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、單片機控制模塊和驅動模塊；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，并傳輸至單片機控制模塊，單片機控制模塊據此輸出驅動信號至驅動模塊，驅動模塊輸出的驅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個電池達到電量均衡，其中1≤K≤N-1。本實用新型的均衡電路，其構造簡單、轉換效率高、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
技術領域
[0001]本實用新型涉及電池管理技術領域，特別涉及一種電池組電量均衡電路，適用于串聯的充電電池組。
【背景技術】
[0002]在新能源體系中，電池系統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、高重復循環使用次數、重量輕及綠色環保等優勢受到人們的關注。電池使用過程的安全與可靠性控制的關鍵在于電池管理系統，不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發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的電池單元，由于每個電池單元在充電狀態、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，在電池組中需要應用電池均衡電路對其進行調節，以保持電池組的容量，延長電池組的壽命。
[0003]針對串聯電池可能出現的電量偏高，偏低問題，解決方案有并聯電阻分流法、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。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點與不足，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過充電和過放電為目的，從而改善串聯電池組不均衡的現象，提高電池組的可用容量，減小串聯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方案實現:
[0006]—種電池組電量均衡電路，用于均衡N個串聯電池構成的電池組的電量，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、單片機控制模塊和驅動模塊;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，并傳輸至單片機控制模塊，單片機控制模塊經過計算后輸出相應的驅動信號至驅動模塊，驅動模塊輸出的驅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管、第二開關管、第一二極管、第二二極管、第一電容、第一電感、第二電感，第一二極管反并聯在第一開關管上，第二二極管反并聯在第二開關管上，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管的漏極相連，第一開關管的源極與第一電池的負極、第二電池的正極相連，第二開關管的源極與第二電池的正極相連，第二開關管的漏極與第一電容的負極相連，第一電容的負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直流電壓的第一穩壓芯片和用于輸出5V直流電壓的第二穩壓芯片；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極連接;第三電容的正極端接第一穩壓芯片的輸入端，第一穩壓芯片的輸出端接第二穩壓芯片的輸入端，第二穩壓芯片的輸出端與單片機控制模塊和驅動模塊的輸入端連接;第一穩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，另一端接第一穩壓芯片的輸出端;第四電容接第二穩壓芯片的輸入端，另一端接地;第五電容的正極端接第二穩壓芯片的輸出端，另一端接地。
[0009]所述驅動模塊包括2X(N-1)個結構相同的驅動信號判斷電路，每個驅動信號判斷電路均包括第三電阻、第六電容、第一與門、第一驅動隔離電路;單片機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動隔離電路。
[0010]所述驅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；第一三極管的發射極和第二三極管的發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管的源極，第四電阻的另一端接主電路開關管的門極。
[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，并傳輸至單片機控制模塊；
[0013]S2.單片機控制模塊經過計算后輸出相應的驅動信號至驅動模塊，驅動模塊輸出的驅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個電池達到電量均衡，其中I < K < N-1，N為電池組串聯的電池數量。
[0015]本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果:
[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過充電和過放電為目的，從而改善串聯電池組不均衡的現象，提高電池組的可用容量，減小串聯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通斷使其與相鄰的電池達到電量均衡，然后用若干個均衡單元電路實現電池組的總體均衡。
【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構示意圖。
[0019]圖2為本實用新型的輔助電源模塊的電路圖。
[0020]圖3為本實用新型的驅動模塊的電路圖。
[0021]圖4為本實用新型的驅動模塊中的驅動隔離電路圖。
[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]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，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構示意圖，其中包括主電路，輔助電源模塊，單片機控制模塊(可采用常用的單片機)，驅動模塊。主電路包括N節串聯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(正極、正負極連接點、負極)相連，第一均衡單元電路包括第一開關管、第二開關管、第一二極管、第二二極管、第一電容、第一電感、第二電感，第一二極管反并聯在第一開關管上，第二二極管反并聯在第二開關管上，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管的漏極相連，第一開關管的源極與電池I的負極和電池2的正極相連，第二開關管的源極與電池2的正極相連，第二開關管的漏極與第一電容的負極相連，第一電容的負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構。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，第N電壓傳感器的輸出接單片機控制模塊的電池N端電壓UbN采樣輸入端。輔助電源模塊將220V的交流電壓轉化為15V和5V的直流電壓輸出，作為單片機控制模塊和驅動模塊的輔助電源。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，則給第一開關管Ql開通信號，電池I通過第一電感LI和第一開關管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、第二電感、電池2形成回路，第一電容對電池2進行充電，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，則給第二開關管Q2開通信號，電池2通過第二電感L2和第二開關管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、第二開關形成回路，第一電容對電池I進行充電，從而使電池I的端電壓升高;通過調整第一開關管和第二開關管的導通時間實現電池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任意偶數個串聯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直流電壓的第一穩壓芯片TL783和用于輸出5V直流電壓的第二穩壓芯片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壓芯片的Vinl端，第一穩壓芯片的輸出端Voutl接第二穩壓芯片的輸入端Vin2，第二穩壓芯片的輸出端Vout2與單片機模塊和驅動模塊的輸入端Vcc連接。第一穩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，另一端接第一穩壓芯片的輸出端。第四電容的正極接第二穩壓芯片的輸入端，另一端接地。第五電容的正極端接第二穩壓芯片的輸出端，另一端接地。整流橋將220V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節TL783輸出電壓的大小，第四電容為第一穩壓芯片TL783的輸出濾波電容和第二穩壓芯片7805的輸入濾波電容，第五電容為第二穩壓芯片的輸出濾波電容，穩壓芯片TL783和7805分別輸出15V和5V的直流電壓，作為系統內部各控制電路的電源。
[0026]圖3給出了驅動模塊的電路圖，驅動模塊包括第三電阻R3、第六電容C6、第一與門Ul以及第一驅動隔離電路。單片機控制模塊輸出的驅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動隔咼電路。
[0027]圖4給出了驅動模塊中驅動隔離的電路圖，驅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；第一三極管的發射極和第二三極管的發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動的開關管的源極，第四電阻的另一端接主電路所驅動開關管的門極。當驅動信號的高電平到來時，第一三極管導通，由于第一變壓器的作用，驅動信號I輸出高電平，驅動開關管導通；當驅動信號為低電平時，第二三極管導通，第一變壓器輸入為低電平，驅動信號I輸出低電平，驅動開關管關斷。
[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與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種電池組電量均衡電路，用于均衡N個串聯電池構成的電池組的電量，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、單片機控制模塊和驅動模塊;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，并傳輸至單片機控制模塊，單片機控制模塊經過計算后輸出相應的驅動信號至驅動模塊，驅動模塊輸出的驅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個電池達到電量均衡，其中I ^ K < N-1。2.根據權利要求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管、第二開關管、第一二極管、第二二極管、第一電容、第一電感、第二電感，第一二極管反并聯在第一開關管上，第二二極管反并聯在第二開關管上，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管的漏極相連，第一開關管的源極與第一電池的負極、第二電池的正極相連，第二開關管的源極與第二電池的正極相連，第二開關管的漏極與第一電容的負極相連，第一電容的負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.根據權利要求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直流電壓的第一穩壓芯片和用于輸出5V直流電壓的第二穩壓芯片;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極連接;第三電容的正極端接第一穩壓芯片的輸入端，第一穩壓芯片的輸出端接第二穩壓芯片的輸入端，第二穩壓芯片的輸出端與單片機控制模塊和驅動模塊的輸入端連接;第一穩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，另一端接第一穩壓芯片的輸出端;第四電容接第二穩壓芯片的輸入端，另一端接地;第五電容的正極端接第二穩壓芯片的輸出端，另一端接地。4.根據權利要求1所述電池組電量均衡電路，其特征在于:所述驅動模塊包括2X(N-1)個結構相同的驅動信號判斷電路，每個驅動信號判斷電路均包括第三電阻、第六電容、第一與門、第一驅動隔離電路;單片機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動隔離電路。5.根據權利要求4所述電池組電量均衡電路，其特征在于:所述驅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；第一三極管的發射極和第二三極管的發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管的源極，第四電阻的另一端接主電路開關管的門極。
【文檔編號】H01M10/44GK205489630SQ201620095284
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月29日
【發明人】康龍云, 李臻, 齊如軍, 王書彪
【申請人】華南理工大學