一種電池組電量均衡電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電池組電量均衡電路，包括N-1個電池均衡單元電路、N個電壓采樣電路、輔助電源模塊、單片機(jī)控制模塊和驅(qū)動模塊；第K個電壓采樣電路、第K+1個電壓采樣電路分別采集第K、K+1個電池兩端的電壓，并傳輸至單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊據(jù)此輸出驅(qū)動信號至驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動信號分別傳輸至第K個電池均衡單元電路，第K個電池均衡單元電路控制第K個電池放電、第K+1個電池充電或者第K個電池充電、第K+1個電池放電，使得第K、K+1個電池達(dá)到電量均衡，其中1≤K≤N-1。本實用新型的均衡電路，其構(gòu)造簡單、轉(zhuǎn)換效率高、成本低和可靠性好，可以提高電池組的可用容量，延長電池組的使用壽命。
【專利說明】
_種電池組電量均衡電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電池管理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電池組電量均衡電路，適用于串聯(lián)的充電電池組。
【背景技術(shù)】
[0002]在新能源體系中，電池系統(tǒng)是其中不可缺少的重要組成部分，近年來，以鋰電池為動力的電動自行車、混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車等以高能量密度、高重復(fù)循環(huán)使用次數(shù)、重量輕及綠色環(huán)保等優(yōu)勢受到人們的關(guān)注。電池使用過程的安全與可靠性控制的關(guān)鍵在于電池管理系統(tǒng)，不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發(fā)揮電池的能力和延長使用壽命。一個電池組通常包括幾個相互串聯(lián)的電池單元，由于每個電池單元在充電狀態(tài)、阻抗和溫度特性等各方面的差異會造成這些電池單元之間的不平衡。這種不均衡現(xiàn)象使得整個電池組的容量減小、壽命縮短。因此，在電池組中需要應(yīng)用電池均衡電路對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持電池組的容量，延長電池組的壽命。
[0003]針對串聯(lián)電池可能出現(xiàn)的電量偏高，偏低問題，解決方案有并聯(lián)電阻分流法、雙向DC-DC均衡法、同軸變壓器均衡法等均衡電路，但是這些電路都有變壓器，使得電路成本增加。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種電池組電量均衡電路，用于保證電池組中的單體在充電和放電過程中不出現(xiàn)過充電和過放電為目的，從而改善串聯(lián)電池組不均衡的現(xiàn)象，提高電池組的可用容量，減小串聯(lián)電池組的維修和更換周期，延長電池組的使用壽命，降低EV，PHEV及蓄能電站的成本。
[0005]本實用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種電池組電量均衡電路，用于均衡N個串聯(lián)電池構(gòu)成的電池組的電量，包括N-1個電池均衡單元電路、分別采集N個電池兩端電壓的N個電壓采樣電路、輔助電源模塊、單片機(jī)控制模塊和驅(qū)動模塊;其中第K個電池均衡單元電路第一端口、第二端口、第三端口分別連接第K個電池的正極、第K個電池與第K+1個電池的連接處、第K+1個電池的負(fù)極;第K個電壓采樣電路、第K+1個電壓采樣電路分別采集第K個電池、第K+1個電池兩端的電壓，并傳輸至單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊經(jīng)過計算后輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號至驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動信號分別傳輸至第K個電池均衡單元電路，第K個電池均衡單元電路控制第K個電池放電、第K+1個電池充電或者第K個電池充電、第K+1個電池放電，使得第K個電池、第K+1個電池達(dá)到電量均衡，其中I SKSN-1。
[0007]所述電池均衡單元電路，均包括包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第一電容、第一電感、第二電感，第一二極管反并聯(lián)在第一開關(guān)管上，第二二極管反并聯(lián)在第二開關(guān)管上，第一電感的一端與第一電池的正極相連，第一電感的另一端與第一電容的正極和第一開關(guān)管的漏極相連，第一開關(guān)管的源極與第一電池的負(fù)極、第二電池的正極相連，第二開關(guān)管的源極與第二電池的正極相連，第二開關(guān)管的漏極與第一電容的負(fù)極相連，第一電容的負(fù)極同時接第二電感的一端;第二電感的另一端與第二電池的負(fù)極相連;第一電壓傳感器采樣第一電池的端電壓Ubl;第二電壓傳感器采樣第二電池的端電壓Ub20
[0008]所述輔助電源模塊包括第一整流橋、第三電容、第四電容、第五電容、第一電阻、第二電阻、用于輸出15V直流電壓的第一穩(wěn)壓芯片和用于輸出5V直流電壓的第二穩(wěn)壓芯片；其中第二整流橋上端、下端分別接輸入電源VAC的兩端，左端與第五電容的正極連接，右端與第五電容的負(fù)極連接;第三電容的正極端接第一穩(wěn)壓芯片的輸入端，第一穩(wěn)壓芯片的輸出端接第二穩(wěn)壓芯片的輸入端，第二穩(wěn)壓芯片的輸出端與單片機(jī)控制模塊和驅(qū)動模塊的輸入端連接;第一穩(wěn)壓芯片的接地端與第二電阻一端連接，第二電阻的另一端接地;第一電阻的一端與第二電阻的一端連接，另一端接第一穩(wěn)壓芯片的輸出端;第四電容接第二穩(wěn)壓芯片的輸入端，另一端接地;第五電容的正極端接第二穩(wěn)壓芯片的輸出端，另一端接地。
[0009]所述驅(qū)動模塊包括2X(N-1)個結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動信號判斷電路，每個驅(qū)動信號判斷電路均包括第三電阻、第六電容、第一與門、第一驅(qū)動隔離電路;單片機(jī)控制模塊輸出的控制信號連接到第三電阻和第一與門的一個輸入端;第三電阻的另一端接第一與門的另一輸入端和第六電容的一端，第六電容的另一端接地;第一與門的輸出接第一驅(qū)動隔離電路。
[0010]所述驅(qū)動隔離電路包括第一三極管、第二三極管、第七電容、第一變壓器、第四電阻；第一三極管的基極和第二三極管的基極相連后連接第一與門的輸出；第一三極管的發(fā)射極和第二三極管的發(fā)射極相連后與第七電容的一端相連，第一三極管的集電極接輔助電源模塊中第一穩(wěn)壓芯片的輸出，第二三極管的集電極與第一變壓器的一個輸入端相連后接地，第七電容的另一端接第一變壓器的另一輸入端;第一變壓器的一個輸出端與第四電阻的一端相連，另一端接主電路開關(guān)管的源極，第四電阻的另一端接主電路開關(guān)管的門極。
[0011]電池組電量均衡電路的電池組電量均衡方法，包含以下順序:
[0012]S1.第K個電壓采樣電路、第K+1個電壓采樣電路分別采集第K個電池、第K+1個電池兩端的電壓，并傳輸至單片機(jī)控制模塊；
[0013]S2.單片機(jī)控制模塊經(jīng)過計算后輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號至驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動信號分別傳輸至第K個電池均衡單元電路；
[0014]S3.第K個電池均衡單元電路控制第K個電池放電、第K+1個電池充電或者第K個電池充電、第K+1個電池放電，使得第K個電池、第K+1個電池達(dá)到電量均衡，其中I < K < N-1，N為電池組串聯(lián)的電池數(shù)量。
[0015]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0016]本實用新型能夠保證電池組中的單體在充電和放電過程中不出現(xiàn)過充電和過放電為目的，從而改善串聯(lián)電池組不均衡的現(xiàn)象，提高電池組的可用容量，減小串聯(lián)電池組的維修和更換周期，延長電池組的使用壽命，降低EV，PHEV及蓄能電站的成本。
[0017]當(dāng)電池組中任何一個單體能量過高或過低時，通過電池均衡單元電路的開關(guān)通斷使其與相鄰的電池達(dá)到電量均衡，然后用若干個均衡單元電路實現(xiàn)電池組的總體均衡。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型所述電池組電量均衡電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實用新型的輔助電源模塊的電路圖。
[0020]圖3為本實用新型的驅(qū)動模塊的電路圖。
[0021]圖4為本實用新型的驅(qū)動模塊中的驅(qū)動隔離電路圖。
[0022]圖5為本實用新型所述電池均衡單元電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0024]圖1給出了本實用新型示例的一種電池均衡電路的結(jié)構(gòu)示意圖，其中包括主電路，輔助電源模塊，單片機(jī)控制模塊(可采用常用的單片機(jī))，驅(qū)動模塊。主電路包括N節(jié)串聯(lián)連接的鉛酸電池或鋰離子電池，第一?第(N-1)均衡單元電路，如圖5，每一個均衡單元電路都分別與相鄰的兩個電池的三個端點(diǎn)(正極、正負(fù)極連接點(diǎn)、負(fù)極)相連，第一均衡單元電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第一電容、第一電感、第二電感，第一二極管反并聯(lián)在第一開關(guān)管上，第二二極管反并聯(lián)在第二開關(guān)管上，第一電感的一端與電池I的正極相連，第一電感的另一端與第一電容的正極和第一開關(guān)管的漏極相連，第一開關(guān)管的源極與電池I的負(fù)極和電池2的正極相連，第二開關(guān)管的源極與電池2的正極相連，第二開關(guān)管的漏極與第一電容的負(fù)極相連，第一電容的負(fù)極同時接第二電感的一端;第二電感的另一端與電池2的負(fù)極相連;第一電壓傳感器米樣電池I的端電壓Ubl;第二電壓傳感器米樣電池2的端電壓Ub2，第二?第(N-1)個均衡電路單元具有與第一均衡電路單元相同的結(jié)構(gòu)。采樣電路包括N個相同的電壓傳感器電路，第N電壓傳感器的輸入和第N電池兩端并聯(lián)，第N電壓傳感器的輸出接單片機(jī)控制模塊的電池N端電壓UbN采樣輸入端。輔助電源模塊將220V的交流電壓轉(zhuǎn)化為15V和5V的直流電壓輸出，作為單片機(jī)控制模塊和驅(qū)動模塊的輔助電源。如圖中的均衡單元電路I所示，若電池I的電壓Ub I大于電池2的電壓Ub2，則給第一開關(guān)管Ql開通信號，電池I通過第一電感LI和第一開關(guān)管Ql放電，從而使電池I的端電壓降低，同時，第一電容、第一開關(guān)、第二電感、電池2形成回路，第一電容對電池2進(jìn)行充電，從而使電池2的端電壓升高；若電池I的電壓Ubl小于電池2的電壓Ub2，則給第二開關(guān)管Q2開通信號，電池2通過第二電感L2和第二開關(guān)管Q2放電，從而使電池2的端電壓降低，同時，第一電容、第一電感、電池1、第二開關(guān)形成回路，第一電容對電池I進(jìn)行充電，從而使電池I的端電壓升高;通過調(diào)整第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的導(dǎo)通時間實現(xiàn)電池I和電池2的電量的自動均衡。以此類推，此電池均衡單元電路可以實現(xiàn)任意偶數(shù)個串聯(lián)電池組成的電池組電量均衡。
[0025]圖2給出了本實用新型電池均衡電路的輔助電源模塊的電路圖，輔助電源模塊包括整流橋Bridge，第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5，第一電阻R1、第二電阻R2。用于輸出15V直流電壓的第一穩(wěn)壓芯片TL783和用于輸出5V直流電壓的第二穩(wěn)壓芯片7805。整流橋Bridge上下兩端分別接輸入電源Vac的AC+與AC-兩端，兩端分別與第三電容的兩端相接。第三電容的正極端接第一穩(wěn)壓芯片的Vinl端，第一穩(wěn)壓芯片的輸出端Voutl接第二穩(wěn)壓芯片的輸入端Vin2，第二穩(wěn)壓芯片的輸出端Vout2與單片機(jī)模塊和驅(qū)動模塊的輸入端Vcc連接。第一穩(wěn)壓芯片的接地端與第二電阻一端相接，第二電阻的另一端接地。第一電阻的一端與第二電阻的一端連接，另一端接第一穩(wěn)壓芯片的輸出端。第四電容的正極接第二穩(wěn)壓芯片的輸入端，另一端接地。第五電容的正極端接第二穩(wěn)壓芯片的輸出端，另一端接地。整流橋?qū)?20V的交流電壓整流成直流電壓，第一電阻和第二電阻的阻值調(diào)節(jié)TL783輸出電壓的大小，第四電容為第一穩(wěn)壓芯片TL783的輸出濾波電容和第二穩(wěn)壓芯片7805的輸入濾波電容，第五電容為第二穩(wěn)壓芯片的輸出濾波電容，穩(wěn)壓芯片TL783和7805分別輸出15V和5V的直流電壓，作為系統(tǒng)內(nèi)部各控制電路的電源。
[0026]圖3給出了驅(qū)動模塊的電路圖，驅(qū)動模塊包括第三電阻R3、第六電容C6、第一與門Ul以及第一驅(qū)動隔離電路。單片機(jī)控制模塊輸出的驅(qū)動信號分別連接第三電阻的一端和第一與門。第三電阻的另一端接第一與門的一端和第六電容的一端，第六電容的另一端接地；第一與門的輸出接第一驅(qū)動隔咼電路。
[0027]圖4給出了驅(qū)動模塊中驅(qū)動隔離的電路圖，驅(qū)動隔離電路包括第一三極管VT1、第二三極管VT2、第七電容C7、第一變壓器Tl、第四電阻R4;第一三極管的基極和第二三極管的基極相連后連接第一與門的輸出；第一三極管的發(fā)射極和第二三極管的發(fā)射極相連后與第七電容的一端相連，第一三極管的集電極接輔助電源模塊中第一穩(wěn)壓芯片的輸出，第二三極管的集電極與第一變壓器的一個輸入端相連后接地，第七電容的另一端接第一變壓器的另一輸入端;第一變壓器的一個輸出端與第四電阻的一端相連，另一端接主電路所驅(qū)動的開關(guān)管的源極，第四電阻的另一端接主電路所驅(qū)動開關(guān)管的門極。當(dāng)驅(qū)動信號的高電平到來時，第一三極管導(dǎo)通，由于第一變壓器的作用，驅(qū)動信號I輸出高電平，驅(qū)動開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)驅(qū)動信號為低電平時，第二三極管導(dǎo)通，第一變壓器輸入為低電平，驅(qū)動信號I輸出低電平，驅(qū)動開關(guān)管關(guān)斷。
[0028]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種電池組電量均衡電路，用于均衡N個串聯(lián)電池構(gòu)成的電池組的電量，其特征在于:包括N-1個電池均衡單元電路、分別采集N個電池兩端電壓的N個電壓采樣電路、輔助電源模塊、單片機(jī)控制模塊和驅(qū)動模塊;其中第K個電池均衡單元電路第一端口、第二端口、第三端口分別連接第K個電池的正極、第K個電池與第K+1個電池的連接處、第K+1個電池的負(fù)極;第K個電壓采樣電路、第K+1個電壓采樣電路分別采集第K個電池、第K+1個電池兩端的電壓，并傳輸至單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊經(jīng)過計算后輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號至驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動信號分別傳輸至第K個電池均衡單元電路，第K個電池均衡單元電路控制第K個電池放電、第K+1個電池充電或者第K個電池充電、第K+1個電池放電，使得第K個電池、第K+1個電池達(dá)到電量均衡，其中I ^ K < N-1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電池組電量均衡電路，其特征在于:所述電池均衡單元電路，均包括包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第一電容、第一電感、第二電感，第一二極管反并聯(lián)在第一開關(guān)管上，第二二極管反并聯(lián)在第二開關(guān)管上，第一電感的一端與第一電池的正極相連，第一電感的另一端與第一電容的正極和第一開關(guān)管的漏極相連，第一開關(guān)管的源極與第一電池的負(fù)極、第二電池的正極相連，第二開關(guān)管的源極與第二電池的正極相連，第二開關(guān)管的漏極與第一電容的負(fù)極相連，第一電容的負(fù)極同時接第二電感的一端;第二電感的另一端與第二電池的負(fù)極相連;第一電壓傳感器采樣第一電池的端電壓Ubl;第二電壓傳感器采樣第二電池的端電壓Ub2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電池組電量均衡電路，其特征在于:所述輔助電源模塊包括第一整流橋、第三電容、第四電容、第五電容、第一電阻、第二電阻、用于輸出15V直流電壓的第一穩(wěn)壓芯片和用于輸出5V直流電壓的第二穩(wěn)壓芯片;其中第二整流橋上端、下端分別接輸入電源VAC的兩端，左端與第五電容的正極連接，右端與第五電容的負(fù)極連接;第三電容的正極端接第一穩(wěn)壓芯片的輸入端，第一穩(wěn)壓芯片的輸出端接第二穩(wěn)壓芯片的輸入端，第二穩(wěn)壓芯片的輸出端與單片機(jī)控制模塊和驅(qū)動模塊的輸入端連接;第一穩(wěn)壓芯片的接地端與第二電阻一端連接，第二電阻的另一端接地;第一電阻的一端與第二電阻的一端連接，另一端接第一穩(wěn)壓芯片的輸出端;第四電容接第二穩(wěn)壓芯片的輸入端，另一端接地;第五電容的正極端接第二穩(wěn)壓芯片的輸出端，另一端接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電池組電量均衡電路，其特征在于:所述驅(qū)動模塊包括2X(N-1)個結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動信號判斷電路，每個驅(qū)動信號判斷電路均包括第三電阻、第六電容、第一與門、第一驅(qū)動隔離電路;單片機(jī)控制模塊輸出的控制信號連接到第三電阻和第一與門的一個輸入端;第三電阻的另一端接第一與門的另一輸入端和第六電容的一端，第六電容的另一端接地;第一與門的輸出接第一驅(qū)動隔離電路。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述電池組電量均衡電路，其特征在于:所述驅(qū)動隔離電路包括第一三極管、第二三極管、第七電容、第一變壓器、第四電阻;第一三極管的基極和第二三極管的基極相連后連接第一與門的輸出；第一三極管的發(fā)射極和第二三極管的發(fā)射極相連后與第七電容的一端相連，第一三極管的集電極接輔助電源模塊中第一穩(wěn)壓芯片的輸出，第二三極管的集電極與第一變壓器的一個輸入端相連后接地，第七電容的另一端接第一變壓器的另一輸入端;第一變壓器的一個輸出端與第四電阻的一端相連，另一端接主電路開關(guān)管的源極，第四電阻的另一端接主電路開關(guān)管的門極。
【文檔編號】H01M10/44GK205489630SQ201620095284
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】康龍云, 李臻, 齊如軍, 王書彪
【申請人】華南理工大學(xué)