专利名称：一种电池电压均衡电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电池组的单节电池的电量均衡技术，更具体的说是涉及一种电池电压均衡电路。
背景技术：
电池均衡器的工作方式通过采集各单体电池的电压，把高电压单体电池的能量转移到低电压的单体电池中，进而实现两个或更多个单体电池之间电压的均衡。目前市场上的均衡器实现方式复杂，常见的电压均衡方法有蓄电池容量均衡法、蓄电池SOC均衡法和蓄电池电压均衡法，前两种方法虽然精度高但是难以控制，实用性差，后者较易控制和实现，但是就目前而言，普遍存在均衡速度均不够快，均衡精度不高，成本大，效率低。 发明内容本实用新型的目的是提供一种具有高效率、低成本的电池电压均衡电路，且能极大的提高电量的均衡速度和精度。本实用新型所提供的电池电压均衡电路的技术方案如下一种电池电压均衡电路，包括能量转移模块、主控制电路模块、以及与各单体电池相连的开关电路模块和电压采集模块，其中所述开关电路模块和电压采集模块接入所述主控制电路模块，所述能量转移模块经开关电路模块而连接于各单体电池，所述单体电池是偶数个且相互串联，其特征在于，所述单体电池被分成若干组，所述主控制电路模块基于电压采集模块所采集的电压信号来计算并比较各电池组之间的电压大小关系，并通过控制各开关电路模块使得电压较大的电池组经能量转移模块将其较大电压值均衡给电压较小的电池组。进一步的根据本实用新型所述的电池电压均衡电路，于每个单体电池两端都连接有一开关电路模块和一电压采集模块，用于对每个单体电池进行充放电通断控制和电压信号采集，各开关电路模块和电压采集模块均连接于主控制电路模块，所述主控制电路模块进一步控制各电池组内单体电池间的电压均衡。进一步的根据本实用新型所述的电池电压均衡电路，所述主控制电路模块采用单片机电路处理模块，具有比较计算功能。进一步的根据本实用新型所述的电池电压均衡电路，所述电压采集模块包括接至单体电池端的两个串联电阻及与其中一电阻并联的电容，两个串联电阻的一端连接于单体电池，另一端接地，且所述电容并联于该接地端的电阻两端以形成RC电路，且其并联节点接入主控制电路模块。进一步的根据本实用新型所述的电池电压均衡电路，各开关电路模块具有相同的结构，每个开关电路模块包括NPN晶体管、PNP晶体管、N沟道的增强型MOS管以及若干电阻，其中NPN晶体管的基极通过基极电阻接入主控制电路模块，其发射极接地，且其基极与发射极之间设置有偏置电阻，其集电极通过集电极电阻接入PNP晶体管的基极，PNP晶体管发射极接一电压源VCC，且PNP晶体管的基极通过上拉电阻与所述电压源相接，PNP晶体管的集电极接入所述MOS管的栅极并同时通过集电极电阻而接地；所述MOS管的漏极接入所述单体电池，其源极接入能量转移模块。进一步的根据本实用新型所述的电池电压均衡电路，所述能量转移模块由耐压值为50V、容量为1000UF的极性电容构成。 进一步的根据本实用新型所述的电池电压均衡电路，所述均衡电路用于对相互串联的四节单体电池V1、V2、V3、V4的电压进行均衡，并包括有10个开关电路模块Q1-Q10，所述能量转移模块由两个极性电容Cl、C2构成，其电路连接结构为单体电池Vl的负极端接地，开关电路模块Q1、Q3、Q5、Q7的一端分别连接于单体电池VI、V2、V3、V4的负极端，电容Cl的负极端同时连接于开关电路模块Q5、Q7的另一端，并经开关电路模块Q9而同时连接于开关电路1旲块Q3、Q1的另一端，电容C2的负极端同时连接于开关电路|旲块Q1、Q3的另一端，并经开关电路1旲块Q9而同时连接于开关电路|旲块Q5、Q7的另一端；开关电路|旲块Q2、Q4、Q6、Q8的一端分别连接于单体电池V1、V2、V3、V4的正极端，电容Cl的正极端同时连接于开关电路模块Q8、Q6的另一端，并经开关电路模块QlO而同时连接于开关电路模块Q4、 Q2的另一端，电容C2的正极端同时连接于开关电路模块Q2、Q4的另一端，并经开关电路模块QlO而同时连接于开关电路模块Q6、Q8的另一端。进一步的根据本实用新型所述的电池电压均衡电路，所述单体电池Vl和V2构成第一电池组，单体电池V3和V4构成第二电池组，所述主控制电路模块通过控制各开关电路模块来均衡所述第一电池组和第二电池组间的电压。进一步的根据本实用新型所述的电池电压均衡电路，所述主控制电路模块进一步通过控制相应开关电路模块来均衡所述第一电池组内的单体电池VI、V2之间的电压以及第二电池组内的单体电池V3、V4之间的电压。本实用新型所述的电池电压均衡电路的技术效果通过本实用新型所述的电池电压均衡电路，能够精确的实现各电池组间以及电池组内各单体电池间的电压电量均衡，具有电路结构简单、单向式均衡、效率高、成本低的优点，且由于各电池组内的单体电池的均衡互不干扰，能同时进行，缩短了均衡时间，提高了均衡速度、精度和工作效率。
图I是本实用新型电路原理示意框图；图2是本实用新型所提供的电池电压均衡电路结构图；图3是电压采集模块的电路结构图；图4是开关电路模块的电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细的描述，但并不意味着将本实用新型的范围限制于此。如图I所示，本实用新型提供的电池电压均衡电路，包括与各单体电池相连的开关电路模块、电压采集模块，能量转移模块和主控制电路模块，其中，所述开关电路模块和电压采集模块接入主控制电路模块，所述能量转移模块经开关电路模块而连接于单体电池，所述单体电池是偶数个，通过将偶数个单体电池相互串联成一个电池组，且于每个单体电池两端都连接有一开关电路模块和一电压采集模块，用于对每个单体电池进行充放电通断控制和电压采集。各开关电路模块和电压采集模块均连接于主控制电路模块，各电压采集模块的采集信号输出至主控制电路模块，主控制电路模块基于这些采集电压信号而控制对应开关电路模块的通断，所述能量转移模块用于将高电压单体电池组的电压转移至低电压的单体电池组，这种转移通过主控制电路模块对各开关电路模块的选择控制而实现。本实用新型提供的上述电池电压均衡电路的基本工作原理是首先将偶数个相互串联的单体电池分成两大组，然后计算每组电池的电压，这种计算通过主控制电路模块将电压采集模块在每组电池组中所采集的最大电压值减去最小电压值来得到，再比较两大电池组间的电压大小关系，并通过主控制电路模块根据程序控制与具有较大电压的电池组连接的部分开关电路模块接通以将该电池组中的较大电压输出存储至能量转移模块，然后再关闭该部分开关电路模块，并开启与具有较小电压的电池组连接的开关电路模块以将能量转移模块中存在的电压能量提供至该电池组，然后继续实时检测两大电池组间的电压大小 关系、并反复进行上述均衡过程直至实现两大电池组间的电压均衡，同理对于各个电池组内的所有单体电池也通过类似的方法进行电压均衡，即先进行电池分组，然后通过电压采集模块采集各组的电压信号并通过主控制电路模块计算其电压大小，再经由主控制电路模块控制各组间电压能量的转移。在该原理的指导下，本实用新型结构简单，单向式均衡，各电池组内的单体电池的均衡互不干扰，能同时进行，缩短了均衡时间，提高了工作效率。以下以四节单体电池为例详细说明本实用新型的技术方案，如附图2所示，四个单体电池V1、V2、V3、和V4相互串联，所有开关电路模块Ql-QlO都处于断开状态，为简化起见以下将各开关电路模块简称为开关管Q1-Q10，因为如后所述这种开关电路模块是基于开关管而实现的。根据本均衡电路的原理，首先将其分成2个电池组，即Vl和V2构成第一电池组，V3和V4构成第二电池组，这时通过电压采集电路分别采集第一电池组电压V5 (即电池Vl与V2的总电压值，因其负端接地故值为V5)和所有电池的电压V6，则第二电池组的电压为V6 - V5，然后比较两大电池组之间的电压关系即V5与V6 — V5之间电压值的大小关系，如果V5 < V6 - V5，则表明第二电池组的电压大于第一电池组的电压，此时主控制电路模块对各开关电路模块(开关管)的控制如下首先闭合开关管Q8和Q5，使得第二电池组的能量转移到能量转移模块中的极性电容Cl中，然后断开开关管Q8和Q5，并闭合开关管Q9、Q10、Q4和Ql，将极性电容Cl储存的能量转移给第一电池组，整个过程会持续一段时间，然后电压采集模块再次实时采集电压上述电压V5、V6并传输给主控制电路模块对V5和V6 - V5的电压值进行比较，直到二者差值满足电路设计要求如对于普通的单体电池处于0. 1-0. 3V间，至此完成对第一电池组和第二电池组的电压均衡，也就是说经过上述均衡过程两大电池组间的电压基本处于均衡状态。接着，依据同样的原理实现组内单体电池的均衡，如第二电池组中单体电池的均衡具体是先采集各电池电压，然后通过比较V6 — V7与V7 — V5的差值，当其差值超出电路设定控制范围时，如(V6 - V7) XV7 - V5)，且差值大于0. 2V时，主控制电路模块控制各开关电路模块，使电路中的各开关管(即MOCS管)的状态如下闭合Q7和Q8，使V4上的电量转移到电容Cl中，之后再断开Q7和Q8，闭合Q6和Q5，将电量转移给V3，整个过程会持续一段时间，同时电压米集模块实时米集电压V5、V6和V7并传输给单片机处理模块对(V6 - V7)和(V7 - V5)的电压值进行上述比较，直到二者差值满足电路设计要求，至此完成对V4和V3的电压均衡。与此同时，第一电池组中的单体电池Vl和V2也以同样的方式进行均衡。而且在V4与V3进行电压均衡的过程中，通过单片机控制使得开关管Q9和QlO处于断开状态，这样由Vl与V2形成的电池组组I和由V3与V 4形成的电池组组2就处于相互隔离状态。也即，电池组组2实现组内均 衡的同时，电池组组I也可以实现组内均衡即Vl与V2间的均衡。由此可见通过本均衡电路可以实现多组电池组内单节电池的同时均衡，缩短了均衡时间，提高了工作效率。值得注意的是，本实用新型涉及的单节电池是由多个单体电池串联而成的。从上述实施例可以看出本实用新型所述均衡电路的实现过程主要借助于采集电压、比较和能量转移控制来实现的，以下对适用于上述实施例的电压采集模块、开关电路模块以及主控制电路模块进行具体的描述上述主控制电路模块可采用单片机电路处理模块，其具有比较计算功能，并连接于各电压采集模块和开关电路模块，以根据电压采集模块的采集信号而控制开关电路模块的通断。所述的电压采集模块可采用附图3所示的结构，如图3所示，该电压采集模块包括接至单体电池端VCC的两个串联电阻及与其中一电阻并联的电容组成，两个串联电阻一端连接于单体电池用于感测该单体电池的电压，另一端接地，且所述电容并联于该接地端的电阻两端以形成Re电路，且其并联节点接入主控制电路模块ID，已将采集到的单体电池电压传输至主控制电路模块。所述的各开关电路模块如附图4中所示，Ql-QlO可采用相同的开关电路模块，这种开关电路模块能够响应主控制电路模块的控制信号而进行开闭操作，如附图4所示(SP附图2中所述Ql-QlO中的任一个)，这种开关电路模块主要由NPN晶体管、PNP晶体管和N沟道的增强型MOS管以及电阻构成，其中NPN晶体管的基极通过基极电阻接入主控制电路模块ID，其发射极接地，且其基极与发射极之间设置有偏置电阻，其集电极通过集电极电阻接入PNP晶体管的基极，PNP晶体管发射极接一电压源VCC (可通过单体电池提供)，且PNP晶体管的基极通过上拉电阻与该电压源相接，同时与PNP晶体管的发射极相接，该上拉电阻的另一端接在NPN晶体管的集电极电阻与PNP晶体管的基极之间；PNP晶体管的集电极接入所述MOS管的栅极的同时，通过其集电极电阻接地；所述MOS管的漏极接入所述单体电池VCC，其源极接入能量转移模块ID1-ID2的对应电极端，本实用新型提供的均衡电路中的能量转移模块(也可叫做充放电模块)主要是由耐压值为50V、容量为1000UF的极性电容构成。以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将其技术方案限制于此，本领域技术人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，如上所述实用新型的技术发明点是通过主控制电路模块控制各开关电路模块来进行各电池组间以及组内电池间电压能量的转移以实现电压均衡，在该发明点的前提下所作的任何公知变形都属于本实用新型的技术范畴，如本领域技术人员能够将本实用新型的电路结构应用于8节、16节……2n节单体电池组中的电压均衡，可以采用基于MOS管的其他开关电路模块结构，只要其在接受主控制模块的驱动而能够选择性 的进行开断控制即可，当然电压采集模块、能量转移模块也可采用本领域中熟知的其他结构，等等这些都属于本实用新型的技术范畴，本实用新型的保护范围以权利要求书的记载为准。
权利要求1.一种电池电压均衡电路，包括能量转移模块、主控制电路模块、以及与各单体电池相连的开关电路模块和电压采集模块，其中所述开关电路模块和电压采集模块接入所述主控制电路模块，所述能量转移模块经开关电路模块而连接于各单体电池，所述单体电池是偶数个且相互串联，其特征在于，所述单体电池被分成若干组，所述主控制电路模块基于电压采集模块所采集的电压信号来计算并比较各电池组之间的电压大小关系，并通过控制各开关电路模块使得电压较大的电池组经能量转移模块将其较大电压值均衡给电压较小的电池组。
2.根据权利要求I所述的电池电压均衡电路，其特征在于，于每个单体电池两端都连接有一开关电路模块和一电压采集模块，用于对每个单体电池进行充放电通断控制和电压信号采集，各开关电路模块和电压采集模块均连接于主控制电路模块，所述主控制电路模块进一步控制各电池组内单体电池间的电压均衡。
3.根据权利要求I或2所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述主控制电路模块采用单片机电路处理模块，具有比较计算功能。
4.根据权利要求I或2所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述电压采集模块包括接至单体电池端的两个串联电阻及与其中一电阻并联的电容，两个串联电阻的一端连接于单体电池，另一端接地，且所述电容并联于该接地端的电阻两端以形成RC电路，且其并联节点接入主控制电路模块。
5.根据权利要求I或2所述的电池电压均衡电路，其特征在于，各开关电路模块具有相同的结构，每个开关电路模块包括NPN晶体管、PNP晶体管、N沟道的增强型MOS管以及若干电阻，其中NPN晶体管的基极通过基极电阻接入主控制电路模块，其发射极接地，且其基极与发射极之间设置有偏置电阻，其集电极通过集电极电阻接入PNP晶体管的基极，PNP晶体管发射极接一电压源VCC，且PNP晶体管的基极通过上拉电阻与所述电压源相接，PNP晶体管的集电极接入所述MOS管的栅极并同时通过集电极电阻而接地；所述MOS管的漏极接入所述单体电池，其源极接入能量转移模块。
6.根据权利要求I或2所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述能量转移模块由耐压值为50V、容量为1000UF的极性电容构成。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述均衡电路用于对相互串联的四节单体电池VI、V2、V3、V4的电压进行均衡，并包括有10个开关电路模块Q1-Q10，所述能量转移模块由两个极性电容C1、C2构成，其电路连接结构为单体电池Vl的负极端接地，开关电路模块Ql、Q3、Q5、Q7的一端分别连接于单体电池Vl、V2、V3、V4的负极端，电容Cl的负极端同时连接于开关电路模块Q5、Q7的另一端，并经开关电路模块Q9而同时连接于开关电路模块Q3、Q1的另一端，电容C2的负极端同时连接于开关电路模块Q1、Q3的另一端，并经开关电路|旲块Q9而同时连接于开关电路|旲块Q5、Q7的另一端；开关电路模块Q2、Q4、Q6、Q8的一端分别连接于单体电池VI、V2、V3、V4的正极端，电容Cl的正极端同时连接于开关电路模块Q8、Q6的另一端，并经开关电路模块QlO而同时连接于开关电路模块Q4、Q2的另一端，电容C2的正极端同时连接于开关电路模块Q2、Q4的另一端，并经开关电路1旲块QlO而同时连接于开关电路|旲块Q6、Q8的另一端。
8.根据权利要求7所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述单体电池Vl和V2构成第一电池组，单体电池V3和V4构成第二电池组，所述主控制电路模块通过控制各开关电路模块来均衡所述第一电池组和第二电池组间的电压。
9.根据权利要求8所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述主控制电路模块进一步通过控制相应开关电路模块来均衡所述第一电池组内的单体电池VI、V2之间的电压以及第二电池组内的单体电池V3、V4之间的电压。
专利摘要本实用新型提供一种电池电压均衡电路，包括能量转移模块、主控制电路模块、以及与各单体电池相连的开关电路模块和电压采集模块，其中所述开关电路模块和电压采集模块接入所述主控制电路模块，所述能量转移模块经开关电路模块而连接于各单体电池，所述单体电池是偶数个且相互串联，所述单体电池被分成若干组。通过本实用新型所述的电池电压均衡电路，能够精确的实现各电池组间以及电池组内各单体电池间的电压电量均衡，具有电路结构简单、单向式均衡、效率高、成本低等优点。
文档编号H02J7/00GK202474923SQ20122004166
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者朱得亚, 邓飞贺 申请人:奇瑞汽车股份有限公司