專利名稱：電池均衡方法及電池均衡電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對串聯(lián)的電池組或者電池組中的各節(jié)電芯進行電量均衡的方法及其電路，適合于串聯(lián)使用的可充電電池使用，可使各電池的電量及電壓保持均衡，以表現(xiàn)出較高的充放電性能。
背景技術：
電池通常被串并聯(lián)使用以提供較高的輸出電壓和較大的電能容量，滿足負載驅動的需求。由于可充電電池具有較好的性價比，被廣泛應用于各類電子產(chǎn)品，甚至電動車輛中。然而，不管是鋰充電電池、鉛酸充電電池，還是鎳氫充電電池，由于工藝條件的限制，單體電芯之間均存在一定的差異，雖然可以通過配組的方法來部分解決問題，但經(jīng)過多次充、放電循環(huán)之后，電池之間仍會產(chǎn)生較大的電壓差，使串聯(lián)電池組總的有效容量減小，影響電池組使用性能和壽命。特別是當電池被用于電動車輛時，這種影響變得尤為突出。
針對于此，人們開始研究電池均衡的方法，通過分別調整串聯(lián)電池組中某一電池的電壓，使得各電池電壓相接近，從而可以使各電池基本同時達到較高的充電狀態(tài)。目前比較常見的方法是采用單片機控制方法，即由單片機控制采樣電路分別獲取每節(jié)電池的電壓，對其進行比較，再根據(jù)情況驅動相應電池上的放電電路，使電壓較高的電池放電，從而達到各節(jié)電池之間的均衡。這種方法由于需要對各節(jié)電池電壓進行精確測量，而串聯(lián)電池組的總的電壓較高，造成測量上的困難，再加上需要配置相應的單片機控制電路，使得整個電路實現(xiàn)成本較高，目前僅被使用于對電池壓差要求要高的鋰充電電池組中，這也是造成鋰充電電池組成本較高的原因之一。
在中國發(fā)明專利申請CN1275829A中公開了一種電池均衡電路，其不需要測出每一電池的電壓，而是對兩相鄰串聯(lián)電池構成的電池組進行均衡，在兩電池間連接開關電路，在電池的公共節(jié)點和開關電路間連接一諧振電路，由開關電路交替使諧振電路與第一和第二電池并聯(lián)，使得直流成分通過諧振電路作為第一和第二電池之間電荷不平衡的函數(shù)在它們之間流動。這種方式不關心每節(jié)電池的實際電壓，而只是通過相鄰電池間的電壓差來進行控制，使得相鄰電池電壓均衡，進而，通過設置多組均衡電路最終實現(xiàn)整個電池組的電壓均衡，因而避免了對每節(jié)電池進行電壓檢測的麻煩，具有較好的可擴展性。然而，其均衡是通過諧振電路實現(xiàn)的，一方面，需要設置諧振線圈及鐵芯，造成均衡電路重量和體積的增大，并且難以用集成電路實現(xiàn)，另一方面，由于引入了交流成份，不可避免地會對電池組的輸出產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一發(fā)明目的是提供一種電池均衡的方法，不需要測量每節(jié)電池的電壓，并可以采用簡單的結構實現(xiàn)電壓均衡；本發(fā)明的第二發(fā)明目的是提供采用這種方法進行電池均衡的電路。
為達到上述第一發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種用于均衡串聯(lián)電池組的能量的電池均衡方法，以偶數(shù)個串聯(lián)電池為一組進行均衡，獲得該偶數(shù)個串聯(lián)電池的正端與負端間電壓差的中間值，與該偶數(shù)個串聯(lián)電池的中間端點電壓進行比較，當中間值電壓高于中間端點電壓時，對中間端點以上的電池進行放電，當中間值電壓低于中間端點電壓時，對中間端點以下的電池進行放電，使得中間端點以上與中間端點以下的電池的電量均衡；將串聯(lián)電池組分為多個所述偶數(shù)個串聯(lián)電池組，分別進行所述均衡，使整個串聯(lián)電池組達到能量均勻分布狀態(tài)。
上述技術方案的構思要點是，取串聯(lián)電池正、負端間電壓差的中間值作為中間端點的電壓理論值，從而，不需要測量每一電池的電壓，直接由理論電位值與中間端點電壓進行比較，驅動相應的放電回路工作，當兩者電壓接近時，放電電流極小，對電池的影響可忽略不計。其中，用于進行均衡的串聯(lián)電池組，可以是多個串聯(lián)的單體電池，通常以2個或4個為一組，也可以是串聯(lián)于一節(jié)電池內(nèi)的多個電芯。
進一步的技術方案，采用同一放電回路，所述中間值與中間端點的電壓比較方法為，兩者直接通過放電回路進行比較，當中間值電壓高于中間端點電壓時，中間端點以上的電池對放電回路供電以實現(xiàn)放電，同時，放電回路對中間端點以下的電池充電，使兩者電量均衡；當中間值電壓低于中間端點電壓時，中間端點以下的電池對放電回路供電以實現(xiàn)放電，放電回路電流逆向流動。
另一種方案為，對中間值和中間端點電壓進行兩路比較，分別控制中間端點以上電池及中間端點以下電池的放電操作。
為達到上述第二發(fā)明目的，本發(fā)明采用的一種技術方案是一種電池均衡電路，用于均衡偶數(shù)個串聯(lián)電池構成的電池組的電量，包括分壓電路和放電電路，所述分壓電路設置在所述串聯(lián)電池組的正端和負端之間，所述分壓電路的中間值位置經(jīng)電壓跟隨電路連接至放電回路的一端，放電回路的另一端連接至串聯(lián)電池組的中間端點。
上述技術方案中，所述電壓跟隨電路為射極跟隨器，所述放電電路由放電電阻構成。
另一種技術方案為，一種電池均衡電路，用于均衡偶數(shù)個串聯(lián)電池構成的電池組的電量，包括分壓電路、第一比較器、連接于電池組正端和中間端點之間的第一放電開關和第一放電電阻、第二比較器、連接于電池組中間端點與負端之間的第二放電開關和第二放電電阻；所述第一比較器的正相輸入端連接分壓電路中間值位置，反相輸入端連接電池組中間端點，輸出驅動第一放電開關；所述第二比較器的正相輸入端連接電池組中間端點，反相輸入端連接分壓電路中間值位置，輸出驅動第二放電開關。
上述技術方案中，所述第一放電開關由兩級開關管構成。
當串聯(lián)電池組多于2節(jié)電池時，采用的技術方案為，一種電池均衡電路，在串聯(lián)電池組中每相鄰兩節(jié)電池間設置電池均衡電路單元，所述每一電池均衡電路單元如上述技術方案所述。
進一步的，一種電池均衡電路，用于8節(jié)以上串聯(lián)電池的均衡，包括兩級電池均衡電路架構而成，在每相鄰兩節(jié)電池間設置上述電池均衡電路單元，構成第一級電池均衡電路，在每相鄰4節(jié)電池間設置上述電池均衡電路單元，構成第二級電池均衡電路，每一電池均衡電路單元分別獨立工作。
由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點1.由于本發(fā)明利用分壓電路獲取串聯(lián)電池中間端點在均衡狀態(tài)下應具備的電壓值，進而與實際電壓進行比較，并進行均衡，從而不需要測量電池的電壓值，簡化了電路結構；2.本發(fā)明對相鄰電池進行均衡，各均衡電路單元可以獨立運作，具有極好的可擴展性；3.采用多層均衡電路單元構型，可以加快均衡速度，特別適用于串聯(lián)電池節(jié)數(shù)較多的場合使用。
4.本發(fā)明不引入交流成分，不影響電池組工作；完全獨立工作，不受電池組工作狀態(tài)影響。
5.由于電路中不含大電容和電感，易于集成。


附圖1為本發(fā)明實施例一的電路連接框圖；附圖2為圖1中一個均衡電路單元的電路連接框圖；附圖3為圖2對應的電路原理示意圖；附圖4為圖2對應的電路連接示意圖；附圖5為實施例二的電路連接框圖；附圖6為圖5中一個均衡電路單元的電路連接框圖。
附圖7為圖6對應的電路原理示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述，實施例中給出了具體的均衡電路示例，用以說明均衡方法的具體應用，但不限制本發(fā)明的保護范圍實施例一參見附圖1至附圖4所示，一種電池均衡電路，用于均衡8節(jié)鋰充電電池構成的串聯(lián)電池組的電量，其由兩級電池均衡電路架構而成，在每相鄰兩節(jié)電池間設置一組電池均衡電路單元，構成第一級電池均衡電路；對負端4節(jié)電池、中間4節(jié)電池及正端4節(jié)電池分別設置一組電池均衡電路單元，構成第二級電池均衡電路，每一電池均衡電路單元分別獨立工作。
本實施例的電池均衡電路單元包括分壓電路和放電電路，所述分壓電路由設置在所需均衡的2節(jié)或4節(jié)電池的正端和負端之間的分壓電阻構成，所述分壓電路的中間值位置經(jīng)電壓跟隨電路連接至放電回路的一端，放電回路的另一端連接至串聯(lián)電池組的中間端點；其中，電壓跟隨電路為由集成電路LP324構成的射極跟隨器，放電電路由放電電阻構成。
參見附圖3所示，這是一個均衡電路單元，用于均衡位于串聯(lián)鋰充電電池組負端側的第一和第二節(jié)鋰充電電池，第二節(jié)電池的正端為B2，第一節(jié)電池的負端為B-，兩節(jié)電池串聯(lián)連接的中間端點為B1，分壓電路由電阻R225和R226構成，電壓跟隨電路為由運算放大器U206構成的射極跟隨器，采用集成電路LP324中的一部分，其供電電源分別連接第二節(jié)電池的正端B2及第一節(jié)電池的負端B-，輸出經(jīng)放電電阻R206連接至中間端點B1。當?shù)谝还?jié)電池電壓較低時，第二節(jié)電池通過運放的電源正端、放電電阻R206放電；當?shù)谝还?jié)電池電壓較高時，通過放電電阻R206、運放的電源負端放電，實現(xiàn)均衡。
實施例二參見附圖5至附圖7所示，一種電池均衡電路，用于均衡6節(jié)鋰充電電池構成的串聯(lián)電池組的電量，在每相鄰兩節(jié)電池間設置一組電池均衡電路單元，所述電池均衡電路單元包括分壓電路、第一比較器、連接于電池組正端和中間端點之間的第一放電開關和第一放電電阻、第二比較器、連接于電池組中間端點與負端之間的第二放電開關和第二放電電阻；所述第一比較器的正相輸入端連接分壓電路中間值位置，反相輸入端連接電池組中間端點，輸出驅動第一放電開關；所述第二比較器的正相輸入端連接電池組中間端點，反相輸入端連接分壓電路中間值位置，輸出驅動第二放電開關。所述第一放電開關由兩級開關管構成。
附圖7給出了本實施例中一個電池均衡電路單元的連接結構，采用集成電路LM239的兩個運放分別作為第一比較器和第二比較器，由精密電阻R10和R11構成的分壓電路將B1和B2的電壓和精確分為二分之一，然后和B1進行比較，兩個比較器的輸入端連接相反，從而輸出結果相反。當中點電壓低于B1時，表明第二節(jié)電池的電壓低于第一節(jié)，此時，第二比較器輸出高阻態(tài)，第一比較器輸出低電平，開關管Q12截止，Q13截止，由于電阻R12和R13的分壓關系，開關管Q11導通，使第二放電電阻R19并在第一節(jié)電池的兩端，對第一節(jié)電池放電，起到均衡作用；當中點電壓高于B1時，表明第二節(jié)電池的電壓高于第一節(jié)電池電壓，此時第二比較器輸出低電平，第一比較器輸出高阻態(tài)，開關管Q11截止，由于電阻R14和R15的分壓關系，開關管Q12導通，從而使開關管Q13因為R16和R17的分壓而導通，把第一放電電阻R18并在第二節(jié)電池的兩端，對第二節(jié)電池放電，起到均衡作用。
權利要求
1.一種用于均衡串聯(lián)電池組的能量的電池均衡方法，其特征在于以偶數(shù)個串聯(lián)電池為一組進行均衡，獲得該偶數(shù)個串聯(lián)電池的正端與負端間電壓差的中間值，與該偶數(shù)個串聯(lián)電池的中間端點電壓進行比較，當中間值電壓高于中間端點電壓時，對中間端點以上的電池進行放電，當中間值電壓低于中間端點電壓時，對中間端點以下的電池進行放電，使得中間端點以上與中間端點以下的電池的電量均衡；將串聯(lián)電池組分為多個所述偶數(shù)個串聯(lián)電池組，分別進行所述均衡，使整個串聯(lián)電池組達到能量均勻分布狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的電池均衡方法，其特征在于采用同一放電回路，所述中間值與中間端點的電壓比較方法為，兩者直接通過放電回路進行比較，當中間值電壓高于中間端點電壓時，中間端點以上的電池對放電回路供電以實現(xiàn)放電，同時，放電回路對中間端點以下的電池充電，使兩者電量均衡；當中間值電壓低于中間端點電壓時，中間端點以下的電池對放電回路供電以實現(xiàn)放電，放電回路電流逆向流動。
3.根據(jù)權利要求1所述的電池均衡方法，其特征在于對中間值和中間端點電壓進行兩路比較，分別控制中間端點以上電池及中間端點以下電池的放電操作。
4.一種電池均衡電路，用于均衡偶數(shù)個串聯(lián)電池構成的電池組的電量，其特征在于包括分壓電路和放電電路，所述分壓電路設置在所述串聯(lián)電池組的正端和負端之間，所述分壓電路的中間值位置經(jīng)電壓跟隨電路連接至放電回路的一端，放電回路的另一端連接至串聯(lián)電池組的中間端點。
5.根據(jù)權利要求4所述的電池均衡電路，其特征在于所述電壓跟隨電路為射極跟隨器，所述放電電路由放電電阻構成。
6.一種電池均衡電路，用于均衡偶數(shù)個串聯(lián)電池構成的電池組的電量，其特征在于包括分壓電路、第一比較器、連接于電池組正端和中間端點之間的第一放電開關和第一放電電阻、第二比較器、連接于電池組中間端點與負端之間的第二放電開關和第二放電電阻；所述第一比較器的正相輸入端連接分壓電路中間值位置，反相輸入端連接電池組中間端點，輸出驅動第一放電開關；所述第二比較器的正相輸入端連接電池組中間端點，反相輸入端連接分壓電路中間值位置，輸出驅動第二放電開關。
7.根據(jù)權利要求6所述的電池均衡電路，其特征在于所述第一放電開關由兩級開關管構成。
8.一種電池均衡電路，其特征在于在串聯(lián)電池組中每相鄰兩節(jié)電池間設置電池均衡電路單元，所述每一電池均衡電路單元如權利要求5或權利要求7所述。
9.一種電池均衡電路，用于8節(jié)以上串聯(lián)電池的均衡，其特征在于包括兩級電池均衡電路架構而成，在每相鄰兩節(jié)電池間設置如權利要求5或權利要求7所述的電池均衡電路單元，構成第一級電池均衡電路，在每相鄰4節(jié)電池間設置如權利要求5或權利要求7所述的電池均衡電路單元，構成第二級電池均衡電路，每一電池均衡電路單元分別獨立工作。
全文摘要
一種用于均衡串聯(lián)電池組的能量的電池均衡方法，其特征在于以偶數(shù)個串聯(lián)電池為一組進行均衡，獲得該偶數(shù)個串聯(lián)電池的正端與負端間電壓差的中間值，與該偶數(shù)個串聯(lián)電池的中間端點電壓進行比較，當中間值電壓高于中間端點電壓時，對中間端點以上的電池進行放電，當中間值電壓低于中間端點電壓時，對中間端點以下的電池進行放電，使得中間端點以上與中間端點以下的電池的電量均衡；將串聯(lián)電池組分為多個所述偶數(shù)個串聯(lián)電池組，分別進行所述均衡，使整個串聯(lián)電池組達到能量均勻分布狀態(tài)。本發(fā)明不需要測量電池的電壓值，電路結構簡單，具有極好的可擴展性，能有效提高電池的充放電性能。
文檔編號H02J7/00GK1667909SQ20051003876
公開日2005年9月14日 申請日期2005年4月5日 優(yōu)先權日2005年4月5日
發(fā)明者楊杰, 范田郴, 黃學杰 申請人:蘇州星恒電源有限公司