本實(shí)用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電池均衡電路及電池均衡系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

單節(jié)電池的電壓和容量都較低，在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)里難以直接使用，往往需要多節(jié)電池串聯(lián)以提高電壓。由于實(shí)際生產(chǎn)工藝問(wèn)題，每個(gè)單體電池之間都有差異，會(huì)導(dǎo)致有些單體電池提前充滿，有些單體電池提前放完，引起安全問(wèn)題。即使管理系統(tǒng)做得很好，可避免安全問(wèn)題，但是提前充滿、提前放完等使用條件會(huì)加速落后電池的衰減，增大單體電池之間的離散性。而電池組的整體性能是受最落后單體電池限制的，最好情況也只能發(fā)揮出這個(gè)單體的容量。所以電池成組必須解決由單體電池一致性引起的安全、壽命和續(xù)航里程等問(wèn)題。

參考圖1所示，為現(xiàn)有的主動(dòng)均衡的方法，將單個(gè)電池電壓和電池總電壓進(jìn)行比較，來(lái)決定哪個(gè)電池要對(duì)外分流或要補(bǔ)充能量。以兩個(gè)電池均衡為例，電池1通過(guò)開(kāi)關(guān)電源電路對(duì)電池2充電，或者電池2通過(guò)開(kāi)關(guān)電源電路對(duì)電池1充電。

圖1中的虛線框中為一種開(kāi)關(guān)電源電路的實(shí)現(xiàn)方式。該電路由兩個(gè)反激電路組成。開(kāi)關(guān)管M01，二極管D01和變壓器T01組成一個(gè)反激電路；開(kāi)關(guān)管M02，二極管D02和變壓器T02組成另一個(gè)反激電路。當(dāng)電池2的電壓高于電池1的電壓，電池2需要對(duì)外分流時(shí)，開(kāi)關(guān)管M02、二極管D02和變壓器T02組成的反激電路工作，電池2對(duì)電池1和電池2進(jìn)行充電；開(kāi)關(guān)管M01、二極管D01和變壓器T01組成的反激電路停止工作。當(dāng)電池箱1的電壓高于電池箱2的電壓，電池箱2需要補(bǔ)充能量時(shí)，開(kāi)關(guān)管M01，二極管D01和變壓器T01組成的反激電路工作，電池1和電池2對(duì)電池2進(jìn)行充電；控制開(kāi)關(guān)管M02，二極管D02和變壓器T02組成的反激電路停止工作。

主動(dòng)均衡的方式需要開(kāi)關(guān)電源電路，器件多，控制復(fù)雜，系統(tǒng)成本高。

參考圖2所示，為現(xiàn)有的被動(dòng)均衡的方法。以兩節(jié)電池為例，電池1和電池2串聯(lián)，每節(jié)電池都并聯(lián)一個(gè)泄放電路，電池1并聯(lián)泄放電路U02；電池2并聯(lián)泄放電路U03。當(dāng)電池1的電壓高于電池2，則泄放電路U02對(duì)電池1進(jìn)行泄放，泄放電路U03不對(duì)電池2進(jìn)行泄放；當(dāng)電池2的電壓高于電池1，則泄放電路U03對(duì)電池2進(jìn)行泄放，泄放電路U02不對(duì)電池1進(jìn)行泄放。被動(dòng)均衡的方法控制簡(jiǎn)單，但是電壓高的電池中的能量被泄放掉，而沒(méi)有轉(zhuǎn)移到電壓低的電池中，降低了系統(tǒng)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種電池均衡電路及其控制方法及電池均衡系統(tǒng)，用以解決主動(dòng)均衡器件多，控制復(fù)雜，系統(tǒng)成本高以及被動(dòng)均衡系統(tǒng)效率低的問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，提供一種電池均衡電路，所述電池均衡電路包括：N節(jié)串聯(lián)連接的電池，第一電池的陽(yáng)極連接到第二電池的陰極，第二電池的陽(yáng)極連接到第三電池的陰極，以此類推，第N-1電池的陽(yáng)極連接到第N電池的陰極，所述第X電池的陽(yáng)極經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S_XP連接到第一電容的正端，陰極經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S_XM連接到第一電容的負(fù)端，其中，N為大于等于2的自然數(shù)，X為從1到N的自然數(shù)。

作為可選，所述電池均衡電路還包括均衡控制電路，根據(jù)所述第一電池到所述第N電池的電量，控制所述開(kāi)關(guān)S_XP和所述開(kāi)關(guān)S_XM的導(dǎo)通和關(guān)斷。

作為可選，所述均衡控制電路控制所述第A電池到所述第B電池的總電壓對(duì)所述第一電容充電，再控制所述第一電容對(duì)所述第C電池到第D電池的總電壓充電，其中1≤A≤B≤N，1≤C≤D≤N。

作為可選，所述均衡控制電路采樣所述第一電池到所述第N電池的每節(jié)電池電壓，并對(duì)采樣的電池電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制所述第A電池到所述第B電池的總電壓對(duì)所述第一電容充電，再控制所述第一電容對(duì)所述第C電池到第D電池的總電壓充電，其中1≤A≤B≤N，1≤C≤D≤N。

作為可選，所述均衡控制電路控制所述第A電池到所述第B電池的總電壓對(duì)所述第一電容充電，再控制所述第一電容對(duì)所述第C電池到所述第D電池中的總電壓充電，其中1≤A≤B≤N，1≤C≤D≤N，并且周期性地循環(huán)該充放電過(guò)程。

作為可選，所述均衡控制電路控制所述開(kāi)關(guān)S_AM和所述開(kāi)關(guān)S_BP導(dǎo)通，控制其余所述開(kāi)關(guān)關(guān)斷，則所述第A電池到所述第B電池對(duì)所述第一電容充電；所述均衡控制電路控制所述開(kāi)關(guān)S_CM和所述開(kāi)關(guān)S_DP導(dǎo)通，控制其余所述開(kāi)關(guān)關(guān)斷，則所述第一電容對(duì)所述第C電池到所述第D電池的總電壓充電。

作為可選，所述均衡控制電路包括：

電壓采樣電路，輸入連接到所述第一電池到所述第N電池陽(yáng)極和所述第一電池的陰極，采樣所述第一電池到所述第N電池的電壓；

控制模塊，和所述電壓采樣電路的輸出端連接，所述控制模塊的輸出端連接到所述開(kāi)關(guān)S_1M到S_NM的控制極，以及所述開(kāi)關(guān)S_1P到S_NP的控制極。作為可選，所述控制模塊根據(jù)所述第一電池到所述第N電池的每節(jié)電池總?cè)萘?、每?jié)電池電荷及每節(jié)電池電壓控制所述開(kāi)關(guān)S_1M到S_NM以及所述開(kāi)關(guān)S_1P到S_NP導(dǎo)通和關(guān)斷。

本實(shí)用新型的又一技術(shù)解決方案是，提供一種電池均衡系統(tǒng)。

采用本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)和方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：電路元器件少，不需要變壓器、電感等元件，控制方法簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本低，方案靈活，可以把能量從任意串聯(lián)的幾節(jié)電池或一節(jié)電池中轉(zhuǎn)移到其他任意串聯(lián)幾節(jié)電池或一節(jié)電池中，系統(tǒng)效率高。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的主動(dòng)均衡的電路原理圖；

圖2為現(xiàn)有的被動(dòng)均衡的電路原理圖；

圖3為本實(shí)用新型的電路原理圖；

圖4為本實(shí)用新型均衡控制電路的電路原理圖；

圖5為本實(shí)用新型電池均衡系統(tǒng)的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本實(shí)用新型并不僅僅限于這些實(shí)施例。本實(shí)用新型涵蓋任何在本實(shí)用新型的精神和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。

為了使公眾對(duì)本實(shí)用新型有徹底的了解，在以下本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明了具體的細(xì)節(jié)，而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本實(shí)用新型。需說(shuō)明的是，附圖均采用較為簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例的目的。

參考圖3所示，為本實(shí)用新型的電路原理圖，N節(jié)串聯(lián)連接的電池，第一電池B₁的陽(yáng)極連接到第二電池B₂的陰極，第二電池B₂的陽(yáng)極連接到第三電池B₃的陰極，以此類推，第N-1電池B_N-1的陽(yáng)極連接到第N電池B_N的陰極，所述第X電池B_X的陽(yáng)極經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S_XP連接到第一電容C₁的正端，陰極經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S_XM連接到第一電容的負(fù)端，其中，N為大于等于2的自然數(shù)，X為從1到N的自然數(shù)。

開(kāi)關(guān)S_XP和開(kāi)關(guān)S_XM可以為MOS管或者三極管。

電池均衡電路還包括均衡控制電路U10，根據(jù)所述第一電池B₁到所述第N電池B_N的電量，控制所述開(kāi)關(guān)S_XP和所述開(kāi)關(guān)S_XM的導(dǎo)通和關(guān)斷。均衡控制電路U10控制所述第A電池B_A到所述第B電池B_B的總電壓對(duì)所述第一電容C₁充電，當(dāng)A＝B時(shí)，則為第A電池對(duì)所述第一電容C₁充電，再控制所述第一電容C₁對(duì)所述第C電池B_C到第D電池B_D中的總電壓充電，當(dāng)C＝D時(shí)，第一電容C₁對(duì)所述第C電池B_C充電，其中1≤A≤B≤N，1≤C≤D≤N。這樣就實(shí)現(xiàn)了將第A電池B_A到第B電池B_B的能量傳輸?shù)降贑電池B_C到第D電池B_D中。該方案靈活，可以把能量從任意串聯(lián)的幾節(jié)電池或一節(jié)電池中轉(zhuǎn)移到其他任意串聯(lián)幾節(jié)或一節(jié)電池中，而不是將多的能量泄放掉，因此系統(tǒng)效率高。

均衡控制電路U10控制所述開(kāi)關(guān)S_AM和所述開(kāi)關(guān)S_BP導(dǎo)通，控制其余所述開(kāi)關(guān)關(guān)斷，則所述第A電池B_A到所述第B電池B_B對(duì)所述第一電容C₁充電；所述均衡控制電路控制所述開(kāi)關(guān)S_CM和所述開(kāi)關(guān)S_DP導(dǎo)通，控制其余所述開(kāi)關(guān)關(guān)斷，則所述第一電容C₁對(duì)所述第C電池B_C到所述第D電池B_D的總電壓充電。

該方案電路元器件少，不需要變壓器、電感等元件，控制方法簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本低。

一種實(shí)施例為所述均衡控制電路U10采樣所述第一電池B₁到所述第N電池B_N的每節(jié)電池電壓，并對(duì)采樣的電池電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制所述第一電池B₁到所述第N電池B_N的總電壓對(duì)所述第一電容C₁充電，再控制所述第一電容C₁對(duì)所述第一電池B₁到第N電池B_N中電量最低的電池充電。

參考圖4所示，均衡控制電路U10包括電壓采樣電路U101和控制模塊U102。電壓采樣電路U101和參考地GND，即第一電池B₁的陰極為參考地連接，并且和每節(jié)電池的陽(yáng)極V_BX連接，其中，X為1到N的自然數(shù)。由于電池串聯(lián)連接，電壓采樣電路U101中可以采用電平轉(zhuǎn)換電路，將每節(jié)電池陽(yáng)極對(duì)陰極的電壓轉(zhuǎn)成一個(gè)對(duì)參考地GND的電壓，并將這些電壓輸出到控制模塊U102中。采用電平轉(zhuǎn)換電路，可以將高壓轉(zhuǎn)換成低壓，使控制模塊U102可以用低壓供電，方便電路設(shè)計(jì)，并且提高算法精度?？刂颇KU102輸出G_SXM和G_SXP，連接到開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)S_XM和S_XP的控制極，分別控制開(kāi)關(guān)S_XM和S_XP。

控制模塊U102根據(jù)之前均衡的數(shù)據(jù)，以及電池電壓，可以得到每節(jié)電池的電池總?cè)萘亢碗姵禺?dāng)前的電荷，根據(jù)每節(jié)電池的總?cè)萘?，?dāng)前電荷以及電壓，通過(guò)均衡控制算法，來(lái)控制開(kāi)關(guān)S_XM和S_XP，及開(kāi)關(guān)S_XM和S_XP的導(dǎo)通和關(guān)斷。所述均衡控制算法可以是控制模塊U102自帶的，也可以是外部模塊根據(jù)控制模塊U102中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，傳輸給控制模塊U102。所述外部模塊可以是DSP或MCU等。

由于一次對(duì)電池的充電，不一定能達(dá)到均衡，因此均衡控制電路U10需要周期性地循環(huán)該充放電的過(guò)程。通過(guò)調(diào)整該充放電的周期，可以控制電池的均衡速度。周期長(zhǎng)，均衡速度慢；周期短，均衡速度快。

該電池均衡電路可以用于電池均衡系統(tǒng)中。請(qǐng)參考圖5，為一種電池均衡系統(tǒng)的實(shí)施例。N節(jié)串聯(lián)連接的電池，第一電池的陽(yáng)極連接到第二電池的陰極，第二電池的陽(yáng)極連接到第三電池的陰極，以此類推，第N-1電池的陽(yáng)極連接到第N電池的陰極，所述第X電池的陽(yáng)極經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S_XP1連接到第一電容的正端，陰極經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S_XM1連接到第一電容的負(fù)端；所述第X電池的陽(yáng)極經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S_XPK連接到第K電容的正端，陰極經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S_XMK連接到第K電容的負(fù)端；其中，N為大于等于2的自然數(shù)，K為2到P的自然數(shù)，X為從1到N的自然數(shù)，P為大于等于2的自然數(shù)。也就是一共有P個(gè)電容及相應(yīng)的開(kāi)關(guān)，可以同時(shí)對(duì)第一電池到第N電池進(jìn)行均衡，加快了均衡的速度。

除此之外，雖然以上將實(shí)施例分開(kāi)說(shuō)明和闡述，但涉及部分共通之技術(shù)，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員看來(lái)，可以在實(shí)施例之間進(jìn)行替換和整合，涉及其中一個(gè)實(shí)施例未明確記載的內(nèi)容，則可參考有記載的另一個(gè)實(shí)施例。

以上所述的實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)該技術(shù)方案保護(hù)范圍的限定。任何在上述實(shí)施方式的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在該技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。