专利名称：电池组单元电池均衡充电控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源技术和电力电子技术领域，尤其涉及一种电池组单元电池均衡充电控制器。
背景技术：
在国防和电动汽车领域，要求电池组输出电压较高的应用场合越来越多，尤其是要求所使用的动力型电池组的输出电压不断提高。电池组由一些列的单元电池串联而成，每个单元电池的标称电压只有几伏。由于各个单元电池在性能上存在差异，电池组使用一定次数即经过多轮的充电和放电次数后，各个单元电池的电源电压就会出现不一致的想象。由于使用时，每个单元电池既不能过充也不能过放；否则，一个单元电池损坏，整个电池组都无法正常使用。为了使电池组的每个单元电池的容量在循环使用过程中都能得到充分发挥，最为理想的手段是在动力型电池组充电时对各个单元电池采取有效的均衡充电措施，保证充电完毕时所有单元电池的电源电压基本一致，这样对于提高电池组的寿命具有积极的意义。否则随着充放电次数的增加电池组的总体容量要不断降低，产生电池组寿命降低，有时还会发生安全事故。目前，电池组均衡方案主要有能耗性和非能耗型两种。能耗性均衡充电电路是在每个单元电池旁通过开关器件并联一个电阻，通过开通并联电阻消耗充满电单元电池的能量来实现均衡，使得未充满电的电池继续充电，避免了已经充满电的电池过充。非能耗型均衡充电电路有多种方式，最具有代表性的是多电容均衡、单个电容均衡、电感均衡、变压器控制均衡电路。它们各有特点，大都处在探索研究阶段。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明提出一种以由电感和电容两种储能元件与两只功率MOSFET和二只肖特基二极管构成的升降压电路为核心的电池组单元电池均衡充电器。本发明是针对于内含η个单元电池电池组的均衡充电而提出的。本发明电池组单元电池均衡充电控制器技术方案是:由与电池组连接插座CZ连接的插头CT，(η+1)个快速熔断器F1、F2、……、Fn、F(η+1)，具有两对常开触点的η个直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn，电阻R1、霍尔式非接触电流传感器HA，储能电感L，两个N沟道功率MOSFET管M1、M2，三个肖特基二极管D1、D2、D3，储能电容C，八个硅快速恢复二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，以及电池组单元电池均衡充电控制管理单元构成；所述的电池组中具有η个单元电池；所述电池组连接插头CT的(η+1)个插针BP、N1、N2、......、Ν(η_2)、Ν(η_1)、ΒΝ通
过(η+1)根导线分别与所 述(η+1)个快速熔断器F1、F2、……、Fn、F(n+l)的一端一一对应相连；所述快速熔断器Fl的另一端通过导线与所述直流继电器SI的常开触点Sl1的固定触点相连；所述快速熔断器F2的另一端通过导线与所述直流继电器SI的常开触点Sl2的固定触点和所述直流继电器S2的常开触点S2i的固定触点相连；所述快速熔断器F3的另一端通过导线与所述直流继电器S2的常开触点S22的固定触点和所述直流继电器S3的常开触点SS1的固定触点相连；依此类推，直至所述快速熔断器F(n-l)的另一端通过导线与所述直流继电器S(n-2)的常开触点3(11-2)2的固定触点和所述直流继电器S(n-l)的常开触点S(I1-1)1的固定触点相连；所述快速熔断器Fn的另一端通过导线与所述直流继电器S(n-l)的常开触点S(n-1)2的固定触点和所述直流继电器Sn的常开触点Sn1的固定触点相连；所述快速熔断器F(η+1)的另一端通过导线与所述直流继电器Sn的常开触点Sn2的固定触点相连；
所述所有直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn的常开触点SlpSZp……'S(I1-1)PSn1的动触点用导线连在一起形成节点P ;所述节点P还通过导线连接到所述电阻Rl的一端，所述节点P通过导线连接到所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子P上；与所述节点P相连的按电流规定方向穿过所述霍尔式非接触电流传感器HA电流检测穿孔的导线同时与所述硅快速恢复二极管D4的阳极、所述肖特基二极管D3的阴极和所述储能电感L的一端相连；所述所有直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn的常开触点S12、S22、……、S(n_l)2、Sn2的动触点用导线连接在一起形成节点N ;所述节点N通过导线连接到所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子N上；所述节点N还通过导线同时与所述电阻Rl的另一端、所述硅快速恢复二极管Dll的阴极、所述肖特基二极管D3的阳极、所述N沟道功率MOSFET管M2的源极、所述肖特基二极管D2的阳极和所述储能电容C的负极相连；所述霍尔式非接触电流传感器HA通过正负两根直流电源线和一根信号线构成的电缆线通过插接件连接至所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元的插接件座Jl上；八个硅快速恢复二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11之间为阴极和阳极依次串联；即:所述硅快速恢复二极管D4的阴极与所述硅快速恢复二极管D5的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D5的阴极与所述硅快速恢复二极管D6的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D6的阴极与所述硅快速恢复二极管D7的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D7的阴极与所述硅快速恢复二极管D8的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D8的阴极与所述硅快速恢复二极管D9的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D9的阴极与所述硅快速恢复二极管DlO的阳极相连；所述硅快速恢复二极管DlO的阴极与所述硅快速恢复二极管Dll的阳极相连；所述储能电感L的另一端通过导线同时与所述N沟道功率MOSFET管Ml的源极、所述肖特基二极管Dl的阳极、所述N沟道功率MOSFET管M2的漏极和所述肖特基二极管D2的阴极相连；所述N沟道功率MOSFET管Ml的漏极通过导线同时与所述肖特基二极管Dl的阴极、所述储能电容C的正极和所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子C+相连；所述N沟道功率MOSFET管Ml的栅极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子IG相连；所述N沟道功率MOSFET管Ml的源极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子IS相连；所述N沟道功率MOSFET管M2的栅极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子2G相连；所述N沟道功率MOSFET管M2的源极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子2S相连；所述所有直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn的线圈设置在所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元内；所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元工作时由外部电源供电；所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元以微处理器为核心，实现电池组单元电池均衡充电控制。与现有技术相比，本发明的有益效果是:由于本发明是一款以由电感和电容两种储能元件与两只功率MOSFET和二只肖特基二极管构成的升降压电路为核心的电池组单元电池均衡充电控制器。在该均衡充电器的电路中，电感和电容构成一个典型的二阶振荡电路，再利用功率开关管构成的升降压电路，可以极其快捷方便实现电源电压相差极小的各个单元电池间的能量转移。本发明电池组单元电池均衡充电器受微处理器(数字信号处理器)控制，按部就班地完成储能电容预充电，电池组各个单元电池电源电压巡检与存储,容量偏高的单元电池向容量偏低的单元电池转移能量等各项工作。本发明在均衡充电电路中设置了必要的保护环节，确保电池组安全。
附图是本发明电池组单元电池均衡充电控制器电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。如附图所示，本发明一种电池组单元电池均衡充电控制器，由与电池组连接插座CZ连接的插头(^，(11+1)个快速熔断器？1、？2、……、Fn、F(n+l)，具有两对常开触点的η个直流继电器S1、S2、……、S (η-1)、Sn，电阻Rl、霍尔式非接触电流传感器HA，储能电感L，两个N沟道功率MOSFET管Ml、Μ2，三个肖特基二极管D1、D2、D3，储能电容C，八个硅快速恢复二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、DIO、D11，以及电池组单元电池均衡充电控制管理单元构成。所述的电池组中具有η个单元电池；所述电池组连接插头CT的(η+1)个插针ΒΡ、N1、Ν2、……、N (n-2)、N (n-1)、BN通过(η+1)根导线分别与所述(η+1)个快速熔断器Fl、F2、......、Fn、F(n+l)的一端——对应相连。所述快速熔断器Fl的另一端通过导线与所述直流继电器SI的常开触点Sl1的固定触点相连；所述快速熔断器F2的另一端通过导线与所述直流继电器SI的常开触点Sl2的固定触点和所述直流继电器S2的常开触点S2i的固定触点相连；所述快速熔断器F3的另一端通过导线与所述直流继电器S2的常开触点S22的固定触点和所述直流继电器S3的常开触点SS1的固定触点相连；依此类推，直至所述快速熔断器F (η-l)的另一端通过导线与所述直流继电器S(n-2)的常开触点3(11-2)2的固定触点和所述直流继电器S(n-l)的常开触点S(I1-1)1的固定触点相 连；所述快速熔断器Fn的另一端通过导线与所述直流继电器S(η-l)的常开触点S(n-1)2的固定触点和所述直流继电器Sn的常开触点Sn1的固定触点相连；所述快速熔断器F(η+1)的另一端通过导线与所述直流继电器Sn的常开触点Sn2的固定触点相连。所述所有直流继电器S1、S2、……、S(n_l)、Sn的常开触点SlpSZp……'S(I1-1)PSn1的动触点用导线连在一起形成节点P ;所述节点P还通过导线连接到所述电阻Rl的一端，所述节点P通过导线连接到所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子P上；与所述节点P相连的按电流规定方向穿过所述霍尔式非接触电流传感器HA电流检测穿孔的导线同时与所述硅快速恢复二极管D4的阳极、所述肖特基二极管D3的阴极和所述储能电感L的一端相连。所述所有直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn的常开触点S12、S22、……、S(n_l)2、Sn2的动触点用导线连接在一起形成节点N ;所述节点N通过导线连接到所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子N上；所述节点N还通过导线同时与所述电阻Rl的另一端、所述硅快速恢复二极管Dll的阴极、所述肖特基二极管D3的阳极、所述N沟道功率MOSFET管M2的源极、所述肖特基二极管D2的阳极和所述储能电容C的负极相连。所述霍尔式非接触电流传感器HA通过正负两根直流电源线和一根信号线构成的电缆线通过插接件连接至所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元的插接件座Jl上。八个硅快速恢复二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11之间为阴极和阳极依次串联；即:所述硅快速恢复二极管D4的阴极与所述硅快速恢复二极管D5的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D5的阴极与所述硅快速恢复二极管D6的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D6的阴极与所述硅快速恢复二极管D7的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D7的阴极与所述硅快速恢复二极管D8的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D8的阴极与所述硅快速恢复二极管D9的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D9的阴极与所述硅快速恢复二极管DlO的阳极相连；所述硅快速恢复二极管DlO的阴极与所述硅快速恢复二极管Dll的阳极相连。所述储能电感L的另一 端通过导线同时与所述N沟道功率MOSFET管Ml的源极、所述肖特基二极管Dl的阳极、所述N沟道功率MOSFET管M2的漏极和所述肖特基二极管D2的阴极相连；所述N沟道功率MOSFET管Ml的漏极通过导线同时与所述肖特基二极管Dl的阴极、所述储能电容C的正极和所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子C+相连；所述N沟道功率MOSFET管Ml的栅极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子IG相连；所述N沟道功率MOSFET管Ml的源极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子IS相连。所述N沟道功率MOSFET管M2的栅极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子2G相连；所述N沟道功率MOSFET管M2的源极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子2S相连。所述所有直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn的线圈设置在所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元内；所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元工作时由外部电源供电；所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元以微处理器为核心，实现电池组单元电池均衡充电控制。所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元可以选用任何一款数字信号处理器，下面的实施例选用数字信号处理器TMS320F28335。本发明电池组单元电池均衡充电控制器进行电池组单元电池均衡充电工作时，整个电池组的充电能量都由电池组串联充电直流电源提供，电池组串联充电直流电源按照电池组的具体充电要求一般遵循先恒流后恒压的模式工作；电池组单元电池均衡充电控制器中的电路仅仅完成各单元电池的均压控制，使得电池组充电结束时各单元电池的电压基本—致。电池组单元电池均衡充电工作过程中，在电池组串联充电直流电源为电池组串联充电的同时，电池组单元电池均衡充电控制器内的电池组单元电池均衡充电控制管理单元中的数字信号处理器TMS320F28335按程序工作，控制完成均衡充电的各个工作过程。如附图所示，数字信号处理器TMS320F28335得电复位初始化后，数字信号处理器TMS320F28335的输出控制保证η个直流继电器S1、S2、……、S(n_l)、Sn的线圈都不得电，确保η个直流继电器的常开触点处于非闭合状态。由电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子P和N两端电压UPN，即电阻Rl上的电压经过必要的调理电路后送至数字信号处理器TMS320F28335的A/D转换输入口，进行A/D转换。若Upn不为零，则存在直流继电器常开触点处于闭合状态，发生了继电器故障，数字信号处理器TMS320F28335报警，随后数字信号处理器TMS320F28335处于等待工作状态；若Upn为零，则直流继电器处于正常状态即所有的常开触点处于断开状态，于是可以进行储能电容C的预充电控制工作了。每次开始进行储 能电容C的预充电控制工作时，都要根据上次储能电容C的预充
电情况改换为另一个为储能电容C预充电的单元电池，按1、2、......、n、l、2、......的顺序
依次改换电元电池。若上次是由单元电池I为储能电容C预充电，则此次改换为单元电池2为储能电容C预充电。单元电池2为储能电容C预充电时，数字信号处理器TMS320F28335首先控制直流继电器S2线圈得电，直流继电器S2两对常开触点S2i和S22闭合，于是形成单元电池2正极经已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的NI端、快速熔断器F2到达节点P，再由节点P通过连接导线穿过霍尔电流传感器电流检测孔至储能电感L、肖特基二极管Dl、储能电容C到达节点N，再由节点N经快速熔断器F3、已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的N2端至单元电池2负极的电流通路；此电流通路是一个典型的电感电容二阶振荡电路，假设回路电阻为零，则此回路的电流由零开始随时间按正弦规律变化，储能电容C电压由零开始增加；当回路的电流随时间按正弦规律由小变大，再由大变为零的时刻，储能电容C电压接近于单元电池I电源电压的两倍；随后储能电容C试图反方向放电，但是此时肖特基二极管Dl截止，整个反方向放电回路不通，储能电容C保持所充的电压保持不变。在此期间数字信号处理器TMS320F28335对应的A/D转换输入口分别检测电池组单元电池均衡充电控制管理单元接插件座Jl接收到的霍尔式非接触电流传感器HA传送的回路电流信号、电池组单元电池均衡充电控制管理单元接线端子C+输入的储能电容C电压信号，根据二者的变化规律就能判断出储能电容C预充电结束的时刻。数字信号处理器TMS320F28335 —旦检测到储能电容C预充电结束的时亥IJ，数字信号处理器TMS320F28335就控制直流继电器S2线圈失电，直流继电器S2两对常开触点S2i和S22打开。随后转入正式的均衡充电过程。后续的均衡充电过程是从对电池组各个单元电池电源电压进行巡检工作开始的。数字信号处理器TMS320F28335进行电池组单元电池电源电压巡检工作时，从对单元电池I的电源电压进行巡检开始。首先数字信号处理器TMS320F28335的A/D转换输入口检测电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子P和N两端经过必要的调理电路后传送来的的电压信号υΡΝ。此时，虽然接在节点P和节点N之间的电阻Rl阻值较大，但是，电阻Rl阻值远远小于此时处于截止状态的N沟道功率MOSFET管Ml和肖特基二极管Dl并联的电阻阻值，也远远小于N沟道功率MOSFET管M2和肖特基二极管D2并联的电阻阻值；于是储能电容C电压在节点P和节点N之间形成的分压接近于零。若Upn值较大，则说明有常开触点本应处于断开状态的直流继电器处于闭合状态了，数字信号处理器TMS320F28335输出继电器故障报警，停止电池组单元电池电压巡检工作。若Upn接近于零，则说明所有直流继电器的常开触点处于非闭合状态，电池组单元电池电压巡检工作继续进行，控制直流继电器SI线圈得电，直流继电器SI两对常开触点Sl1和Sl2闭合，单元电池I的电压经电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子P和N两端和必要的调理电路送至数字信号处理器TMS320F28335的A/D转换输入口，数字信号处理器TMS320F28335经极短的时间间隔检测几次该输入电压，对这几次检测到的电压经过必要的相当于数字滤波的技术处理，得到接近真实值的单元电池I电源电压检测值U1，并在指定存储单元存储。然后，进行单元电池2的电压巡检工作。具体过程是:数字信号处理器TMS320F28335控制直流继电器SI线圈失电，直流继电器SI两对常开触点Sl2和Sl2闭合断开，数字信号处理器TMS320F28335的A/D转换输入口检测电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子P和N两端经过必要的调理电路后传送来的的电压信号Upn，若在特定的一段时间之后Upn还不接近于零，则说明常开触点Sl1和Sl2仍然处于闭合状态的直流继电器，说明直流继电器SI出现故障，数字信号处理器TMS320F28335报警，停止电池组单元电池电压巡检工作；若在特定的一段时间内Upn接近于零，则说明所有直流继电器的常开触点处于非闭合状态，电池组单元电池电压巡检工作继续进行，控制直流继电器S2线圈得电，直流继电器S2两对常开触点S2i和S22闭合，单元电池2的电压电压经电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子P和N两端和必要的调理电路送至数字信号处理器TMS320F28335的A/D转换输入口，数字信号处理器TMS320F28335经极短的时间间隔检测几次该输入电压，对这几次检测到的电压经过必要的相当于数字滤波技术处理，得到单元电池2电源电压检测值队，并在指定存储单元存储。依照上述类似的方式对电池组其余的单元电池电源电压进行巡检。整个电池组单元电池电源电压进行巡检后得到η个单元电池电源电压检测值UpU2、……、U(n_D、Un。数字信号处理器TMS320F28335对η个单元电 池电源电压检测值UpU2、……、U(Iri)、Un按大小比较后排序，计算出各个单元电池的容量与电池组单元电池平均容量之间的差异、单元电池每次向外转移能量和单元每次向内接受的能量大小，从而决定每个容量偏高的单元电池每次向外转移能量的次数，以及每个容量偏低的单元电池应该向内接受能量的次数。紧接着，数字信号处理器TMS320F28335进行容量偏高的单元电池向容量偏低的单元电池转移能量的控制工作。下面以容量偏高的单元电池I向容量偏低的单元电池2转移能量的控制工作过程为例，说明由电感和电容两种储能元件与两只功率MOSFET和二只肖特基二极管构成的升降压电路为核心的电池组单元电池均衡充电电路工作原理。首先，数字信号处理器TMS320F28335首先控制直流继电器SI线圈得电，直流继电器SI两对常开触点SljP Sl2闭合；与此同时数字信号处理器TMS320F28335控制电路通过电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子G2和S2在N沟道功率MOSFET管M2的栅极与源极间施加一个足以使其饱和导通的直流电压驱动。于是形成由单元电池I正极经已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的BP端、快速熔断器Fl到达节点P，再由节点P通过导线穿过霍尔电流传感器电流检测孔至储能电感L、饱和导通的N沟道功率MOSFET管M2到达节点N，再由节点N经快速熔断器F2、已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的NI端至单元电池I负极的单元电池I的放电通路。单元电池I的电源电压几乎全部时间施加在储能电感L上，储能电感L电流线性增加，储能电感L电流达到设定值Imax时，数字信号处理器TMS320F28335控制电路通过电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子G2和S2在N沟道功率MOSFET管M2的栅极与源极间施加一个使其关断的零电压驱动，N沟道功率MOSFET管M2关断。由于储能电感L上的电流不能突变，其自感电压迫使肖特基二极管Dl导通，于是形成由单元电池I正极经已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的BP端、快速熔断器Fl到达节点P，再由节点P通过导线穿过霍尔电流传感器电流检测孔至储能电感L、肖特基二极管Dl、储能电容C到达节点N，再由节点N经快速熔断器F2、已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的NI端至单元电池I负极的电流通路，该电流通路就是单元电池I为储能电容C升压充电的通路；此升压充电电流由Imax很快降为零，当升压充电电流减小到零的时刻，储能电容C电压达到一个比较高的数值；随后储能电容C试图反方向放电，但是此时肖特基二极管Dl截止，整个反方向放电回路不通，储能电容C保持所充得的较高电压保持不变。紧接着，数字信号处理器TMS320F28335控制直流继电器SI线圈失电，直流继电器SI两对之前闭合的常开触点Sl1和Sl2打开；数字信号处理器TMS320F28335检测电压Upn信号，检测电压到Upn信号为零后，数字信号处理器TMS320F28335控制直流继电器S2线圈得电，直流继电器S2两对常开触点S2i和S22闭合。数字信号处理器TMS320F28335 —旦检测到Upn信号接近单元电池2的电源电压，则微处理器控制电路通过电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子Gl和SI在N沟道功率MOSFET管Ml的栅极与源极间施加一个足以使其饱和导通的直流电压驱动；于是形成由储能电容C正极经肖特基二极管Dl、储能电感L、反向穿过穿过霍尔电流传感器电流检测孔至节点P，再由节点P经快速熔断器F2、已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的BP端、单元电池2的正极、单元电池2的负极、已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的NI端、快速熔断器F3、节点N至储能电容C负极的储能电容C的放电回路，为电源电压偏低的单元电池2补充能量；此放电电流迅速增加，一旦此放电电流增大到设定值Imax，数字信号处理器TMS320F28335控制电路通过电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子Gl和SI在N沟道功率MOSFET管Ml的栅极与源极间施加一个使其关断的零电压驱动，N沟道功率MOSFET管Ml关断；由于储能电感L上的电流不能突变，其自感电压迫使肖特基二极管D2导通，于是形成由节点N至肖特基二极管Dl、储能电感L、反向穿过穿过霍尔电流传感器电流检测孔至节点P，再由节点P经快速熔断器F2、已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的BP端、单元电池2的正极、单元电池2的负极、已经接通的电池组插座CZ和电池组单元电池均衡充电控制器插头CT的NI端、快速熔断器F2至节点N储能电感L的放电回路，将储能电感L的磁场储能继续转移到单元电池2内；储能电感L的放电电流近似线性减小,直至储能电感L的磁场储能全部转移出去，储能电感L的放电电流降为零；储能电感L的放电电流一旦降为零，数字信号处理器TMS320F28335控制直流继电器S2线圈失电，直流继电器S2两对常开触点S2i和S22断开。容量偏高的单元电池I向容量偏低的单元电池2转移能量的控制工作过程结束。随后，再按照上述类似的控制方式进行剩余的容量偏高的单元电池向容量偏低的单元电池转移能量的所有控制工作。上述一轮容量偏高的单元电池向容量偏低的单元电池转移能量的所有控制工作结束后，再进行新一轮的对电池组各个单元电池电压进行巡检工作和容量偏高的单元电池向容量偏低的单元电池转移能量的控制工作；一轮一轮地不断重复工作，直至电池组充电结束，基本能够保证电池组内的各个单元电池的电源电压基本一致，达到电池组均衡充电要求。若在单元电池通过储能电感L放电的各种情况下，放电电流还不为零，因各种原因造成已经闭合的直流继电器的常开触点突然打开，则肖特基二极管D3导通续流。若在储能电容C通过储能电感L向单元电池充电情况下，充电电流还不为零，因各种原因造成已经闭合直流继电器的常开触点突然打开，则硅快速恢复二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、DlO和Dll导通续流。因此，在电路中设置肖特基二极管D3以及硅快速恢复二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、DlO和D11，可以有效地防止由于故障或提前控制动作产生的过电压可能对直流继电器常开触点造成损伤。 在电路中设置(n+1)个快速熔断器F1、F2、……、Fn、F(n+l)可以在某一直流继电器出现其线圈失电常开触点断不开故障，而其它继电器线圈得电其常开触点闭合后造成单元电池间出现短路过流时迅速熔断，防止电池组出现恶性事故。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种电池组单元电池均衡充电控制器,其特征在于:电池组中具有η个单元电池由与电池组连接插座CZ连接的插头CT，(η+1)个快速熔断器F1、F2、……、Fn、F(n+l)，具有两对常开触点的η个直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn，电阻R1、霍尔式非接触电流传感器HA，储能电感L，两个N沟道功率MOSFET管Ml、M2，三个肖特基二极管D1、D2、D3，储能电容C，八个硅快速恢复二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、DIO、Dll,以及电池组单元电池均衡充电控制管理单元构成； 所述的电池组中具有η个单元电池； 所述电池组连接插头CT的(η+1)个插针ΒΡ、N1、Ν2、......、N(n_2)、N(n_l)、BN通过(η+1)根导线分别与所述(η+1)个快速熔断器F1、F2、……、Fn、F(n+l)的一端一一对应相连； 所述快速熔断器Fl的另一端通过导线与所述直流继电器SI的常开触点Sl1的固定触点相连； 所述快速熔断器F2的另一端通过导线与所 述直流继电器SI的常开触点Sl2的固定触点和所述直流继电器S2的常开触点S2i的固定触点相连； 所述快速熔断器F3的另一端通过导线与所述直流继电器S2的常开触点S22的固定触点和所述直流继电器S3的常开触点SS1的固定触点相连； 依此类推，直至所述快速熔断器F(η-l)的另一端通过导线与所述直流继电器S(n-2)的常开触点S(n-2)2的固定触点和所述直流继电器S (η-l)的常开触点S (n_l) i的固定触点相连；所述快速熔断器Fn的另一端通过导线与所述直流继电器S(n-l)的常开触点S(n_l)2的固定触点和所述直流继电器Sn的常开触点Sn1的固定触点相连；所述快速熔断器F(η+1)的另一端通过导线与所述直流继电器Sn的常开触点Sn2的固定触点相连； 所述所有直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn的常开触点Slp S2p……'S(I1-1)^Sn1的动触点用导线连在一起形成节点P ;所述节点P还通过导线连接到所述电阻Rl的一端，所述节点P通过导线连接到所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子P上；与所述节点P相连的按电流规定方向穿过所述霍尔式非接触电流传感器HA电流检测穿孔的导线同时与所述硅快速恢复二极管D4的阳极、所述肖特基二极管D3的阴极和所述储能电感L的一端相连； 所述所有直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn的常开触点Sl2、S22、……、S(n_l)2、Sn2的动触点用导线连接在一起形成节点N ;所述节点N通过导线连接到所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子N上；所述节点N还通过导线同时与所述电阻Rl的另一端、所述硅快速恢复二极管Dll的阴极、所述肖特基二极管D3的阳极、所述N沟道功率MOSFET管M2的源极、所述肖特基二极管D2的阳极和所述储能电容C的负极相连； 所述霍尔式非接触电流传感器HA通过正负两根直流电源线和一根信号线构成的电缆线通过插接件连接至所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元的插接件座Jl上； 八个硅快速恢复二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、DIO、Dll之间为阴极和阳极依次串联；即: 所述硅快速恢复二极管D4的阴极与所述硅快速恢复二极管D5的阳极相连； 所述硅快速恢复二极管D5的阴极与所述硅快速恢复二极管D6的阳极相连； 所述硅快速恢复二极管D6的阴极与所述硅快速恢复二极管D7的阳极相连；所述硅快速恢复二极管D7的阴极与所述硅快速恢复二极管D8的阳极相连； 所述硅快速恢复二极管D8的阴极与所述硅快速恢复二极管D9的阳极相连； 所述硅快速恢复二极管D9的阴极与所述硅快速恢复二极管DlO的阳极相连； 所述硅快速恢复二极管DlO的阴极与所述硅快速恢复二极管Dll的阳极相连； 所述储能电感L的另一端通过导线同时与所述N沟道功率MOSFET管Ml的源极、所述肖特基二极管Dl的阳极、所述N沟道功率MOSFET管M2的漏极和所述肖特基二极管D2的阴极相连； 所述N沟道功率MOSFET管Ml的漏极通过导线同时与所述肖特基二极管Dl的阴极、所述储能电容C的正极和所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元输入端子C+相连；所述N沟道功率MOSFET管Ml的栅极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子IG相连；所述N沟道功率MOSFET管Ml的源极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子IS相连； 所述N沟道功率MOSFET管M2的栅极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子2G相连；所述N沟道功率MOSFET管M2的源极通过导线与所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元上的接线端子2S相连； 所述所有 直流继电器S1、S2、……、S(n-l)、Sn的线圈设置在所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元内；所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元工作时由外部电源供电；所述电池组单元电池均衡充电控制管理单元以微处理器为核心，实现电池组单元电池均衡充电控制。
全文摘要
本发明公开了一种电池组单元电池均衡充电控制器，主要是以由电感和电容两种储能元件与两只功率MOSFET和二只肖特基二极管构成的升降压电路为核心。在该均衡充电器的电路中，电感和电容构成一个典型的二阶振荡电路，再利用MOSFET和二只肖特基二极管构成的升降压电路，可以极其快捷方便实现电源电压相差极小的各个单元电池间的能量转移。均衡充电器受数字信号处理器的程序控制，按部就班地完成储能电容预充电，电池组各个单元电池电源电压巡检与存储，容量偏高的单元电池向容量偏低的单元电池转移能量等各项工作。在均衡充电电路中设置了必要的保护环节，确保电池组安全。
文档编号H02J7/00GK103199579SQ201310086010
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者陈益广, 沈勇环 申请人:天津大学