专利名称：电池组自动均衡方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种串联电池组的自动均衡方法及电路，尤其涉及一种在充放电过程 中自动对电池组中各电池单元进行均衡的方法及电路。
背景技术：
单体电池由于生产工艺等原因导致各电池容量与性能的差异，在对电池组进行充 放电的过程中，必然会扩大这种差异，充电时，容量小性能差的电池会出现过充现象；放电 时，容量小性能差的电池又会有过放现象；电池组容量利用率会越来越低，长此以往，这种 恶性循环过程将加速电池的损坏。因此，动力电池组需要采用均衡电路以延长电池组寿命 是国内外学者和业界的共识。现在的均衡方法一般可以分为有损均衡和无损均衡，下面对各种不同的均衡方式 进行简要介绍1、并联分流电阻均衡法每个单体电池上并联一个可通断的电阻，它可以 起到分流的作用。系统采集各单体电池的电压，若发现其中有单体电池电压超过平均电压 一定阈值后，导通该单体电池并接的电阻而进行分流。缺点是过大的能量损耗，显然不适合 高容量、高电压的应用场合。2、电容穿梭充电均衡法，该方法包括级联电容穿梭均衡法和快 速电容穿梭均衡法。级联电容穿梭均衡法利用串联电容在电池组间来回切换来实现电压均 衡充放电，通过单刀双掷的双向开关切换，每个电容都可与两个相邻的电池相连。快速电容 穿梭均衡法是电容能被高电量的单体充电以获得电量，然后选择低电量的单体进行充电以 转送电量。电容穿梭充电均衡法由于引进电容使得电路的均衡频率受到限制，同时单刀双 掷开关的寿命和可靠性是致命的问题，同时此方法需要电池测量监控系统的支持，系统会 变得比较复杂。3、能量转换充电均衡法用能量转换进行单体均衡是采用电感线圈或变压 器来将能量从一节或一组电池转移到另一节或一组电池。该均衡方法耗时长，成本较高。综上所述，在现有技术中，系统比较复杂，成本较高，可靠性也大受影响，因此，上 述各种均衡方法很难应用于电动自行车等要求成本低廉，系统复杂度低的应用领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉、控制简便的电池组自动均衡方 法及电路，在电池组充放电过程中都有均衡效果，有效的控制电池组的一致性，均衡速度 快，同时整个均衡过程都通过硬件实现，不需要多余的控制，该方法满足了电动自行车等较 低端系统的需求，克服了现有均衡方法的不足。为解决上述问题，本发明的技术方案是一种电池组自动均衡方法，所述电池组由N个电池单元构成，电池单元由一个或 多个单体电池并联或串联而成，且每个电池单元属性一致；所述均衡方法为在电池组充 放电过程中，将各电池单元电压与电池组平均电压进行比较，当电池单元电压大于电池组 平均电压时，对该电池单元进行均衡。电池单元电压与电池组平均电压分别作为运放的输入信号，运放取出差值信号。每个电池单元电压与电池组平均电压实时进行比较，当电池单元电压大于电池组平均电压 时，驱动器驱动对应的执行器导通；当电池单元电压小于等于电池组平均电压时，驱动器驱 动对应的执行器断开。优选地，所述电池单元电压通过减法器电路运算而得。优选地，所述均衡为电池单元对耗能元件进行放电。优选地，所述电池组平均电压为并联在电池组两端的电阻分压而得。优选地，所述电池单元属性包括电池基本属性和电池串并联结构。电池基本属性 包括电池类型、电池标称容量、电池标称电压；电池串并联结构包括电池并联数量及电池串 联级数。一种电池组自动均衡电路，所述电池组由N个电池单元构成，电池单元由一个或 多个单体电池并联或串联而成，且每个电池单元属性一致；所述均衡电路由电池组平均电 压采集电路、N个电池单元放电电路和N个执行器控制电路组成；所述电池组平均电压采集 电路由电阻值比为(N-I) 1的两个电阻串联而成，该串联电路并联在电池组两端；所述各 电池单元放电电路分别并联在各电池单元的两端，电池单元放电电路由电阻和执行器串联 而成；所述各执行器控制电路包括用于测量电池单元电压的减法器电路、用于将电池单元 电压与电池组平均电压进行比较的运放和驱动器，减法器电路的两输入端并联在电池单元 两端，减法器电路的输出端与运放输入端相连，运放另一输入端与电池组平均电压采集电 路两电阻的连接处相连，运放输出端与驱动器相连，驱动器与执行器相连。优选地，所述减法器电路包括差分放大器。优选地，所述执行器为电子开关或继电器。优选地，所述电池单元属性包括电池基本属性和电池串并联结构。电池基本属性 包括电池类型、电池标称容量、电池标称电压；电池串并联结构包括电池并联数量及电池串 联级数。本发明所提供的电池组自动均衡方法及电路可以应用于锂电池等各种电池组，该 方法和电路可以对电压偏低的电池单元进行自动均衡，采用硬件实时控制。本发明能有效 的抑制串联电池组内电池单元的过充过放现象，使电池组在最短的时间内改善电池组的一 致性，从而延长了电池组的使用寿命，具有控制方便、响应迅速、故障率低、成本低廉的特
点ο
图1是本发明电池组自动均衡电路的电路连接图。图2是本发明电池组自动均衡电路实施例的电路连接图。图3是本发明实施例中均衡电路处于工作状态的电路连接图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的保护范围并不限于 此。参照图1、图2、图3，本发明的电池组自动均衡方法及电路，所述电池组由N个电池 单元构成，电池单元由一个或多个单体电池并联或串联而成，且每个电池单元属性一致；所
4述电池基本属性包括电池类型、电池标称容量、电池标称电压；所述电池串并联结构包括电 池并联数量及电池串联级数。本实施例中电池组由4个电池单元组成，所述电池单元为一 节单体电池，下面以电池组充电过程中的某一时刻为基准，详细说明本发明。本发明的电池组自动均衡电路，所述均衡电路由电池组平均电压采集电路、4个电 池单元放电电路和4个执行器控制电路组成。所述电池组平均电压采集电路由电阻值比为3 1的两个电阻Ra和Rb串联而成， 电阻Ra和Rb的连接处定义为平均电压P点，此电池组平均电压采集电路并联在电池组两 端。所述电池单元放电电路分别并联在各电池单元的两端，电池单元放电电路由电阻R和 电子开关S串联而成，电阻Rl和电子开关Sl的串联电路并联在单体电池BTl的两端，电阻 R2和电子开关S2的串联电路并联在单体电池BT2的两端，电阻R3和电子开关S3的串联电 路并联在单体电池BT3的两端，电阻R4和电子开关S4的串联电路并联在单体电池BT4的 两端。所述各执行器控制电路包括用于测量电池单元电压的差分放大器、用于将电池单 元电压与电池组平均电压进行比较的运放和驱动器。差分放大器Ui的两输入端并联在单 体电池BTl的两端，Ul的输出端与运放TO的输入端相连，U5的另一输入端与电池组平均 电压采集电路两电阻的连接处平均电压P点相连，U5的输出端与相应的Sl驱动器相连，Sl 驱动器与对应的电子开关Sl相连；差分放大器U2的两输入端并联在单体电池BT2的两端， U2的输出端与运放TO的输入端相连，TO的另一输入端与平均电压P点相连，TO的输出端与 相应的S2驱动器相连，S2驱动器与对应的电子开关S2相连；差分放大器U3的两输入端并 联在单体电池BT3的两端，U3的输出端与运放U7的输入端相连，U7的另一输入端与平均 电压P点相连，U7的输出端与相应的S3驱动器相连，S3驱动器与对应的电子开关S3相连； 差分放大器U4的两输入端并联在单体电池BT4的两端，U4的输出端与运放U8的输入端相 连，U8的另一输入端与平均电压P点相连，U8的输出端与相应的S4驱动器相连，S4驱动器 与对应的电子开关S4相连。本发明的电池组自动均衡方法是基于本发明的电路实现的，该工作电路实时自动 运行，工作过程中不含实时数据的采集和显示，根据该方法包括下述步骤假设某一时刻的各电池单元的电压值如表1所示，该电压值由并联在各电池单元 的差分放大器U1、U2、U3、U4运算而得，通过计算可知总电压为13. 328V。通过并联在电池组 两端电阻分压原理计算得到的平均电压P = 3 J32F。运放U5比较单体电池BTl的电压值与 平均电压斤的大小，可知单体电池BTl电压值大于平均电压P，此时运放U5产生差值信号， Sl驱动器驱动对应的电子开关Sl闭合，单体电池BTl对并联电阻Rl进行放电；运放TO比 较单体电池BT2的电压值与平均电压P的大小，可知单体电池BT2电压值小于平均电压F， 运放U6产生差值信号，S2驱动器驱动对应的电子开关S2断开；运放U7比较单体电池BT3 的电压值与平均电压P的大小，可知单体电池BT3电压值小于平均电压P，运放U7产生差值 信号，S3驱动器驱动对应的电子开关S3断开；运放U8比较单体电池BT4的电压值与平均 电压P的大小，可知单体电池BT4电压值大于平均电压P，运放U8产生差值信号，S4驱动器
驱动对应的电子开关S4闭合，单体电池BT4对并联电阻R4进行放电。
权利要求
1.一种电池组自动均衡方法，其特征在于，所述电池组由N个电池单元构成，电池单元 由一个或多个单体电池并联或串联而成，且每个电池单元属性一致；所述均衡方法为在 电池组充放电过程中，将各电池单元电压与电池组平均电压进行比较，当电池单元电压大 于电池组平均电压时，对该电池单元进行均衡。
2.根据权利要求1所述的电池组自动均衡方法，其特征在于，所述电池单元电压通过 减法器电路运算而得。
3.根据权利要求1所述的电池组自动均衡方法，其特征在于，所述均衡为电池单元对 耗能元件进行放电。
4.根据权利要求1所述的电池组自动均衡方法，其特征在于，所述电池组平均电压为 并联在电池组两端的电阻分压而得。
5.根据权利要求1所述的电池组自动均衡方法，其特征在于，所述电池单元属性包括 电池基本属性和电池串并联结构。
6.一种电池组自动均衡电路，其特征在于，所述电池组由N个电池单元构成，电池单元 由一个或多个单体电池并联或串联而成，且每个电池单元属性一致；所述均衡电路由电池 组平均电压采集电路、N个电池单元放电电路和N个执行器控制电路组成；所述电池组平均电压采集电路由电阻值比为(N-I) :1的两个电阻串联而成，该串联电 路并联在电池组两端；所述各电池单元放电电路分别并联在各电池单元的两端，电池单元放电电路由电阻和 执行器串联而成；所述各执行器控制电路包括用于测量电池单元电压的减法器电路、用于将电池单元电 压与电池组平均电压进行比较的运放和驱动器，减法器电路的两输入端并联在电池单元两 端，减法器电路的输出端与运放输入端相连，运放另一输入端与电池组平均电压采集电路 两电阻的连接处相连，运放输出端与驱动器相连，驱动器与执行器相连。
7.根据权利要求6所述的电池组自动均衡电路，其特征在于，所述减法器电路包括差 分放大器。
8.根据权利要求6所述的电池组自动均衡电路，其特征在于，所述执行器为电子开关 或继电器。
9.根据权利要求6所述的电池组自动均衡方法，其特征在于，所述电池单元属性包括 电池基本属性和电池串并联结构。
全文摘要
本发明涉及一种电池组自动均衡方法及电路，所述均衡方法为在电池组充放电过程中，将各电池单元电压与电池组平均电压进行比较，当电池单元电压大于电池组平均电压时，对该电池单元进行均衡；所述均衡电路由电池组平均电压采集电路、N个电池单元放电电路和N个执行器控制电路组成。本发明所提供的电池组自动均衡方法及电路可以应用于锂电池等各种电池组，该方法和电路可以对电压偏低的电池单元进行自动均衡，采用硬件实时控制；能有效的抑制串联电池组内电池单元的过充过放现象，使电池组在最短的时间内改善电池组的一致性，从而延长了电池组的使用寿命，具有控制方便、响应迅速、故障率低、成本低廉的特点。
文档编号H02J7/00GK102148519SQ201110080179
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者王浩, 郑益, 陈春飞 申请人:杭州高特电子设备有限公司