一种均衡充电电路及电池组的制作方法
【专利摘要】一种均衡充电电路，包括第一、第二、第三输入端、输出正端、负端、检测电路U1和反激式DC-DC变换器10，N-MOS管Q的漏极与变压器B原边绕组NP的连接点还连接二极管D1的阳极，D1的阴极连接第三输入端，第二、第三输入端之间并联电容C；输出正端连接在电池组的正极上，输出负端连接在电池组的负极上；检测电路检测单体电池的电压大于设定值时，变换器10开始工作，抽走对单体电池的充电电流并返回给电池组充电，反激变换器10的漏感产生的能量可以对上一节单体电池充电，这样来实现电池组的均衡充电，当使用单片机构成检测电路U1，增设红外接收头同步调节设定值，可以实现均衡放电，反激电路可靠性高、构成简单、成本低、效率高、维护简单。
【专利说明】一种均衡充电电路及电池组
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池组或超级电容组的充电装置，特别涉及电池组或超级电容组中各单体的均衡充电电路。
【背景技术】
[0002]目前，由蓄电池作为储能单元的系统中，单体电池容量比较低，不能够满足大容量系统的要求，因此需要将单体电池串联形成电池组；并联可以增加容量,但其端电压仍很低，仍被视作一个“单体”电池，这种情况下直接使用，由于开关器件、二极管压降的损耗显得可观，在高功率应用中，仍需将单体电池串联形成电池组，如图1所示，以提高供电电压和存储容量，例如在电动汽车、微电网、大型储能系统等领域中，大多需要单体电池串联而成的电池组，图1由单体电池BI至Bn串联而成，得到的电池组有两个总端子U+和u-，u+称为电池组的正极，U-称为电池组的负极，既可以对外放电，又可以外接电源对电池组充电；为了方便，在本申请中，离电池组正极U+最近的单体电池称为第一单体电池，图中以BI表示，其余依次类推，离电池组负极最近的单体电池，其编号最大，为最末单体电池，图1中以Bn来表示。成组以后的电池组的寿命远远低于单体电池的寿命，主要是由于单体电池制作工艺的差异引起容量、自放电率等不同，这些微小的差异在以后的使用中，会使每个单体电池的容量产生更大的不同，进而影响整个电池组的工作。
[0003]当串联电池组的单体电池一致性发生变化时，使用恒流源对串联电池组充电时，以锂电池为例，必然有单体电池因其容量下降，其端电压先到达充电终止电压4.2V，而这时，有的单体电池的端电压可能才3.8V。如对10串的电池组先期恒流充电，末期采用42V恒压充电以限制充电电流，将有单体电池的充电电压高于4.2V，这个单体处于过充状态；而其中容量大的电池其端电压低于4.2V，处于欠充状态。处于潜在过充状态的电池若不加以有效限制，极可能损坏，甚至起火燃烧、爆炸；因此对各种电池组的均衡充电是非常重要的，尤其是在大量单体电池串联的场合，超级电容串联同样也存在相似的问题，本申请中的电池组也包括超级电容组成的电容组。
[0004]针对上述不平衡问题，出现多种均衡充电技术，原始的方案是:电阻消耗均衡法，如图2所示，电阻Rl和开关Kl串联后并联在单体电池BI上，其它电池相同，当与电池BI并联的电压检测电路检测到电池BI的端电压达到充电终止电压4.2V时，开关Kl闭合，电阻Rl分流充电电流，用以确保电池BI中没有电流流过，或电池BI放出电流，或存在涓流对电池BI充电。为补偿电池或电池组自放电，使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电，又称维护充电(浮充)。电信装置、信号系统等的直流电源系统的蓄电池等电池，在完全充电后多处于涓流充电状态，以备放电时使用。
[0005]这种方式使用很不方便，若改变了对电池组的充电电流，那么，相应地，所有电阻的阻值都要更换，以免电池出现过充或欠充。当然，以电池BI为例，可以把电阻Rl的阻值取小，即当开关Kl闭合时，电池BI还要对电阻Rl放出电流，然后使得开关Kl工作在开关状态下，要实现在一定时间内，对电池BI的充电电流为零或为额定的小电流涓流。
[0006]由于电阻存在发热，如3A的电流，充至4.2V时，电阻要吸收3A电流，其发热量为12.6W，这种均衡充电电路的效率低、功耗大，与目前的节能减排发展趋势不合。以下列举具有代表性的国内技术方案:
[0007]1、中国申请号为200510038762.1的授权发明《电池均衡方法及电池均衡电路》示出了:采用运算放大器检测相邻两组电池的电压，再用运算放大器的输出端来实现均衡，其缺点效率低、功耗大，低压大电流运放成本不低。
[0008]2、哈尔滨工业大学的中国申请号200810063915.1的授权发明《串联储能电源三单体直接均衡器》示出了:三个单体电池一个工作组的均衡器，用于充电和放电都可以。其缺点是:控制复杂，若要临时改变电池组的串联节数，必须以三单体为一组，若出现非3倍数的情况，该电路也无能为力，而且该电路只涉及基本拓扑，其开关电源的去磁并没有提及。
[0009]中国科学院电工研究所的中国申请号201010034137.0授权发明《一种串联电池组均衡设备》示出了:为200810063915.1的改进型，也是三个单体电池一个工作组，在充电或放电中，多出的能量释放到本工作组，其缺点是:控制复杂，若要临时改变电池组的串联节数，必须以三单体为一组，若出现非3倍数的情况，该电路也无能为力，而且该电路只涉及基本拓扑，其开关电源的去磁并没有提及。
[0010]3、中航锂电(洛阳)有限公司的201110043546.1申请《一种多单体串联动力锂电池组充放电均衡电路》示出了:这级电池电压高，逐级传输给另一个电池，级数多了，能量损失大。目前开关效率的效率做到90%，就已是比较高的，经过6级传递，效率仅为53%，其缺点是:级数多时，能量损失大；其中任一级变换器出现问题，影响全局，对系统要求较高。
[0011]4、清华大学深圳研究生院的申请号为201110167491.5的授权发明《电池电量自动均衡电路及其实现方法》示出了:把电池组分为两大组，用反激式双向DC-DC变换器分别连接两组，谁的电压高，就把电能通过变换器变换给电压低的另一组，使用了 MCU微处理器。其缺点是:双向变换器是一种早就存在的拓扑，实际上应用成功的并不多，控制复杂，且每个组内的单体电池并没有得到良好的均衡。
[0012]综上，即现有电池的均衡充电电路的不足总结如下，为了方便，对应上面的序号:
[0013](I)电阻式旁路电路的功耗较大、热耗大,运算放大器式的也存在效率低、功耗大，低压大电流运放成本不低；
[0014](2)控制复杂，必须以三单体为一组，非3倍数串联困难；
[0015](3)级数多时，即电池串联多时，能量损失大；其中任一级变换器出现问题，影响全局，对系统要求较高；重新串联时不能自由串联，要重新设定MCU微处理器的程序；
[0016](4)双向变换器的控制复杂，且每个组内的单体电池并没有得到良好的均衡。
[0017]总体说来，就是效率低，或控制复杂；串联时不能自由串联。
【发明内容】
[0018]有鉴于此，本发明要解决现有电池的均衡充电电路所存在的不足，提供一种采用反激式DC-DC变换器构成的电路简单、效率高、控制简单、可以自由串联的均衡充电电路，以及包括该均衡充电电路的电池组。
[0019]本发明的目的是这样实现的，一种均衡充电电路，包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、输出正端、输出负端、检测电路和由检测电路控制的反激式DC-DC变换器，反激式DC-DC变换器包括N-MOS管(N沟道金属氧化物半导体场效应管的简称)、变压器、第一二极管、第二二极管、电容；所述检测电路并联于第一输入端与第二输入端之间，检测电路的输出端与N-MOS管的栅极连接，N-MOS管的源极连接第一输入端，N-MOS管的漏极与变压器原边绕组的异名端连接，变压器原边绕组的同名端与第二输入端连接，变压器副边绕组的异名端与第二二极管的阳极连接，第二二极管的阴极与输出正端连接，变压器副边绕组的同名端与输出负端连接，其特征是:N-MOS管的漏极与变压器原边绕组的异名端连接点还连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接第三输入端，第二输入端和第三输入端之间还并联有电容；输出正端连接在电池组的正极上，输出负端连接在电池组的负极上；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压大于设定值时，检测电路的输出端输出占空比信号，控制N-MOS管工作在开关状态；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压在设定值以下时，检测电路的输出端输出低电平，让N-MOS管截止。
[0020]本发明还提供了一种包括所述均衡充电电路的电池组，电池组中每个单体电池都对应地使用一个均衡充电电路，所有的均衡充电电路的输出正端连接在一起，连接在电池组的正极上，输出负端连接在一起，且连接在电池组的负极上，其中，离电池组正极最近的单体电池称为第一单体电池，其余单体电池的序号依次类推，其特征是:
[0021]应用于电池组中第一单体电池两端的第一均衡充电电路(以下简称第一电路)，第一电路的第一输入端连接所述第一单体电池的负极，第一电路的第二输入端连接所述第一单体电池的正极，第一电路的第三输入端至第一电路的第二输入端之间还并联一只电阻或一只稳压二极管，稳压二极管的阴极连接第一电路的第三输入端，稳压二极管的阳极连接第一电路的第二输入端；
[0022]应用于电池组中第M单体电池两端的第M均衡充电电路(以下简称第M电路)，M为2以上的整数，第M电路的第一输入端连接所述第M单体电池的负极，第M电路的第二输入端连接所述第M单体电池的正极，第M电路的第三输入端连接至第M-1单体电池的正极。
[0023]本发明还提供使用P-MOS管的均衡充电电路，一种使用P-MOS管的均衡充电电路，包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、输出正端、输出负端、检测电路和由检测电路控制的反激式DC-DC变换器，输出正端连接在电池组的正极上，输出负端连接在电池组的负极上；所述反激式DC-DC变换器包括P-MOS管、变压器、第一二极管、第二二极管、电容；所述检测电路并联于第一输入端与第二输入端之间，检测电路的输出端与P-MOS管的栅极连接，P-MOS管的源极接第一输入端，P-MOS管的漏极与变压器原边绕组的异名端连接，变压器原边绕组的同名端与第二输入端连接，变压器副边绕组的异名端与第二二极管阴极连接，第二二极管的阳极与输出负端连接，变压器副边绕组的同名端与输出正端连接，其特征是:P-M0S管的漏极与变压器原边绕组的异名端连接点还连接第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接第三输入端，第二输入端和第三输入端之间还并联有电容；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压大于设定值时，检测电路的输出端输出占空比信号控制P-MOS管，P-MOS管处于开关状态；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压在设定值以下时，检测电路的输出端输出低电平，让P-MOS管截止。
[0024]本发明还提供了另一种均衡充电电路的电池组，电池组中每个单体电池都对应地使用一个均衡充电电路，所有的均衡充电电路的输出正端连接在一起，连接在电池组的正极上，输出负端连接在一起，且连接在电池组的负极上，其中，离电池组正极最近的单体电池称为第一单体电池，其余单体电池的序号依次类推，其特征是:
[0025]应用于电池组中第一单体电池的两端的第一均衡充电电路(以下简称第一电路)为使用P-MOS管的均衡充电电路,第一电路的第一输入端连接所述第一单体电池的正极，第一电路的第二输入端连接所述第一单体电池的负极，第一电路的第三输入端连接至第二单体电池的负极；
[0026]应用于电池组中第M单体电池的两端的第M均衡充电电路(以下简称第M电路)为使用N-MOS管的均衡充电电路，M为2以上的整数，第M电路的第一输入端连接所述第M单体电池的负极，第M电路的第二输入端连接所述第M单体电池的正极，第M电路的第三输入端连接至第M-1单体电池的正极。
[0027]本发明还提供了一种使所述均衡充电电路能实现均衡充放电的电池组:在上述的两个电池组的基础上，每一个均衡充电电路的检测电路Ul至UN上，都增设一个红外线接收头，检测电路Ul至UN采用单片机构成；包括一个总电压监测电路，监测电池组的总电压，根据总电压的下降，总电压监测电路的红外线发射装置发射事先约定的二进制数字信号；红外线接收头收到相同的信号，Ul至UN里的单片机同步地、调低所述的设定值，下调的量相同；根据总电压的下降幅度，对应地有多组所述的设定值。
[0028]本发明的详细工作原理会在实施例中结合应用详细说明，本发明的均衡充电电路用于电池组中的有益效果为:
[0029](I)充电达限制电压后，本电路工作，抽走了充电电流，并升压给电池组充电，本电路采用反激式开关电源，效率可以达87%以上，自身功耗小、热耗小；
[0030](2)控制简单、每个单体电池可以并联一个均衡充电电路，应用简单；
[0031](3)每个单体电池可以并联一个均衡充电电路，不存在级联，能量损失小；其中任意一个均衡充电电路出现问题，对全局影响小，对系统要求较低；单体电池重新串联时能自由串联，不用重新设定MCU微处理器的程序；
[0032](4)单向变换，控制简单，可以利用集中控制，让电池组在放电时也实现均衡放电。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为现有电池组的电路原理图；
[0034]图2为现有带电阻消耗均衡充电电路的电池组的电路原理图；
[0035]图3为本发明第一实施例的电池的均衡充电电路的原理图；
[0036]图4为本发明第三实施例的电池的均衡充电电路的原理图；
[0037]图5为方便理解原理,和图4连接关系完全相同的原理图。
【具体实施方式】
[0038]第一实施例
[0039]请参阅图3，为一种均衡充电电路，与串联电池组中的某个单体电池并联使用，包括第一输入端VI 1、第二输入端VI2、第三输入端VI3、输出正端Vo+、输出负端Vo-、检测电路Ul和由检测电路Ul控制的反激式DC-DC变换器10，反激式DC-DC变换器10包括N-MOS管Q (N-M0S为N沟道金属氧化物半导体场效应管的简称)、变压器B、第一二极管Dl、第二二极管D2、电容C ;检测电路Ul并联于第一输入端VII与第二输入端VI2之间,检测电路的输出端与N-MOS管Q的栅极连接，N-MOS管Q的源极连接第一输入端VII，N-MOS管Q的漏极与变压器B的原边绕组Np的异名端连接，图中变压器B的原边绕组Np中没有黑点的那端为异名端，变压器B原边绕组Np的同名端与第二输入端VI2连接，图中变压器B的原边绕组Np中有黑点的那端为同名端；变压器B副边绕组Ns的异名端与第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极与输出正端Vo+连接，变压器副边绕组Ns的同名端与输出负端Vo-连接；N-M0S管Q的漏极与变压器B原边绕组Np的异名端连接点还连接第一二极管Dl的阳极，第一二极管Dl的阴极连接第三输入端VI3，第二输入端VI2和第三输入端VI3之间还并联有电容C ;输出正端Vo+连接在电池组的正极上，如图1中U+，输出负端Vo-连接在电池组的负极上，如图1中U-;检测电路Ul检测到第一输入端VIl与第二输入端VI2之间的电压大于设定值时，检测电路Ul的输出端输出占空比信号，控制N-MOS管Q工作在开关状态；检测电路Ul检测到第一输入端VIl与第二输入端VI2之间的电压在设定值以下时，检测电路UI的输出端输出低电平，让N-MOS管Q截止。
[0040]设定值一般取电池组中的单体电池的充电限制电压，如锂电池经常标为
4.20V±0.05V,那么设定值取为4.15V至4.25V都是可以的，一般为了安全，可以取低一点，如4.20V ;尽管检测电路Ul的工作电压只有4.20V，由于目前低压工作的N-MOS管较为常见，如耐压30V的N-MOS管，其开启电压Ves可以做到2.1V，如A04476型号的N-MOS管，开启电压Vgs低至IV的MOS管现在已常见。
[0041]检测电路Ul在输入电压(单体电池端电压)大于充电限制电压后，要良好地高设置检测电路Ul的开环增益，即当单体电池端电压达4.20V时，检测电路Ul输出最小占空t匕，即反激式DC-DC变换器10工作在小电流状态，从单体电池抽走的电流极小；
[0042]检测电路Ul的开环增益若设置为无穷大时，那么，单体电池端电压略大于4.20V时，检测电路Ul输出最大占空比，反激式DC-DC变换器10工作在最大占空比对应的最大电流状态，所述的最大电流要 > 电池组总的充电电流；
[0043]显然，这种方式，检测电路Ul和反激式DC-DC变换器10容易工作在振荡模式下，所以，检测电路Ul的开环增益要设置得适可而止，如当单体电池端电压达4.20V+0.05V时，检测电路Ul输出最大占空比，反激式DC-DC变换器10工作在最大占空比对应的最大电流状态，这样检测电路Ul和反激式DC-DC变换器10才能稳定工作。
[0044]由于本发明的均衡充电电路一旦工作，电池组总的充电电流会增加,这里,需要对电池组总的充电电流进行检测，让外部的充电设备自动降低充电电流，以实现总的充电电流不增加，或有所下降。
[0045]下面重点说一下本发明均衡充电电路的工作原理中与现有技术不同点:
[0046]反激式DC-DC变换器10的变换电压的工作原理是公知技术，这里不再赘述。参见图3，二极管Dl和电容C为去磁电路，很多文献也称为反峰吸收电路，专门吸收漏感产生的能量，本发明中，并没有设置吸收用的耗能电阻，见下述:
[0047]当N-MOS管Q收到检测电路Ul输出的关断信号时，N-M0S管Q截止，变压器B的原边绕组Np中已经激磁起来的电流，大部份经副边绕组Ns与二极管D2向电池组充电，由于变压器都存在漏感，变压器B的原边绕组Np中激磁电流还有部分经二极管Dl向电容C充电。
[0048]若图3的均衡充电电路应用于电池组中第M单体电池的两端，M为2以上的整数，第M电路的第一输入端连接所述第M单体电池的负极，第M电路的第二输入端连接所述第M单体电池的正极，第M电路的第三输入端连接至第M-1单体电池的正极，那么，漏感产生的能量经电容C滤波后给第M-1单体电池充电。
[0049]即本发明的方法实现了把第M电路中漏感产生的能量，回收并对第M-1单体电池进行充电，这个能量回收是通过第M电路的第三输入端来实现的。
[0050]想良好地实现这一功能，显然，要注意变压器B的匝比，确保当二极管D2导通时，电池组的总电压通过副边绕组Ns对原边绕组Np产生的反射电压要低于单体电池的端电压与二极管Dl之和，这样确保整个系统的正常工作。
[0051]若第M-1单体电池已经充好电，其端电压大于设定值时，那么，与第M-1单体电池并联的第M-1电路也会工作，按端电压的大小合理抽走充电电流，当端电压足够时，甚至包括第M电路去磁电路产生的很小的充电电流。
[0052]正因为如此，当图3的均衡充电电路应用于电池组中第一单体电池的两端时，上面不再有单体电池来吸收去磁电路中电容C两端的能量，这时需要在第一电路的第三输入端至第一电路的第二输入端之间并联一只电阻或一只稳压二极管，稳压二极管的阴极连接第一电路的第三输入端，稳压二极管的阳极连接第一电路的第二输入端；以防止电容C两端的端电压过高而损坏N-MOS管Q。这正是第二实施例提供的使用多个一种均衡充电电路的电池组。
[0053]第二实施例
[0054]因此，本发明还提供了使用多个均衡充电电路的电池组，电池组中每个单体电池都对应地使用一个均衡充电电路，所有的均衡充电电路的输出正端连接在一起，连接在电池组的正极上，输出负端连接在一起，且连接在电池组的负极上，其中，离电池组正极最近的单体电池称为第一单体电池，其余单体电池的序号依次类推，其特征是:
[0055]应用于电池组中第一单体电池两端的第一均衡充电电路(以下简称第一电路)，第一电路的第一输入端连接所述第一单体电池的负极，第一电路的第二输入端连接所述第一单体电池的正极，第一电路的第三输入端至第一电路的第二输入端之间还并联一只电阻或一只稳压二极管，稳压二极管的阴极连接第一电路的第三输入端，稳压二极管的阳极连接第一电路的第二输入端；
[0056]应用于电池组中第M单体电池两端的第M均衡充电电路(以下简称第M电路)，M为2以上的整数，第M电路的第一输入端连接所述第M单体电池的负极，第M电路的第二输入端连接所述第M单体电池的正极，第M电路的第三输入端连接至第M-1单体电池的正极。
[0057]即本发明的方法实现了把第M电路中漏感产生的能量，回收并对第M-1单体电池进行充电，这个能量回收是通过第M电路的第三输入端来实现的。
[0058]想良好地实现这一功能，显然，要注意变压器B的匝比，确保当二极管D2导通时，电池组的总电压通过副边绕组Ns对原边绕组Np产生的反射电压要低于单体电池的端电压与二极管Dl正向压降之和，这样确保整个系统的正常工作。
[0059]如果觉得第一电路的第三输入端至第一电路的第二输入端之间并联的一只电阻或一只稳压二极管，产生了能耗，还可以用下述第三实施的使用P-MOS管的均衡充电电路，来实现效率的进一步提升。
[0060]第三实施例
[0061]使用P-MOS管的均衡充电电路，参见图4，图5示出了和图4连接关系完全相同的原理图，为了方便对使用P-MOS管的均衡充电电路应用于第一单体电池的理解。
[0062]其连接关系是，一种使用P-MOS管的均衡充电电路，包括第一输入端VI1、第二输入端VI2、第三输入端VI3、输出正端Vo+、输出负端Vo-、检测电路Ul和由检测电路Ul控制的反激式DC-DC变换器10，输出正端Vo+连接在电池组的正极上，输出负端Vo-连接在电池组的负极上；所述反激式DC-DC变换器10包括P-MOS管Q、变压器B、第一二极管D1、第二二极管D2、电容C ;所述检测电路Ul并联于第一输入端VII与第二输入端VI2之间，检测电路Ul的输出端与P-MOS管的栅极连接，P-MOS管的源极接第一输入端VII，P-MOS管的漏极与变压器B原边绕组Np的异名端连接，变压器B原边绕组Np的同名端与第二输入端VI2连接，变压器B副边绕组Ns的异名端与第二二极管D2阴极连接，第二二极管D2的阳极与输出负端连接，变压器B副边绕组Ns的同名端与输出正端Vo+连接，其特征是=P-MOS管Q的漏极与变压器原边绕组的异名端连接点还连接第一二极管Dl的阴极，第一二极管Dl的阳极连接第三输入端VI3，第二输入端VI2和第三输入端VI3之间还并联有电容C ;检测电路Ul检测到第一输入端VIl与第二输入端VI2之间的电压大于设定值时,检测电路Ul的输出端输出占空比信号控制P-MOS管，P-MOS管处于开关状态；检测电路检测到第一输入端VIl与第二输入端VI2之间的电压在设定值以下时，检测电路Ul的输出端输出低电平，让P-MOS管截止。
[0063]把使用N-MOS管的均衡充电电路中的N-MOS管换为P沟道的MOS管，把相应的二极管极性反过来，电源以及输出的极性反过来，这是惯用手法，其工作原理仍同第一实施例，这里不再赘述。
[0064]使用第三实施例中使用P-MOS管的均衡充电电路替代第二实施例中的第一电路，就得到效率更高的技术方案，第四实施例示出的正是这种应用。
[0065]第四实施例
[0066]第一电路换成P-MOS管用为开关管的反激式DC-DC变换器，那么第一二极管与第二二极管都要反过来连接，同样，电池也要反一下极性，输出也要反一下极性，这是惯用手法，那么，上述的第二实施例中第一电路中的耗能的一只电阻或一只稳压二极管不再存在，可以使用第二单体电池来给使用P-MOS管的第一均衡充电电路去磁,专门吸收第一电路中漏感产生的能量。具体实施方法如下:
[0067]本发明还提供了另一种均衡充电电路的电池组，该电池组中每个单体电池都对应地使用一个均衡充电电路，所有的均衡充电电路的输出正端连接在一起，连接在电池组的正极上，输出负端连接在一起，且连接在电池组的负极上，其中，离电池组正极最近的单体电池称为第一单体电池，其余单体电池的序号依次类推，其特征是:
[0068]应用于电池组中第一单体电池的两端的第一均衡充电电路(以下简称第一电路)为使用P-MOS管的均衡充电电路,第一电路的第一输入端连接所述第一单体电池的正极，第一电路的第二输入端连接所述第一单体电池的负极，第一电路的第三输入端连接至第二单体电池的负极；
[0069]应用于电池组中第M单体电池的两端的第M均衡充电电路(以下简称第M电路)为使用N-MOS管的均衡充电电路，M为2以上的整数，第M电路的第一输入端连接所述第M单体电池的负极，第M电路的第二输入端连接所述第M单体电池的正极，第M电路的第三输入端连接至第M-1单体电池的正极。
[0070]由于低压的P-MOS管成本一样的低廉，而且其开启电压低，用于单体电池直接供电的电路中完全可行，使用上述方式连接后，应用于电池组中，包括超级电容构成的电池组中的第一电路中，本例的反激电路中漏感产生的能量使用第二单体电池吸收，这样，提升了整机的效率。
[0071]上述的实施例，显然只能用于充电过程，一旦电路中的设定值确定，就只能用于在电池组充电时的均衡充电。第五实施例不出的，不仅适用于充电，同样适用于电池组对外放电时的电池均衡。
[0072]第五实施例
[0073]第五实例例不出的，不仅适用于充电，同样适用于电池组对外放电时的电池均衡。
[0074]方法如下:在上述的第二、第四实施例的基础上，每一个均衡充电电路的检测电路Ul至UN上，都增设一个红外线接收头，检测电路Ul至UN采用对应数量的单片机构成；包括一个总电压监测电路，监测电池组的总电压，根据总电压的下降，总电压监测电路的红外线发射装置发射事先约定的二进制数字信号；所有红外线接收头收到相同的信号，Ul至UN里的单片机同步地调低所述的设定值，下调的量相同；根据总电压的下降幅度，对应地有多组所述的设定值。
[0075]第一电路的检测电路编号为U1，第N电路的检测电路编号为UN ；
[0076]原理:在放电时，某单体电池的容量小，它的放电就快，这时电池组的总电压同步下降，总电压监测电路监测电池组的总电压，根据总电压的下降，总电压监测电路的红外线发射装置发射事先约定的二进制数字信号；红外线接收头收到相同的信号，Ul至UN里的单片机同步地、调低所述的设定值，下调的量相同，这时，就会出现两组情况，第一组为电池放电快的，其端电压已低于新的“设定值”，那么，和它们并联的均衡充电电路都不工作，它们维持了原有的放电电流；第二组为电池放电慢的，它们随机分布在电池组中，其端电仍高于新的“设定值”，那么，和它们并联的均衡充电电路会相应地工作，输出能量对电池组的两端供电，同时对负载放电，显然，第二组的放电电流等于电池中原来的电流加上均衡充电电路的吸收电流，比第一组的要大，这样实现均衡，二进制数字信号中，一个字节可以表示16进制，使用2个字节可以表示256个等级的信号，若充电限制电压为4.2V，而放电限制电压为3.1V，那么，中间有1.1V的压差，分为255个等级，则每个变化量为4.3mV，足以胜任精确的均衡放电。
[0077]以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。
[0078]对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，如在回路中串入电感、电容以平滑放电、充电电流，均衡充电电路的输出端并联后接至充电电源的功率级的高压直流滤波电路上，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种均衡充电电路,包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、输出正端、输出负端、检测电路和由检测电路控制的反激式DC-DC变换器，反激式DC-DC变换器包括N-MOS管(N沟道金属氧化物半导体场效应管的简称)、变压器、第一二极管、第二二极管、电容；所述检测电路并联于第一输入端与第二输入端之间，检测电路的输出端与N-MOS管的栅极连接，N-MOS管的源极连接第一输入端，N-MOS管的漏极与变压器原边绕组的异名端连接，变压器原边绕组的同名端与第二输入端连接，变压器副边绕组的异名端与第二二极管的阳极连接，第二二极管的阴极与输出正端连接，变压器副边绕组的同名端与输出负端连接， 其特征是=N-MOS管的漏极与变压器原边绕组的异名端连接点还连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接第三输入端，第二输入端和第三输入端之间还并联有电容；输出正端连接在电池组的正极上，输出负端连接在电池组的负极上；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压大于设定值时，检测电路的输出端输出占空比信号，控制N-MOS管工作在开关状态；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压在设定值以下时，检测电路的输出端输出低电平，让N-MOS管截止。
2.一种包括权利要求1所述的均衡充电电路的电池组，电池组中每个单体电池都对应地使用一个均衡充电电路，所有的均衡充电电路的输出正端连接在一起，连接在电池组的正极上，输出负端连接在一起，且连接在电池组的负极上，其中，离电池组正极最近的单体电池称为第一单体电池，其余单体电池的序号依次类推，其特征是: 应用于电池组中第一单体电池两端的第一均衡充电电路(以下简称第一电路)，第一电路的第一输入端连接所述第一单体电池的负极，第一电路的第二输入端连接所述第一单体电池的正极，第一电路的第三输入端至第一电路的第二输入端之间还并联一只电阻或一只稳压二极管，稳压二极管的阴极连接第一电路的第三输入端，稳压二极管的阳极连接第一电路的第二输入端。 应用于电池组中第M单体电池两端的第M均衡充电电路(以下简称第M电路)，M为2以上的整数，第M电路的第一输入端连接所述第M单体电池的负极，第M电路的第二输入端连接所述第M单体电池的正极，第M电路的第三输入端连接至第M-1单体电池的正极。
3.根据权利要求2所述的一种电池组，其特征在于，增加实现均衡充放电方法的电路:均衡充电电路的检测电路Ul至UN上，都增设一个红外线接收头，检测电路Ul至UN采用对应数量的单片机构成；包括一个总电压监测电路，监测电池组的总电压，根据总电压的下降，总电压监测电路的红外线发射装置发射事先约定的二进制数字信号；所有红外线接收头收到相同的信号，Ul至UN里的单片机同步地调低所述的设定值，下调的量相同；根据总电压的下降幅度，对应地有多组所述的设定值。
4.一种使用P-MOS管的均衡充电电路,包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、输出正端、输出负端、检测电路和由检测电路控制的反激式DC-DC变换器，输出正端连接在电池组的正极上，输出负端连接在电池组的负极上；所述反激式DC-DC变换器包括P-MOS管、变压器、第一二极管、第二二极管、电容；所述检测电路并联于第一输入端与第二输入端之间，检测电路的输出端与P-MOS管的栅极连接，P-MOS管的源极接第一输入端，P-MOS管的漏极与变压器原边绕组的异名端连接，变压器原边绕组的同名端与第二输入端连接，变压器副边绕组的异名端与第二二极管阴极连接，第二二极管的阳极与输出负端连接，变压器副边绕组的同名端与输出正端连接， 其特征是=P-MOS管的漏极与变压器原边绕组的异名端连接点还连接第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接第三输入端，第二输入端和第三输入端之间还并联有电容；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压大于设定值时，检测电路的输出端输出占空比信号控制P-MOS管，P-MOS管处于开关状态；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压在设定值以下时，检测电路的输出端输出低电平，让P-MOS管截止。
5.一种包括权利要求1、权利要求4所述的均衡充电电路的电池组，电池组中每个单体电池都对应地使用一个均衡充电电路，所有的均衡充电电路的输出正端连接在一起，连接在电池组的正极上，输出负端连接在一起，且连接在电池组的负极上，其中，离电池组正极最近的单体电池称为第一单体电池，其余单体电池的序号依次类推，其特征是: 应用于电池组中第一单体电池的两端的第一均衡充电电路(以下简称第一电路)为使用P-MOS管的均衡充电电路,第一电路的第一输入端连接所述第一单体电池的正极，第一电路的第二输入端连接所述第一单体电池的负极，第一电路的第三输入端连接至第二单体电池的负极； 应用于电池组中第M单体电池的两端的第M均衡充电电路(以下简称第M电路)为使用N-MOS管的均衡充电电路，M为2以上的整数，第M电路的第一输入端连接所述第M单体电池的负极，第M电路的第二输入端连接所述第M单体电池的正极，第M电路的第三输入端连接至第M-1单体电池的正极。
6.根据权利要求5所述的一种电池组，其特征在于，增加实现均衡充放电方法的电路:均衡充电电路的检测电路Ul至UN上，都增设一个红外线接收头，检测电路Ul至UN采用对应数量的单片机构成；包括一个总电压监测电路，监测电池组的总电压，根据总电压的下降，总电压监测电路的红外线发射装置发射事先约定的二进制数字信号；所有红外线接收头收到相同的信号，Ul至UN里的单片机同步地调低所述的设定值，下调的量相同；根据总电压的下降幅度，对应地有多组所述的设定值。
【文档编号】H02J7/00GK104201744SQ201410459391
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】王保均 申请人:广州金升阳科技有限公司