专利名称：一种单体充放尾补均衡模块及其电池组均衡保护管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单体充放尾补均衡模块及其电池组均衡保护管理系统，主要应用 于电动汽车、电动摩托车、电动自行车的电池组的均衡保护管理系统，也可用于大型超级电 容器组的电压均衡保护。
背景技术：
电池组管理系统主要功能是保护和均衡，电池组保护技术已经很成熟，例如凹凸 科技公司的单片0Z890可保护13节串联电池组，可16片0Z890级连保护208节串联电池 组；保护电压检测精确度一般都能到士 25mV，例如日本精工电子公司S系列电池保护集成 电路.
均衡技术与保护技术相比，均衡技术明显迟后，特别是放电均衡基本没有什么有效的 办法，不仅民用产品普遍没有放电均衡措施，就连航天站和卫星，有关充电均衡研究报道很 多，放电均衡难见应用研究报道。电池组产生不均衡的原因，不仅是充电不均衡造成的，而 且主要是放电不均衡造成的。目前，首先对单体电池严格挑选后组成电池组，选择容量、内阻一致，甚至充放电 曲线一致。但电池组在使用过程中有又会产生新的不均衡，对一组经严格挑选的12串联的 磷酸铁锂电池组做循环寿命试验，到第64次时各单体电池电压差就达到542mV ；且只要有 一次非正常充电或放电，各单体电池容量立即就不均衡。因此挑选技术对提高电池组性能 的作用有限。目前，通常的充放电管理方法都是，充电时只要电池组中有一只单体电池先行充 满，系统就停止充电，但此时多数单体电池尚未充满；而放电时，只要有电池组有一只电池 先行放完，系统就停止放电。这样，高价配置的电池组既不敢充满，又不敢足放，只能用电量 中间那段，容量配置浪费极大。电池组的容量只能等于最小单体电池容量。电池组的循环 寿命只能等于最小单体电池循环寿命。目前，市场常用电池组管理系统均衡技术有三种
1.大多数采用分流均衡技术，例如精工电子公司的S8209、凹凸科技公司的0Z930、ti 仪器公司的bq3060、凌力尔特公司的LTC6802、基准稳压电路TL431分流等。而比亚迪微电 子公司的BM309/BM320虽也为分流均衡，但具有充放电均衡且为相对比较均衡，较阀值定 压均衡先进。虽然分流均衡技术较为成熟，但在放电均衡时消耗的是电池电量，且均衡分流 电流不能大，小电流分流均衡不能满足大容量电动摩托车、电动汽车电池组需求。2.少数采用电容或电感转移电池之间的电荷的级连均衡方案，因路径长而效率 低。例如采用电感级连的ti仪器公司的POWerPump-bq78PL114，但也只能将85%能量转移 到第6节电池。采用电容级连均衡方案，使用开关管的数量多，可靠性和安全性尚待突破。3.有源变换均衡曾见某锰酸锂电动自行车充电器采用电池组侧集中式变换器 对电池组和单体电池同时充电的设计；《电动汽车锂离子电池能量管理系统研究》(万向 电动汽车有限公司)中介绍“…均衡功能使用了高效的DC—DC功率转换模块…单体电压最低的电池进行补充充电…均衡模块并没有直接安装在车上…”，只是充电有源变换均衡； 《动力电池组特性分析与均衡管理》(陈守平等著)中述“均衡器由双向高频开关电源电路完 成…每个均衡器对应一只单体电池…”这是在电动汽车中配置单片机实施的有源能量变 换均衡，成本很高，电动自行车、电动摩托车中不可能实施。
发明内容
本发明所要解决的问题旨在克服上述技术缺陷，应用直流电压变换技术、电压检 测技术、电池保护集成电路技术，提出一种电路简单、无需另加软件、充电放电均衡、单体独 立均衡、直流电压能量变换均衡、与单体电池一致性基本无关、电池组容量和寿命达到各单 体电池的平均值、且功耗低的单体充放尾补均衡模块及其电池组均衡保护管理系统。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是
该单体充放尾补均衡模块基础方案设置有直流电压变换控制器、第一电压检测器、第 一光电耦合器(内含输入发光二极管和输出光敏三极管)、第二光电耦合器(内含输入发光 二极管和输出光敏三极管)、场效应管、三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻。这些元器件 组焊在印制电路板上而组成模块结构，模块上设置有输出正接点，输出负接点，输入正接 点，输入负接点，次级控制接点，均衡输入接点，充电控制接点。直流电压变换控制器初级、次级隔离，其上有输入正脚、输入负脚、输出正脚、输出 负脚、次级控制脚、初级控制脚、漏脚、源脚。其输出正脚、输入负脚即单体充放尾补均衡模 块的输出正接点、输出负接点，其输入正脚、输入负脚与单体充放尾补均衡模块输入正接 点、输入负接点连接，其漏脚、源脚与场效应管漏极、源极连接，其初级控制脚与场效应管的 栅极连接，其次级控制脚即单体充放尾补均衡模块的次级控制接点。第一电压检测器为放电均衡电压检测器，其上有输入脚、输出脚、公共脚。第一电 压检测器输入脚与单体充放尾补均衡模块的输出正接点连接，第一电压检测器输出脚经第 二电阻与第一光电耦合器的输入发光二极管正极连接，第一电压检测器公共脚与单体充放 尾补均衡模块输出负接点连接；第一电压检测器的放电均衡检测电压设置在放电曲线的尾 部。场效应管的栅极与第一光电耦合器的输出光敏三极管集电极、直流电压变换控制 器初级控制脚连接，场效应管漏极与直流电压变换控制器漏脚连接，场效应管源极与直流 电压变换控制器源脚连接。第一光电耦合器为放电均衡控制光电耦合器，其输入发光二极管正极经第二电阻 与第一电压检测器的输出脚连接，其输入发光二极管负极与单体充放尾补均衡模块的输出 负接点连接，输入发光二极管也与三极管的集电极、发射极并联，输出光敏三极管集电极与 直流电压变换控制器初级控制脚、场效应管栅极连接，输出光敏三极管发射极与单体充放 尾补均衡模块输入负接点连接。第二光电耦合器为充电均衡控制光电耦合器，其输入发光二极管正极经第三电阻 与单体充放尾补均衡模块的均衡输入接点连接，其输入发光二极管负极与单体充放尾补均 衡模块上的输出负接点连接，其输出光敏三极管集电极与单体充放尾补均衡模块上的充电 控制接点连接，输出光敏三极管发射极与单体充放尾补均衡模块输入负接点连接。三极管基极经第一电阻与单体充放尾补均衡模块上的均衡输入接点连接，三极管的集电极、发射极与第一光电耦合器输入发光二极管并联。本发明在基础方案上改进的一种技术方案为还设置有与门电路、第四电阻，与门 电路的第一输入脚连接直流电压变换控制器的初级控制脚，与门电路的第二输入脚连接第 一光电耦合器的输出光敏三极管集电极，与门电路的输出脚连接场效应管栅极，第四电阻 连接在直流电压变换控制器输入正脚与第一光电耦合器的输出光敏三极管集电极之间。本发明在上述两个方案基础上进一步改进的技术方案为还设置有第二电压检测 器，用于充电均衡电压检测，其上有输入脚、输出脚、公共脚。第二电压检测器输入脚与单体 充放尾补均衡模块的输出正接点连接，第二电压检测器输出脚经第三电阻与第二光电耦合 器的输入发光二极管正极连接，也经第一电阻与三极管基极连接，第一电压检测器公共脚 与单体充放尾补均衡模块输出负接点连接。本发明所述的场效应管也可以是功率开关三极管。本发明所述的三极管也可为场效应管。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括一种电池组均衡保护管理系 统，该电池组均衡保护管理系统设置有放电控制开关、充电控制开关，其特征是还设置有与 单体电池数量相同的单体充放尾补均衡模块和有均衡脚单节电池保护集成电路，以及继电 器、充电器插座开关、栅极电阻。各单体充放尾补均衡模块的输出正接点、输出负接点都与对应的单体电池正极、 负极连接，各单体充放尾补均衡模块的输入正接点都连接电池组正极，各单体充放尾补均 衡模块的输入负接点都经充电器插座开关常闭触头连接电池组负极，各单体充放尾补均衡 模块的充电控制接点都连接充电控制开关的栅极，充电控制开关栅极经栅极电阻与电池组 正极连接。继电器线包、充电控制开关、充电器插座开关常开触头串联后并接于电池组正极 与充电器负端输入接口之间，继电器常开触头连接在充电器负端输入接口与电池组均衡保 护管理系统负端之间，继电器常闭触头连接在充电器负端输入接口与各体充放尾补均衡模 块的输入负接点之间。充电器插座开关常开触头连接在电池组正极、继电器线包之间，充电器插座开关 常闭触头连接在电池组负极与各单体充放尾补均衡模块的输入负接点之间。各有均衡脚单节电池保护集成电路的均衡脚、过充电脚都与对应的单体充放尾补 均衡模块的均衡输入接点、次级控制接点连接，各有均衡脚单节电池保护集成电路的输入 正、负脚都与对应的单体电池正极、负极连接，充电均衡电压、过充电保护电压由有均衡脚 单节电池保护集成电路实施检测。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括一种电池组均衡保护管理系 统，该电池组均衡保护管理系统设置有放电控制开关、充电控制开关，其特征是还设置有与 单体电池数量相同的单体充放尾补均衡模块(内含第二电压检测器)和无均衡脚单节电池 保护集成电路，以及继电器、充电器插座开关、栅极电阻。各单体充放尾补均衡模块的输出正接点、输出负接点都与对应的单体电池正极、 负极连接，各单体充放尾补均衡模块的输入正接点都连接电池组正极，各单体充放尾补均 衡模块的输入负接点都经充电器插座开关常闭触头连接电池组负极，各单体充放尾补均衡 模块的充电控制接点都连接充电控制开关的栅极，充电控制开关栅极经栅极电阻与电池组正极连接。继电器线包、充电控制开关、充电器插座开关常开触头串联后并接于电池组正极 与充电器负端输入接口之间，继电器常开触头连接在充电器负端输入接口与电池组均衡保 护管理系统负端之间，继电器常闭触头连接在充电器负端输入接口与各单体充放尾补均衡 模块的输入负接点之间。充电器插座开关常开触头连接在电池组正极、继电器线包之间，充电器插座开关 常闭触头连接在电池组负极与各单体充放尾补均衡模块的输入负接点之间。各无均衡脚单节电池保护集成电路的过充电脚都与对应的单体充放尾补均衡模 块的次级控制接点连接，各无均衡脚单节电池保护集成电路的输入正、负脚都与对应的单 体电池正极、负极连接，过充电保护电压由无均衡脚单节电池保护集成电路实施检测。不使用单体充放尾补均衡模块均衡输入接点，充电均衡电压由单体充放尾补均衡 模块内的第二电压检测器实施检测。本发明与现有技术相比具有如下有益效果
本发明单体充放尾补均衡模块与有均衡脚单节电池保护集成电路(或无均衡脚单节 电池保护集成电路，或有均衡脚多节电池保护集成电路，或无均衡脚多节电池保护集成电 路)、放电控制开关、充电控制开关、继电器、充电器插座开关等组成串联电池组均衡保护管 理系统，对串联电池组实施均衡保护管理，与现有技术相比具有如下有益效果 1.电路简单，无需软件，模块化结构。可应用于任意节串联电池组。2.独立充电尾部均衡外接充电器大电流对电池组充电，单体充放尾补均衡模块 单独对单体电池小电流补充充电，保证每节单体电池都能满充电。3.独立尾部放电均衡放电曲线尾部电池组对单体电池独立分别能量转移，且保 证每节单体电池都能完全放电，每节单体电池的能量都能被充分利用。4.单体充放尾补均衡模块中的直流电压变换控制器和场效应管仅在放电曲线尾 部均衡时短时间工作，损耗电池组的能量极低。5.电池组容量达到各单体电池容量的平均值。6.电池组循环寿命等于各单体电池循环寿命的平均值。7.组配电池组时，各单体电池之间的容量和内阻等误差容限可放宽，甚至不必挑选。
图1为本发明实施例1的电气原理图； 图2为本发明实施例2的电气原理图3为本发明一种实施例3的电气原理图4为本发明实施例1 (可用实施例2替换)与有均衡脚单节电池保护集成电路组成 的电池组均衡保护管理系统原理框图5为本发明一种实施例3与无均衡脚单节电池保护集成电路组成的电池组均衡保护 管理系统原理框图。
具体实施例方式实施例1 参见图1，本发明实施例1由直流电压变换控制器DC/DC、第一电压检测器IC1、第一光 电耦合器IC3 (内含输入发光二极管IC3d和输出光敏三极管IC3t)、第二光电耦合器IC4 (内含输入发光二极管IC4d和输出光敏三极管IC4t)、场效应管Q1、三极管Q0、第一电阻R0、 第二电阻R1、第三电阻R2组成。这些元器件组焊(或帮定或集成)于同一封装内(或印制电 路板上)组成模块结构。其上设置有输出正接点‘0+’、输出负接点‘0—’、输入正接点 ‘Σ B + ’、输入负接点‘ ΣΒ - ’、次级控制接点‘CT’、均衡输入接点‘b’、充电控制接点‘Cg’。直流电压变换控制器DC/DC初级、次级隔离，其上设置有输入正脚‘I +’、输入 负脚‘I 一’、输出正脚‘0+’、输出负脚‘0—’，次级控制脚‘CT’，初级控制脚‘ICT’、漏脚 ‘D’、源脚‘S’ ；其输出正脚‘0+’、输出负脚‘0—’即单体充放尾补均衡模块输出正接点 ‘0+’、输出负接点‘0—’(同电位)，其输入正脚‘I +’与单体充放尾补均衡模块输入正接 点‘Σ B +’连接，其输入负脚‘I ―，与单体充放尾补均衡模块输入负接点‘ ΣΒ -，连接， 其初级控制脚‘ICT’与场效应管Ql的栅极、第一光电耦合器IC3的输出光敏三极管IC3t集 电极连接，其漏脚‘D’与场效应管Ql的漏极连接，其源脚‘S’与场效应管Ql的源极连接， 其次级控制脚‘CT’即单体充放尾补均衡模块次级控制接点‘CT’。第一电压检测器ICl为放电均衡电压检测器，其上有输入脚‘I’、输出脚‘0’、公共 脚‘g’ ；第一电压检测器ICI输入‘I’与单体充放尾补均衡模块输出正接点‘0 +’连接， 第一电压检测器ICl输出脚‘0’经第二电阻Rl与第一光电耦合器IC3的输入发光二极管 IC3d正极连接，第一电压检测器公共脚‘g’与单体充放尾补均衡模块输出负接点连接；第 一电压检测器ICi的放电均衡检测电压设置在放电曲线的尾部。场效应管Ql的栅极与第一光电耦合器IC3的输出光敏三极管IC3t集电极、直流 电压变换控制器DC/DC初级控制脚‘ICT’连接，场效应管Ql漏极与直流电压变换控制器 DC/DC的漏脚‘D’连接，场效应管Ql源极与直流电压变换控制器DC/DC的源脚‘S’连接； 场效应管Ql也可以是功率开关三极管。第一光电耦合器IC3为放电均衡控制光电耦合器，其输入发光二极管IC3d正极 经第二电阻Rl与第一电压检测器ICl的输出脚‘0’连接，其输入发光二极管IC3d负极与 单体充放尾补均衡模块输出负接点‘0 ―，连接，输入发光二极管IC3d也与三极管QO的集 电极、发射极并联，输出光敏三极管IC3t集电极与直流电压变换控制器DC/DC初级控制脚 ‘ICT’、场效应管Ql的栅极连接，输出光敏三极管IC3t发射极与单体充放尾补均衡模块输 入负接点‘ΣΒ -’连接。第二光电耦合器IC4为充电均衡控制光电耦合器，其输入发光二极管IC4d正极经 第三电阻R2与单体充放尾补均衡模块均衡输入接点‘b’连接，其输入发光二极管IC4d负 极与单体充放尾补均衡模块的输出负接点‘0 —’连接，其输出光敏三极管IC4t集电极与 单体充放尾补均衡模块的充电控制接点‘Cg’连接。即单体充放尾补均衡模块的控制接点 ‘Cg，设置在第二光电耦合器IC4输出光敏三极管IC4t集电极上。三极管QO基极经第一电阻RO与单体充放尾补均衡模块的均衡输入接点‘b’连 接，三极管QO的集电极、发射极与第一光电耦合器IC3输入发光二极管IC3d并联；三极管 QO也可为场效应管。直流电压变换控制器DC/DC和场效应管Ql工作时，可将电池组电压或外接充电器 输出电压变换为单体电池充电电压。
参见图4，图4为本发明实施例1 (实施例2也可)与有均衡脚单节电池保护集成 电路组成的串联电池组均衡保护系统，该系统由三块单体充放尾补均衡模块(虚线框内)、 三片有均衡脚单节电池保护集成电路protl、放电控制开关DFET、充电控制开关CFET、栅极 电阻Rcg组成，对由三节单体电池(第一单体电池Cel 11、第二单体电池Cel 12、第三单体电 池Cell3)串联电池组实施均衡和保护管理。各单体电池正极、负极都与对应并联的单体充 放尾补均衡模块(虚线框内)的输出正、负接点‘0 +.0-'连接，三块单体充放尾补均衡模 块(虚线框内)的输入正接点‘Σ B + ’都连接电池组正极，三块单体充放尾补均衡模块(虚 线框内)输入负接点‘ΣΒ - ’相连接，三块单体充放尾补均衡保护模块(虚线框内)的充电 控制接点‘Cg’都连接充电控制开关CFET栅极，充电控制开关CFET栅极经栅极电阻Rcg连 接电池组正极。各单节有均衡脚电池保护集成电路protl的均衡脚‘CB’、过充电脚‘CO’都 与对应并联的单体充放尾补均衡模块的均衡输入接点‘b’、次级控制接点‘CT’连接；各单 节有均衡脚电池保护集成电路protl的输入脚‘VD’、‘VS’都与对应并联的单体电池正极、 负极连接。该系统还设置有继电器Jl、开关Kl。开关Kl为充电器插座开关，与充电器插座一 体，当充电器插头插入，开关Kl的常开触头接通，开关Kl的常闭触头断。开关Kl常开触头 连接在电池组正极、继电器Jl线包之间，开关Kl常闭触头连接在电池组负极与单体充放尾 补均衡模块的输入负接点‘ΣΒ -，之间。继电器Jl的线包、充电控制开关CFET、开关Kl的常开触头串联后并接于电池组 正极与充电器负端输入接口 ‘EC-’之间，继电器Jl的常开触头连接在充电器负端输入接口 ‘EC-’与电池组均衡保护管理系统负端 Β-’之间，继电器Jl的常闭触头连接在充电器负 端输入接口 ‘EC-’与均衡模块的输入负接点‘ ΣΒ -，之间。参见图4，图4为本发明实施例1与有均衡脚单节电池保护集成电路组成的电池组 均衡保护管理系统原理框图，图4实施超越现有技术的充电过程如下充电均衡电压由有 均衡脚单节电池保护集成电路protl实施检测。 在全部单体电池电压都小于充电均衡检测电压时，有均衡脚电池保护集成电路 protl的‘CB’脚为低电位，各充电均衡控制光电耦器IC4都截止，各充电控制接点‘Cg’都 为高电位，充电控制开关CFET导通，继电器Jl吸合，外接充电器经充电器负端输入接口 ‘EC-’、继电器Jl的常开触头对串联电池组充电。当任一单体电池电压上升到充电均衡检测电压时，有均衡脚单节电池保护集成电 路protl的‘CB’脚由低电位变为高电位，而使第二光电耦合器IC4的输入发光二极管IC4d 导通发光，输出光敏三极管IC4t导通，充电控制接点‘Cg’变为低电位，充电控制开关CFET 截止，继电器Jl释放，电池组的充电被继电器Jl的常开触头切断而停止充电，外接充电器 经接口 ‘EC-’、经继电器Jl的常闭触头至单体充放尾补均衡模块(虚线框内)的输入负接点 ‘ΣΒ - ’ ；同时因有均衡脚单节电池保护集成电路protl的‘CB’脚为高电位，三极管QO导 通，使第一光电耦合器IC3输入发光二极管IC3d截止，输出光敏三极管IC3t截止而呈高 阻抗，场效应管Q1、直流电压变换控制器DC/DC导通，将外接充电器输出电压变换为单体电 池充电电压，即各单体充放尾补均衡模块的输出电压分别独立对各单体电池小电流补充充 电，即实施独立充电尾部均衡。当某个单体电池达到过充电检测电压时，有均衡脚单节电池保护集成电路protl上的过充电脚‘CO’的电位变化加至单体充放尾补均衡模块的次级控制接点‘CT’，而使直 流电压变换控制器DC/DC、场效应管Ql截止，实现了该单体电池独立过充电保护。当另一单 体电池又达到过充电检测电压时，与此单体电池并联的直流电压变换控制器DC/DC、场效应 管Ql又被截止，直到电池组中全部单体电池被满充电。图4实施超越现有技术的放电过程如下当电池组放电至放电曲线尾部时，某一 单体充放尾补均衡模块中的第一电压检测器ICI检测到与之并联单体电池电压达到放电 均衡检测电压时，此第一电压检测器ICl的输出‘0’脚由高电位变为低电位，使第一光电耦 合器IC3输入发光二极管IC3d截止不发光，IC3t截止而呈高阻抗，从而使直流电压变换控 制器DC/DC、场效应管Ql导通(电池组负极已经经开关Kl的常闭触头加到单体充放尾补均 衡模块的输入负接点‘ΣΒ - ’)，将电池组电压变换为单体电池充电电压，单体充放尾补均 衡模块的输出电压独立对此单体电池充电，即电池组对此单体电池补充能量，实施电池组 对单体电池的电量转移，即放电尾部独立均衡。当另一单体电池电压又降低到放电均衡检测电压时，与此单体电池并联的单体充 放尾补均衡模块中的直流电压变换控制器DC/DC、场效应管Ql导通，如上述过程自动进行 放电尾部均衡；且可多个单体充放尾补均衡模块同时对各自连接的单体电池进行独立放电 尾部均衡。从上述工作过程可见，每节单体电池并联一块本发明单体充放尾补均衡模块实施 单体独立均衡；本发明单体充放尾补均衡模块充电均衡检测电压设置在充电曲线尾部(通 常为充电达到电池满额容量的90%以上)，放电均衡检测电压设置在放电曲线尾部(通常为 放电达到电池满额容量的20%以下);充电到尾部时外接充电器经本发明单体充放尾补均衡 模块对单体电池小电流补充充电，放电到尾部时电池组经本发明单体充放尾补均衡模块对 单体电池补充充电，实现了有源电量转移均衡。即实施了串联电池组单体电池独立尾部能 量补充均衡。本发明可实施对任意节串联电池组实施充放电均衡，其极限取决于有均衡脚单节 电池保护集成电路protl可级连数。图4仅是为说明工作原理而举的简单例子。实施例2
参见图2，本发明还可在实施例1的基础上设置与门电路IC5、第四电阻R3。与门电路 IC5的输出脚‘0’连接场效应管Ql栅极，与门电路IC5的第一输入脚‘la’连接直流电压变 换控制器DC/DC的初级控制脚‘ICT’，与门电路IC5的第二输入脚‘lb’连接第一光电耦合 器IC3的输出光敏三极管IC3t集电极，第四电阻R3连接在直流电压变换控制器DC/DC输 入正脚‘I+’与第一光电耦合器IC3的输出光敏三极管IC3t集电极之间。增设与门电路IC5、第四电阻R3可以使第一光电耦合器IC3的驱动电流降低到 μ A量级，亦即使均衡保护管理系统消耗电池组的电流降低。采用本实施例2组成的电池组 均衡保护管理系统同实施例1，不再赘述。实施例3
参见图3，本发明实施例3的基本原理结构同实施例1，不同处即实施例3在实施例 1(用实施例2替换实施例1后构成的另一种实施例3也成立，简便起见未画图)基础上设 置第二电压检测器IC2，第二电压检测器IC2用于检测充电均衡电压，其上有输入脚‘ I ’、输 出脚‘0’、公共脚‘g’ ；第二电压检测器IC2输入脚‘I’与单体充放尾补均衡模块的输出正接点‘0 +’连接，其输出脚‘0’经第三电阻R2与第二光电耦合器IC4的输入发光二极管 IC4d连接，也经第一电阻RO与三极管QO的基极连接，其公共脚‘g’与单体充放尾补均衡模 块输出负接点连接；第二电压检测器IC2的充电均衡检测电压设置在充电曲线尾部。参见图5，图5为本发明一种实施例3 (用实施例2替换实施例1后构成的另一种 实施例3也成立，简便起见未画图)与无均衡脚单节电池保护集成电路prot组成的串联电 池组均衡保护系统，该系统由三块实施例3单体充放尾补均衡模块(虚线框内)，三片无均衡 脚单节电池保护集成电路prot，及同实施例1图4的其他结构组成；充电均衡电压由单体 充放尾补均衡模块内的第二电压检测器IC2检测，当IC2检测到某一单体电池电压达到充 电均衡检测电压时，IC2的输出脚‘0’由低电位变为高电位，第二光电耦合器IC4导通，充 电控制接点‘Cg’变为低电位，系统的充电控制开关CFET截止，外接充电器停止对电池组充 电，同时实施例2单体充放尾补均衡模块的三极管QO导通，第一光电耦合器IC3截止，场效 应管Ql、直流电压变换控制器DC/DC导通，将外接充电器输出电压变换为单体电池充电电 压，各单体充放尾补均衡模块的输出电压分别独立对各单体电池小电流补充充电，实施独 立充电尾部均衡；其放电均衡过程同图4，不赘述；无均衡脚单节电池保护集成电路prot的 过充电脚连接单体充放尾补均衡模块的次级控制接点‘CT’，实施对单体电池独立过充电保 护，其他保护功能，为现有技术，也不赘述。根据上述原理，本发明可以与各种不同功能的电池保护集成电路组合成串联动力 电池组均衡保护管理系统，可以有各种不同应用外围电路拓扑，例如与无均衡脚多节电池 保护集成电路组成的串联电池组均衡保护系统，例如与有均衡脚多节电池保护集成电路组 成的串联电池组均衡保护系统，众多的实施例在此就不一一列举了。对本发明中的现有技术(例如放电保护技术)不作赘述。
权利要求
1.一种单体充放尾补均衡模块，其特征是设置有直流电压变换控制器、第一电压检 测器、第一光电耦合器、第二光电耦合器、场效应管、三极管、第一电阻、第二电阻、第三电 阻，且组焊成模块结构，单体充放尾补均衡模块的输出正接点与直流电压变换控制器的输 出正脚、第一电压检测器输入脚连接，单体充放尾补均衡模块的输出负接点与直流电压变 换控制器的输出负脚、第一电压检测器的公共脚、第一光电耦合器的输入发光二极管负极、 第二光电耦合器的输入发光二极管负极、三极管的发射极连接，单体充放尾补均衡模块的 输入正接点与直流电压变换控制器的输入正脚连接，单体充放尾补均衡模块的输入负接点 与直流电压变换控制器的输入负脚、第一光电耦合器的输出光敏三极管发射极、第二光电 耦合器的输出光敏三极管发射极连接，单体充放尾补均衡模块的次级控制接点与直流电压 变换控制器的次级控制脚连接，单体充放尾补均衡模块的均衡输入接点与第一电阻、第三 电阻的一端连接，第一电阻、第三电阻的另一端分别与三极管基极、第一光电耦合器的输入 发光二极管正极连接，单体充放尾补均衡模块的充电控制接点与第二光电耦合器的输出光 敏三极管集电极连接，直流电压变换控制器的初级控制脚与场效应管的栅极、第一光电耦 合器的输出光敏三极管集电极连接，直流电压变换控制器的漏脚与场效应管漏极连接，直 流电压变换控制器的源脚与场效应管源极连接，第一电压检测器的输出脚经第二电阻与第 一光电耦合器输入发光二极管正极连接，第一光电耦合器的输入发光二极管正极也与三极 管的集电极连接。
2.根据权利要求1所述的单体充放尾补均衡模块，其特征是还设置有与门电路、第 四电阻，直流电压变换控制器的初级控制脚、第一光电耦合器的输出光敏三极管集电极分 别接与门电路的输入脚，与门电路的输出脚连接场效应管栅极，第四电阻连接在直流电压 变换控制器输入正脚与第一光电耦合器的输出光敏三极管集电极之间。
3.根据权利要求1或2所述的单体充放尾补均衡模块，其特征是还设置有第二电压 检测器，第二电压检测器输入脚与单体充放尾补均衡模块输出正接点连接，第二电压检测 器输出脚与单体充放尾补均衡模块的均衡输入接点连接，第二电压检测器公共脚与单体充 放尾补均衡模块输出负接点连接。
4.根据权利要求1或2所述的单体充放尾补均衡模块，其特征是场效应管为功率开 关三极管。
5.根据权利要求1或2所述的单体充放尾补均衡模块，其特征是三极管为场效应管。
6.一种电池组均衡保护管理系统，设置有放电控制开关、充电控制开关，其特征是还 设置有与单体电池节数相同的有均衡脚单节电池保护集成电路、如权利要求1或2所述的 单体充放尾补均衡模块，以及继电器、充电器插座开关、栅极电阻，单体电池串联组成电池 组，各单体充放尾补均衡模块的输出正接点、输出负接点都与对应的单体电池正极、负极连 接，各单体充放尾补均衡模块的均衡输入接点、次级控制接点都与对应的有均衡脚单节电 池保护集成电路的均衡脚、过充电脚连接，各单体充放尾补均衡模块的输入正接点都连接 电池组正极，各单体充放尾补均衡模块的输入负接点都经充电器插座开关常闭触头连接电 池组负极，各单体充放尾补均衡模块的充电控制接点都连接充电控制开关的栅极，充电控 制开关栅极经栅极电阻与电池组正极连接，充电器插座开关常开触头、继电器线包、充电控 制开关串联后接在电池组正极与充电器负端输入接口之间，继电器常开触头连接在充电器 负端输入接口与电池组均衡保护管理系统负端之间，继电器常闭触头连接在充电器负端输入接口与单体充放尾补均衡模块的输入负接点之间，各有均衡脚单节电池保护集成电路输 入正脚、负脚都与对应的单体电池正极、负极连接。
7. —种电池组均衡保护管理系统，设置有放电控制开关、充电控制开关，其特征是还 设置有与单体电池节数相同的无均衡脚单节电池保护集成电路、如权利要求3所述的单体 充放尾补均衡模块，以及继电器、充电器插座开关、栅极电阻，单体电池串联组成电池组，各 单体充放尾补均衡模块的输出正接点、输出负接点都与对应的单体电池正极、负极连接，各 单体充放尾补均衡模块的次级控制接点都与对应的无均衡脚单节电池保护集成电路的过 充电脚连接，各单体充放尾补均衡模块的输入正接点都连接电池组正极，各单体充放尾补 均衡模块的输入负接点都经充电器插座开关常闭触头连接电池组负极，各单体充放尾补均 衡模块的充电控制接点都连接充电控制开关的栅极，充电控制开关栅极经栅极电阻与电池 组正极连接，充电器插座开关常开触头、继电器线包、充电控制开关串联后接在电池组正极 与充电器负端输入接口之间，继电器常开触头连接在充电器负端输入接口与电池组均衡保 护管理系统负端之间，继电器常闭触头连接在充电器负端输入接口与单体充放尾补均衡模 块的输入负接点之间，各无均衡脚单节电池保护集成电路输入正脚、负脚都与对应的单体 电池正极、负极连接。
全文摘要
本发明涉及一种单体充放尾补均衡模块及其电池组均衡保护管理系统，该单体充放尾补均衡模块设置有直流电压变换控制器、第一电压检测器、第一光电耦合器、第二光电耦合器、场效应管、三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻。所述模块上设有输出正接点，输出负接点，输入正接点，输入负接点，次级控制接点，均衡输入接点，充电控制接点。该电池组均衡保护管理系统设置有放电控制开关、充电控制开关、与单体电池数量相同的单体充放尾补均衡模块和有均衡脚(或无均衡脚)单节电池保护集成电路，以及继电器、充电器插座开关、栅极电阻。本发明电路简单；独立充放电尾部均衡；损耗电池组的能量低；组配电池组时各单体电池之间的容量和内阻误差可放宽。
文档编号H02J7/00GK102136750SQ20111008432
公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者宋锡和 申请人:宋锡和