蓄电池单体电池电压主动均衡电路的制作方法

本发明属于蓄电池技术领域，具体涉及一种蓄电池单体电池电压主动均衡电路。

背景技术：

现有的电池均衡技术分为主动均衡技术和被动均衡技术两大类。

(1)被动式均衡

被动均衡是一种简单的均衡技术，是对单体电芯进行简单的放电或充电。放电式均衡是通过将电压较高的电芯能量单独消耗掉，已达到电池电压平衡的效果。充电式均衡是在充电过程中通过对电压较低的电芯进行单独补电，已达到电池电压平衡的效果。

被动式均衡一般均衡电流都比较小，均衡效率低、均衡效果不明显。放电式均衡消耗了电池能量，实际上是对能源的一种浪费。充电式均衡只能在充电时进行，放电时无法实现均衡效果。被动均衡只在解决电池初始容量不一致的问题时有一定效果，而无法解决电池实际容量不一致的问题。

(2)主动式均衡

主动式均衡是一种高效环保的均衡技术，通过在电压高的电池与电压低的电池之间进行能量转移实现电压平衡。电能转移式电池均衡器(专利号201220153997.0)就是一种电池主动式均衡技术。采用的是相邻电池间能量转移的技术。假设相邻的两块电池B1和B2，B1电压高于B2电压。首先在均衡器的控制下电池B1中的部分电能先流入均衡器内的储能元件，此时均衡器相当于一块电池，储存能量。然后在均衡器的控制下将储存的能量释放出来对电池B2进行充电，此时均衡器相当于一个充电器。通过以上方法实现相邻电池间的能量转移。

电能转移式电池均衡器是通过转移相邻电池之间的能量实现电压平衡的。当一组电池中相距较远的两块电池电压不一致时，需要将能量进行多次转移。随着电池距离的增加，能量转移次数也随之增加，均衡所用时间变长，同时能量转移中损耗的能量也随之增加，均衡效率会越来越低。电能转移式电池均衡器随着电池串联数量的增加，模块数量将不断增加。例如：有2节电池串联需要1个模块；有3节电池串联需要2个模块；有N+1节电池串联需要N个模块。在高电压的电池模组中一般需要几百节电池串联，将需要几百个模块，均衡系统将变得很复杂，硬件成本和体积也随之增加。

技术实现要素：

本发明的目的，针对现有技术不足，提供一种保证电池组中单体电池电压一致，提高电池组整体容量和延长电池组使用寿命，提高均衡效率、降低均衡过程中的能量损耗，实现节能环保，提高均衡电流、加强均衡效果，最大限度的延长电池使用寿命简化均衡电路，降低系统的复杂程度，提高系统的可实现性，从而降低系统成本和体积的蓄电池单体电池电压主动均衡电路。

本发明的技术方案是：

一种蓄电池单体电池电压主动均衡电路，包括电池选择电路和电池充放电电路；所述电池选择电路采用控制芯片和双向MOS管实现从6节电池中选择其中1节电池连接至电池充放电电路；所述电池充放电电路采用双向DC/DC技术实现对被选择的电池进行充电或放电。

所述电池选择电路中的控制芯片为1个电池选择芯片EMB1428Q。

所述电池选择电路中MOS管为SI7938DP，管数量为9个。

所述MOS管选择第1节电池时，同时闭合MOS管Q23和MOS管Q29两条通路，Q23连接电池正极，Q29连接电池负极；所述的电池正极通过MOS管上的Q3通道与充放电电路正极导通；所述电池负极通过MOS管Q7下面的通道与充放电电路电池端负极导通。

所述MOS管选择第2节电池时，同时闭合MOS管Q23和MOS管Q21的两路通道，Q23连接到电池负极，Q21连接到电池正极；电池负极通过闭合Q3下面的通道与充放电电路电池端负极导通；电池正极通过闭合Q7上面的通道与充放电电路电池端正极导通。

所述放电电路为双向直流到直流转换电路，包括变压器、电源管理芯片及MOS管；电池进行充电时互锁信号CTL置成低电平时，只有电源管理芯片U27收到PWM信号；U27通过控制MOS管开关信号的占空比，使充电电流达到设定值。

本发明的有益效果是：

(1)能量损耗低，节能环保。充放电电路转换效率高，经过测试效率达到90％以上；

(2)控制灵活，可以选择电池组中任意位置的电池单独进行均衡。直接对电压最高和最低的电池进行充放电，没有中间过渡；

(3)均衡电流大，均衡效果明显。目前均衡电流为5A，通过更改器件参数均衡电流还可以提高。通过使用验证，能够明显提升电池组容量。

(4)模块化设计，扩展性强，节约成本。每个均衡电路为一个模块，每个模块可以对6节电池进行充放电管理。对于多串数的电池组只需简单的增加模块数量。

附图说明

图1是蓄电池单体电池电压主动均衡电路总图；

图2是电池选择电路电池选择电路示意图；

图3是充放电电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明提出的一种蓄电池单体电池电压主动均衡电路进一步的介绍：

一种蓄电池单体电池电压主动均衡电路，包括电池选择电路和电池充放电电路；所述电池选择电路采用控制芯片和双向MOS管实现从6节电池中选择其中1节电池连接至电池充放电电路；所述电池充放电电路采用双向DC/DC技术实现对被选择的电池进行充电或放电。

所述电池选择电路中的控制芯片为1个电池选择芯片EMB1428Q。

所述电池选择电路中MOS管为SI7938DP，管数量为9个。

所述MOS管选择第1节电池时，同时闭合MOS管Q23和MOS管Q29两条通路，Q23连接电池正极，Q29连接电池负极；所述的电池正极通过MOS管上的Q3通道与充放电电路正极导通；所述电池负极通过MOS管Q7下面的通道与充放电电路电池端负极导通。

所述MOS管选择第2节电池时，同时闭合MOS管Q23和MOS管Q21的两路通道，Q23连接到电池负极，Q21连接到电池正极；电池负极通过闭合Q3下面的通道与充放电电路电池端负极导通；电池正极通过闭合Q7上面的通道与充放电电路电池端正极导通。

所述放电电路为双向直流到直流转换电路，包括变压器、电源管理芯片及MOS管；电池进行充电时互锁信号CTL置成低电平时，只有电源管理芯片U27收到PWM信号；U27通过控制MOS管开关信号的占空比，使充电电流达到设定值。

电池选择电路如图1所示，主要由1个电池选择芯片(EMB1428Q)和9个双向MOS管(SI7938DP)组成。电池选择芯片通过SPI通信接收单片机指令，通过闭合相应的MOS管使指定电池的正负极与充放电电路的电池端正负极导通。从而达到电池选择的目的。电池选择芯片具有逻辑互锁功能，收到指令后自动计算引脚输出状态，保证不会同时接通两节电池，造成电池短路或其它危害。电池选择芯片引脚输出电压具备自抬升功能，从而可以控制9个不同电压平台的MOS管。MOS管采用双向型的，电流可以任意方向流 动，从而实现对电池的充电和放电功能。MOS管选通逻辑如下：选择第1节电池时，同时闭合MOS管Q23和MOS管Q29的两路通道，此时Q23连接到电池正极，Q29连接到电池负极。通过闭合MOS管Q3上面的通道，使电池正极与充放电电路电池端正极导通。通过闭合MOS管Q7下面的通道，使电池负极与充放电电路电池端负极导通。选择第2节电池时，同时闭合MOS管Q23和MOS管Q21的两路通道，此时Q23连接到电池负极，Q21连接到电池正极。通过闭合Q3下面的通道，使电池负极与充放电电路电池端负极导通。通过闭合Q7上面的通道，使电池正极与充放电电路电池端正极导通。选择其它电池时以此类推。

充放电电路如图2所示，是一种双向的直流到直流(DC/DC)转换电路，主要由变压器、电源管理芯片、MOS管组成。此电路具备逻辑互锁功能，保证同一时刻只有一个电源管理芯片能够接收PWM信号，从而避免了两个电源管理芯片同时工作的情况。对电池进行充电时将互锁信号CTL置成低电平，此时电源管理芯片U27可以收到PWM信号，而电源管理芯片U26不能收到PWM信号。U27通过控制MOS管开关信号的占空比，使充电电流达到设定值。从而实现母线电压对单体电池充电的功能。通过修改采样电阻的阻值可以调节充电电流大小。对电池进行放电时将互锁信号CTL置成低高平，此时电源管理芯片U26可以收到PWM信号，而电源管理芯片U27不能收到PWM信号。U26通过控制MOS管开关信号的占空比，使放电电流达到设定值。从而实现单体电池对母线电压放电的功能。通过修改采样电阻的阻值可以调节放电电流大小。电源管理芯片输出的开关信号最大占空比不高于输入的PWM信号，从而对充放电电流多了一层保护。电源管理芯片可以自动调节电流，对电流实现闭环控制，电流纹波小，转换效率高。同时电源管理芯片具备过流保护功能，避免大电流对电池造成损坏。提高了系统的可靠性和实用性。