电池均衡电路及方法与流程

【技术领域】

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池均衡电路及方法。

背景技术：

作为供电电源的电池组通常由多个电池单体串联组成，以满足用电设备的电压及功率需求。然而，各个电池单体之间通常存在差异，这些差异会引起各个电池单体性能的不一致，性能的不一致又会造成电池单体的过充和过放现象，从而导致电池压差较大、电池容量减小等问题，进而导致电池组不均衡且整体性能下降，甚至影响电池组的使用寿命。

鉴于此，实有必要提供一种电池均衡电路及方法以克服以上缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单且均衡效率高的电池均衡电路，以延长电池组的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供一种电池均衡电路，所述电池均衡电路包括电池组、电压采集模块、控制模块、隔离驱动模块及均衡模块，所述电池组包括串联的n个电池单体，所述均衡模块包括n个电子开关、n个二极管及n-1个电感，每个电池单体的正极及负极均与所述电压采集模块相连，每个电子开关的第一端与所述隔离驱动模块相连，第一个电池单体的正极还与第一个电子开关的第二端及第一个二极管的阴极相连，所述第一个电池单体的负极还通过第一个电感与所述第一个电子开关的第三端及所述第一个二极管的阳极相连，第m个电池单体的正极还通过第m-1个电感与第m个电子开关的第二端及第m个二极管的阴极相连，所述第m个电池单体的负极还通过第m个电感与所述第m个电子开关的第三端及所述第m个二极管的阳极相连，第n个电池单体的正极还通过第n-1个电感与第n个电子开关的第二端及第n个二极管的阴极相连，所述第n个电池单体的负极还与所述第n个电子开关的第三端及所述第n个二极管的阳极相连，所述控制模块与所述电压采集模块及所述隔离驱动模块相连，1<m<n，m及n为正整数。

本发明的目的是还提供一种应用于上述电池均衡电路的电池均衡方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种电池均衡方法，所述电池均衡方法应用于上述电池均衡电路，所述电池均衡方法包括：

a.所述电压采集模块采集每个电池单体的电压并将采集到的电压输出给所述控制模块；

b.所述控制模块根据接收到的电压判断是否有两个电池单体需要进行均衡；

c.当有两个电池单体需要进行均衡时，所述控制模块判断所述两个电池单体是否相邻；

d.当所述两个电池单体相邻时，所述控制模块判断所述两个电池单体的电压是否相等；

e.当所述两个电池单体的电压相等时，所述控制模块控制所述隔离驱动模块发送第一占空比的脉冲信号给与所述两个电池单体相连的电子开关；

f.所述控制模块判断所述两个电池单体与其它电池单体的电压差是否小于第一参考值；

g.当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第一参考值时，所述控制模块判断所述两个电池单体与其它电池单体的电压差是否小于第二参考值；

h.当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第二参考值时，所述控制模块控制所述隔离驱动模块发送第二占空比的脉冲信号给与所述两个电池单体相连的电子开关；

i.所述控制模块判断所述两个电池单体与其它电池单体的电压差是否小于第三参考值；以及

j.当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第三参考值时，所述控制模块控制所述隔离驱动模块停止发送脉冲信号给与所述两个电池单体相连的电子开关。

相比于现有技术，本发明通过所述电压采集模块采集每个电池单体的电压并将采集到的电压输出给所述控制模块；并通过所述控制模块根据接收到的电压判断是否有电池单体需要均衡、需要均衡的是两个电池单体还是一个电池单体以及需要均衡的两个电池单体是否相邻；还通过所述控制模块控制所述隔离驱动模块发送相应的脉冲信号给所述均衡模块，以控制所述均衡模块采取相应的方式对两个相邻的电池单体、两个不相邻的电池单体及一个电池单体进行均衡，从而使本发明提供的电池均衡电路结构简单且均衡效率高，进而延长了所述电池组的使用寿命。

【附图说明】

图1为本发明实施例提供的电池均衡电路的电路图。

图2至图5为本发明的实施例提供的电池均衡方法的流程图。

图6至图8为本发明的实施例提供的“进行单个电池均衡控制”的方法的流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，图1为本发明的实施例提供的电池均衡电路100的电路图。所述电池均衡电路100包括电池组10、电压采集模块20、控制模块30、隔离驱动模块50及均衡模块60。所述电池组10包括串联的n个电池单体b1-bn。所述均衡模块60包括n个电子开关q1-qn、n个二极管d1-dn及n-1个电感l1-l(n-1)。每个电池单体的正极及负极均与所述电压采集模块20相连。每个电子开关的第一端与所述隔离驱动模块50相连。第一个电池单体b1的正极还与第一个电子开关q1的第二端及第一个二极管d1的阴极相连，所述第一个电池单体b1的负极还通过第一个电感l1与所述第一个电子开关q1的第三端及所述第一个二极管d1的阳极相连。第m个电池单体bm的正极还通过第m-1个电感l(m-1)与第m个电子开关qm的第二端及第m个二极管dm的阴极相连，所述第m个电池单体bm的负极还通过第m个电感lm与所述第m个电子开关qm的第三端及所述第m个二极管dm的阳极相连。第n个电池单体bn的正极还通过第n-1个电感l(n-1)与第n个电子开关qn的第二端及第n个二极管dn的阴极相连，所述第n个电池单体bn的负极还与所述第n个电子开关qn的第三端及所述第n个二极管dn的阳极相连。所述控制模块30与所述电压采集模块20及所述隔离驱动模块50相连，1<m<n，m及n为正整数。

所述电压采集模块20用于采集每个电池单体的电压并将采集到的电压输出给所述控制模块30。所述控制模块30用于根据接收到的电压判断是否有电池单体高于其它电池单体的电压大于预设电压，并在有电池单体高于其它电池单体的电压大于所述预设电压时，确认高于其它电池单体的电压大于所述预设电压的单体电池需要被均衡。所述控制模块30还用于控制所述隔离驱动模块50发送相应的占空比的脉冲信号给与需要被均衡的电池单体相连的电子开关，以对需要被均衡的电池单体进行均衡。在本实施方式中，所述预设电压的大小可以根据实际情况进行相应的调整。

在本实施方式中，每个电子开关可以为三极管、mos管或igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)等。每个电子开关的第一端、第二端及第三端可以分别对应三极管的基极、集电极及发射极，mos管的栅极、漏极及源极，或igbt的门极、集电极及发射极。每个二极管为tvs(transientvoltagesuppressor，瞬态电压抑制)二极管。每个电感的电感值为10微亨，每个电感的饱和电流大于8安。所述控制模块30通过spi(serialperipheralinterface，串行外设接口)总线32与所述电压采集模块20及所述隔离驱动模块50相连。所述控制模块30包括mcu(microcontrolunit，微控制单元)。

请一并参阅图2至图5，图2至图5为本发明的实施例提供的电池均衡方法的流程图。所述电池均衡方法应用于所述电池均衡电路100。根据不同的需求，图2至图5所示的流程图中的步骤的执行顺序可以改变，某些步骤可以拆分为几个步骤，某些步骤可以省略。

步骤s1，所述电压采集模块20采集每个电池单体的电压并将采集到的电压输出给所述控制模块30。

步骤s2，所述控制模块30根据接收到的电压判断是否有两个电池单体需要进行均衡。当有两个电池单体需要进行均衡时，执行步骤s3；当只有一个电池单体需要均衡时，执行步骤s21。

在本实施方式中，所述控制模块30根据接收到的电压判断是否有电池单体高于其它电池单体的电压大于所述预设电压。当有电池单体高于其它电池单体的电压大于所述预设电压时，所述控制模块30确认高于其它电池单体的电压大于所述预设电压的单体电池需要被均衡。

步骤s3，所述控制模块30判断所述两个电池单体是否相邻。当所述两个电池单体相邻时，执行步骤s4；当所述两个电池单体不相邻时，执行步骤s17。

步骤s4，所述控制模块30判断所述两个电池单体的电压是否相等。当所述两个电池单体的电压相等时，执行步骤s5；当所述两个电池单体的电压不相等时，执行步骤s13；

步骤s5，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50发送第一占空比的脉冲信号给与所述两个电池单体相连的电子开关。

在本实施方式中，接收到脉冲信号的电子开关将交替的导通及截止，接收到的脉冲信号的占空比不同，电子开关维持导通或截止状态的时间不同。

当所述第m个电子开关qm的第一端接收到所述隔离驱动模块50发送的脉冲信号且所述第m个电子开关qm处于导通状态时，所述第m个电池单体bm通过所述第m个电子开关qm给所述第m-1个电感l(m-1)及所述第m个电感lm充电。当所述第m个电子开关qm的第一端接收到所述隔离驱动模块50发送的脉冲信号且所述第m个电子开关qm处于截止状态时，所述第m-1个电感l(m-1)的电流通过第m-1至第一个二极管d(m-1)-d1及第m-2至第一个电感l(m-2)-l1给第m-1至第一个电池单体b(m-1)-b1充电，所述第m个电感lm的电流通过第m+1至第n个二极管d(m+1)-dn及第m+1至第n-1个电感l(m+1)-l(n-1)给第m+1至第n个电池单体b(m+1)-bn充电。由此可知，所述控制模块30通过控制所述隔离驱动模块50发送相应占空比的脉冲信号给与所述第m个电子开关qm，可以将所述第m个电池单体bm多余的电能释放出来给其它电池单体充电，以减少所述第m个电池单体bm与其它电池单体的电压差。

当所述第一个电子开关q1的第一端接收到所述隔离驱动模块50发送的脉冲信号且所述第一个电子开关q1处于导通状态时，所述第一个电池单体b1通过所述第一个电子开关q1给所述第一个电感l1充电。当所述第一个电子开关q1的第一端接收到所述隔离驱动模块50发送的脉冲信号且所述第一个电子开关q1处于截止状态时，所述第一个电感l1的电流通过第二至第n个二极管d2-dn及第二至第n-1个电感l2-l(n-1)给第二至第n个电池单体b2-bn充电。由此可知，所述控制模块30通过控制所述隔离驱动模块50发送相应占空比的脉冲信号给与所述第一个电子开关q1，可以将所述第一个电池单体b1多余的电能释放出来给其它电池单体充电，以减少所述第一个电池单体b1与其它电池单体的电压差。

当所述第n个电子开关qn的第一端接收到所述隔离驱动模块50发送的脉冲信号且所述第n个电子开关qn处于导通状态时，所述第n个电池单体bn通过所述第n个电子开关qn给所述第n-1个电感l(n-1)充电。当所述第n个电子开关qn的第一端接收到所述隔离驱动模块50发送的脉冲信号且所述第n个电子开关qn处于截止状态时，所述第n-1个电感l(n-1)的电流通过第n-1至第一个二极管d(n-1)-d1及第n-2至第一个电感l(n-2)-l1给第n-1至第一个电池单体b(n-1)-b1充电。由此可知，所述控制模块30通过控制所述隔离驱动模块50发送相应占空比的脉冲信号给与所述第n个电子开关qn，可以将所述第n个电池单体bn多余的电能释放出来给其它电池单体充电，以减少所述第n个电池单体bn与其它电池单体的电压差。

步骤s6，所述控制模块30判断所述两个电池单体与其它电池单体的电压差是否小于第一参考值。当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第一参考值时，执行步骤s7；当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第一参考值时，执行步骤s5。

步骤s7，所述控制模块30判断所述两个电池单体与其它电池单体的电压差是否小于第二参考值。当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第二参考值时，执行步骤s8；当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第二参考值时，执行步骤s16。

步骤s8，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50发送第二占空比的脉冲信号给与所述两个电池单体相连的电子开关。

步骤s9，所述控制模块30判断所述两个电池单体与其它电池单体的电压差是否小于第三参考值。当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第三参考值时，执行步骤s10；当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第三参考值时，执行步骤s11。

步骤s10，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50停止发送脉冲信号给与所述两个电池单体相连的电子开关。此时，所述两个电池单体不再对其它电池单体放电，所述n个电池单体b1-bn达到均衡。

步骤s11，所述控制模块30判断其中一个电池单体与其它电池单体的电压差是否大于所述第三参考值。当其中一个电池单体与其它电池单体的电压差大于所述第三参考值时，执行步骤s12；当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差均大于所述第三参考值时，执行步骤s8。

步骤s12，所述控制模块30对与其它电池单体的电压差大于所述第三参考值的电池单体进行单个电池均衡控制，并执行步骤s9。

步骤s13，所述控制模块30判断所述两个电池单体的电压差是否大于第四参考值。当所述两个电池单体的电压差大于所述第四参考值时，执行步骤s14；当所述两个电池单体的电压差不大于所述第四参考值时，执行步骤s16。

步骤s14，所述控制模块30对所述两个电池单体中电压较高的电池单体进行单个电池均衡控制。

步骤s15，所述控制模块30判断所述两个电池单体的电压差是否小于所述第一参考值。当所述两个电池单体的电压差小于所述第一参考值时，执行步骤s7；当所述两个电池单体的电压差不小于所述第一参考值时，执行步骤s14。

步骤s16，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50发送第三占空比的脉冲信号给与所述两个电池单体相连的电子开关，并执行步骤s7。

步骤s17，所述控制模块30判断所述两个电池单体的电压差是否小于所述第四参考值。当所述两个电池单体的电压差小于所述第四参考值时，执行步骤s18；当所述两个电池单体的电压差不小于所述第四参考值时，执行步骤s20。

步骤s18，所述控制模块30对所述两个电池单体中电压较高的电池单体进行单个电池均衡控制。

步骤s19，所述控制模块30判断所述两个电池单体与其它电池单体的电压差是否小于所述第一参考值。当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第一参考值时，执行步骤s7；当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第一参考值时，执行步骤s18。

步骤s20，所述控制模块30判断所述两个电池单体与其它电池单体的电压差是否小于所述第四参考值；当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第四参考值时，执行步骤s5；当所述两个电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第四参考值时，执行步骤s16。

步骤s21，所述控制模块30对所述电池单体进行单个电池均衡控制。

请一并参阅图6至图8，图6至图8为本发明的实施例提供的“进行单个电池均衡控制”的方法的流程图。根据不同的需求，图6至图8所示的流程图中的步骤的执行顺序可以改变，某些步骤可以拆分为几个步骤，某些步骤可以省略。

步骤s31，所述控制模块30判断所述电池单体与其它电池单体的电压差是否小于所述第四参考值。当所述电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第四参考值时，执行步骤s32；当所述电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第四参考值时，执行步骤s40。

步骤s32，所述控制模块30判断所述电池单体是否是所述第一个电池单体b1或所述第n个电池单体bn。当所述电池单体是所述第一个电池单体b1或所述第n个电池单体bn时，执行步骤s33；当所述电池单体不是所述第一个电池单体b1或所述第n个电池单体bn时，执行步骤s38。

在本实施方式中，由于所述第一个电池单体b1及所述第n个电池单体bn只与一个电感相连，其它的电池单体均与两个电感相连，因此，均衡时，为了防止与所述第一个电池单体b1及所述第n个电池单体bn相连的电感饱和，应该适当地减小所述第一个电子开关q1及所述第n个电子开关qn的导通时间或增加所述第一个电感l1及所述第n-1个电感l(n-1)的电感值。

步骤s33，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50发送所述第一占空比的脉冲信号给与所述电池单体相连的电子开关。

步骤s34，所述控制模块30判断所述电池单体与其它电池单体的电压差是否小于所述第二参考值。当所述电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第二参考值时，执行步骤s35；当所述电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第二参考值时，执行步骤s33。

步骤s35，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50发送所述第二占空比的脉冲信号给与所述电池单体相连的电子开关。

步骤s36，所述控制模块30判断所述电池单体与其它电池单体的电压差是否小于所述第三参考值。当所述电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第三参考值时，执行步骤s37；当所述电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第三参考值时，执行步骤s35。

步骤s37，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50停止发送脉冲信号给与所述电池单体相连的电子开关。此时，所述电池单体停止对其它电池单体放电，所述n个电池单体b1-bn达到均衡。

步骤s38，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50发送所述第二占空比的脉冲信号给与所述电池单体相连的电子开关。

步骤s39，所述控制模块30判断所述电池单体与其它电池单体的电压差是否小于所述第一参考值。当所述电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第一参考值时，执行步骤s34；当所述电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第一参考值时，执行步骤s38。

步骤s40，所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50发送所述第一占空比的脉冲信号给与所述电池单体相连的电子开关。

步骤s41，所述控制模块30判断所述电池单体与其它电池单体的电压差是否小于所述第一参考值。当所述电池单体与其它电池单体的电压差小于所述第一参考值时，执行步骤s34；当所述电池单体与其它电池单体的电压差不小于所述第一参考值时，执行步骤s40。

在本实施方式中，所述第一占空比为20％，所述第二占空比为30％，所述第二占空比为25％；均衡时的占空比应保证与被均衡的电池单体相连的电感处于断续模式，以达到电感磁复位，从而减小开关损耗。所述第一参考值为50毫伏，所述第二参考值为25毫伏，所述第三参考值为15毫伏，所述第四参考值为100毫伏。在其它实施方式中，所述第一占空比、所述第二占空比、所述第二占空比、所述第一参考值、所述第二参考值、所述第三参考值及所述第四参考值的具体数值及大小均可以根据实际情况进行相应的调整。

可以理解，当所述电池组10中有多个电池单体需要进行均衡时，将多个需要均衡的电池单体成分多组两个电池单体及一个电池单体，并采用所述电池均衡方法对多组两个电池单体及一个电池单体进行均衡。

本发明通过所述电压采集模块20采集每个电池单体的电压并将采集到的电压输出给所述控制模块30；并通过所述控制模块30根据接收到的电压判断是否有电池单体需要均衡、需要均衡的是两个电池单体还是一个电池单体以及需要均衡的两个电池单体是否相邻；还通过所述控制模块30控制所述隔离驱动模块50发送相应的脉冲信号给所述均衡模块60，以控制所述均衡模块60采取相应的方式对两个相邻的电池单体、两个不相邻的电池单体及一个电池单体进行均衡，从而使本发明提供的电池均衡电路100结构简单且均衡效率高，进而延长了所述电池组10的使用寿命。

本发明并不仅仅限于说明书和实施例中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。