多串锂电池无损耗自动均衡电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多串锂电池无损耗自动均衡电路。
【背景技术】
[0002]多串锂电池的均衡问题非常重要，一般在锂电池串联之前要对每节锂电池进行配对，以确保锂电池电压、内阻、容量等参数的偏差在一定范围内，但是随着电池充放电次数的增加，每节锂电池的差异逐步加大，最明显的是锂电池之间的电压差会逐步拉大，如果锂电池之间的电压无法保持一致，势必造成部分锂电池无法放出有效容量，长此以往，电池使用时间越来越短，电池寿命快速下降。
[0003]目前市场上针对多串锂电池的均衡主要有两种方案:一种是有损耗的，一种是无损耗的。有损耗的均衡电路原理是由电压较高的锂电池对电阻放电，将电压降下来，来保持各锂电池之间的电压均衡。这种方式的优点是控制电路较简单，但缺点是能量被白白消耗掉，不节能环保。无损耗的均衡电路主要是对两颗邻近的锂电池之间的电压进行比较，若其中一颗锂电池的电压较高，就由电压较高的锂电池对电压较低的锂电池放电来实现两颗锂电池之间的电压均衡。这种均衡电路的优点是能量几乎没有损耗，比较节能环保；但缺点是控制电路较复杂，而且由于每次是比较相邻的两颗锂电池的电压，因此均衡的速度较慢，如果是多串电池中的第I颗锂电池和最后I颗锂电池的电压偏差最大，往往要经过多次的两两相邻之间的补偿，才能将电量传递过去。
【发明内容】
[0004]为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种多串锂电池无损耗自动均衡电路，不仅能够大大加快锂电池均衡的速度，而且具有均衡效率高、节能环保、利用待机时间均衡而不影响电池正常工作等优点。
[0005]本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是:一种多串锂电池无损耗自动均衡电路，包括LDO电路、MCU、自动均衡电路和升压电路，LDO电路为MCU提供稳定的电压，MCU检测多串锂电池的电池输出端和该多串锂电池的正负极间的电压、电流信号，当电池处于充电状态，如果电池输出端的电压高于多串锂电池的电压，MCU关闭自动均衡电路和升压电路；当电池处于工作放电状态，如果电池输出端有大电流输出，MCU关闭自动均衡电路和升压电路；如果电池输出端的电压低于多串锂电池的电压且只有微小的待机电流流出，MCU控制自动均衡电路和升压电路打开，自动均衡电路对多串锂电池进行快速的电压均衡，升压电路维持多串锂电池输出端的电压不变，保持待机状态。
[0006]作为本实用新型的进一步改进，所述自动均衡电路包括分别串接于多串锂电池的每一电池负极端上的第一 N沟道M0SFET，且该第一 N沟道MOSFET的源极分别连接其对应电池的负极，位于两锂电池间的该第一 N沟道MOSFET的漏极分别连接其临近电池的正极，位于最外侧锂电池外的该第一 N沟道MOSFET的漏极接地，若干该第一 N沟道MOSFET的栅极分别接入MCU控制端；在每一电池的正极端还分别连接一第二 N沟道MOSFET的漏极端，若干个该第二 N沟道MOSFET的源极端连接，若干个该第二 N沟道MOSFET的栅极端分别接入MCU控制端；在每一电池的负极端还分别连接一第三N沟道MOSFET的漏极端，若干个该第三N沟道MOSFET的源极端接地，若干个该第三N沟道MOSFET的栅极端分别接入MCU控制端；多串锂电池中位于最外侧的锂电池的正极端外分别连接第四N沟道MOSFET和第五N沟道MOSFET的漏极，该第四N沟道MOSFET的源极接入所述升压电路，该第五N沟道MOSFET的源极接充电输出端，该第四N沟道MOSFET和第五N沟道MOSFET的栅极分别接入MCU控制端。
[0007]作为本实用新型的进一步改进，在所述第二 N沟道MOSFET和锂电池的正极端之间还分别连接一电容的一端，该电容的另一端接地。
[0008]本实用新型的有益效果是:该多串锂电池无损耗自动均衡电路去除了现有两种均衡电路的缺点，并可以大大加快了锂电池均衡的速度，同时具有均衡效率高、节能环保、利用待机时间均衡不影响电池正常工作等特点。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型原理框图；
[0010]图2为本实用新型自动均衡电路示意图。
【具体实施方式】
[0011]以下结合附图，对本实用新型的一个较佳实施例作详细说明。但本实用新型的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖范围之内。
[0012]如图1所示，一种多串锂电池无损耗自动均衡电路，包括LDO电路1、MCU2、自动均衡电路3和升压电路4，LDO电路为MCU提供稳定的电压，MCU检测多串锂电池5的电池输出端和该多串锂电池的正负极间的电压、电流信号，当电池处于充电状态，如果电池输出端的电压高于多串锂电池的电压，MCU关闭自动均衡电路和升压电路；当电池处于工作放电状态，如果电池输出端有大电流输出，MCU关闭自动均衡电路和升压电路；如果电池输出端的电压低于多串锂电池的电压且只有微小的待机电流流出，MCU控制自动均衡电路和升压电路打开，自动均衡电路对多串锂电池进行快速的电压均衡，升压电路维持多串锂电池输出端的电压不变，保持待机状态。
[0013]如图2所示(以4颗锂电池的串联电路为例)，所述自动均衡电路包括分别串接于多串锂电池的每一电池负极端上的第一 N沟道MOSFET(Q4、Q3、Q2、Ql)，且该第一 N沟道MOSFET的源极分别连接其对应电池的负极，位于两锂电池间的该第一 N沟道MOSFET (Q4、Q3、Q2)的漏极分别连接其临近电池的正极，位于最外侧锂电池外的该第一 N沟道MOSFET (Ql)的漏极接地，若干该第一 N沟道MOSFET的栅极分别接入MCU控制端；在每一电池的正极端还分别连接一第二 N沟道MOSFET (Q8、Q7、Q6、Q5)的漏极端，若干个该第二 N沟道MOSFET的源极端连接，若干个该第二 N沟道MOSFET的栅极端分别接入MCU控制端；在每一电池的负极端还分别连接一第三N沟道MOSFET (Q12、Ql 1、QlO、Q9)的漏极端，若干个该第三N沟道MOSFET的源极端接地，若干个该第三N沟道MOSFET的栅极端分别接入MCU控制端；多串锂电池中位于最外侧的锂电池的正极端外分别连接第四N沟道M0SFET(Q13)和第五N沟道MOSFET (Q14)的漏极，该第四N沟道MOSFET的源极接入所述升压电路，该第五N沟道MOSFET的源极接充电输出端，该第四N沟道MOSFET和第五N沟道MOSFET的栅极分别接入MCU控制端。在所述第二 N沟道MOSFET和锂电池的正极端之间还分别连接一电容的一端，该电容的另一端接地。
[0014]本例所述的自动均衡电路的工作原理以4颗锂电池的串联电路为例做说明，其他数量的多串锂电池均衡电路原理类似。当电池处于正常工作放电或充电时，MCU控制N沟道的MOSFET Q1-Q4及Q14都处于导通状态，Q8-Q13都处于关断状态，此时电池正常工作，均衡电路和升压电路均不工作；当电池处于待机状态时，MCU先关断Q1-Q4及Q14，然后再打开Q8-Q13，此时相当于将串联的每颗锂电池接成了并联模式，锂电池之间马上可以进行相互的电压补偿，电压最低的锂电池会得到多颗其他锂电池的放电补偿，而电压最高的锂电池也会对多颗电压低的锂电池同时放电，电压均衡速度很快，均衡效率显著提升，且由于是在锂电池之间进行能量补偿，几乎不消耗能量，也实现了节能环保。锂电池在进行均衡时，整体输出电压会降低，因此连接了 BOOST电路进行升压，维持了外部的待机工作状态。当MCU检测到外部有充电电压或接上负载工作出现输出电流加大时，MCU马上关断Q8-Q13，然后打开Q1-Q4及Q14，锂电池重新连接成串联模式。每个模块的输入输出端接电容来抑制电压的波动，防止电池在模式切换过程中的电压突变。
【主权项】
1.一种多串锂电池无损耗自动均衡电路，其特征在于:包括LDO电路(I) ,MCU(2)、自动均衡电路⑶和升压电路(4)，LDO电路为MCU提供稳定的电压，MCU检测多串锂电池(5)的电池输出端和该多串锂电池的正负极间的电压、电流信号，如果电池输出端的电压高于多串锂电池的电压，MCU关闭自动均衡电路和升压电路；如果电池输出端有大电流输出，MCU关闭自动均衡电路和升压电路；如果电池输出端的电压低于多串锂电池的电压且只有微小的待机电流流出，MCU控制自动均衡电路和升压电路打开，自动均衡电路对多串锂电池进行快速的电压均衡，升压电路维持多串锂电池输出端的电压不变，保持待机状态。
2.根据权利要求1所述的多串锂电池无损耗自动均衡电路，其特征在于:所述自动均衡电路包括分别串接于多串锂电池的每一电池负极端上的第一 N沟道M0SFET，且该第一 N沟道MOSFET的源极分别连接其对应电池的负极，位于两锂电池间的该第一 N沟道MOSFET的漏极分别连接其临近电池的正极，位于最外侧锂电池外的该第一 N沟道MOSFET的漏极接地，若干该第一 N沟道MOSFET的栅极分别接入MCU控制端；在每一电池的正极端还分别连接一第二 N沟道MOSFET的漏极端，若干个该第二 N沟道MOSFET的源极端连接，若干个该第二 N沟道MOSFET的栅极端分别接入MCU控制端；在每一电池的负极端还分别连接一第三N沟道MOSFET的漏极端，若干个该第三N沟道MOSFET的源极端接地，若干个该第三N沟道MOSFET的栅极端分别接入MCU控制端；多串锂电池中位于最外侧的锂电池的正极端外分别连接第四N沟道MOSFET和第五N沟道MOSFET的漏极，该第四N沟道MOSFET的源极接入所述升压电路，该第五N沟道MOSFET的源极接充电输出端，该第四N沟道MOSFET和第五N沟道MOSFET的栅极分别接入MCU控制端。
3.根据权利要求2所述的多串锂电池无损耗自动均衡电路，其特征在于:在所述第二N沟道MOSFET和锂电池的正极端之间还分别连接一电容的一端，该电容的另一端接地。
【专利摘要】本实用新型公开了一种多串锂电池无损耗自动均衡电路，包括LDO电路、MCU、自动均衡电路和升压电路，MCU检测多串锂电池的电池输出端和该多串锂电池的正负极间的电压、电流信号，如果电池输出端的电压高于多串锂电池的电压，MCU关闭自动均衡电路和升压电路；如果电池输出端有大电流输出，MCU关闭自动均衡电路和升压电路；如果电池输出端的电压低于多串锂电池的电压且只有微小的待机电流流出，MCU控制自动均衡电路和升压电路打开对多串锂电池进行快速的电压均衡，升压电路维持多串锂电池输出端的电压不变，保持待机状态。该多串锂电池无损耗自动均衡电路大大加快了锂电池均衡的速度，同时具有均衡效率高、节能环保、利用待机时间均衡不影响电池正常工作等特点。
【IPC分类】H02J7-00
【公开号】CN204497794
【申请号】CN201520211490
【发明人】吴祖榆
【申请人】天宇通讯科技(昆山)有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月10日