一种电池组电量均衡电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电池组电量均衡电路，包括N-1个电池均衡单元电路、N个电压采样电路、辅助电源模块、单片机控制模块和驱动模块；第K个电压采样电路、第K+1个电压采样电路分别采集第K、K+1个电池两端的电压，并传输至单片机控制模块，单片机控制模块据此输出驱动信号至驱动模块，驱动模块输出的驱动信号分别传输至第K个电池均衡单元电路，第K个电池均衡单元电路控制第K个电池放电、第K+1个电池充电或者第K个电池充电、第K+1个电池放电，使得第K、K+1个电池达到电量均衡，其中1≤K≤N-1。本实用新型的均衡电路，其构造简单、转换效率高、成本低和可靠性好，可以提高电池组的可用容量，延长电池组的使用寿命。
【专利说明】
_种电池组电量均衡电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及电池管理技术领域，特别涉及一种电池组电量均衡电路，适用于串联的充电电池组。
【背景技术】
[0002]在新能源体系中，电池系统是其中不可缺少的重要组成部分，近年来，以锂电池为动力的电动自行车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等以高能量密度、高重复循环使用次数、重量轻及绿色环保等优势受到人们的关注。电池使用过程的安全与可靠性控制的关键在于电池管理系统，不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命。一个电池组通常包括几个相互串联的电池单元，由于每个电池单元在充电状态、阻抗和温度特性等各方面的差异会造成这些电池单元之间的不平衡。这种不均衡现象使得整个电池组的容量减小、寿命缩短。因此，在电池组中需要应用电池均衡电路对其进行调节，以保持电池组的容量，延长电池组的寿命。
[0003]针对串联电池可能出现的电量偏高，偏低问题，解决方案有并联电阻分流法、双向DC-DC均衡法、同轴变压器均衡法等均衡电路，但是这些电路都有变压器，使得电路成本增加。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电池组电量均衡电路，用于保证电池组中的单体在充电和放电过程中不出现过充电和过放电为目的，从而改善串联电池组不均衡的现象，提高电池组的可用容量，减小串联电池组的维修和更换周期，延长电池组的使用寿命，降低EV，PHEV及蓄能电站的成本。
[0005]本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:
[0006]—种电池组电量均衡电路，用于均衡N个串联电池构成的电池组的电量，包括N-1个电池均衡单元电路、分别采集N个电池两端电压的N个电压采样电路、辅助电源模块、单片机控制模块和驱动模块;其中第K个电池均衡单元电路第一端口、第二端口、第三端口分别连接第K个电池的正极、第K个电池与第K+1个电池的连接处、第K+1个电池的负极;第K个电压采样电路、第K+1个电压采样电路分别采集第K个电池、第K+1个电池两端的电压，并传输至单片机控制模块，单片机控制模块经过计算后输出相应的驱动信号至驱动模块，驱动模块输出的驱动信号分别传输至第K个电池均衡单元电路，第K个电池均衡单元电路控制第K个电池放电、第K+1个电池充电或者第K个电池充电、第K+1个电池放电，使得第K个电池、第K+1个电池达到电量均衡，其中I SKSN-1。
[0007]所述电池均衡单元电路，均包括包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第一电感、第二电感，第一二极管反并联在第一开关管上，第二二极管反并联在第二开关管上，第一电感的一端与第一电池的正极相连，第一电感的另一端与第一电容的正极和第一开关管的漏极相连，第一开关管的源极与第一电池的负极、第二电池的正极相连，第二开关管的源极与第二电池的正极相连，第二开关管的漏极与第一电容的负极相连，第一电容的负极同时接第二电感的一端;第二电感的另一端与第二电池的负极相连;第一电压传感器采样第一电池的端电压Ubl;第二电压传感器采样第二电池的端电压Ub20
[0008]所述辅助电源模块包括第一整流桥、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻、第二电阻、用于输出15V直流电压的第一稳压芯片和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片；其中第二整流桥上端、下端分别接输入电源VAC的两端，左端与第五电容的正极连接，右端与第五电容的负极连接;第三电容的正极端接第一稳压芯片的输入端，第一稳压芯片的输出端接第二稳压芯片的输入端，第二稳压芯片的输出端与单片机控制模块和驱动模块的输入端连接;第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地;第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，另一端接第一稳压芯片的输出端;第四电容接第二稳压芯片的输入端，另一端接地;第五电容的正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地。
[0009]所述驱动模块包括2X(N-1)个结构相同的驱动信号判断电路，每个驱动信号判断电路均包括第三电阻、第六电容、第一与门、第一驱动隔离电路;单片机控制模块输出的控制信号连接到第三电阻和第一与门的一个输入端;第三电阻的另一端接第一与门的另一输入端和第六电容的一端，第六电容的另一端接地;第一与门的输出接第一驱动隔离电路。
[0010]所述驱动隔离电路包括第一三极管、第二三极管、第七电容、第一变压器、第四电阻；第一三极管的基极和第二三极管的基极相连后连接第一与门的输出；第一三极管的发射极和第二三极管的发射极相连后与第七电容的一端相连，第一三极管的集电极接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第二三极管的集电极与第一变压器的一个输入端相连后接地，第七电容的另一端接第一变压器的另一输入端;第一变压器的一个输出端与第四电阻的一端相连，另一端接主电路开关管的源极，第四电阻的另一端接主电路开关管的门极。
[0011]电池组电量均衡电路的电池组电量均衡方法，包含以下顺序:
[0012]S1.第K个电压采样电路、第K+1个电压采样电路分别采集第K个电池、第K+1个电池两端的电压，并传输至单片机控制模块；
[0013]S2.单片机控制模块经过计算后输出相应的驱动信号至驱动模块，驱动模块输出的驱动信号分别传输至第K个电池均衡单元电路；
[0014]S3.第K个电池均衡单元电路控制第K个电池放电、第K+1个电池充电或者第K个电池充电、第K+1个电池放电，使得第K个电池、第K+1个电池达到电量均衡，其中I < K < N-1，N为电池组串联的电池数量。
[0015]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0016]本实用新型能够保证电池组中的单体在充电和放电过程中不出现过充电和过放电为目的，从而改善串联电池组不均衡的现象，提高电池组的可用容量，减小串联电池组的维修和更换周期，延长电池组的使用寿命，降低EV，PHEV及蓄能电站的成本。
[0017]当电池组中任何一个单体能量过高或过低时，通过电池均衡单元电路的开关通断使其与相邻的电池达到电量均衡，然后用若干个均衡单元电路实现电池组的总体均衡。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型所述电池组电量均衡电路的结构示意图。
[0019]图2为本实用新型的辅助电源模块的电路图。
[0020]图3为本实用新型的驱动模块的电路图。
[0021]图4为本实用新型的驱动模块中的驱动隔离电路图。
[0022]图5为本实用新型所述电池均衡单元电路的电路图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0024]图1给出了本实用新型示例的一种电池均衡电路的结构示意图，其中包括主电路，辅助电源模块，单片机控制模块(可采用常用的单片机)，驱动模块。主电路包括N节串联连接的铅酸电池或锂离子电池，第一?第(N-1)均衡单元电路，如图5，每一个均衡单元电路都分别与相邻的两个电池的三个端点(正极、正负极连接点、负极)相连，第一均衡单元电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第一电感、第二电感，第一二极管反并联在第一开关管上，第二二极管反并联在第二开关管上，第一电感的一端与电池I的正极相连，第一电感的另一端与第一电容的正极和第一开关管的漏极相连，第一开关管的源极与电池I的负极和电池2的正极相连，第二开关管的源极与电池2的正极相连，第二开关管的漏极与第一电容的负极相连，第一电容的负极同时接第二电感的一端;第二电感的另一端与电池2的负极相连;第一电压传感器米样电池I的端电压Ubl;第二电压传感器米样电池2的端电压Ub2，第二?第(N-1)个均衡电路单元具有与第一均衡电路单元相同的结构。采样电路包括N个相同的电压传感器电路，第N电压传感器的输入和第N电池两端并联，第N电压传感器的输出接单片机控制模块的电池N端电压UbN采样输入端。辅助电源模块将220V的交流电压转化为15V和5V的直流电压输出，作为单片机控制模块和驱动模块的辅助电源。如图中的均衡单元电路I所示，若电池I的电压Ub I大于电池2的电压Ub2，则给第一开关管Ql开通信号，电池I通过第一电感LI和第一开关管Ql放电，从而使电池I的端电压降低，同时，第一电容、第一开关、第二电感、电池2形成回路，第一电容对电池2进行充电，从而使电池2的端电压升高；若电池I的电压Ubl小于电池2的电压Ub2，则给第二开关管Q2开通信号，电池2通过第二电感L2和第二开关管Q2放电，从而使电池2的端电压降低，同时，第一电容、第一电感、电池1、第二开关形成回路，第一电容对电池I进行充电，从而使电池I的端电压升高;通过调整第一开关管和第二开关管的导通时间实现电池I和电池2的电量的自动均衡。以此类推，此电池均衡单元电路可以实现任意偶数个串联电池组成的电池组电量均衡。
[0025]图2给出了本实用新型电池均衡电路的辅助电源模块的电路图，辅助电源模块包括整流桥Bridge，第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5，第一电阻R1、第二电阻R2。用于输出15V直流电压的第一稳压芯片TL783和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片7805。整流桥Bridge上下两端分别接输入电源Vac的AC+与AC-两端，两端分别与第三电容的两端相接。第三电容的正极端接第一稳压芯片的Vinl端，第一稳压芯片的输出端Voutl接第二稳压芯片的输入端Vin2，第二稳压芯片的输出端Vout2与单片机模块和驱动模块的输入端Vcc连接。第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端相接，第二电阻的另一端接地。第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，另一端接第一稳压芯片的输出端。第四电容的正极接第二稳压芯片的输入端，另一端接地。第五电容的正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地。整流桥将220V的交流电压整流成直流电压，第一电阻和第二电阻的阻值调节TL783输出电压的大小，第四电容为第一稳压芯片TL783的输出滤波电容和第二稳压芯片7805的输入滤波电容，第五电容为第二稳压芯片的输出滤波电容，稳压芯片TL783和7805分别输出15V和5V的直流电压，作为系统内部各控制电路的电源。
[0026]图3给出了驱动模块的电路图，驱动模块包括第三电阻R3、第六电容C6、第一与门Ul以及第一驱动隔离电路。单片机控制模块输出的驱动信号分别连接第三电阻的一端和第一与门。第三电阻的另一端接第一与门的一端和第六电容的一端，第六电容的另一端接地；第一与门的输出接第一驱动隔呙电路。
[0027]图4给出了驱动模块中驱动隔离的电路图，驱动隔离电路包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、第七电容C7、第一变压器Tl、第四电阻R4;第一三极管的基极和第二三极管的基极相连后连接第一与门的输出；第一三极管的发射极和第二三极管的发射极相连后与第七电容的一端相连，第一三极管的集电极接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第二三极管的集电极与第一变压器的一个输入端相连后接地，第七电容的另一端接第一变压器的另一输入端;第一变压器的一个输出端与第四电阻的一端相连，另一端接主电路所驱动的开关管的源极，第四电阻的另一端接主电路所驱动开关管的门极。当驱动信号的高电平到来时，第一三极管导通，由于第一变压器的作用，驱动信号I输出高电平，驱动开关管导通；当驱动信号为低电平时，第二三极管导通，第一变压器输入为低电平，驱动信号I输出低电平，驱动开关管关断。
[0028]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电池组电量均衡电路，用于均衡N个串联电池构成的电池组的电量，其特征在于:包括N-1个电池均衡单元电路、分别采集N个电池两端电压的N个电压采样电路、辅助电源模块、单片机控制模块和驱动模块;其中第K个电池均衡单元电路第一端口、第二端口、第三端口分别连接第K个电池的正极、第K个电池与第K+1个电池的连接处、第K+1个电池的负极;第K个电压采样电路、第K+1个电压采样电路分别采集第K个电池、第K+1个电池两端的电压，并传输至单片机控制模块，单片机控制模块经过计算后输出相应的驱动信号至驱动模块，驱动模块输出的驱动信号分别传输至第K个电池均衡单元电路，第K个电池均衡单元电路控制第K个电池放电、第K+1个电池充电或者第K个电池充电、第K+1个电池放电，使得第K个电池、第K+1个电池达到电量均衡，其中I ^ K < N-1。2.根据权利要求1所述电池组电量均衡电路，其特征在于:所述电池均衡单元电路，均包括包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第一电感、第二电感，第一二极管反并联在第一开关管上，第二二极管反并联在第二开关管上，第一电感的一端与第一电池的正极相连，第一电感的另一端与第一电容的正极和第一开关管的漏极相连，第一开关管的源极与第一电池的负极、第二电池的正极相连，第二开关管的源极与第二电池的正极相连，第二开关管的漏极与第一电容的负极相连，第一电容的负极同时接第二电感的一端;第二电感的另一端与第二电池的负极相连;第一电压传感器采样第一电池的端电压Ubl;第二电压传感器采样第二电池的端电压Ub2。3.根据权利要求1所述电池组电量均衡电路，其特征在于:所述辅助电源模块包括第一整流桥、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻、第二电阻、用于输出15V直流电压的第一稳压芯片和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片;其中第二整流桥上端、下端分别接输入电源VAC的两端，左端与第五电容的正极连接，右端与第五电容的负极连接;第三电容的正极端接第一稳压芯片的输入端，第一稳压芯片的输出端接第二稳压芯片的输入端，第二稳压芯片的输出端与单片机控制模块和驱动模块的输入端连接;第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地;第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，另一端接第一稳压芯片的输出端;第四电容接第二稳压芯片的输入端，另一端接地;第五电容的正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地。4.根据权利要求1所述电池组电量均衡电路，其特征在于:所述驱动模块包括2X(N-1)个结构相同的驱动信号判断电路，每个驱动信号判断电路均包括第三电阻、第六电容、第一与门、第一驱动隔离电路;单片机控制模块输出的控制信号连接到第三电阻和第一与门的一个输入端;第三电阻的另一端接第一与门的另一输入端和第六电容的一端，第六电容的另一端接地;第一与门的输出接第一驱动隔离电路。5.根据权利要求4所述电池组电量均衡电路，其特征在于:所述驱动隔离电路包括第一三极管、第二三极管、第七电容、第一变压器、第四电阻;第一三极管的基极和第二三极管的基极相连后连接第一与门的输出；第一三极管的发射极和第二三极管的发射极相连后与第七电容的一端相连，第一三极管的集电极接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第二三极管的集电极与第一变压器的一个输入端相连后接地，第七电容的另一端接第一变压器的另一输入端;第一变压器的一个输出端与第四电阻的一端相连，另一端接主电路开关管的源极，第四电阻的另一端接主电路开关管的门极。
【文档编号】H01M10/44GK205489630SQ201620095284
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】康龙云, 李臻, 齐如军, 王书彪
【申请人】华南理工大学