4-7节串联锂电池自动均衡及保护电路方案说明V1

新型串联锂离子电池组主动均衡电路设计李立君;李光举;李树元【摘要】为解决串联锂离子电池组电压均衡问题,提出了一种新型主动电池到电池均衡电路.该电路主要包括N+5个双向开关以及一个LC谐振电路,其中,N表示电池组中电池的数量.利用LC串联谐振电路能够直接将能量从最大充电电池传输至最小充电电池,无需使用多绕组变压器.并且在零电流开关条件下,运行电路中的所有开关能够减少平衡所用功耗.通过10节串联锂离子电池的实际测试,结果显示相比常规均衡电路,提出的电路能够实现快速平衡并且传输效率更高.当均衡功率为0.48 W和2.04W时,实测功率传输效率分别为92.7%和79.2%.%In order to solve the problem of li-Ion batteries voltage balance series,put forward to a new type of battery to battery active equalization circuit. The circuit includes a N+5 switch and a bidirectional LC resonant circuit,N represents a number of battery in series. The use of LC series resonant circuit can direct energy balance from the maximum to the minimum transmission rechargeable battery rechargeable battery,without the use of multi winding transformer. And in the condition of zero current switching,all switches in an operating circuit can reduce the power consumption balance. The actual test through the 10 series cells,the results show that compared with conventional balance circuit,this circuit can realize fast balance and higher transmission efficiency. When the balance of power is 0.48 W and 2.04W,the measured power transmission efficiency were 92.7%and 79.2%.【期刊名称】《火力与指挥控制》【年(卷),期】2017(042)006【总页数】6页(P110-114,118)【关键词】锂离子电池;主动均衡;LC电路;均衡功率【作者】李立君;李光举;李树元【作者单位】邢台职业技术学院,河北邢台 054000;邢台职业技术学院,河北邢台054000;邢台职业技术学院,河北邢台 054000【正文语种】中文【中图分类】TM912.1串联式锂离子电池的能量密度高、电池电压高、使用周期长，所以，广泛用于电动车、储能系统等高电压领域［1］。

1.概述内置高精度电压检测电路和延时电路进行电压、电流以及温度的监控，保证Pack 安全。

此外， 具有0V 充电功能，提升Pack 使用寿命。

具有三种工作模式：正常模式、休眠模式和关机模式。

当任意电芯处于低容量状态时，进入休眠模式来降低系统功耗。

2.特点◆ 高精度电压检测功能：过充电保护电压V OV ：3.600V-4.375V (档位25mV) 过充电保护电压精度：±25mV 迟滞电压：0-350mV过放保护电压V UV ：2.0V - 3.1V (档 位100mV) 过放电保护电压精度：±80mV 过放电保护解除迟滞电压：0-1.0V◆ 放电过流检测功能：过流1保护电压V DOC1：0.025V - 0.350V (档位25mV) 过流1保护电压精度：±10mV过流2保护电压V DOC2：2×VDOC1 (档位50mV) 过流2保护电压精度：±20mV◆ 短路检测功能：短路保护电压V SC ：4.5×VDOC1 (档位112.5mV) 短路保护电压精度：±45mV◆ 温度检测功能：充电高温保护温度：50°C 充电高温保护温度精度：±4℃(Max.) 充电低温保护温度：0°C 充电低温保护温度精度：±4℃(Max.)ZCC8993ZCC8993ZCC8993ZCC8993放电高温保护温度：70°C 放电高温保护温度精度：±4℃(Max.)◆外接电容设置过放电保护延时、放电过流1保护延时以及放电过流2保护延时◆过充电保护延时、短路保护延时以及温度保护延时固定◆工作电压范围：3V - 26V◆工作温度范围：-40℃~85℃◆集成N-MOSFET驱动◆低功耗设计：正常工作功耗：18 uA (Max.)休眠模式功耗：5 uA (Max.)◆封装形式：16-pin TSSOP◆SEL管脚选择3/4串应用3.订购信息注释:目前只有A,B版本VC1VC2VC3VC4VDDGNDSELVI DSGCHG TSCDCDSD CHSEVMTEST图系统框图ZCC8993TEST CHSE CHG VM DSG DSD CDC VIVDDVC1VC2VC3VC4GNDSELTS 管脚图6.管脚定义ZCC89937.功能描述7.1正常模式下列条件均满足时， 处于正常模式：(1) 所有电芯电压位于过充电保护电压 (V OV ) 与过放电保护电压 (V UV ) 之间 (2) VI 管脚电平小于放电过流1保护电压V DOC1(3) TS 管脚检测温度位于充电高温保护温度T COT 与充电低温保护温度T CUT 之间 (4) 无安全保护发生7.2过充电保护状态下列条件均满足时，进入过充电保护状态： (1) 任意电芯电压高于过充电保护电压V OV (2) 状态(1)持续时间超过过充电保护延时t OV 处于过充电保护状态时，CHG 管脚输出高阻态。

串联串联锂电池锂电池锂电池组无损均衡管理组无损均衡管理组无损均衡管理方案方案方案设计设计设计与实现与实现黄 勤，严贺彪严贺彪，，凌 睿(重庆大学自动化学院，重庆 400030)摘 要：针对串联锂电池组充放电过程中的多电池均衡问题，设计一种实现锂电池组能量无损均衡智能快速充放电的新方案。

论述充放电管理方法的总体思路，介绍无损均衡电路及电压、电流、温度的采样，给出充放电控制电路及MOSFET 驱动电路等模块的设计。

实验结果表明，该方案能够更快速有效地实现串联锂电池组的充放电能量无损均衡。

关键词关键词：：锂电池组；能量无损均衡；智能快速充放电；电压；电流Design and Implementation of Non-dissipative EqualizationManagement Scheme for Series Connected Li-ion Battery PackHUANG Qin, YAN He-biao, LING Rui(School of Automation, Chongqing University, Chongqing 400030, China)【Abstract 】According to multi-cell equalization problem in the charging and discharging process of series connected li-ion battery pack, this paper designs an intelligent fast charging and discharging research scheme for li-ion battery pack that can realize energy’s non-dissipative equalization. The premise and background are introduced. It proposes the overall structure and non-dissipative equalization circuit of charging and discharging management method study. Some design modules are expatiated clearly, including the sample circuits of the scheme’s voltage, current and temperature, charging and discharging control and MOSFET driver circuits. Experimental results show that this scheme meets the expected requirements.【Key words 】li-ion battery pack; energy non-dissipative equalization; intelligent fast charging and discharging; voltage; current DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2011.12.077计 算 机 工 程 Computer Engineering 第37卷 第12期V ol.37 No.12 2011年6月June 2011·工程应用技术与实现工程应用技术与实现·· 文章编号文章编号：：1000—3428(2011)12—0226—04 文献标识码文献标识码：：A中图分类号中图分类号：：TP3911 概述随着石油资源的逐渐枯竭、环境压力的日益增大，用电能取代传统的化石燃料，使之成为车用主要动力来源的呼声与日俱增，锂离子电池组以其优越的性能得到了广泛应用。

锂电池组并联均衡充电方法锂电池组由多只单体锂电池串联而成，由于单体的差异性，串联充电时端电压上升不一致会出现部分单体过充，部分单体充电不足的问题。

理想的状态是每个电池电压在充电过程中同步上升，完全一致，接近充满时充电器转灯，充电停止。

锂电池组定期做好均衡基本可以达到这种理想状态，这是不喜欢锂电保护板的人追求的效果。

锂电池保护板本身不一定可靠，保护板损坏锂电池的例子不少见。

本人试验的并联手动均衡方法，电路简单可靠，效果良好，具有实用价值。

基本原理是均衡充电时所有电池并联，常规充电和用电时串联。

均衡充电时所有电池并联电压相等，实现了各个电池的强制均衡。

1.二极管隔离并联充电均衡法见电路图1，以6只单体电池串联为例，断开开关S1—S5再接充电电源。

二极管选用1N5401—5408，3A额定电流下实测二极管正向压降为0.8V，正向压降0.7V时流过二极管的电流很小。

磷酸铁锂电池，最高充电电压3.65V,实际考虑到延长电池寿命最高充电电压定为3.5V，充电电压=3.5+0.7+0.7=4.9V加上线路压降选用5V电源很合适。

三元、聚合物类锂电池最高充电电压 4.25V，充电电压=4.1+0.7+0.7=5.5V合适，两种情况下电池都能在接近充满时自停。

充电过程中各个单体电池虽然被二极管隔离，但不影响电池的均衡，因为单体电压高的充电电流小，电压低的充电电流大。

断开均衡充电电源，合上开关S1—S5电池串联放电。

锂电池组在负载电流不大的情况下，S1—S5选用开关可行。

大电流放电场合用压接件代替开关体积小、接触电阻小、接线短、成本低，只是拧紧和松开螺丝比拨动开关费时间。

这种均衡依据电池使用情况一个月至三个月做一次，总体来说不麻烦。

2. 直接并联充电均衡法如电路图2所示，取消了隔离二极管。

磷酸铁锂电池充电电压选用3.5-3.6V，三元、聚合物电池选用4.1-4.2V。

红色鳄鱼夹引线都焊接在一起接充电电源正极；黑色鳄鱼夹引线都焊接在一起接充电电源负极。

7串锂电池保护板详细设计说明一、技术指标●最大工作电流：15A●过充保护电压：4.25V●过充恢复电压：4.15V●过放保护电压：2.8V●过放电恢复电压：3V●睡眠电压：2.5V●均衡误差：50mV●均衡电流：100mA●放电保护电流：25A●放电过流保护延时：10ms●充电保护电流：5A●充电过流保护延时：10ms●短路保护电流：60A●短路保护延时2ms●充电/加负载唤醒●充放电温度保护：留功能接口●睡眠静态电流：10uA●保护器内阻：<15毫欧●参考尺寸：L80*W58*H27mm二、方案选择根据以上的指标，选择intersil公司的电池管理芯片ISL9208作为模拟前端芯片，控制器芯片使用PIC公司的PIC16F688单片机。

框图如下图所示：图1、结构框图功能模块主要包括：1．模拟前端2．充放电采样电阻及开关3．单片机4．唤醒电路5．单片机外围接口三、模块说明1．模拟前端模拟前端芯片使用intersil公司的ISL9208，它是针对5~7串的电池管理芯片。

提供完善的过流保护电路、短路保护电路、3.3V稳压器、电池均衡控制电路、电池电压转换和冲放电FET驱动功能；同时过流保护和短路保护的电流值及延时时间均可编程；控制器可以通过I2C接口设置各寄存器的值。

ISL9208通过使用内部的模拟开关，为带有AD转换的微控制器提供电池电压和内外温度管理。

芯片特点有：●软件可编程过流阈值和保护时间。

●快速短路保护●三种场效应管控制方式➢背对背的充放电MOS控制➢单一放电MOS控制➢充放电MOS单独控制●集成充放电MOS驱动电路● 3.3V稳压输出，精度是10%●I2C接口●内部集成均衡MOS，最大均衡电流200mA。

●可编程上升沿或下降沿唤醒●睡眠电流<10uA●工作电压2.3V~4.3V（不适合磷酸铁锂）2．充放电采样电阻及开关充放电的采样电阻使用康铜丝制作。

放电端采样电阻为4毫欧，使用2根1.2mm的康铜丝并联而成。

锂电池组均衡充电电源设计与实现一、引言随着现代科技的不断发展，锂电池已经成为了各种电子设备和车辆中最常见的电池种类之一。

而在锂电池组中，为了确保每节电池的充电状态均衡，就需要设计一种锂电池组均衡充电电源。

本文将详细介绍这种电源的设计与实现过程。

二、问题背景锂电池组是由几节锂电池串联组成的，每节电池的电压和容量难免会有一定的差异。

在充电过程中，如果不对锂电池组进行均衡充电，就会导致电池组内部电压差异变大，从而影响充电效率和电池寿命。

锂电池组均衡充电电源需要能够对组内的每节电池进行具有适当电流的均衡充电，以确保整个电池组充电状态的均衡。

在这样的要求下，锂电池组均衡充电电源呼之欲出。

这种电源需要具备多节电池同时充电的能力，并且能够根据每节电池的充电状态动态调整充电电流。

其实现不仅涉及到硬件电路设计，还包括控制算法的设计与实现。

三、电路设计1. 电路功能介绍锂电池组均衡充电电源的电路设计需要包括如下功能：（1）多节电池同时充电功能（2）每节电池的充电状态监测功能（3）均衡充电功能（4）充电状态显示功能（5）保护功能（如过流、过压、过热保护）2. 电路设计要点（1）多节电池同时充电功能在设计中，电路需要能够同时对多节电池进行充电，因此需要采用多通道的设计结构。

在电路中需要设计多组独立的充电电路，以保证每节电池都能得到独立的充电电流。

（2）每节电池的充电状态监测功能为了能够动态调整每节电池的充电电流，需要设计电路用于监测每节电池的电压和温度。

这样可以根据监测到的数据动态调整充电电流，保证电池充电状态的均衡。

（4）充电状态显示功能电路需要设计能够显示每节电池的充电状态的功能，以便用户随时了解电池组的充电情况。

这可以采用LED灯等方式进行显示。

（5）保护功能为了确保充电安全，电路需要设计一些保护功能，如过流保护、过压保护、过热保护等，以保护电池组免受各种不良情况的影响。

四、算法设计1. 充电控制算法2. 保护算法在均衡充电的过程中，需要设计一些保护算法，用于监测电池组的工作状态，一旦发现异常情况，能够及时采取保护措施，以确保电池组不会受到损坏。

4-7节串联锂电池自动均衡及保护电路方案说明V1.0 2008.08 ○C2008Burnon International Limited 4-7节串联锂电池自动均衡及保护电路方案说明V1.02008.08○C 2008Burnon International Inc. Page 2 概述基于锂电池安全性能的要求，本保护电路采用美国intersil 电池组专用管理芯片ISL9208、Microchip MCU PIC16F690、IR MOSFTE ，通过I 2C 通信控制，对4－7节串联锂离子、聚合物锂电池包进行管理。

采用上位机（PC ）实时监控，方便生产、检测。

主要特点体现在对电池组的：1：过充电保护 （充电过高电压保护、充电过电流保护）2：过放电保护 （放电过低电压保护、放电过电流保护、放电短路保护） 3：电池组温度异常保护（电池组温度过低，关闭电池组充放电状态。

电池组温度过高，关闭电池组充放电状态。

） 4：休眠保护 （电池电压过低关闭电池组输出） 5：电池组自动均衡（本保护电路的特点）简要说明：电池组的单个电池之间由于电压、容量、内阻存在差异，在充放电 过程中最终会导致电池电压存在差异。

而保护电路是通过检测单个电池的电压来 进行保护，保护电路检测到其中某个电池电压过高关闭充电状态，保护电路检 测到其中某个电池电压过低关闭放电状态。

为了使电池组发挥最大性能，因此 本电路引入电池组在充电过程中电压进行自动均衡。

特性1、适用范围相关电池组参数可通过ISP 在线编程接口及外部设备更改。

2、 用途： 适用于4－7节串联锂离子电池组、聚合物锂电池组。

本DEMO 板可根据客户的需要，通过外编程更改有关参数，也可适用于4－7节串联磷酸铁锂电池组。

3、特点 3－1 针对各节电池的高精度电压检测功能4-7节串联锂电池自动均衡及保护电路方案说明V1.0 2008.08Page 3 © 2008 Burnon International Inc.3－2 充电及均衡参数 序号 项目 详细内容标准1耐高压元件充电器最高电压必须小于标准值18V/4CELL ；23V/5CELL ；27.5V/6CELL ；32V/7CELL2 恒流恒压充电 (充电器参数)恒压电压CV 16.8V/4CELL ；21V/5CELL ；25.2V/6CELL ；29.6V/7CELL恒流电流CC 小于3.5A 3充电过流保护过流保护电流 4A ±20％ 延迟时间0.5S 4 均衡 均衡基准电压差 30mV均衡以最低电池电压为基准，误差超 过30mV 的电池都进行均衡均衡电流100mA 3－3 输出参数 序号 项目详细内容标准1输出电压 最小输出电压 11V/4CELL;14V/5CELL;16.8V/6CELL; 19.6V/7CELL最大输出电压 16.8V/4CELL ；21V/5CELL ；25.2V/6CELL; 29.6V/7CELL2 输出电流 放电电流<15A 放电过流保护 （一次保护）保护电流 20A ±20％ 保护延迟时间 1S保护解除条件断开负载，自恢复短路保护 （二次保护）保护条件 外部电路短路 保护电流 40A ±20％ 保护延迟时间200us4-7节串联锂电池自动均衡及保护电路方案说明V1.02008.08○C 2008Burnon International Inc. Page 4 保护解除条件断开负载，自恢复3－4 充放电电池温度监测 序号 项目 详细内容 标准1充电状态监测电池组温度 正常充电摄氏－20℃——50℃ 充电保护大于50℃ 充电恢复小于40℃2放电状态监测电池组温度 正常放电摄氏－20℃——75℃ 放电保护大于75℃ 放电恢复小于60℃3－5 休眠及PCB 功耗 序号 项目详细内容标准1 工作状态 （充放电状态） PCB 板功耗 小于3.8mA2休眠状态 条件：1：电池电压范围2.5V －4.2V 2：无充放电状态PCB 板功耗EB+对GND ：小于30uA EB-对GND ：小于60uA 休眠延迟时间 120S休眠解除条件 充电放电放电维持电流 大于50mA4-7节串联锂电池自动均衡及保护电路方案说明V1.0 2008.08Page 5 © 2008 Burnon International Inc.接口规范：4节串联（拨码开关一位置1、另一位置2）5节串联（拨码开关一位置1、另一位置ON ）4-7节串联锂电池自动均衡及保护电路方案说明V1.02008.08○C 2008Burnon International Inc. Page 66节串联（拨码开关一位置ON 、另一位置2）7节串联（拨码开关一位置ON 、另一位置ON ）4-7节串联锂电池自动均衡及保护电路方案说明V1.0 2008.08Page 7 © 2008 Burnon International Inc.使用说明1、 放置DEMO 板的区域必须与金属等导电物体隔离，并预留一定空间。

锂电池组保护板平衡充电解决方案文章摘自：凌力尔特技术论坛-与非网本文针对动力锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充电过程中要实现整组电池平衡充电的问题，介绍了一种采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进展保护的含平衡充电功能的电池组保护板的设计方案。

经过仿真结果和工业消费应用证明，该保护板的保护功能完善，工作稳定，性价比高。

常用的平衡充电技术包括恒定分流电阻平衡充电、通断分流电阻平衡充电、平均电池电压平衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器平衡充电、电感平衡充电等。

成组的锂电池串联充电时，应保证每节电池平衡充电，否那么使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。

而现有的单节锂电池保护芯片均不含平衡充电控制功能，多节锂电池保护芯片平衡充电控制功能需要外接CPU;通过和保护芯片的串行通讯〔如I2C总线〕来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。

1 锂电池组保护板平衡充电原理构造采用单节锂电池保护芯片设计的具备平衡充电才能的锂电池组保护板构造框图如下列图1所示。

图1锂电池组保护板构造框图其中：1为单节锂离子电池；2为充电过电压分流放电支路电阻；3为分流放电支路控制用开关器件；4为过流检测保护电阻；5为省略的锂电池保护芯片及电路连接局部；6为单节锂电池保护芯片〔一般包括充电控制引脚CO,放电控制引脚DO,放电过电流及短路检测引脚VM,电池正端VDD,电池负端VSS等〕；7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极；8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极；9为充电控制开关器件；10为放电控制开关器件；11为控制电路；12为主电路；13为分流放电支路。

单节锂电池保护芯片数目根据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进展保护。

CW1274 4~7节电池保护IC功能特性●过充电保护•阈值范围3.650V、3.850V、4.175V~4.350V，25mV步进，±25mV精度●过放电保护•阈值范围2.300V~2.800V，100mV步进，±30mV精度●放电过流保护•过流检测1阈值范围0.050V~0.100V，±5mV精度•过流检测2阈值范围0.100V~0.200 V，，±10mV精度•短路保护阈值范围0.200V~0.500V，±20mV精度●充电过流保护•阈值范围-0.010V~-0.050V，±5mV精度●温度检测功能充放电高低温保护，温度外部可设●均衡功能●断线检测功能●负载检测功能●级联功能●低功耗设计•工作状态20μA (25°C)•休眠状态5μA (25°C)●封装形式：SSOP24应用领域●吸尘器●电动工具●电动自行车●后备电源●锂离子及锂聚合物电池包基本描述CW1274系列产品是一款高度集成的4~7串锂离子电池或锂聚合物电池保护芯片。

CW1274为电池包提供过充、过放、充放电过流、断线、充放电过温保护以及均衡功能，并支持芯片级联使用。

CW1274 典型应用框图CW1274产品选择指南CW1274 X X X X封装形式，S: SSOP24参数类型，从A到Z电池类型，L:代表锂离子电池F:代表磷酸铁锂电池功能和版本信息，从A 到Z产品目录CW1274 引脚排列图CW1274CW1274 绝对最大额定值注意：绝对最大额定值是指无论在任何条件下都不能超过的额定值。

如果超过此额定值，有可能造成产品损伤。

ESD等级额定工作电压CW1274电气特性除特殊说明外T A=25°CCW1274*2充放电温度保护温度取决于不同电阻的设定，放电低温保护温度默认为充电过温保护温度-20℃，即充电低温保护温度为0℃，则放电低温保护温度为-20℃*3所有过电流保护（包括过流1，过流2和短路保护）解除延迟时间均为60msCW1274原理框图CW1274 功能描述正常状态所有电池电压处于过充检测电压（V OC）和过放检测电压（V OD）之间，且CS端子电压处于过流检测电压（V EC1）和充电过流检测电压（V COC）之间时，CW1274处于正常工作状态。