一種串聯(lián)電池組均衡電路及均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電池均衡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種串聯(lián)電池組均衡電路及均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電池應(yīng)用系統(tǒng)中，為了給設(shè)備提供足夠的電壓，電池包通常由多個(gè)電池單體串聯(lián)而成，但是如果電池之間的容量失配便會(huì)影響整個(gè)電池包的容量。串聯(lián)而成的電池包在工作一定的時(shí)間后，由于其電芯本身的不一致、工作溫度的不一致性等因素的影響，最后會(huì)表現(xiàn)出很大的差異，嚴(yán)重影響電池組的壽命和系統(tǒng)的使用，最終影響到了電子設(shè)備的正常使用。
[0003]對(duì)電池進(jìn)行過充電以及過放電使得電池容易損壞，例如電池容量降低，壽命減小。溫度過高或局部溫度過高均會(huì)使電池的各項(xiàng)性能下降，最終導(dǎo)致內(nèi)部短路和熱失控，產(chǎn)生安全問題。
[0004]單體電池在長(zhǎng)期使用中性能差異是不可避免的，這是造成電池組壽命下降的最為重要的因素之一，由于各個(gè)電池之間存在差異導(dǎo)致其電壓不一致，并引發(fā)充電、放電時(shí)存在一系列問題。充電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致有些電池過充、有些電池欠充；放電時(shí)會(huì)導(dǎo)致有些電池過放、有些電池欠放。為了保護(hù)電池組的安全加入了過充、過放保護(hù)電路，這樣就會(huì)引發(fā)另外一個(gè)問題，那就是充電時(shí)有些電池存在欠充，即沒有充滿；放電時(shí)有些電池存在欠放，即整個(gè)電池組的能量沒有放完，這直接影響了對(duì)電池能效的利用。為此，我們需要對(duì)失配的電池進(jìn)行均衡。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的一種電池均衡方法是在串聯(lián)的每個(gè)電池上并聯(lián)一個(gè)可控放電電阻來實(shí)現(xiàn)電壓的均衡，如圖1所示，分流是給每只電池添加一個(gè)額外的旁路補(bǔ)償裝置，圖中的一個(gè)均衡單元201所示，通過外部電阻R1、開關(guān)SI的特性來補(bǔ)償電池BTl的特性。充電時(shí)，當(dāng)BTl電池的充電電壓超過設(shè)定值時(shí)，開關(guān)SI處于閉合狀態(tài)，通過并聯(lián)在電池BTl的電阻Rl分流該電池的一部分電流，從而達(dá)到降低該電池充電電壓的目的。對(duì)于這種方案在分流時(shí)發(fā)熱量大，而且僅在充電時(shí)具有實(shí)用性。這當(dāng)然是難以接受的，因?yàn)檫@種采用將多余電能通過熱能的方式進(jìn)行釋放，充電時(shí)如此，放電時(shí)亦然。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中的另一種電池均衡方法是切斷法，在充電時(shí)，當(dāng)某一電池的充電電壓超過設(shè)定值時(shí)，通過自動(dòng)控制開關(guān)切斷該電池的電路，如圖2所示。這種方法只能防止電池過壓充電，但是沒有均衡作用。其次，其所用的切斷開關(guān)的負(fù)載能力，隨電池容量增加而加得很大，不宜采用。此種方法需要充電器配合，要求充電器夠適應(yīng)I至η個(gè)電芯充電的能力，且在切換電池后要能夠動(dòng)態(tài)的調(diào)整充電電壓，充電電流，實(shí)現(xiàn)恒流，恒壓充電以及浮充等，對(duì)充電器的要求比較高，且要求智能化較高。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的電池均衡電路存在發(fā)熱量大以及對(duì)充電器的要求高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種串聯(lián)電池組均衡電路及均衡方法，旨在解決針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的電池均衡電路存在發(fā)熱量大以及對(duì)充電器的要求高的問題。
[0009]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種串聯(lián)電池組均衡電路，所述串聯(lián)電池組均衡電路包括開關(guān)模塊、微控制器、充電電路以及直流變換器；
[0010]所述直流變換器的第一電壓輸入端和第二電壓輸入端連接所述串聯(lián)電池組的正極和負(fù)極，所述直流變換器的電壓輸出端連接所述充電電路的電壓輸入端和所述微控制器的電壓輸入端，所述充電電路的電壓輸出端連接所述開關(guān)模塊的電壓輸入端，所述充電電路和所述開關(guān)模塊的控制端連接所述微控制器的輸出端，所述開關(guān)模塊的電壓采集輸出端連接所述微控制器的輸入端；
[0011]所述直流變換器將所述串聯(lián)電池組的電壓進(jìn)行直流變換后輸出給所述充電電路和所述微控制器；
[0012]所述微控制器控制所述開關(guān)模塊導(dǎo)通以采集所述串聯(lián)電池組中每一個(gè)單體電池的電壓值，并根據(jù)所述每一個(gè)單體電池的電壓值獲得最大電壓值、最小電壓值以及所有單體電池的電壓均值，并計(jì)算所述最大電壓值與所述最小電壓值之間的電壓差值，判斷所述電壓差值是否大于預(yù)設(shè)值，當(dāng)判斷結(jié)果為是時(shí)，控制所述開關(guān)模塊導(dǎo)通使所述充電電路逐個(gè)向電壓值小于所述電壓均值的單體電池充電，完成充電后再驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)模塊導(dǎo)通以采集所述串聯(lián)電池組中每一個(gè)單體電池的電壓值，直至所有單體電池的電壓值達(dá)到電壓均值；當(dāng)判斷結(jié)果為否時(shí)，驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)模塊導(dǎo)通以采集所述串聯(lián)電池組中每一個(gè)單體電池的電壓值。
[0013]所述每一個(gè)隔離開關(guān)為電磁繼電器或者場(chǎng)效應(yīng)管式繼電器。
[0014]所述直流變換器為隔離式直流變換器，所述隔離式直流變換器用于將所述串聯(lián)電池組的負(fù)極與所述隔離式直流變換器的接地端隔離。
[0015]所述微控制器控制所述充電電路對(duì)所述串聯(lián)電池組中的單體電池進(jìn)行恒流充電或恒壓充電。
[0016]所述微控制器包括:
[0017]第一降壓模塊、控制器、譯碼器以及第二反饋單元；
[0018]所述第一降壓模塊的輸入端為所述微控制器的電壓輸入端，所述第一降壓模塊的輸出端連接所述控制器的電壓輸入端和所述譯碼器的電壓輸入端，所述第二反饋單元的輸入端為所述微控制器的輸入端，所述第二反饋單元的反饋端連接所述控制器的輸入端，所述控制器的輸出端連接所述譯碼器的控制端，所述譯碼器的輸出端分別連接所述每一個(gè)隔離開關(guān)的控制端；
[0019]所述微控制器判定所述電壓差值是否大于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制譯碼器使最小電壓值的單體電池所對(duì)應(yīng)的隔離開關(guān)導(dǎo)通，使所述最小電壓值的單體電池的電壓值達(dá)到均衡電壓值。
[0020]所述微控制器的輸出端連接所述充電電路的恒壓控制端、恒流控制端以及使能端;
[0021]所述微控制器通過所述恒流控制端和所述使能端控制所述充電電路對(duì)所述串聯(lián)電池組中的單體電池進(jìn)行恒流充電，并在對(duì)所述單體電池進(jìn)行恒流充電完畢后，通過所述恒壓控制端和所述使能端控制所述充電電路對(duì)所述單體電池進(jìn)行恒壓充電。
[0022]本發(fā)明還提供一種基于上述的串聯(lián)電池組均衡電路的均衡方法，所述均衡方法包括以下步驟:
[0023]A.所述直流變換器將所述串聯(lián)電池組的電壓進(jìn)行直流變換后輸出給所述充電電路和所述微控制器；
[0024]B.所述微控制器控制所述開關(guān)模塊導(dǎo)通以采集所述串聯(lián)電池組中每一個(gè)單體電池的電壓值；
[0025]C.所述微控制器根據(jù)所述每一個(gè)單體電池的電壓值獲得最大電壓值、最小電壓值以及所有單體電池的電壓均值，并計(jì)算所述最大電壓值與所述最小電壓值之間的電壓差值；
[0026]D.所述微控制器判斷所述電壓差值是否大于預(yù)設(shè)值，是，則控制所述開關(guān)模塊導(dǎo)通使所述充電電路逐個(gè)向電壓值小于所述電壓均值的單體電池充電，完成充電后返回執(zhí)行所述步驟A，直至所有單體電池的電壓值達(dá)到電壓均值；否，則返回執(zhí)行所述步驟A。
[0027]所述步驟D中，所述微控制器控制所述開關(guān)模塊導(dǎo)通使所述充電電路逐個(gè)向電壓值小于所述電壓均值的單體電池充電步驟具體為:
[0028]所述微控制器按照電壓值從小到大的順序使所述充電電路依次向電壓值小于所述電壓均值的單體電池充電。
[0029]本發(fā)明提供串聯(lián)電池組均衡電路及均衡方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可以達(dá)到如下技術(shù)效果:實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電池組之間電壓的平衡，解決了串聯(lián)電池組中的“木桶效應(yīng)”，使得整個(gè)電池串聯(lián)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)正常的滿充電和滿放電，在均衡過程中具有較高的轉(zhuǎn)換效率，通過采用獨(dú)特的采樣設(shè)計(jì)，即使再多的串聯(lián)電池單體也僅需要一路ADC采樣通道，同時(shí)ADC采樣精度僅與單體電池電壓有關(guān)，與整個(gè)串聯(lián)電池組之間的電壓無關(guān)，實(shí)現(xiàn)在充電、放電以及動(dòng)態(tài)時(shí)均可實(shí)現(xiàn)均衡，使用較小的功率即可完成對(duì)電池的均衡，降低了功率器件的成本。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中分流法/旁路法均衡電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0032]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中切斷法均衡電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5是本發(fā)明一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路中的隔離開關(guān)的電路原理圖；
[0036]圖6是本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路中的隔離開關(guān)的電路原理圖；
[0037]圖7是本發(fā)明一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路中的充電電路的電路原理圖；
[0038]圖8是本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路中的充電電路的電路原理圖；
[0039]圖9是本發(fā)明一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路中的直流變換器的電路原理圖；
[0040]圖10是本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路中的直流變換器的電路原理圖；
[0041]圖11是本發(fā)明一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路中的微控制器的電路原理圖；
[0042]圖12是本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組均衡電路中的微控制器的電路原理圖；
[0043]圖13是本發(fā)明一種實(shí)施例提供的串聯(lián)電池組均衡電路的均衡方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0045]為了說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)