图1改进型保护电路
2.1、TL431均衡电路
本文利用其基于特性设计的上均衡电路如图2所示。调节R1、R2、R3的阻值,当电源电压超过某一设定值时便开通TL431,通过功率电阻R*耗能来降低电池的电压,使其达到一固定点(均衡点)。通过为国内电动车及电动摩托车配备的均衡电路的实验效果来看,当均衡点取4.20V时,电阻的取值分别为:R1=68k!,R2=100k!,R3=4.3k!。
图2TL431上均衡原理图
基于TL431的下均衡电路如图3所示。当开关断开时,由于光耦817前级没有开通,因此光耦后级电路也就无法工作,电池工作在正常的放电状态;当开关闭合时,后级光耦随前级光耦的开通也相继开通,电路通过功耗电阻R18耗能来降低电池电压直到保护芯片送出低电平给保护芯片,迫使电池电压稳定在其下限限制电压Vmin,从而达到下均衡的目的。
图3TL431下均衡原理图
从上述均衡的电路原理可以看出,电路的均衡电流不能超过TL431的上限保护电流(70mA左右)。
2.2、并联型TL431均衡电路
并联型TL431下均衡电路如图4所示。其原理与图3类似,只是通过并联TL431的方法来达到扩大均衡电流的目的。
图4并联型TL431下均衡原理图
2.3、改进型TL431均衡电路
为了增加电路的均衡能力,同时减少生产中筛选TL431的工作量,本文借助中功率三极管8550设计改进型均衡电路,如图5所示。一旦电源过充时,TL431便开通,8550的发射PN结由于承受正压而开通,功耗电阻便消耗电池电能,直至把电池电压拖到均衡点。均衡一旦开始,图中发光二极管便会发光,起工作指示作用。通过调节图中R1、R2、R3的阻值,便可以设置保护板的上均衡点。
图5改进型TL431均衡原理图
3、实验结果
用具有上述功能的几套10串锂电池保护板驱动一台400W直流电机进行实验,发现所有保护板在锂电池系统总压为42.5V左右时关断充电场管进行过压保护;在总压为29.2V左右时关断放电场管进行欠压保护;将带有保护板的锂电池组放到检测台上进行过流检测发现:放电电流为39A左右时,保护板均进行过流保护;温度开关在109°C时关断放电回路,有效地保护了放电场管。上述数据表明,电路基本上满足了过压/欠压/过流/过温保护等基本要求。
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