[发明专利]一种基于负载开关的多电芯串联锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种基于负载开关的多电芯串联锂电池。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂电池能量存储密度高、使用寿命长，额定电压高的特性，被广泛应用到电子产品和新能源汽车领域。

现有的锂电池通常采用多节锂电芯串联构成一个整体的锂电池，每节锂电池的电芯可视为一个电池内阻和电容串联的等效电路，电容可视为电芯容量。对于多电芯的锂电池进行整体的充电操作，由于每节电芯的内阻和电池容量不同，在相同的充电截止电压下，必然存在部分电芯先被充满，一般是电池负极部分电芯最先被充满，部分电芯未被充满，导致锂电池充电不完全，极大地降低了锂电池的效率；但是若持续充电，部分已充满的电芯会过充，影响电芯寿命。因此，需要对现有的锂电池结构进行改进。

发明内容

针对现有技术中在锂电池领域存在的上述问题，现提供一种基于负载开关的多电芯串联锂电池。

具体技术方案如下：

一种基于负载开关的多电芯串联锂电池，应用于电池供电领域，所述多电芯串联锂电池包括：

多个串联锂电芯，所述串联锂电芯依次相互串联形成一串联锂电芯组，每个所述串联锂电芯的正极分别连接一第一开关的第一端，每个所述串联锂电芯的负极分别连接一第二开关的第一端；

负极锂电芯，与所述串联锂电芯组串联，且所述负极锂电芯的正极连接所述串联锂电芯组的负极，所述负极锂电芯的正极还连接一第三开关的第一端，所述负极锂电芯的负极连接一第一N型场效应管的源极；

储能器，所述储能器的正极分别连接每个所述第一开关的第二端以及所述第三开关的第二端，所述储能器的负极分别连接每个所述第二开关的第二端以及所述第一N型场效应管的漏极；

电压检测器，分别连接每个所述串联锂电芯和所述负极锂电芯的正极和负极，用于检测每个所述串联锂电芯和所述负极锂电芯的实时电压；

控制器，分别连接所述电压检测器、所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端、所述第一N型场效应管的栅极，用于根据所述实时电压，在任一所述串联锂电芯电压低于所述负极锂电芯电压时，通过控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第一N型场效应管的通断的组合，将所述负极锂电芯的电量通过所述储能器转移至对应的所述串联锂电芯中。

优选的，所述控制器为一可编程逻辑控制器，所述控制器内包括：

对比单元，连接所述电压检测器，预设有一均衡电压差，用于在任一所述串联锂电芯的所述实时电压低于所述负极锂电芯的所述实时电压且差值大于所述均衡电压差时，向调控单元发送调控指令；

所述调控单元，连接所述对比单元，预设有一充放电时间，所述调控单元用于在接收到所述调控指令后，控制所述第一N型场效应管导通，控制所述第三开关通导并限流；

在经过所述充放电时间后，关断所述第一N型场效应管和所述第三开关；

之后，控制对应的串联锂电芯的所述第一开关通导，控制对应的串联锂电芯的所述第二开关通导并限流；

在经过所述充放电时间后，关断所述第一开关和所述第二开关。

优选的，所述电压检测器，为一模数转换检测装置，用于将检测到的所述实时电压转化为数字信号。

优选的，所述储能器为一电容或一锂电芯。

优选的，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关均为负载开关，所述负载开关包括：

两个串联的第二N型场效应管，串联在所述负载开关的第一端和第二端之间，用于控制所述负载开关的通导状态；

电荷泵，所述电荷泵的输出端连接所述第二N型场效应管的栅极，用于向所述第二N型场效应管的栅极输出控制电压，控制所述第二N型场效应管的通断状态和限流状态；

限流控制器，分别连接所述电荷泵和所述控制器，用于根据所述控制器指令控制电荷泵输出的所述控制电压。

优选的，所述负载开关还包括电压选高器，分别连接所述负载开关的第一端和第二端，用于选取所述负载开关第一端和第二端中的高电平，对所述负载开关进行供电。

优选的，所述负载开关还包括低压降电压源，连接所述电压选高器，用于从所述高电平中产生所述负载开关的工作电压。

优选的，所述负载开关还包括过压保护单元和欠压保护单元，分别连接所述电荷泵，用于在所述负载开关的工作电压过高或过低时，控制所述负载开关不导通。