[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于負(fù)載開(kāi)關(guān)的多電芯串聯(lián)鋰電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710877122.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107453452A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳珂;龔自立
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 啟攀微電子（上海）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02J7/00
• 分類(lèi)號(hào): H02J7/00;H01M10/42
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所31272
• 代理人: 俞滌炯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，尤其涉及一種基于負(fù)載開(kāi)關(guān)的多電芯串聯(lián)鋰電池。

背景技術(shù)

鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。由于鋰電池能量存儲(chǔ)密度高、使用壽命長(zhǎng)，額定電壓高的特性，被廣泛應(yīng)用到電子產(chǎn)品和新能源汽車(chē)領(lǐng)域。

現(xiàn)有的鋰電池通常采用多節(jié)鋰電芯串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)整體的鋰電池，每節(jié)鋰電池的電芯可視為一個(gè)電池內(nèi)阻和電容串聯(lián)的等效電路，電容可視為電芯容量。對(duì)于多電芯的鋰電池進(jìn)行整體的充電操作，由于每節(jié)電芯的內(nèi)阻和電池容量不同，在相同的充電截止電壓下，必然存在部分電芯先被充滿(mǎn)，一般是電池負(fù)極部分電芯最先被充滿(mǎn)，部分電芯未被充滿(mǎn)，導(dǎo)致鋰電池充電不完全，極大地降低了鋰電池的效率；但是若持續(xù)充電，部分已充滿(mǎn)的電芯會(huì)過(guò)充，影響電芯壽命。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的鋰電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中在鋰電池領(lǐng)域存在的上述問(wèn)題，現(xiàn)提供一種基于負(fù)載開(kāi)關(guān)的多電芯串聯(lián)鋰電池。

具體技術(shù)方案如下：

一種基于負(fù)載開(kāi)關(guān)的多電芯串聯(lián)鋰電池，應(yīng)用于電池供電領(lǐng)域，所述多電芯串聯(lián)鋰電池包括：

多個(gè)串聯(lián)鋰電芯，所述串聯(lián)鋰電芯依次相互串聯(lián)形成一串聯(lián)鋰電芯組，每個(gè)所述串聯(lián)鋰電芯的正極分別連接一第一開(kāi)關(guān)的第一端，每個(gè)所述串聯(lián)鋰電芯的負(fù)極分別連接一第二開(kāi)關(guān)的第一端；

負(fù)極鋰電芯，與所述串聯(lián)鋰電芯組串聯(lián)，且所述負(fù)極鋰電芯的正極連接所述串聯(lián)鋰電芯組的負(fù)極，所述負(fù)極鋰電芯的正極還連接一第三開(kāi)關(guān)的第一端，所述負(fù)極鋰電芯的負(fù)極連接一第一N型場(chǎng)效應(yīng)管的源極；

儲(chǔ)能器，所述儲(chǔ)能器的正極分別連接每個(gè)所述第一開(kāi)關(guān)的第二端以及所述第三開(kāi)關(guān)的第二端，所述儲(chǔ)能器的負(fù)極分別連接每個(gè)所述第二開(kāi)關(guān)的第二端以及所述第一N型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極；

電壓檢測(cè)器，分別連接每個(gè)所述串聯(lián)鋰電芯和所述負(fù)極鋰電芯的正極和負(fù)極，用于檢測(cè)每個(gè)所述串聯(lián)鋰電芯和所述負(fù)極鋰電芯的實(shí)時(shí)電壓；

控制器，分別連接所述電壓檢測(cè)器、所述第一開(kāi)關(guān)的控制端、所述第二開(kāi)關(guān)的控制端、所述第三開(kāi)關(guān)的控制端、所述第一N型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)電壓，在任一所述串聯(lián)鋰電芯電壓低于所述負(fù)極鋰電芯電壓時(shí)，通過(guò)控制所述第一開(kāi)關(guān)、所述第二開(kāi)關(guān)、所述第三開(kāi)關(guān)以及所述第一N型場(chǎng)效應(yīng)管的通斷的組合，將所述負(fù)極鋰電芯的電量通過(guò)所述儲(chǔ)能器轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)的所述串聯(lián)鋰電芯中。

優(yōu)選的，所述控制器為一可編程邏輯控制器，所述控制器內(nèi)包括：

對(duì)比單元，連接所述電壓檢測(cè)器，預(yù)設(shè)有一均衡電壓差，用于在任一所述串聯(lián)鋰電芯的所述實(shí)時(shí)電壓低于所述負(fù)極鋰電芯的所述實(shí)時(shí)電壓且差值大于所述均衡電壓差時(shí)，向調(diào)控單元發(fā)送調(diào)控指令；

所述調(diào)控單元，連接所述對(duì)比單元，預(yù)設(shè)有一充放電時(shí)間，所述調(diào)控單元用于在接收到所述調(diào)控指令后，控制所述第一N型場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，控制所述第三開(kāi)關(guān)通導(dǎo)并限流；

在經(jīng)過(guò)所述充放電時(shí)間后，關(guān)斷所述第一N型場(chǎng)效應(yīng)管和所述第三開(kāi)關(guān)；

之后，控制對(duì)應(yīng)的串聯(lián)鋰電芯的所述第一開(kāi)關(guān)通導(dǎo)，控制對(duì)應(yīng)的串聯(lián)鋰電芯的所述第二開(kāi)關(guān)通導(dǎo)并限流；

在經(jīng)過(guò)所述充放電時(shí)間后，關(guān)斷所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選的，所述電壓檢測(cè)器，為一模數(shù)轉(zhuǎn)換檢測(cè)裝置，用于將檢測(cè)到的所述實(shí)時(shí)電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。

優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能器為一電容或一鋰電芯。

優(yōu)選的，所述第一開(kāi)關(guān)、所述第二開(kāi)關(guān)和所述第三開(kāi)關(guān)均為負(fù)載開(kāi)關(guān)，所述負(fù)載開(kāi)關(guān)包括：

兩個(gè)串聯(lián)的第二N型場(chǎng)效應(yīng)管，串聯(lián)在所述負(fù)載開(kāi)關(guān)的第一端和第二端之間，用于控制所述負(fù)載開(kāi)關(guān)的通導(dǎo)狀態(tài)；

電荷泵，所述電荷泵的輸出端連接所述第二N型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，用于向所述第二N型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極輸出控制電壓，控制所述第二N型場(chǎng)效應(yīng)管的通斷狀態(tài)和限流狀態(tài)；

限流控制器，分別連接所述電荷泵和所述控制器，用于根據(jù)所述控制器指令控制電荷泵輸出的所述控制電壓。

優(yōu)選的，所述負(fù)載開(kāi)關(guān)還包括電壓選高器，分別連接所述負(fù)載開(kāi)關(guān)的第一端和第二端，用于選取所述負(fù)載開(kāi)關(guān)第一端和第二端中的高電平，對(duì)所述負(fù)載開(kāi)關(guān)進(jìn)行供電。

優(yōu)選的，所述負(fù)載開(kāi)關(guān)還包括低壓降電壓源，連接所述電壓選高器，用于從所述高電平中產(chǎn)生所述負(fù)載開(kāi)關(guān)的工作電壓。

優(yōu)選的，所述負(fù)載開(kāi)關(guān)還包括過(guò)壓保護(hù)單元和欠壓保護(hù)單元，分別連接所述電荷泵，用于在所述負(fù)載開(kāi)關(guān)的工作電壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)，控制所述負(fù)載開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通。