專利名稱：一種電池電量均衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池電量均衡裝置。
背景技術(shù)：
目前，電池電源普遍采用由N個(gè)低電壓的電池單元串聯(lián)組成以獲得較高的電源電壓和電能容量來(lái)滿足不同使用場(chǎng)合的需要。但由于制造電池的材料特性和工藝條件限制，各電池單元之間往往存在不同程度的差異，這樣在使用中經(jīng)過(guò)多次充放電循環(huán)，將會(huì)出現(xiàn)各電池單元之間差異擴(kuò)大化的現(xiàn)象，由于串聯(lián)電池組的“短板”效應(yīng)，整個(gè)串聯(lián)電池組電能容量將受限于串聯(lián)電池組之中那個(gè)電能容量最小的電池單元，大大影響串聯(lián)電池組的使用效果和壽命。 為了解決串聯(lián)電池組使用過(guò)程中出現(xiàn)的各電池單元之間差異而帶來(lái)的問(wèn)題，人們采用電子電路來(lái)均衡各電池單元的電能容量從而減小或消除串聯(lián)電池組各電池單元電量的不一致。目前常見的均衡電路一般分為能耗法、能量轉(zhuǎn)移法二大類，其中能耗法由于效率低能量損失大均衡能力有限等弊端一般只應(yīng)用于小容量串聯(lián)電池組且對(duì)均衡性能要求低的場(chǎng)合；而能量轉(zhuǎn)移法具有效率高可實(shí)現(xiàn)雙向均衡且均衡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合大容量串聯(lián)電池組的均衡應(yīng)用，能量轉(zhuǎn)移法又可以分為電容、電感儲(chǔ)能切換轉(zhuǎn)移和DC-DC變換轉(zhuǎn)移等多種，由于能量轉(zhuǎn)移法電路組成復(fù)雜，控制精度要求極高等特點(diǎn)，其電池均衡產(chǎn)品具有較高性價(jià)比并且能夠進(jìn)入市場(chǎng)實(shí)用的很少。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種解決以往串聯(lián)電池組應(yīng)用過(guò)程中存在的電池單元差異擴(kuò)大并由此帶來(lái)的電池容量損失和使用壽命問(wèn)題。為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種電池電量均衡裝置，包括M個(gè)串聯(lián)的電池單元、M+1個(gè)充放電單元、M個(gè)電子開關(guān)單元、M個(gè)自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元、一個(gè)采樣單元和一個(gè)主控單元，M為大于等于2的正整數(shù)；其中第N電池單元的正極經(jīng)過(guò)第N+1充放電單元、第N電子開關(guān)單元和第N充放電單元與負(fù)極連接，第N電子開關(guān)單元與第N自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元連接，第N自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元與主控單元連接，第N電池單元的正極和負(fù)極分別與采樣單元連接，N為大于等于I的正整數(shù)。電子開關(guān)單元關(guān)斷時(shí)，其連接的充放電單元與相鄰的處于導(dǎo)通狀態(tài)的電子開關(guān)單元構(gòu)成電量轉(zhuǎn)移回路。所述自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元為一個(gè)自舉升壓整流電路。還包括一個(gè)功耗控制單元，所述M個(gè)串聯(lián)的電池單元組成的電池組的負(fù)極與功耗控制單元連接，功耗控制單元與主控單元連接。所述充放電單元為儲(chǔ)能電感器，所述電子開關(guān)單元為N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管。[0012]采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，解決了以往串聯(lián)電池組應(yīng)用過(guò)程中存在的電池單元差異擴(kuò)大并由此帶來(lái)的電池容量損失和使用壽命問(wèn)題，拓展了本電量均衡裝置的適用電池種類，提高了產(chǎn)品可靠性，并且使得本電量均衡裝置的接入對(duì)電池的額外消耗減至極低，不影響電池原來(lái)的正常性能。

圖I是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
I提供的電池電量均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
I提供的電池電量均衡裝置的局部電路結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
2提供的電池電路均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
2中的功耗控制單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式
I來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。圖I是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
I提供的電池電量均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，該裝置包括電池單元、充放電單元、電子開關(guān)單元、自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元、采樣單元和主控單元。所述電池電量均衡裝置包括由至少兩個(gè)電池單元串聯(lián)組成的電池組。當(dāng)所述電池電量裝置包括由M個(gè)電池單元串聯(lián)組成的電池組時(shí)(M為大于等于2的正整數(shù))，則所述電池電量均衡裝置還包括M+1個(gè)充放電單元、M個(gè)電子開關(guān)單元、M個(gè)自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元、一個(gè)采樣單元和一個(gè)主控單元。其中，第一電池單元的正極經(jīng)過(guò)第二充放電單元、第一電子開關(guān)單元和第一充放電單元與負(fù)極連接，第一電子開關(guān)單元與第一自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元連接，組成第一基本電量均衡模塊。所述第一基本電量均衡模塊通過(guò)第一自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元與主控單元連接，通過(guò)第一電池單元的正極和負(fù)極分別與采樣單元連接。第二電池單元的正極經(jīng)過(guò)第三充放電單元、第二電子開關(guān)單元和第二充放電單元與負(fù)極連接，第二電子開關(guān)單元與第二自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元連接，組成第二基本電量均衡模塊。所述第二基本電量均衡模塊通過(guò)第二自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元與主控單元連接，通過(guò)第二電池單元的正極和負(fù)極分別與采樣單元連接。依此類推，第N電池單元的正極經(jīng)過(guò)第N+1充放電單元、第N電子開關(guān)單元和第N充放電單元與負(fù)極連接，第N電子開關(guān)單元與第N自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元連接，組成第N基本電量均衡模塊。所述第N基本電量均衡模塊通過(guò)第N自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元與主控單元連接，通過(guò)第N電池單元的正極和負(fù)極分別與采樣單元連接(N為大于等于I的正整數(shù))。所述充放電單元，用于電量存儲(chǔ)和相鄰電池單元之間的能量轉(zhuǎn)移，所述充放電單元優(yōu)選為儲(chǔ)能電感器。所述電子開關(guān)單元，用于控制充放電單元的電量存儲(chǔ)和相鄰電池單元的電量向該電池單元轉(zhuǎn)移時(shí)的同步整流，所述電子開關(guān)單元優(yōu)選為N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管。所述自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元，用于通過(guò)自舉升壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)單元，所述自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元包括倍壓整流派生電路，通過(guò)該電路獲得的電壓優(yōu)選為電池單元電壓的兩倍。所述采樣單元，用于采集電池單元的電壓信息并發(fā)送給主控單元。所述采樣單元定期采集每個(gè)電池單元的電壓信息并發(fā)送至主控單元。所述主控單元，用于通過(guò)輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制電子開關(guān)單元的導(dǎo)通和關(guān)斷，所述主控單元優(yōu)選為MCU控制芯片。當(dāng)所述主控單元向一個(gè)所述基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)為高電平時(shí)，所述基本電量均衡模塊中的電子開關(guān)單元處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)所述主控單元向一個(gè)所述基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)為低電平時(shí)，所述基本電量均衡模塊中的電子開關(guān)單元處于關(guān)斷狀態(tài)。所述主控單元向一個(gè)所述基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)為高電平時(shí)，其向與該基本電量均衡模塊相鄰的兩個(gè)基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)為低電平；所述主控單元向一個(gè)所述基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)為低電平時(shí)，其向與該基本電量均衡模塊相鄰的兩個(gè)基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)為高電平；這樣使相鄰的基本電量均衡模塊中的電子開關(guān)單元處于互補(bǔ)的導(dǎo)通、關(guān)斷狀態(tài)。 所述主控單元向一個(gè)所述基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)為高電平，向與該基本電量均衡模塊相鄰的兩個(gè)基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)為低電平時(shí)，該基本電量均衡模塊中的電子開關(guān)單元導(dǎo)通，兩個(gè)充放電單元儲(chǔ)存來(lái)自電池單元的電量，兩倍的電池單元電壓向自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元中的電容器充電。主控單元向該基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑蚺c該基本電量均衡模塊相鄰的兩個(gè)基本電量均衡模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，該基本電量均衡模塊中的電子開關(guān)單元關(guān)斷，相鄰的兩個(gè)基本電量均衡模塊的自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元中的電容器上儲(chǔ)存的兩倍自舉電壓使其電子開關(guān)單元導(dǎo)通，該基本電量均衡模塊中的兩個(gè)充放電單元分別與相鄰基本電量均衡模塊中導(dǎo)通的電子開關(guān)單元構(gòu)成電量轉(zhuǎn)移的回路，向相鄰的基本電量均衡模塊中的電池單元轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存的電量。所述主控單元接收采樣單元定期采集的每個(gè)電池單元的電壓信息，計(jì)算相鄰電池單元的電壓差值。主控單元根據(jù)相鄰電池單元的電壓差值判斷需要進(jìn)行電量均衡的相鄰的電池單元，向所述需要進(jìn)行電量均衡的相鄰的電池單元輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，并根據(jù)所述電壓差值調(diào)整輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的頻率和/或占空比來(lái)控制充放電單元的儲(chǔ)能時(shí)間，從而控制其儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移電量的大小。圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
I提供的電池電量均衡裝置的局部電路結(jié)構(gòu)圖。圖2中所述電池電路均衡裝置中的主控單元和采樣單元部分的電路未畫出，采樣單元采集V4、V3、V2、Vl的電壓值，發(fā)送至主控單元計(jì)算三個(gè)電池單元的電壓差值。如圖2所示，圖2中包含了三個(gè)電路結(jié)構(gòu)完全相同的所述基本電量均衡控制模塊。H-PWM和L-PWM是驅(qū)動(dòng)相鄰基本電量均衡模塊的互補(bǔ)帶死區(qū)調(diào)節(jié)的可變頻、變占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。當(dāng)H-PWM為高電平、F-PWM為低電平時(shí)，電池單元BT2之間的電子開關(guān)單元Qll呈導(dǎo)通狀態(tài)，二倍的電池單元電壓通過(guò)D4、D6分別向Cl、C3充電，電感L2、L3儲(chǔ)存來(lái)自電池單元BT2的電量。因F-PWM為低電平，故相鄰的電子開關(guān)單元Q10、Q12關(guān)斷。圖2中的Cl和D4、C2和D5、C3和D6分別構(gòu)成了各自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元中的自舉升壓電路；Q4和Q7、Q5和Q8、Q6和Q9分別構(gòu)成了各自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元中的整流電路。當(dāng)H-PWM為低電平、L-PWM為高電平時(shí)，電池單元BT2之間的電子開關(guān)單元Qll呈關(guān)斷狀態(tài)，由于L-PWM為高電平，Cl、C3上儲(chǔ)存的二倍自舉電壓使Q10、Q12驅(qū)動(dòng)電路正常工作將驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)單元Q10、Q12導(dǎo)通，電感L2儲(chǔ)存的電量通過(guò)相鄰導(dǎo)通的電子開關(guān)單元QlO與LI上的儲(chǔ)存電量疊加向相鄰電池單元BTl傳遞電量。電感L3儲(chǔ)存的電量也通過(guò)相鄰導(dǎo)通的電子開關(guān)Q12單元與L4上的儲(chǔ)存電量疊加向相鄰電池單元BT3傳遞電量。通過(guò)控制互補(bǔ)電子開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷的比例和頻率，就可以將高電量電池單元的電量轉(zhuǎn)移到低電量電池單元中，從而實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電池組中各電池單元間的電量均衡，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路的二倍電池單體電壓的自舉升壓技術(shù)可以使本電量均衡電路適應(yīng)更多的低電壓電池種類。該電路結(jié)構(gòu)也可繼續(xù)擴(kuò)展為具有N個(gè)基本電量均衡模塊的情形，原理與工作過(guò)程不變。圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
2提供的電池電路均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，該電池電路均衡裝置在本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
I提供的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，還包括一個(gè)功耗控制單元。 所述功耗控制單元與由串聯(lián)的電池單元組成的電池組的負(fù)極連接，所述功耗控制單元的電源啟動(dòng)端口與主控單元連接。所述功耗控制單元，用于降低所述電池電量裝置的接入對(duì)電池電量的額外消耗，使本電量均衡裝置的接入對(duì)電池的額外消耗減至極低，不影響電池原來(lái)的正常性能。圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
2中的功耗控制單元的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，光耦Pl中發(fā)光二極管的輸入端經(jīng)過(guò)電阻R13與由串聯(lián)的電池單元組成的電池組的負(fù)極連接，發(fā)光二級(jí)管的輸出端作為接入所述電池電路均衡裝置后的電池組的負(fù)極來(lái)使用。當(dāng)連接的電池組不輸出電量時(shí)，ON-OFF端口低電平，Q6、Q7、Q8、Q9組成的雙向電子開關(guān)全部處于關(guān)斷，電阻R12無(wú)電流，其上壓降為零，雙向光耦Pl因此處于高阻狀態(tài)，電源啟動(dòng)端口 D-ON也處于低電位，供給本電池電量均衡裝置的電源無(wú)輸出。當(dāng)連接的電池組向外輸出電量時(shí)，電阻R12上流過(guò)電流，在其上產(chǎn)生壓降，此電壓將使雙向光耦Pl導(dǎo)通從而使電源啟動(dòng)端口 D-ON處于高電位，供給本電池電量均衡裝置的電源產(chǎn)生輸出使均衡裝置進(jìn)入工作狀態(tài)，同時(shí)主控程序置位D-ON與ON-OFF端口，置位D-ON讓電源維持輸出，置位ON-OFF端口使Q6、Q7、Q8、Q9組成的雙向電子開關(guān)全部導(dǎo)通，為電源的大電流輸出提高通路，因?yàn)镈-ON端口被主控單元的程序置位，所以即使Q6、Q7、Q8、Q9全部導(dǎo)通造成R12壓降近似為零，也不會(huì)影響供給本均衡裝置的電源輸出。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，解決了以往串聯(lián)電池組應(yīng)用過(guò)程中存在的電池單元差異擴(kuò)大并由此帶來(lái)的電池容量損失和使用壽命問(wèn)題，拓展了本電量均衡裝置的適用電池種類，提高了產(chǎn)品可靠性，并且使得本電量均衡裝置的接入對(duì)電池的額外消耗減至極低，不影響電池原來(lái)的正常性能。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種電池電量均衡裝置,其特征在于,包括:M個(gè)串聯(lián)的電池單元、M+1個(gè)充放電單元、M個(gè)電子開關(guān)單元、M個(gè)自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元、一個(gè)采樣單元和一個(gè)主控單元，M為大于等于2的正整數(shù)； 其中第N電池單元的正極經(jīng)過(guò)第N+1充放電單元、第N電子開關(guān)單元和第N充放電單元與負(fù)極連接，第N電子開關(guān)單元與第N自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元連接，第N自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元與主控單元連接，第N電池單元的正極和負(fù)極分別與采樣單元連接，N為大于等于I的正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池電量均衡裝置，其特征在于，電子開關(guān)單元關(guān)斷時(shí)，其連接的充放電單元與相鄰的處于導(dǎo)通狀態(tài)的電子開關(guān)單元構(gòu)成電量轉(zhuǎn)移回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池電量均衡裝置，其特征在于，所述自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元為一個(gè)自舉升壓整流電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的電池電量均衡裝置，其特征在于，還包括一個(gè)功耗控制單元，所述M個(gè)串聯(lián)的電池單元組成的電池組的負(fù)極與功耗控制單元連接，功耗控制單元與主控單元連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池電量均衡裝置，其特征在于，所述充放電單元為儲(chǔ)能電感器，所述電子開關(guān)單元為N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電池電量均衡裝置，包括電池單元、充放電單元、電子開關(guān)單元、自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元和主控單元，電池單元的正極依次經(jīng)過(guò)充放電單元、電子開關(guān)單元和充放電單元與負(fù)極連接，電子開關(guān)單元與自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元連接，自舉升壓驅(qū)動(dòng)單元與主控單元連接，電池單元的正極和負(fù)極分別與采樣單元連接。本實(shí)用新型的目的在于提供一種解決以往串聯(lián)電池組應(yīng)用過(guò)程中存在的電池單元差異擴(kuò)大并由此帶來(lái)的電池容量損失和使用壽命問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202435102SQ20122005800
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
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