充电均衡电路及锂电池的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种充电均衡电路及锂电池。

背景技术：

锂电池与普通电池相比，具有高能量密度、高电压、无污染、循环寿命长、无记忆效应以及快速充电的特点，因此在上个世纪90年代迅猛发展，直至现今作为电动工具，比如电动自行车、电动汽车的动力来源，尤其在当今推崇节能环保的情况下，已经作为汽车动力来源的一个导向。但是，在对锂电池进行循环使用的过程中，需要对锂电池进行不断的充放电操作，由于使用的锂电池都是进行串联使用的，在充电和放电的过程中，需要解决电平衡的问题，即在充电过程中，由于电池电芯本身的差异，在充电过程中，充电的速度不一致，会出现某些电池已经充满，但是某些电池并没有充满的情况，即出现过充的现象。

现有的平衡电路一般由一颗电压监视IC，一颗场效应管，一颗功率电阻组成，如图1所示，当电芯电压达到一定的值，电压监视IC U15打开MOS Q32，通过电阻R65给电芯分流，达到电芯被动平衡的目的，电压监视IC U15常用的类型为 MM3513A01NRH，电路成本相对较高。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的是提供一种充电均衡电路，能有效降低成本，并能实现锂电池各个单元充电均衡。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种充电均衡电路，包括三端可调分流基准源和开关管，所述三端可调分流基准源的阳极端作为所述充电均衡电路的电源输入负端，所述开关管的控制端作为所述充电均衡电路的电源输入正端；所述开关管的公共端通过第一电阻与所述三端可调分流基准源的阴极端连接，所述开关管的输出端通过第二电阻连接所述充电均衡电路的电源输入负端；所述三端可调分流基准源的阴极端通过第三电阻与所述电源输入正端连接，所述三端可调分流基准源的参考端通过第四电阻与所述电源输入正端连接，所述三端可调分流基准源的参考端通过第五电阻与所述电源输入负端连接；当所述三端可调分流基准源的参考端的电压超过内基准电压时，所述三端可调分流基准源的负极端和正极端导通；当所述三端可调分流基准源的参考端的电压小于所述内基准电压时，所述三端可调分流基准源的负极端和正极端截止。

与现有技术相比，本实用新型公开的充电均衡电路通过将所述开关管的公共端通过第一电阻与所述三端可调分流基准源的阴极端连接，所述开关管的输出端通过第二电阻连接所述充电均衡电路的电源输入负端；所述三端可调分流基准源的阴极端通过第三电阻与所述电源输入正端连接，三端可调分流基准源的参考端分别通过第四电阻和电源输入正端连接、第五电阻和电源输入负端连接，利用所述三端可调分流基准源的参考端的电压大于或等于内基准电压时，三端可调分流基准源导通的特性，可控制开关管的导通，从而当与所述充电均衡电路的电芯充电到达限额时，可分流该电芯的充电电流，达到降低该电芯的充电电流的目的，而且使用三端可调分流基准源与开关管的公共端连接，从而控制开关管的通断，解决了现有均衡电路使用电压监视IC成本高的问题，精度高，成本低廉，快速有效。

作为上述方案的改进，所述充电均衡电路还包括第六电阻，所述第六电阻与所述第四电阻并联。

作为上述方案的改进，所述开关管为PNP型三极管，所述所述开关管的控制端、输出端和公共端分别对应所述PNP形三极管的发射极、集电极和基极。

作为上述方案的改进，所述开关管为场效应管，所述开关管的控制端、输出端和公共端分别对应所述场效应管的源极、漏极和栅极。

作为上述方案的改进，所述三端可调分流基准源的内基准电压为2.5V。

本实用新型实施例还提供了一种锂电池，包括串联的若干电芯和与每一所述电芯并联的上述任意一项所述的充电均衡电路。

与现有技术相比，本实用新型公开的锂电池通过将锂电池中每一电芯与上述充电均衡电路并联，可以防止过充现象，保证每节电芯均衡充电，而且在充电均衡电路中使用三端可调分流基准源，可以保证精度和灵敏性，成本较低，更有利于大规模推广。

作为上述方案的改进，每一所述电芯的满电电压为4.2V。

附图说明

图1是现有的充电均衡电路的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1提供的一种充电均衡电路的结构示意图。

图3是本实用新型实施例2提供的一种充电均衡电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图2，是本实用新型实施例1提供的一种充电均衡电路的结构示意图，如图2所示的充电均衡电路1包括三端可调分流基准源U1和开关管Q1，所述三端可调分流基准源U1的阳极端作为所述充电均衡电路1的电源输入负端，所述开关管Q1的控制端作为所述充电均衡电路1的电源输入正端；所述开关管Q1的公共端通过第一电阻R1与所述三端可调分流基准源U1的阴极端连接，所述开关管Q1的输出端通过第二电阻R2连接所述充电均衡电路1的电源输入负端；所述三端可调分流基准源U1的阴极端通过第三电阻R3与所述电源输入正端连接，所述三端可调分流基准源U1的参考端通过第四电阻R4与所述电源输入正端连接，所述三端可调分流基准源U1的参考端通过第五电阻R5与所述电源输入负端连接；当所述三端可调分流基准源U1的参考端的电压超过内基准电压时，所述三端可调分流基准源U1的负极端和正极端导通；当所述三端可调分流基准源U1的参考端的电压小于所述内基准电压时，所述三端可调分流基准源U1的负极端和正极端截止。

将上述充电均衡电路与一电芯并联，电芯在充电过程中，电芯两端的电压越来越高，也就是充电均衡电路1的电源输入正端和电源输入负端两端的电压越来越高，相应的，三端可调分流基准源U1的参考端的电压也越来越高，当三端可调分流基准源U1的参考端的电压Ua等于内基准电压时，三端可调分流基准源U1 的负极端和正极端导通，也就是开关管Q1的公共端为低电平，开关管Q1的控制端为高电平，所述开关管Q1导通，则第二电阻R2上有电流i经过，电芯的充电电流I通过开关管Q1和第二电阻R2的串联支路分流后，可降低电芯的充电电流为I-i，防止该电芯过充现象，同时避免因电芯之间容量失配影响整个电池包的容量。而且，在本方案使用三端可调分流基准源U1检测电芯是否达到限额电压，从而控制开关管Q1的导通来分流充电电流，精度高，灵敏度好，成本低廉，解决了现有充电均衡电路成本高的问题。

在具体实施当中，充电均衡电路1中的开关管Q1可以是三极管、场效应管、 IGBT、晶闸管等三端控制器件或其派生器件。其中，开关管Q1的控制端、公共端及输出端，可以分别对应于三极管的发射极、基极、集电极，场效应管的源极、栅极、漏极、IGBT的发射极、栅极、集电极，单向晶闸管的阴极、栅极、阳极，双向晶闸管的端口1、栅极、端口2。

参见图3，是本实用新型实施例2提供的一种充电均衡电路的结构示意图，如图3所示的充电均衡电路1包括三端可调分流基准源U1、PNP型三级管Q1，所述三端可调分流基准源U1的阳极端作为所述充电均衡电路1的电源输入负端，所述PNP型三级管Q1的发射极作为所述充电均衡电路1的电源输入正端；所述 PNP型三级管Q1的基极通过第一电阻R1与所述三端可调分流基准源U1的阴极端连接，所述PNP型三级管Q1的集电极通过第二电阻R2连接所述充电均衡电路的电源输入负端；所述三端可调分流基准源U1的阴极端通过第三电阻R3与所述电源输入正端连接，所述三端可调分流基准源U1的参考端通过并联的第四电阻R4 和第六电阻R6与所述电源输入正端连接，所述三端可调分流基准源U1的参考端通过第五电阻R5与所述电源输入负端连接；当所述三端可调分流基准源U1的参考端的电压超过内基准电压时，所述三端可调分流基准源U1的负极端和正极端导通；当所述三端可调分流基准源U1的参考端的电压小于所述内基准电压时，所述三端可调分流基准源U1的负极端和正极端截止。

优选地，所述三端可调分流基准源为TL431类型的基准电压源，其内基准电压为2.5V。

将所述充电均衡电路1与一电芯并联，当所述电芯在充电过程中，所述电芯两端的电压越来越高，也就是充电均衡电路1的电源输入正端和电源输入负端两端的电压越来越高，相应的，三端可调分流基准源U1的参考端的电压也越来越高。当所述电芯充电到达满电电压Ucell时，三端可调分流基准源U1的参考端的电压Ua等于内基准电压2.5V,具体公式为Ua＝Ucell*R4/[(R2//R3)+R4]＝2.5V，三端可调分流基准源U1的负极端和正极端导通，也就是PNP型三级管Q1的基极为低电平，PNP型三级管Q1的发射极为高电平，所述PNP型三级管Q1导通，则第二电阻R2上有电流经过i＝(Ucell-Uce)/R2，电芯的充电电流通过所述PNP型三级管Q1和第二电阻R2的串联支路分流后，可降低电芯的充电电流，当所述PNP 型三级管导通后电芯的充电电流由原来的I变为I-i，防止该电芯过充现象，同时避免因电芯之间容量失配影响整个电池包的容量。而且，在本方案中使用三端可调分流基准源U1可检测电芯是否达到限额电压，从而控制开关管Q1的导通来分流充电电流，精度高，灵敏度好，成本低廉，解决了现有充电均衡电路成本高的问题。

优选地，本实施例中的开关管Q1还可以是场效应管、IGBT、晶闸管等三端控制器件或其派生器件。其中，开关管Q1的控制端、输出端及公共端，可以分别对应于场效应管的源极、漏极、栅极，IGBT的发射极、集电极、栅极，单向晶闸管的阴极、阳极、栅极，双向晶闸管的端口1、端口2、栅极。本发明实施例仅以三极管为例对技术方案进行描述，本实用新型提供的充电均衡电路1中的开关管Q1并不限于三极管。

本实用新型还对应提供了一种锂电池，包括若干串联的电芯和与每一所述电芯并联的上述任一充电均衡电路1。本实用新型提供的锂电池通过将锂电池中每一电芯与上述充电均衡电路1并联，优选地，每一所述电芯的满电电压为4.2V，当任一电芯的充电电压达到4.2V时，通过对应的充电均衡电路1可以防止过充现象，保证每节电芯均衡充电，而且在充电均衡电路1中使用三端可调分流基准源U1，可以保证精度和灵敏性，成本较低，更有利于大规模推广。

综上，本实用新型公开了一种充电均衡电路，通过将所述开关管的公共端通过第一电阻与所述三端可调分流基准源的阴极端连接，所述开关管的输出端通过第二电阻连接所述充电均衡电路的电源输入负端；所述三端可调分流基准源的阴极端通过第三电阻与所述电源输入正端连接，三端可调分流基准源的参考端分别通过第四电阻和电源输入正端连接、第五电阻和电源输入负端连接，利用所述三端可调分流基准源的参考端的电压大于或等于内基准电压时，三端可调分流基准源导通的特性，可控制开关管的导通，从而当与所述充电均衡电路的电芯充电到达限额时，可分流该电芯的充电电流，达到降低该电芯的充电电流的目的，而且使用三端可调分流基准源与开关管的公共端连接，从而控制开关管的通断，解决了现有均衡电路使用电压监视IC成本高的问题，成本低廉，快速有效。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。