準電壓比較后產生外部電源掉電檢測信號;用于充放電控制管理的邏輯控制電路;以及MCU控制器。3.根據權利要求2所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,所述的充電電路進一步包括有相互串聯的????具有使能引腳的BOOST電路,其通過所述邏輯控制電路用以控制使能引腳在充電時的升壓和斷開;????軟硬件限流電路,用以實現軟件調整充電電流的大小;充電MOS管,其由所述MCU控制器所控制用以實現充電回路的導通及斷開;以及充電整流管,用以實現所述充電回路的單向導通,防止鋰離子電池或鋰離子電池組通過所述充電回路對系統放電。4.根據權利要求2所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,所述的放電電路進一步包括有相互串聯的????第一放電MOS管,其由所述MCU控制器所控制用以實現所述放電回路的導通及斷開;????第二放電MOS管,其由所述邏輯控制電路所控制用以實現所述放電回路的導通及斷開;以及????放電整流管,用以實現放電回路的單向導通,防止外部電源通過放電回路對鋰離子電池或鋰離子電池組進行充電。5.根據權利要求3所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,所述的BOOST電路正常工作及所述的充電MOS管導通時,實現充電功能。6.根據權利要求4所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,所述的第一放電MOS管和所述的第二放電MOS管同時導通時,實現放電功能。7.根據權利要求2至6任一項所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,所述的邏輯控制電路包括有相互連接的D觸發器電路,異或門以及非門;其中,D觸發器電路的時鐘信號為所述的外部電源掉電檢測信號,D觸發器電路的輸入信號為MCU控制器的控制信號,D觸發器電路的輸出和所述異或門的一輸入端相連而MCU控制器的控制信號和異或門另一輸入端相連,所述異或門的輸出經過所述非門的反向;????當外部電源在位時,所述的邏輯控制電路將使能所述的BOOST電路,所述的MCU控制器將所述的充電MOS管打開,所述的邏輯控制電路會關斷所述的第二放電MOS管,即放電回路斷開,進行正常的充電;????當外部電源掉電時,所述的外部電源掉點檢測電路產生一邊沿觸發信號,所述的D觸發器電路被觸發,所述的邏輯控制電路將不使能BOOST電路,即充電回路斷開,所述的邏輯控制電路控制所述的第二放電MOS管導通,所述的MCU控制器控制第一放電MOS打開,電路正常放電。8.根據權利要求7所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,所述的充電MOS管及所述的第一放電MOS管在系統沒有保護的情況下一直處于導通狀態。9.根據權利要求8所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,所述的MOS管為結型場效應管、絕緣柵型場效應管或雙極性晶體管。10.根據權利要求2至7任一項所述的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其特征在于,所述的邏輯控制電路為分立器件組成的硬件電路、可編程邏輯器件CPLD、現場可編程門陣列FPGA、專用集成電路ASIC、單片機或嵌入式處理器。

說明書

應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統

技術領域

本發明涉及鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,特別涉及管理系統中的充放電控制系統。

背景技術

伴隨著整個電信業務的快速發展,應用于電信網絡的各種技術層出不窮。光通信技術一直都是整個通信領域關注的焦點之一。同樣,隨著寬帶用戶的快速增長,在接入網絡層面,較之傳統的銅線接入技術,光纖接入有著覆蓋面積廣、傳輸距離遠、帶寬高、安全、建設維護成本低等優點,“光進銅退”成為必然選擇。在這個過程中,電源問題成為影響光通信質量的關鍵問題之一,光網絡必須配備性能更加完善的電源管理系統。

傳統的通信設備備用電源是鉛酸電池,但是鉛酸電池有其固有的缺點:污染、體積大、維護成本高,被低碳環保的鋰離子電池取代已成為一種趨勢。鋰離子電池取代鉛酸電池需要一個過程,目前通信設備電源為了兼容鉛酸電池及鋰離子電池,系統所輸出的充電電壓能夠使鉛酸電池充滿電,但可能不足以使鋰離子電池充滿,因此為了使通信設備有更好的備用電源兼容性,鋰離子電池備用電源系統需要將充電電壓進行升壓(即低壓充電)。

在備用電源充放電管理電路中,為了確保市電掉后備用電源能夠無縫切換,達到通信設備不掉電的效果,我們一般的做法是:市電在位時,為通信設備供電,同時為備用電源充電,此時,備用電源充放電回路都是打開的,可以做到市電掉電時備用電源無縫的為通信設備備電。

但是,如果將外部電源經BOOST電路(即開關型直流升壓電路)升壓后,到電池端的電壓必將高于充電電源電壓,此時放電回路導通的話,電池端電壓將直接反饋到充電電源端,電路將不能正常工作;同樣,在備用電源放電時,如果BOOST電路工作,到負載端的電壓也會被BOOST電路升壓,導致不能正常放電。

發明內容

????有鑒于此,本發明的主要目的在于提供一種應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,使得在外部電源不足以使鋰離子電池充滿電并且充放電接口為兩線制的情況下,可以通過本發明的管理系統使鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電。

為了實現上述目的,本發明提供了一種應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統,其包括有單節鋰離子電池或鋰離子電池組以及外部電源,系統對外接口采用兩線制,即系統外部電源充電接口和系統放電接口為同一接口,鋰離子電池或鋰離子電池組在系統外部電源低于額定電壓的條件下進行充電。

作為本發明的較佳實施方式,在外部電源和所述鋰離子電池或鋰離子電池組的正極之間串聯有充放電電路,其包括有在外部電源低于額定電壓的條件下充電的充電電路以及和所述充電電路并聯的放電電路;外部電源掉電檢測電路,其包括有連接在外部電源正極和負極之間的分壓電阻及比較器,所述的分壓電阻對外部電源進行分壓后輸入到所述比較器反向輸入端與同相輸入端的基準電壓比較后產生外部電源掉電檢測信號;用于充放電控制管理的邏輯控制電路;以及MCU控制器。

作為本發明的較佳實施方式,所述的充電電路進一步包括有相互串聯的具有使能引腳的BOOST電路,其通過所述邏輯控制電路用以控制使能引腳在充電時的升壓和斷開;軟硬件限流電路,用以實現軟件調整充電電流的大小;充電整流管,用以實現所述充電回路的單向導通,防止鋰離子電池或鋰離子電池組通過所述充電回路對系統放電;以及充電MOS管,其由所述MCU控制器所控制用以實現充電回路的導通及斷開。

作為本發明的較佳實施方式,所述的放電電路進一步包括有相互串聯的第一放電MOS管,其由所述MCU控制器所控制用以實現所述放電回路的導通及斷開;第二放電MOS管,其由所述邏輯控制電路所控制用以實現所述放電回路的導通及斷開;以及放電整流管,用以實現放電回路的單向導通,防止外部電源通過放電回路對鋰離子電池或鋰離子電池組進行充電。

作為本發明的較佳實施方式,所述的BOOST電路正常工作及所述的充電MOS管導通時,實現充電功能。

作為本發明的較佳實施方式,所述的第一放電MOS管和所述的第二放電MOS管同時導通時,實現放電功能。

作為本發明的較佳實施方式,述的邏輯控制電路包含:D觸發器電路,異或門以及非門;其中,D觸發器電路的時鐘信號為所述的外部電源掉電檢測信號,D觸發器電路的輸入信號為MCU控制器的控制信號,D觸發器電路的輸出和所述異或門的一輸入端相連而MCU控制器的控制信號和異或門另一輸入端相連,所述異或門的輸出經過所述非門的反向。

????當外部電源在位時,所述的邏輯控制電路將使能所述的BOOST電路,所述的MCU控制器將所述的充電MOS管打開,所述的邏輯控制電路會關斷所述的第二放電MOS管,即放電回路斷開,進行正常的充電;

當外部電源掉電時,所述的外部電源掉點檢測電路產生一邊沿觸發信號,所述的D觸發器電路被觸發,所述的邏輯控制電路將不使能BOOST電路,即充電回路斷開即充電回路斷開,所述的邏輯控制電路控制所述的第二放電MOS管導通,所述的MCU控制器控制第一放電MOS打開,電路正常放電。

作為本發明的較佳實施方式,所述的充電MOS管及所述的第一放電MOS管在系統沒有保護的情況下一直處于導通狀態。

作為本發明的較佳實施方式,所述的MOS管為結型場效應管、絕緣柵型場效應管或雙極性晶體管。

作為本發明的較佳實施方式,所述的邏輯控制電路為分立器件組成的硬件電路、可編程邏輯器件CPLD、現場可編程門陣列FPGA、專用集成電路ASIC、單片機或嵌入式處理器。

本發明的技術效果在于,當外部電源不足以使鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電并且充放電接口為兩線制的情況下,可以通過本發明使得鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電。同時,本發明的充電轉放電為硬件切換,轉換時間為微妙級,可以做到備電系統的無縫備電;另外,放電轉充電經由控制器邏輯控制實現,從而確保了充電的效率。

附圖說明

圖1是本發明較佳實施方式的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統結構圖;?

圖2是本發明較佳實施方式的外部電源掉電檢測電路示意圖;以及

圖3是本發明較佳實施方式的邏輯控制電路示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合附圖和較佳實施方式對本發明作進一步地詳細描述。

如圖1所示,本發明較佳實施方式的應用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統包含鋰離子電池組、外部電源/負載,在外部電源/負載和鋰離子電池組的正極之間串聯的充放電電路、外部電源掉電檢測電路、用于充放電控制管理的邏輯控制電路和MCU控制器。

其中,外部電源/負載采用兩線制,即充放電回路走同一接口。

所述的充放電回路包括兩條并聯的回路:充電回路和放電回路。其中,充電回路由帶使能引腳的BOOST電路、軟硬件限流電路、充電MOS管、充電整流管串聯組成;放電回路由放電整流管、第一放電MOS管、第二放電MOS管組成。

所述的BOOST電路通過邏輯控制電路控制使能引腳實現充電時的升壓和斷開,所述的軟硬件限流電路由專用的鋰離子電池充電管理芯片組成可以實現軟件調整充電電流的大小,所述的充電整流管可實現充電回路的單向導通用以防止鋰離子電池或鋰離子電池組通過充電回路對所述負載放電,所述的充電MOS管由所述的MCU控制器控制用以實現充電回路的導通及斷開。

當所述的BOOST電路正常工作及所述的充電MOS管導通時,實現充電功能。

所述的放電電路包括第一放電MOS管、第二放電MOS管以及放電整流管。

所述的第一放電MOS管由所述的MCU控制器控制,所述的第二放電MOS管由所述的邏輯控制電路控制,所述的第一放電MOS管和所述的第二放電MOS管實現放電回路的導通及斷開,所述的放電整流管實現放電回路的單向導通從而可防止外部電源通過放電回路對鋰離子電池或鋰離子電池組進行充電。

當所述的第一放電MOS管和所述的第二放電MOS管同時導通時,其可實現放電功能。

控制電路主要包括外部電源掉電檢測電路,邏輯控制電路和MCU控制器。

如圖2所示,所述的外部電源掉電檢測電路包括連接在外部電源正極和負極之間的分壓電阻R1、R2及比較器,所述的分壓電阻R1、R2對外部電源進行分壓后輸入到比較器反向輸入端,和同相輸入端的基準電壓Vref比較后產生外部電源掉電檢測信號。

如圖3所示,所述的邏輯控制電路包括有D觸發器電路、異或門以及非門。其中,所述的D觸發器電路的時鐘信號為外部電源掉電檢測信號,數據輸入信號D為MCU控制器控制信號,D觸發器的輸出和異或門一個輸入端相連,MCU控制器控制信號和異或門另一個輸入端相連,異或門輸出經過非門反向。

邏輯控制電路由D觸發器,同或門及非門組成,負責對BOOST電路及第二放電MOS管進行邏輯控制。MCU控制器負責充電MOS管和第一放電MOS管的控制,在系統沒有任何保護的狀態下,充電MOS管和第一放電MOS管一直處于導通狀態。

該系統典型工作在三種工作狀態下:

(一)充電狀態

當系統接上外部電源時,邏輯控制電路控制BOOST電路使能,BOOST電路將外部電源進行升壓,同時,邏輯控制電路關閉第二放電MOS管,放電回路處于被斷開狀態,軟硬件限流電路正常工作并且由軟件調整充電電流的大小,在系統沒有保護狀態下,MCU控制器將充電MOS管打開,此時充電回路正常導通,系統處于正常的充電狀態。

(二)充電狀態轉放電狀態

當外部電源掉電時,外部電源掉電檢測電路檢測到外部電源掉電信號,產生一個邏輯跳變信號給邏輯控制電路,此時經過邏輯控制電路處理,自動不使能BOOST電路,即充電回路處于被斷開狀態,同時邏輯控制電路打開第二放電MOS管,由MCU控制器控制的第一放電MOS管一直處于導通狀態,此時,充電回路斷開,放電回路導通,系統進行正常放電。可以看出,充電狀態轉放電狀態所需的時間為外部電源掉電檢測電路檢測到外部掉電,經邏輯控制電路處理到第二放電MOS管打開所需的時間,整個過程完全由硬件電路處理,時間為微妙級,其可以實現:當通信設備掉電時,備用電源系統為通信設備無縫備電。

(三)放電狀態轉充電狀態

當鋰離子電池或鋰離子電池組對負載放電截止時,MCU控制器通過開關第一放電MOS管檢測外部電源是否在位,如果外部電源在位,邏輯控制電路使能BOOST電路,關閉第二放電MOS管,系統轉為正常的充電狀態。

以上所述,僅為本發明較佳的一種具體實施方式,但本發明的保護范圍并不局限于此,任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內,根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換、刪減或改變,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。

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