思路 求多路独立控制输出锂电池充电器

电摩电池的10S——3V2/20AH铁锂充电？

有个建议，不如串并充并用，大电流的36V串充，再加小电流的3V6*10节的并充。

或者是36V串充加平衡处理。

小弟的电池是150AH80只左右串联的  想用电池串联的总电压来做冲电器的输入电源 来为每只电压低的电池补冲电 以保证每只电池电压平等  输入输出要隔离的

你的需求量，有多大，电路肯定不是很难的事情，还有你的成本要求？，尺寸等等？

因为我们是做电动汽车的 目前正在实验开发阶段 对于价格还没有明确  先做样品  尺寸最好在350MM*80MM*35MM以内 当然如果还可以做小那就更好了 散热最好是外壳散热 以减小体积  我们的电池容量在500AH-1000AH左右  所以20A的充电平衡电流已经算是小的了在这个体积内电流要是还能做大那是再好不过了 毕竟我们的电池容量大啊  呵

看来我们是同行，我从05年开始，也在做电动汽车电池这一块，当时做的是74V/200Ah的电池组，充满后跑300公里，给大宇通用做的，这款纯电动汽车曾在05年的韩国汽车展上展出。

容量这么大的电池组，建议你用模块化设计，分解为小模块后再串联并联，另有一个主管理板去控制各个模块。

如果你这么大的电池组，只用一个管理板，是不好处理的。

以前在科技部分管电动汽车这一块的王处长，他曾和国外的许多电动汽车的研发厂家有作过许多交流，他和我的思路也是一样的，认为只有模块化才是好的解决方法。

我下面贴一篇他给我的邮件，是06年时他写给我的：

小俞：你好！

        随便聊一聊，“自主创新”。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。科技部徐冠华部长在全国科技厅局长会议的报告中，讲到先进制造技术领域时说：以高新技术的集成创新为核心，努力提升自主设计、制造和集成能力，大幅度提高我国制造业竞争能力。我在想,目前国内动力型锂离子电池已经走过了从无到有的阶段，应该说十五期间成绩不菲。但安全性、一致性很好的基本没有；2005年大多数通过安全检测，但性能是不尽人意的。但从另一个角度说，电池的不一致是绝对的，无论多小的差异，对于N个电池组成的电池组来说，使用当中,容量最小的那个，会成为做工最多的，如果没有好的保护系统保护，差距会不断拉大直至提前损坏。咱们放下电池的创新不说，设计好的保护系统，我认为是真正的集成创新。为什么这样说？市场需要产品是硬道理，再好的电池组也需要保护也是硬道理；为现在不是很完美的电池组设计保护系统应该说更难，具有开创性。我举一例来说明它的难度和开创性。比如，10个电池的电池组其中9个是正常的好电池，但其中一个不是很好了；假设容量只有30％了又没有电池更换或不可能更换（水下机器人）或电压要求的原因不能撤下一个电池时，保护系统如果能做到9补1分担它应该做的工，这问题就解决了。换句话说，也就是我们在集成上创新，通过保护系统来补充电池的不足，这就是保护加上管理――《保护管理系统》。也就是说能在电池条件如此低劣的情况下很好工作的《管理系统》才是用户要的产品。（当然一个管理系统应该有很多指标要求）。

        另一个，我想聊聊思路。一个上百层的高楼大厦一定会有一个很好的基础，那么电动大巴、电动轿车就象一个几百层的高楼大厦；怎么进行结构设计，必定是最重要的。你说的模块化设计，我觉得非常恰当；这个模块多大合适？我谈谈我的想法，从目前动力电池市场看，国内电动自行车2005年号称500万辆产量，使用36v的居多。国外汽车产业正在向42v系统过渡，2010年世界轿车产量7000万辆左右。所以我想最小模块是10－12只一组比较适宜。在这基础上，对基本参数进行调研做出1－n个方案，经过优化确定－个最多2个方案进行理论设计并对这个模块在充放电电流、充放电均衡、温度、充放电截至电压、显示和控制信号等诸多功能进行试验取得经验和数据，定型为基础模块，应用只是此模块的衍生和搭建。

        科技部2002年曾经组织专家组对欧洲电动车应用较广泛的国家进行考察，德国电动车协会主席D.Naunin  2002年10月也到科技部、北理工大学访问；电池组的模块化设计是他们的显著特点，主要是为了便于快速更换。目前，863电动车项目的设计还没有达到产业化的要求，只是少量的单一试生产；88只电池组、108只电池组等等每个厂家都有所不同，但都是不可拆卸的。北京密云电动车示范基地、北京市公交121路电动车队的运行模式基本是晚上充电白天运行。它的优点运行模式单一管理简单，缺点是：1、总量采购成本大（为了保证一天的运行，每辆车标配容量400－600Ah，即车辆加电池系统）。2、这样的电池配置（在车厢体积一定）增加了车辆自重减少了载客能力。3、运行中电池组发生故障时只能减少运行车辆。4、（当电池容量不多时）机动性差。5、（电池组过大）维修成本高并且费时。6、（由于电池组大）充电设备制造成本昂贵，并且至少一车一个充电位；充电设备总量采购成本大。7、充电设备白天闲置造成浪费。8、由于车辆多充电设备多，配电系统改造资金大。9、经过长期运行后电池的不一致再进

行调整匹配难等等。模块化设计的缺点：更换频繁、管理复杂。优点是：1、总量采购成本低（每辆车标配容量100－200Ah，再加一定比例的周转电池模块）。2、这样的电池配置减少车辆自重增加了载客能力。3、运行中电池组发生故障时，只更换模块不用减少运行车辆。4、（当电池容量不多时）可快速更换电池模块大大增强机动性。5、（电池组相对小）维修成本低并且省时。6、（由于电池模块相当小）充电设备制造成本相对降低，不用一车一个充电位；充电设备总量采购成本相对小。7、充电设备白天不闲置24小时使用，没有闲置造成的浪费。8、由于充电设备相对使用充分、利用率高，可适当减少供电容量，配电系统需要的改造资金可相对减少。9、由于模块化电池组变小，经过长期运行后电池的不一致再进行调整匹配相对简单等等。经过这样对比可见模块化设计可行性比较强，车队运行规模越大、计算周期越长平均投入越经济，如果加上环境效益的评估国家的总量投入一定是可以接受的。

        以上想法04年我和来访的加拿大一家做混合动力电动驱动系统的技术总监（总经理）交流过，他非常赞同，我们想法不谋而合。他这样形容：在国内考察了一圈（包括电池厂、电动车厂、大学、政府相关结构），我是他遇到的知音。因此原定的30分钟的见面延长到3个小时。我相信我是对的，这对于如何设计“高楼大厦”非常重要。对于电动汽车的应用这是战略问题也是集成创新的路线问题，规划对路事半功倍。

        模块上级的构架有时间再聊。

        我近来在搜集前几年（十五期间）的相关资料，我想陆续提供给你做参考。

        另外，如果我们面谈我表达的可能会准确些，打成文字，就觉得要说的很多不知从何说起，也不知道你需要什么，我打的也慢，也不知表达清楚了没有，你看不懂的部分你提出来。

        先谈到这里。

祝好！

      老王    06年6月2日

非常感谢AZHU大师的回复  让我受益非浅 我跟 大师的观点也一样 对于多只电池串联 模块化管理是一个很不错的方案 我们目前也正在往这方面努力 我想做的充电器也就是用于10串的电池 组 不知大师是不是还有更好的方案

承接各类型常用单片机(MCU)应用设计.或者根据用户的产品功能需求我们可为其选择指定单片机类型. 







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[1] 产品开发初期收取一定研发费用.按客户产品功能要求开发成功后,硬件资料(电路文件,PCB文件,BOM文件)交付给客户.而单片机程序软件由微控保存.微控负责单片机芯片的程序烧录,烧录后的芯片根据用户的出货量按每片芯片收取费用. 



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高电压锂离子电池组的充电方法

摘要：本文介绍了高电压锂离子电池组的四种充电方法，并进行了优缺点的比较。

　　关键词：高电压；锂离子电池组；串联充电；并联充电

　　Abstract: Four charge techniques of high voltage lithium ion battery packs were introduced in this paper, and their advantages and drawbacks were compared.

　　Key words: high voltage; lithium ion battery pack; series charging; parallel charging

　　锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是一种理想电源。在实际使用中，为了获得更高的放电电压，一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂离子电池组使用。目前，锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、电动自行车和备用电源等多种领域。

　　因此如何在充电时将锂离子电池组使用好显得尤为关键，现将锂离子电池组常用的几种充电方法以及本人认为的最适合的充电方法试述如下：

　　1 普通的串联充电

　　目前锂离子电池组的充电一般都采用串联充电，这主要是因为串联充电方法结构简单、成本低、较容易实现。但由于单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异，在对锂离子电池组串联充电时，电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最先充满电，而此时，其他电池还没有充满电，如果继续串联充电，则已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电。

　　而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害，因此，为了防止出现单体锂离子电池过充电，锂离子电池组使用时一般配有电池管理系统（Battery Management System，简称BMS），通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电等保护。串联充电时，如果有一只单体锂离子电池的电压达到过充保护电压，电池管理系统会将整个串联充电电路切断，停止充电，以防止这只单体电池被过充电，而这样会造成其他锂离子电池无法充满电。

　　经过多年的发展，磷酸铁锂动力电池由于具有较高的安全性、很好的循环性能等优势，已经基本能满足电动车特别是纯电动轿车的要求，工艺上也基本具备了大规模生产的条件。然而，磷酸铁锂电池的性能与其他锂离子电池存在着一定的差异，特别是其电压特征与锰酸锂电池、钴酸锂电池等不同。以下是磷酸铁锂与锰酸锂两种锂离子电池的充电曲线与锂离子脱嵌对应关系的比较：

 

图1 锰酸锂电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系

 

图2 磷酸铁锂电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系

　　从上图的曲线不难看出，磷酸铁锂电池在快充满电时，锂离子几乎完全从正极脱嵌到负极，电池端电压会快速上升，出现充电曲线的上翘现象，这样会导致电池很容易达到过充电保护电压。因此磷酸铁锂电池组中某些电池充不满电的现象相对锰酸锂电池组而言会更为明显。

　　另外，虽然有些电池管理系统带有均衡功能，但由于从成本、散热、可靠性等多方面考虑，电池管理系统的均衡电流一般远小于串联充电的电流，因此均衡效果不是很明显，也会出现某些单体电池充不满电的情况，这对于需要大电流充电的锂离子电池组，例如电动汽车用的锂离子电池组而言则更为明显。

　　例如，将100只放电容量都为100Ah的锂离子电池串联起来组成电池组，但如果成组前其中99只单体锂离子电池荷电80Ah，另外1只单体锂离子电池荷电100Ah，将此电池组进行串联充电时，其中荷电100Ah的那只单体锂离子电池会先充满电，从而达到过充保护电压，为了防止这只单体锂离子电池被过充电，电池管理系统会将整个串联充电电路切断，也就使得其他99只电池无法充满电，从而整个电池组放电容量也就只有80Ah。

　　一般电池厂家出厂时测试容量时是将单体电池先恒流充电再恒压充电，然后恒流放电从而测出放电容量。一般放电容量约等于恒流充电容量加上恒压充电容量。而实际电池组串联充电过程中对单体电池而言一般没有恒压充电过程，所以恒压充电容量就会没有，电池组容量就会小于单体电池容量。而一般充电电流越小，恒压充电容量比例越小，电池组损失容量越小，因此又发展出了电池管理系统和充电机协调配合串联充电的模式。

　　2 电池管理系统和充电机协调配合串联充电

　　电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备，所以将电池管理系统和充电机之间建立联系，就能使充电机实时地了解电池的信息，从而更有效地解决电池的充电时产生一些的问题，其原理图如下。

 

图3 动力锂电池系统集成方案

 

图4 锂离子蓄电池系统基础体系

 图5 BMS和充电机协调配合串联充电示意简图

　　电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为：电池管理系统通过对电池的当前状态（如温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等）进行监控，并利用这些参数对当前电池的最大允许充电电流进行估算；充电过程中，通过通信线将电池管理系统和充电机联系起来，实现数据的共享。电池管理系统将总电压、最高单体电池电压、最高温度、温升、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压以及最大允许充电电流等参数实时地传送到充电机，充电机就能根据电池管理系统提供的信息改变自己的充电策略和输出电流。

　　当电池管理系统提供的最大允许充电电流比充电机设计的电流容量高时，充电机按照设计的最大输出电流充电；当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；当充电电流大于最大允许充电电流时，充电机开始跟随最大允许充电电流，这样就有效地防止了电池过充电，达到延长电池寿命的目的。充电过程中一旦出现故障，电池管理系统可以将最大允许充电电流设为0，迫使充电机停机，避免发生事故，保障充电的安全。

　　在该充电模式下，既完善了电池管理系统的管理和控制功能，又能使充电机根据电池的状态，实时地改变输出电流，达到防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的，电池组的实际放电容量也要大于普通的串联充电方法，但是这种方法还是解决不了电池组中某些电池充不满电的问题，特别是当电池组串数多、电池一致性差、充电电流较大时。

　　3 并联充电

　

　　为了解决电池组中某些单体电池过充和充不满电的问题，又发展出了并联充电的办法，其原理图如下。

 图6 并联充电示意简图

　　但是并联充电方法需要采用多个低电压、大电流的充电电源为每一只单体电池充电，存在充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等缺陷，因此目前没有大范围使用这种充电方法。

　　4 串联大电流充电加小电流并联充电

　　由于上述三种充电方法都存在一定的问题，本人发展出一种最适合高电压电池组，特别是电动汽车电池组的充电方法，即采用电池管理系统和充电机协调配合串联大电流充电加恒压限流的并联小电流充电的模式，原理图见下。

 图7 电池管理系统和充电机协调配合串联充电加并联充电示意简图

此充电方法有如下特点：

　　（1）由于此系统的BMS具有防止过充电的功能，从而保证电池不会出现过充电的问题。当然如果BMS不能与并联充电电源进行通信和控制，由于并联充电电源的恒压值一般与锂离子电池组中单体锂离子电池充满电时的电压值相同，所以也不会出现过充电的问题。

　　（2）由于可以进行并联充电所以不需要可靠性低，成本相对较高的均衡电路，并且充电效果要好于只带均衡电路的串联充电方法，并且其维护管理也简便易行。

　　（3）由于串联充电的最大电流远大于并联充电的电流（一般5倍以上），从而可以保证在较短的时间充进去较高的容量，从而发挥出串联充电的最大效果。

　　（4）充电时串联充电与并联充电的顺序以及并联充电电源的数量可以灵活掌握，可以同时进行充电；可以串联充电结束后再进行并联充电；也可以用一个并联充电电源根据电池组中电压的情况给电压最低的电池进行轮流充电。

　　（5）随着技术的发展，并联充电电源可以为非接触性充电电源（无线充电电源）或太阳能电池电源，从而使并联充电变得简单。

　　（6）当锂离子电池组中单体锂离子电池数目较多时，可以将锂离子电池组分成数个锂离子电池组模块，对每个锂离子电池组模块采用BMS和充电机协调配合串联大电流充电与恒压限流的并联小电流充电相结合的方式进行充电。

　　其主要目的是减少电池组中串联电池数量较多时，单体电池之间一致性相对更差，从而导致BMS和充电机协调配合的充电方法的充电效果差的缺点，以便发挥出BMS和充电机协调配合充电模式的最大效果。

　　这种方法特别适合高电压电池组是由可快速更换的低电压（例如48V）电池模块系统组成的电池系统，这样就可以在电池更换站或充电站进行并联充电或修复（一般的用户平时充电时可以不用并联充电），并由专人根据实际情况进行分选和重新配组。

　　总之，这种采用电池管理系统和充电机协调配合串联大电流充电加恒压限流的并联小电流充电的充电方法可有效解决锂离子电池组串联充电易出现的过充电、充不满电等问题，且可避免并联充电的充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等问题，是目前最适合高电压电池组，特别是电动汽车电池组的充电方法。

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