一种电池自均衡装置的制作方法

本实用新型涉及电池能量管理技术领域，尤其涉及一种电池自均衡装置。

背景技术：

单个电池串联使用时会因为个体性能的不同，导致电池组性能下降，由于单体电池的容量不可能做到绝对的一致，因此弱体电池必将决定电池组的整体性能，特别是在电池组充放电过程中，个体差异性会逐渐增大，导致电池组整体性能衰减和减少使用寿命，为了避免弱体电池的过充电现象，现有技术中采用并联电阻的方式进行分压，这种耗散均衡方式，对电能造成浪费。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种电池自均衡装置，采用可拆装的框架结构，单个电池放入可拆装的框架结构中后可直接组成动力电池组，避免了电池单体之间繁琐的接线工作，同时箱体内部安装的均衡电路可以利用MOS管和电容实现电池单体之间的能量转移，避免了电池组中弱体电池过充电现象，同时提高了电池组的整体储能。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种电池自均衡装置，其特征在于，包括框架、顶部转轴、顶板、固定板、螺丝、底部转轴以及电池均衡电路板，其中：

所述框架为倒F型结构且包括一侧板、一底板以及一横板，所述侧板与底板竖直连接，所述横板安装在侧板的中部且与底板平行，横板上对称设置有多个电池孔用于固定电池的位置，横板的外侧设置有螺孔，所述底板上部设置有容纳电池均衡电路板的凹槽，所述凹槽上扣设有底板盖，所述底板盖上设置有连接电池负极的底部金属簧；

所述顶板的一端通过顶部转轴安装在所述侧板上，顶板的内表面设置有连接电池正极的顶部金属簧，顶板的另一端上设置有螺孔；

所述固定板的一端通过底部转轴安装在所述底板的外侧，固定板对应横板螺孔、顶板螺孔的位置处设置有连接孔，螺丝穿过所述连接孔与螺孔能够将所述框架、顶板与固定板安装成一整体；

所述电池均衡电路板安装在底板盖下的凹槽内、且用于改变电池之间的串、并联状态，电池均衡电路板的输入口通过导线分别连接底部金属簧和顶部金属簧；

所述底板靠近电池均衡电路板的位置设置有正极接头、负极接头，所述正极接头连接电池组的正极，所述负极接头连接电池组的负极。

进一步的，所述电池均衡电路板包括MOS管、控制电路、以及与所述控制电路分别连接的检测电路、电源、通信接口、MOS管驱动电路，所述控制电路的输出口通过MOS管驱动电路连接MOS管的栅极以控制MOS管的工作，其中：所述MOS管包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管和第九MOS管；所述电池包括第一电池、第二电池、第三电池和第四电池；

所述第一MOS管的漏极连接第一电池的正极，第一MOS管的源极连接第二电池正极；所述第四MOS管的漏极连接第二电池的正极，第四MOS管的源极连接第三电池正极；所述第七MOS管的漏极连接第三电池的正极，第七MOS管的源极连接第四电池正极；

所述第三MOS管的漏极连接第一电池的负极，第三MOS管的源极连接第二电池的正极；所述第六MOS管的漏极连接第二电池的负极，第六MOS管的源极连接第三电池的正极；所述第九MOS管的漏极连接第三电池的负极，第九MOS管的源极连接第四电池的正极；

所述第二MOS管的漏极连接第一电池的负极，第二MOS管的源极连接第二电池的负极；所述第五MOS管的漏极连接第二电池的负极，第五MOS管的源极连接第三电池的负极；所述第八MOS管的漏极连接第三电池的负极，第八MOS管的源极连接第四电池的负极。

进一步的，所述第三MOS管、第六MOS管、第九MOS管分别为P沟道MOS管。

进一步的，所述第一MOS管、第四MOS管、第七MOS管、第二MOS管、第五MOS管和第八MOS管分别为N沟道MOS管。

进一步的，所述检测电路采用LTC2943芯片，所述LTC2943芯片用于检测电池组中每个电池的温度和电压信息。

进一步的，所述控制电路采用MSP430F54芯片，所述MSP430F54芯片通过SPI方式与LTC2943芯片通信。

本实用新型的一种电池自均衡装置具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种电池自均衡装置，属于电池能量管理技术领域，该装置包括框架、顶部转轴、顶板、固定板、螺丝、底部转轴以及电池均衡电路板，电池均衡电路板安装在箱体内部用于电池能量的监控和均衡。本实用新型采用可拆装的框架结构，单个电池放入可拆装的框架结构中后可直接组成动力电池组，避免了电池单体之间繁琐的接线工作，同时箱体内部安装的均衡电路可以利用MOS管使得相互串联的电池变为并联结构，在并联状态下各个电池之间进行自主的电压均衡，使电池组的容量得到最大的发挥且提高电池组的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的一种电池自均衡装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型的一种电池自均衡装置的打开结构示意图；

图3为本实用新型的一种电池自均衡装置的固定板结构示意图；

图4为本实用新型的一种电池自均衡装置的底板结构示意图；

图5为本实用新型的一种电池自均衡装置的电池均衡电路板结构示意图；

图6为本实用新型的一种电池自均衡装置的电路结构示意图；

图7为本实用新型的一种电池自均衡装置的第一电容充电示意图；

图8为本实用新型的一种电池自均衡装置的第一电容放电示意图。

图中，1-框架、2-顶部转轴、3-顶板、4-固定板、5-螺丝、6-底部转轴、7-电池、101-侧板、102-底板、103-横板、1021-正极接头、1022-负极接头、1023-底部金属簧、1024-底板盖、1031-电池孔、301-顶部金属簧。

具体实施方式

根据附图所示，对本实用新型进行进一步说明：

如图1所示，一种电池自均衡装置，包括框架1、顶部转轴2、顶板3、固定板4、螺丝5、底部转轴6以及电池均衡电路板，其中：框架1为倒F型结构且包括一侧板101、一底板102以及一横板103，所述侧板101与底板102竖直连接，所述横板103安装在侧板101的中部且与底板102平行，横板103的外侧设置有螺孔；顶板3的一端通过顶部转轴2安装在所述侧板101上，顶板3的内表面设置有连接电池7正极的顶部金属簧301，顶板3的另一端上设置有螺孔；固定板4的一端通过底部转轴6安装在所述底板102的外侧，固定板4对应横板103螺孔、顶板3螺孔的位置处设置有连接孔，螺丝5穿过所述连接孔与螺孔能够将所述框架1、顶板3与固定板4安装成一整体。

如图2所示，采用可旋转的顶板3与固定板4能够极大的方便单个电池7的安装和更换，实现装置的可拆卸连接。

如图3所示，横板103上对称设置有多个电池孔1031用于固定电池7的位置，本实施中电池孔1031的数量为4个，方便实现4个单体电池7串联成组，实现能量均衡。

如图4所示，底板102上部设置有容纳电池均衡电路板的凹槽，所述凹槽上扣设有底板盖1024，所述底板盖1024上设置有连接电池7负极的底部金属簧1023。

具体的，电池均衡电路板安装在底板盖1024下的凹槽内、且用于改变电池7之间的串、并联状态，电池均衡电路板的输入口通过导线分别连接底部金属簧1023和顶部金属簧301；所述底板102靠近电池均衡电路板的位置设置有正极接头1021、负极接头1022，所述正极接头1021连接电池组的正极，所述负极接头1022连接电池组的负极。

如图5所示，电池均衡电路板包括MOS管、控制电路、以及与所述控制电路分别连接的检测电路、电源、通信接口、MOS管驱动电路，所述控制电路的输出口通过MOS管驱动电路连接MOS管的栅极以控制MOS管的工作，其中：所述MOS管包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8和第九MOS管M9；所述电池7包括第一电池B1、第二电池B2、第三电池B3和第四电池B4；

所述第一MOS管M1的漏极连接第一电池B1的正极，第一MOS管M1的源极连接第二电池B2正极；所述第四MOS管M4的漏极连接第二电池B2的正极，第四MOS管M4的源极连接第三电池B3正极；所述第七MOS管M7的漏极连接第三电池B3的正极，第七MOS管M7的源极连接第四电池B4正极；

所述第三MOS管M3的漏极连接第一电池B1的负极，第三MOS管M3的源极连接第二电池B2的正极；所述第六MOS管M6的漏极连接第二电池B2的负极，第六MOS管M6的源极连接第三电池B3的正极；所述第九MOS管M9的漏极连接第三电池B3的负极，第九MOS管M9的源极连接第四电池B4的正极；

所述第二MOS管M2的漏极连接第一电池B1的负极，第二MOS管M2的源极连接第二电池B2的负极；所述第五MOS管M5的漏极连接第二电池B2的负极，第五MOS管M5的源极连接第三电池B3的负极；所述第八MOS管M8的漏极连接第三电池B3的负极，第八MOS管M8的源极连接第四电池B4的负极。

具体的，所述第三MOS管M3、第六MOS管M6、第九MOS管M9分别为P沟道MOS管。

具体的，所述第一MOS管M1、第四MOS管M4、第七MOS管M7、第二MOS管M2、第五MOS管M5和第八MOS管M8分别为N沟道MOS管。

实际工作时，电池均衡电路板一方面通过检测电路采集单个电池7的温度和电压、计算弱体电池7的储能情况，另一方面控制MOS管的导通或关闭实现电池组串、并联状态的改变。

需要说明的是，本实施例中的电路针对是4个单体电池7。

具体的，检测电路采用LTC2943芯片，LTC2943芯片用于检测电池组中每个电池7的温度和电压信息。控制电路采用MSP430F54芯片，所述MSP430F54芯片通过SPI方式与LTC2943芯片通信。

电池组串联状态如图7所示，其中，第一MOS管至第九MOS管的栅极处于低电压模式，针对P沟道MOS管只有当栅极电压Vgs小于一定的值就会导通，针对N沟道MOS管只有当栅极电压Vgs大于一定的值就会导通，此时，第一MOS管M1、第四MOS管M4、第七MOS管M7、第二MOS管M2、第五MOS管M5和第八MOS管M8处于断开状态，第三MOS管M3、第六MOS管M6、第九MOS管M9分别为P沟道MOS管处于导通状态，电池7实现串联结构。

电池组并联状态如图8所示，其中，第一MOS管至第九MOS管的栅极处于高电压模式，针对P沟道MOS管只有当栅极电压Vgs小于一定的值就会导通，针对N沟道MOS管只有当栅极电压Vgs大于一定的值就会导通，此时，第一MOS管M1、第四MOS管M4、第七MOS管M7、第二MOS管M2、第五MOS管M5和第八MOS管M8处于导通状态，第三MOS管M3、第六MOS管M6、第九MOS管M9分别为P沟道MOS管处于断开状态，电池7实现并联结构。

实际工作时，在对电池组整体充电、放电的情况下，当检测电路检测到某个电池7的电压迅速上升、或下降到临界值时，断开外部电路，然后将电池组的串联结构更改为并联结构，实现电压的自均衡状态。

本实用新型采用可拆装的框架1结构，单个电池7放入可拆装的框架1结构中后可直接组成动力电池组，避免了电池7单体之间繁琐的接线工作，同时箱体内部安装的均衡电路可以利用MOS管使得相互串联的电池7变为并联结构，在并联状态下各个电池7之间进行自主的电压均衡，使电池组的容量得到最大的发挥且提高电池组的使用寿命。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。