專利名稱：多電池組均衡控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池均衡電路及方法，尤其涉及一種電池組間均衡 電路及方法。
背景技術(shù)：
電池電芯(包括各種材料的電芯) 一般被串聯(lián)使用以獲得較大的總 電壓來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。而在多串電芯串聯(lián)使用時(shí)，由于電芯的特性不一致或 者初始電芯電壓不一致，會(huì)導(dǎo)致電芯在使用過程中其上電壓不一致，將 會(huì)影響串聯(lián)電池組的壽命。因此，需要使電芯之間的電壓一致或者是在 一定的差別范圍內(nèi)，我們稱之為電芯均衡。
當(dāng)前市場(chǎng)上對(duì)于電池內(nèi)各電芯的均衡大多是采用保護(hù)模塊(包括單 顆芯片)來實(shí)現(xiàn)，并且出現(xiàn)了多串電芯保護(hù)模塊。但是每個(gè)保護(hù)模塊所 能夠均衡的電芯數(shù)目是一定的，因此當(dāng)所需要的串聯(lián)電芯數(shù)量超過該模 塊所能保護(hù)的數(shù)量時(shí)，就需要多個(gè)模塊組合起來以支持更多數(shù)量的電芯 的均衡，這時(shí)就會(huì)面臨著所有多個(gè)保護(hù)模塊之間的電芯均衡問題。
由于每個(gè)電池保護(hù)模塊都僅對(duì)與其相連接的那些電芯進(jìn)行均衡，因
此當(dāng)各保護(hù)模塊各自連接的多串電芯均衡完成后，不同保護(hù)模塊所連接 的電芯之間的電壓差別就可能會(huì)較大，而無法達(dá)到均衡。例如第一個(gè)保
護(hù)模塊所保護(hù)的各電芯的電壓為4.1V或4.1 4.12V，而第二個(gè)保護(hù)模塊 所保護(hù)的各電芯的電壓為4.15V或4.15 4.153V，這樣就造成了兩個(gè)保護(hù) 模塊之間的電芯的不均衡問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問題提供了多電池組的各電芯均衡電路，包括
多個(gè)電池組Cell(l) Cell(M)，每個(gè)電池組包括多個(gè)串聯(lián)連接的電芯， 其中第m個(gè)電池組包括n個(gè)串聯(lián)連接的電芯cell(m)l cell(m)n，其中，m<=M， n、 m和M都為大于1的正整數(shù)；
對(duì)應(yīng)每個(gè)所述電芯的多個(gè)均衡分流電路，每個(gè)均衡分流電路包括一
個(gè)驅(qū)動(dòng)端，用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)端接收的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)所述電芯進(jìn)行均衡；
分別連接在所述多個(gè)電池組的相應(yīng)多個(gè)均衡控制電路 Module( 1 ) Module(M)，用于檢測(cè)每個(gè)電池組內(nèi)每個(gè)所述電芯上的電壓， 并根據(jù)所述電壓控制與所述各電芯相對(duì)應(yīng)的所述均衡分流電路，使其對(duì) 所述電芯進(jìn)行均衡；
每個(gè)所述均衡控制電路具有多個(gè)電壓檢測(cè)端和控制端；其中，每?jī)?個(gè)電壓檢測(cè)端分別與每個(gè)電池組內(nèi)的各電芯的正負(fù)極依次相連接；并且， 所述多個(gè)控制端對(duì)應(yīng)每個(gè)所述電芯依次連接到所述均衡分流電路的驅(qū)動(dòng) 端；并且，
在Module(m)中，其中一個(gè)電壓采樣端與Module(m+l)所控制的一個(gè) 電芯cell(m+l)1的正極相連接；在Module(m)中，其中一個(gè)控制端與 Module(m+l)中的所述電芯cell(m+l)1對(duì)應(yīng)的控制端共同連接到所述電 芯cell(m+l)1的均衡分流電路的驅(qū)動(dòng)端，用于共同控制所述電芯 cell(m+l)1的均衡分流電路。
其中，
在Module(m)中，其中一個(gè)控制端與Module(m+l)中的所述電芯 cell(m+l) 1對(duì)應(yīng)的控制端分別連接到一個(gè)或門的輸入端，所述或門的輸 出端連接到所述電芯cdl(m+l)1的均衡分流電路的驅(qū)動(dòng)端。
其中，
所述均衡控制電路為OZ890 ( 1) ~ OZ890 (M)，所述均衡分流電 路分別包括一個(gè)MOSFET;
其中，OZ890(m)的控制管腳CBl-CBn分別與MOSFET的柵極相連 接，MOSFET的漏極和源極分別連接到所述電芯cell(m)l-cell(m)n的正 極和負(fù)極；所述OZ8卯(m)的電壓采樣管腳BAT0 BATn分別通過一個(gè)采 樣電阻連接到所述電芯cell(m)l-cell(m)n的正、負(fù)極；并且，在OZ890(m)中，控制管腳CBn+l連接到一個(gè)第一二極管的正極， 所述第一二極管的負(fù)極連接到與所述電芯cell(m+l)1對(duì)應(yīng)的MOSFET的 柵極；
所述OZ890(m+l)中，電芯cell(m+l)1對(duì)應(yīng)的控制端CB1連接到一 個(gè)第二二極管的正極，所述第二二極管的負(fù)極連接到與所述電芯 cell(m+l)1對(duì)應(yīng)的MOSFET的柵極；并且，
所述OZ890(m)的GND端連接到地，OZ890(m)的VCC端與 OZ890(m+l)的GND端相連接，
其中，M和m為正整數(shù)，im<=M。


圖1所示為本發(fā)明的多電池組均衡控制電路原理方框圖； 圖2所示為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的多電池組均衡控制電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的多電池組均衡控制電路模塊圖。
為了方便說明，以相鄰的兩個(gè)均衡控制模塊為例來介紹本發(fā)明的多 電池均衡電路。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的電池均衡電路可以 包括更多數(shù)量的模塊。
優(yōu)選地，如圖l所示，本發(fā)明的電池均衡電路包括兩個(gè)均衡控制模 塊，即均衡控制模塊(1)和均衡控制模塊(2)，其分別連接到兩個(gè)電 池組，電池組1包括的電芯為多個(gè)串聯(lián)電芯Cell(l)l~Cell(l)n-l,電池組 2包括的電芯為多個(gè)串聯(lián)電芯Cell(2)l Cell(2)n-l;還包括連接到多個(gè)電 芯的相應(yīng)的多個(gè)電壓采樣電路以及相應(yīng)的多個(gè)均衡電路。本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以理解，每個(gè)模塊所能連接的電池組的電芯個(gè)數(shù)根據(jù)模塊和電芯的 特性而定，這里采用相同變量n-l以方便說明。
并且，每個(gè)均衡控制模塊的多個(gè)電壓采樣端BAT0-BATn-l分別通過 相應(yīng)的各電芯的電壓采樣電路與各電芯的正負(fù)極相連接；每個(gè)均衡控制模塊的多個(gè)控制端CBl-CBn分別連接到各均衡電路的驅(qū)動(dòng)端用于控制各 均衡電路。
需要強(qiáng)調(diào)的是，均衡控制模塊(1)上的其中一個(gè)用于采樣電芯電壓 的電壓采樣端BATn通過電壓采樣電路連接到電池組2中Cel1(2)1電芯 的正端，用于采樣該電芯的電壓；均衡控制模塊(1)中其中一個(gè)控制端 CBn端與均衡控制模塊(2)的控制端CB1共同連接到該電芯Cel1(2)1 的均衡電路驅(qū)動(dòng)端，用于共同控制電芯Cd1(2)1，優(yōu)選地，兩個(gè)控制端可 以通過一個(gè)或門連接到Cel1(2)1的均衡電路的驅(qū)動(dòng)端。這樣，均衡控制 模塊(1)也可以對(duì)電芯Cdl(2)l進(jìn)行電壓采樣，并且決定其是否需要進(jìn) 行均衡。如上所述，電芯Cell (2)1即為均衡控制模塊(1)和均衡控制模 塊(2)共同控制的電芯。
根據(jù)圖l所示的電池保護(hù)電路，均衡控制模塊會(huì)對(duì)各自連接的各電 芯進(jìn)行電壓采樣從而檢測(cè)各電芯上的電壓，然后根據(jù)檢測(cè)到的電壓值判 斷各電芯是否需要均衡。
本實(shí)施例中，假設(shè)均衡控制模塊(1)和(2)分別連接3個(gè)電芯， 并且假設(shè)在均衡過程中，均衡控制模塊(1)通過其電壓采樣端 BATO-BATn-l采樣到與其連接的電芯Cell(l)l Cell(l)n-l的初始電壓分 別為4.IV， 4.2V和4.3V;均衡控制模塊(2)通過其電壓采樣端 BATO-BATn-l采樣到與其連接的電芯Cell(2)l~Cell(2)n-l的初始電壓分 另ij為3.9V， 3.8V禾卩3.7V;
則由于均衡控制模塊(1)和(2)共同連接的電芯為Cell(2)l，因此 均衡控制模塊(1)通過其電壓采樣端BATn也采樣到Cell(2)l上的電壓 為3.9V;
假設(shè)以電芯中的最小電壓作為均衡基準(zhǔn)值，這時(shí)由于均衡控制模塊
(2)的所有電芯中的電壓最小值為3.7V，因此均衡控制模塊(2)的控 制端CBl和CB2就會(huì)控制電芯Cell(2)l和Cell(2)2對(duì)應(yīng)的均衡電路，使 其分別對(duì)電芯Cell(2)l和Cell(2)2進(jìn)行放電均衡；
同時(shí)，由于與均衡控制模塊(1)連接的電芯Cell(l) Ce11(1)3和Cel1(2)1中，Cel1(2)1的電壓最小為3.9V，則均衡控制模塊(1)的控制 端CB1 CB3就會(huì)控制與電芯Cell(l) Ce11(1)3對(duì)應(yīng)的均衡電路，使其分 別對(duì)電芯Cell(l)l Ce11(1)3進(jìn)行放電均衡；
這樣，由于Cel1(2)1上的電壓被一直均衡放電，因此最終兩個(gè)均衡 控制模塊所連接的電芯的電壓都會(huì)被均衡在一個(gè)定值(3.7V);
或者若設(shè)均衡精度為Av，則均衡后最終與均衡控制模塊(2)連接 的電芯的電壓就會(huì)被控制在3.7V (3.7+ A v)V范圍內(nèi)，而與均衡控制模塊
(1) 連接的電芯的電壓就會(huì)被控制在(3.7+Av) V (3.7+2Av)V;而最終 所有電芯的電壓差就會(huì)被均衡在不超過2AV的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員 能夠理解，如上所述電路，由于與均衡控制模塊(1)相連接的電芯為 Cell(l)l Cell(l)n-l以及Cel1(2)1，其電壓將會(huì)被均衡在一定的值(設(shè)為 VI)，或者在一定的電壓范圍內(nèi)(設(shè)為V2 V3);同樣與均衡控制模塊
(2) 相聯(lián)接的電芯為Cel1(2)1 Cell(2)n-1，其電壓將會(huì)在一定的值(設(shè) 為V4)，或者在一定的電壓范圍內(nèi)(設(shè)為V5 V6)，而由于Cell(2)l的 電壓為均衡控制模塊(1)和(2)共同采樣，因此經(jīng)過均衡控制后，均 衡控制模塊(l)的電芯的電壓V1將會(huì)等于均衡控制模塊(2)的電芯的 電壓V4，或者在均衡控制模塊(1)和(2)電壓均衡精度設(shè)置相同的情 況下(即V3-V2=V6-V5=Av)，則經(jīng)過均衡控制后，均衡控制模塊(1) 和(2)的電芯的電壓一定在V2 V6 (V6>=V3的情況下)或者是V5 V3
(V3>=V6的情況下)范圍內(nèi)，且V3-V5<=2Av， V6-V2<=2 △ v,艮卩兩 個(gè)電池組間的電芯電壓在一定范圍內(nèi)(2Av)也達(dá)到了均衡。
這樣類推到多個(gè)電池組Cell(l) Cell(M)，每個(gè)電池組包括n個(gè)電芯， 并采用多個(gè)均衡控制模塊均衡控制模塊(1) 均衡控制模塊(M)進(jìn)行 均衡，M為大于1的正整數(shù)，則可以依照?qǐng)D1所示連接關(guān)系類推進(jìn)行連 接，使得Cell(m+1)1為均衡控制模塊(m)和均衡控制模塊(m+l)共 同管理的電芯，其中m為小于或等于M的正整數(shù)；
則可以連接成使得與均衡控制模塊(m)相聯(lián)接的電芯為Cell(m)1 Cell(m)n以及Cell(m+l)1，其電壓將會(huì)被均衡在一定的值VI ，或者在一 定的電壓范圍內(nèi)V2 V3;同樣與均衡控制模塊(m+l)相聯(lián)接的電芯為Cell(m+l)l Cell(m+l)n,其電壓將會(huì)被均衡在一定的值V4，或者在一定的 電壓范圍內(nèi)V5 V6。
貝U，當(dāng)與均衡控制模塊(m)相聯(lián)的電芯的電壓不均衡時(shí)，均衡控 制模塊(m)控制均衡控制模塊(m)的電芯均衡電路對(duì)電芯進(jìn)行均衡， 同樣若與均衡控制模塊(m+l)相聯(lián)的電芯的電壓不均衡時(shí)，均衡控制 模塊(m+l)控制均衡控制模塊(m+l)的電芯均衡電路對(duì)電芯進(jìn)行均衡。 并且，由于Cell(m+l)1為均衡控制模塊(m)和均衡控制模塊(m+l) 共同控制并且參考的電芯，因此V1=V4;在均衡控制模塊(m)和均衡 控制模塊(m+l)電壓均衡精度設(shè)置一樣的情況下，均衡控制模塊(m) 和均衡控制模塊 (m+l)的電芯的電壓一定在V2 V6或者是V5 V3范 圍內(nèi)，即電芯電壓達(dá)到了均衡。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的電路圖。
本實(shí)施例的電池保護(hù)電路中的電池組以兩個(gè)電池組為例，其中第一 電池組包括n節(jié)電芯cell (l)l-cell(l)n，第二電池組包括n節(jié)電芯 cell(2)l cell(2)n，
圖1中所示的均衡控制模塊采用本公司的集成芯片，型號(hào)為OZ890， 其中OZ890(1)連接到第一電池組，OZ890(2)連接到第二電池組，根據(jù) OZ890的特性，其中11>=5且11<=12。圖1中所示的第一電池組的電壓采 樣電路由圖2所示的多個(gè)電阻R10 Rln組成的并聯(lián)分壓電路構(gòu)成，第二 電池組的電壓采樣電路由多個(gè)電阻R20 R2n組成的并聯(lián)分壓電路構(gòu)成， 其各組電路的電壓采樣端分別連接到OZ890(1)和OZ890(2)的管腳 BAT0 BATn上，該分壓電阻的阻值可以為510 Q ;
圖1中所示的第一電池組的均衡電路由圖2所示的分流電阻 RBll RBln及其驅(qū)動(dòng)電路MOSFET管Mll Mln組成，第二電池組的均 衡電路由分流電阻RB21 RB2n及其驅(qū)動(dòng)電路MOSFET管M21 M2n組 成。其中MOSFET的管腳3 (漏極)和管腳2 (源極)分別連接到其相 應(yīng)的一個(gè)電芯的正負(fù)兩極，其管腳1 (柵極)連接到其對(duì)應(yīng)的OZ890的 控制端CBl CBn，用于根據(jù)各電芯的采樣電壓驅(qū)動(dòng)所述均衡電路對(duì)電芯 進(jìn)行均衡。OZ890(1)的GND端連接到地，OZ890(2)的GND端連接到OZ890(1) 的VCC端。優(yōu)選地，為防止OZ890(1)和OZ890(2)在上電時(shí)受到損傷， 在電芯cell(l)l以及cdl(2)1的負(fù)端分別連接一個(gè)10KQ的電阻RBC1和 RBC2到各自的GND端。
特別需要注意的是，本發(fā)明的電路中，OZ8卯(l)的CBn+l和OZ890(2) 的CB1端分別通過兩個(gè)二極管Dl、 D2連接到連接到cdl(2)1的均衡電 路的MOSFET管的柵極。其中OZ8卯(l)的CBn+l端和OZ890(2)的CB1 端分別連接到D2和Dl的管腳2 (正向端)，而Dl和D2的管腳1 (負(fù) 向端)共同連接到M21的柵極(管腳1) ; OZ890(1)的BATn+l端通過 一個(gè)采樣電阻Rln+1連接到cdl(2)1的正向端，從而對(duì)cel1(2)1進(jìn)行電壓 采樣。
根據(jù)OZ890的特性，由于OZ890共有13個(gè)BAT端用于管理13串 電芯，因此將不連接電芯的剩余管腳BATn+2 BAT13 (n+2<=13)均連 接在一起并通過一個(gè)采樣電阻Rln+2與Rln+1連接。
通過上述連接關(guān)系，OZ8卯(l)和OZ890(2)能夠有一個(gè)共同管理的電 芯，從而獲得了共同參考的電芯電壓進(jìn)行均衡。
這樣，當(dāng)與OZ890(1)相連的電芯的電壓不均衡時(shí)，OZ890(1)就會(huì)控 制相應(yīng)的均衡電路對(duì)該電芯進(jìn)行均衡，同樣若與OZ890(2)相連的電芯的 電壓不均衡時(shí)，OZ890(2)就會(huì)控制相應(yīng)的均衡電路對(duì)該電芯進(jìn)行均衡。 而由于cel1(2)1為兩個(gè)芯片共同管理的電芯，因此能夠獲得相同的均衡參 考電壓，從而實(shí)現(xiàn)了OZ890(1)和OZ890(2)所連接的所有電芯之間的均衡。
如圖所示的電路連接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多電池組之間的電芯的均衡。依 此類推可以使用更多的OZ890 (M個(gè))連接更多的電池組進(jìn)行均衡。
雖然前述的說明書和附圖代表了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是可以理 解各種添加、修改和替代方案并不背離本發(fā)明的思想和范圍，如所帶的 權(quán)利要求中所限定的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解本發(fā)明可以在形狀、結(jié) 構(gòu)、排布、修改、比例、原料、元件和部件上進(jìn)行修改后也可以使用， 在本發(fā)明的實(shí)施過程中，在不背離本發(fā)明的原理的情況下，特別適用于
10特定環(huán)境和工作要求?，F(xiàn)在公開的實(shí)施例因此在所有考慮中被認(rèn)為描述 性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求和合法的等效物 所表示，但不局限于之前的說明書中。
權(quán)利要求
1、一種多電池組均衡電路，包括多個(gè)電池組Cell(1)～Cell(M)，每個(gè)電池組包括多個(gè)串聯(lián)連接的電芯，其中第m個(gè)電池組包括n個(gè)串聯(lián)連接的電芯cell(m)1～cell(m)n，其中，m<＝M，n、m和M都為大于1的正整數(shù)；對(duì)應(yīng)每個(gè)所述電芯的多個(gè)均衡分流電路，每個(gè)均衡分流電路包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)端，用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)端接收的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)所述電芯進(jìn)行均衡；分別連接在所述多個(gè)電池組的相應(yīng)多個(gè)均衡控制電路Module(1)～Module(M)，用于檢測(cè)每個(gè)電池組內(nèi)每個(gè)所述電芯上的電壓，并根據(jù)所述電壓控制與所述各電芯相對(duì)應(yīng)的所述均衡分流電路，使其對(duì)所述電芯進(jìn)行均衡；每個(gè)所述均衡控制電路具有多個(gè)電壓檢測(cè)端和控制端；其中，每?jī)蓚€(gè)電壓檢測(cè)端分別與每個(gè)電池組內(nèi)的各電芯的正負(fù)極依次相連接；并且，所述多個(gè)控制端對(duì)應(yīng)每個(gè)所述電芯依次連接到所述均衡分流電路的驅(qū)動(dòng)端；并且，在Module(m)中，其中一個(gè)電壓采樣端與Module(m+1)所控制的一個(gè)電芯cell(m+1)1的正極相連接；在Module(m)中，其中一個(gè)控制端與Module(m+1)中的所述電芯cell(m+1)1對(duì)應(yīng)的控制端共同連接到所述電芯cell(m+1)1的均衡分流電路的驅(qū)動(dòng)端，用于共同控制所述電芯cell(m+1)1的均衡分流電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電池組均衡電路，其特征在于在Module(m)中，其中一個(gè)控制端與Module(m+l)中的所述電芯 cell(m+l) 1對(duì)應(yīng)的控制端分別連接到一個(gè)或門的輸入端，所述或門的輸 出端連接到所述電芯cell(m+l)1的均衡分流電路的驅(qū)動(dòng)端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多電池組均衡電路，其特征在于 所述均衡控制電路為OZ890 ( 1) ~ OZ890 (M)，所述均衡分流電路分別包括一個(gè)MOSFET;其中，OZ890(m)的控制管腳CBl-CBn分別與MOSFET的柵極相連接，MOSFET的漏極和源極分別連接到所述電芯cell(m)l-cell(m)n的正 極和負(fù)極；所述OZ890(m)的電壓采樣管腳BAT0 BATn-l分別通過一個(gè) 采樣電阻連接到所述電芯cell(m)l-cell(m)n的正、負(fù)極；并且，在OZ890(m)中，控制管腳CBn+l連接到一個(gè)第一二極管的正極， 所述第一二極管的負(fù)極連接到與所述電芯cell(m+l)1對(duì)應(yīng)的MOSFET的 柵極；所述OZ890(m+l)中，電芯cell(m+l)1對(duì)應(yīng)的控制端CB1連接到一 個(gè)第二二極管的正極，所述第二二極管的負(fù)極連接到與所述電芯 cell(m+l)1對(duì)應(yīng)的MOSFET的柵極；并且，所述OZ890(m)的GND端連接到地，OZ8卯(m)的VCC端與 OZ890(m+l)的GND端相連接，其中，M和m為正整數(shù)，且nK二M。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多電池組均衡電路，包括多個(gè)電池組Cell(1)～Cell(M)，每個(gè)電池組包括多個(gè)串聯(lián)連接的電芯；對(duì)應(yīng)每個(gè)所述電芯的多個(gè)均衡分流電路；分別連接在所述多個(gè)電池組的相應(yīng)多個(gè)均衡控制電路Module(1)～Module(M)；每個(gè)所述均衡控制電路具有多個(gè)電壓檢測(cè)端和控制端；其中，每?jī)蓚€(gè)電壓檢測(cè)端分別與每個(gè)電池組內(nèi)的各電芯的正負(fù)極依次相連接；并且，所述多個(gè)控制端對(duì)應(yīng)每個(gè)所述電芯依次連接到所述均衡分流電路的驅(qū)動(dòng)端；并且，在Module(m)中，其中一個(gè)電壓采樣端與Module(m+1)所控制的一個(gè)電芯cell(m+1)1的正極相連接；在Module(m)中，其中一個(gè)控制端與Module(m+1)中的所述電芯cell(m+1)1對(duì)應(yīng)的控制端共同連接到所述電芯cell(m+1)1的均衡分流電路的驅(qū)動(dòng)端。本發(fā)明的多電池組均衡電路實(shí)現(xiàn)了多電池組之間的電芯均衡。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101471575SQ20071030706
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者戴久蓮, 肖豐華, 許恩兵 申請(qǐng)人:凹凸科技(中國(guó))有限公司