一种电池均衡电路及电池均衡系统的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电池均衡电路及电池均衡系统。

背景技术：

单节电池的电压和容量都较低，在实际应用中，系统里难以直接使用，往往需要多节电池串联以提高电压。由于实际生产工艺问题，每个单体电池之间都有差异，会导致有些单体电池提前充满，有些单体电池提前放完，引起安全问题。即使管理系统做得很好，可避免安全问题，但是提前充满、提前放完等使用条件会加速落后电池的衰减，增大单体电池之间的离散性。而电池组的整体性能是受最落后单体电池限制的，最好情况也只能发挥出这个单体的容量。所以电池成组必须解决由单体电池一致性引起的安全、寿命和续航里程等问题。

参考图1所示，为现有的主动均衡的方法，将单个电池电压和电池总电压进行比较，来决定哪个电池要对外分流或要补充能量。以两个电池均衡为例，电池1通过开关电源电路对电池2充电，或者电池2通过开关电源电路对电池1充电。

图1中的虚线框中为一种开关电源电路的实现方式。该电路由两个反激电路组成。开关管M01，二极管D01和变压器T01组成一个反激电路；开关管M02，二极管D02和变压器T02组成另一个反激电路。当电池2的电压高于电池1的电压，电池2需要对外分流时，开关管M02、二极管D02和变压器T02组成的反激电路工作，电池2对电池1和电池2进行充电；开关管M01、二极管D01和变压器T01组成的反激电路停止工作。当电池箱1的电压高于电池箱2的电压，电池箱2需要补充能量时，开关管M01，二极管D01和变压器T01组成的反激电路工作，电池1和电池2对电池2进行充电；控制开关管M02，二极管D02和变压器T02组成的反激电路停止工作。

主动均衡的方式需要开关电源电路，器件多，控制复杂，系统成本高。

参考图2所示，为现有的被动均衡的方法。以两节电池为例，电池1和电池2串联，每节电池都并联一个泄放电路，电池1并联泄放电路U02；电池2并联泄放电路U03。当电池1的电压高于电池2，则泄放电路U02对电池1进行泄放，泄放电路U03不对电池2进行泄放；当电池2的电压高于电池1，则泄放电路U03对电池2进行泄放，泄放电路U02不对电池1进行泄放。被动均衡的方法控制简单，但是电压高的电池中的能量被泄放掉，而没有转移到电压低的电池中，降低了系统效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电池均衡电路及其控制方法及电池均衡系统，用以解决主动均衡器件多，控制复杂，系统成本高以及被动均衡系统效率低的问题。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种电池均衡电路，所述电池均衡电路包括：N节串联连接的电池，第一电池的阳极连接到第二电池的阴极，第二电池的阳极连接到第三电池的阴极，以此类推，第N-1电池的阳极连接到第N电池的阴极，所述第X电池的阳极经过开关S_XP连接到第一电容的正端，阴极经过开关S_XM连接到第一电容的负端，其中，N为大于等于2的自然数，X为从1到N的自然数。

作为可选，所述电池均衡电路还包括均衡控制电路，根据所述第一电池到所述第N电池的电量，控制所述开关S_XP和所述开关S_XM的导通和关断。

作为可选，所述均衡控制电路控制所述第A电池到所述第B电池的总电压对所述第一电容充电，再控制所述第一电容对所述第C电池到第D电池的总电压充电，其中1≤A≤B≤N，1≤C≤D≤N。

作为可选，所述均衡控制电路采样所述第一电池到所述第N电池的每节电池电压，并对采样的电池电压进行比较，根据比较结果，控制所述第A电池到所述第B电池的总电压对所述第一电容充电，再控制所述第一电容对所述第C电池到第D电池的总电压充电，其中1≤A≤B≤N，1≤C≤D≤N。

作为可选，所述均衡控制电路控制所述第A电池到所述第B电池的总电压对所述第一电容充电，再控制所述第一电容对所述第C电池到所述第D电池中的总电压充电，其中1≤A≤B≤N，1≤C≤D≤N，并且周期性地循环该充放电过程。

作为可选，所述均衡控制电路控制所述开关S_AM和所述开关S_BP导通，控制其余所述开关关断，则所述第A电池到所述第B电池对所述第一电容充电；所述均衡控制电路控制所述开关S_CM和所述开关S_DP导通，控制其余所述开关关断，则所述第一电容对所述第C电池到所述第D电池的总电压充电。

作为可选，所述均衡控制电路包括：

电压采样电路，输入连接到所述第一电池到所述第N电池阳极和所述第一电池的阴极，采样所述第一电池到所述第N电池的电压；

控制模块，和所述电压采样电路的输出端连接，所述控制模块的输出端连接到所述开关S_1M到S_NM的控制极，以及所述开关S_1P到S_NP的控制极。作为可选，所述控制模块根据所述第一电池到所述第N电池的每节电池总容量、每节电池电荷及每节电池电压控制所述开关S_1M到S_NM以及所述开关S_1P到S_NP导通和关断。

本实用新型的又一技术解决方案是，提供一种电池均衡系统。

采用本实用新型的电路结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：电路元器件少，不需要变压器、电感等元件，控制方法简单，系统成本低，方案灵活，可以把能量从任意串联的几节电池或一节电池中转移到其他任意串联几节电池或一节电池中，系统效率高。

附图说明

图1为现有的主动均衡的电路原理图；

图2为现有的被动均衡的电路原理图；

图3为本实用新型的电路原理图；

图4为本实用新型均衡控制电路的电路原理图；

图5为本实用新型电池均衡系统的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

参考图3所示，为本实用新型的电路原理图，N节串联连接的电池，第一电池B₁的阳极连接到第二电池B₂的阴极，第二电池B₂的阳极连接到第三电池B₃的阴极，以此类推，第N-1电池B_N-1的阳极连接到第N电池B_N的阴极，所述第X电池B_X的阳极经过开关S_XP连接到第一电容C₁的正端，阴极经过开关S_XM连接到第一电容的负端，其中，N为大于等于2的自然数，X为从1到N的自然数。

开关S_XP和开关S_XM可以为MOS管或者三极管。

电池均衡电路还包括均衡控制电路U10，根据所述第一电池B₁到所述第N电池B_N的电量，控制所述开关S_XP和所述开关S_XM的导通和关断。均衡控制电路U10控制所述第A电池B_A到所述第B电池B_B的总电压对所述第一电容C₁充电，当A＝B时，则为第A电池对所述第一电容C₁充电，再控制所述第一电容C₁对所述第C电池B_C到第D电池B_D中的总电压充电，当C＝D时，第一电容C₁对所述第C电池B_C充电，其中1≤A≤B≤N，1≤C≤D≤N。这样就实现了将第A电池B_A到第B电池B_B的能量传输到第C电池B_C到第D电池B_D中。该方案灵活，可以把能量从任意串联的几节电池或一节电池中转移到其他任意串联几节或一节电池中，而不是将多的能量泄放掉，因此系统效率高。

均衡控制电路U10控制所述开关S_AM和所述开关S_BP导通，控制其余所述开关关断，则所述第A电池B_A到所述第B电池B_B对所述第一电容C₁充电；所述均衡控制电路控制所述开关S_CM和所述开关S_DP导通，控制其余所述开关关断，则所述第一电容C₁对所述第C电池B_C到所述第D电池B_D的总电压充电。

该方案电路元器件少，不需要变压器、电感等元件，控制方法简单，系统成本低。

一种实施例为所述均衡控制电路U10采样所述第一电池B₁到所述第N电池B_N的每节电池电压，并对采样的电池电压进行比较，根据比较结果，控制所述第一电池B₁到所述第N电池B_N的总电压对所述第一电容C₁充电，再控制所述第一电容C₁对所述第一电池B₁到第N电池B_N中电量最低的电池充电。

参考图4所示，均衡控制电路U10包括电压采样电路U101和控制模块U102。电压采样电路U101和参考地GND，即第一电池B₁的阴极为参考地连接，并且和每节电池的阳极V_BX连接，其中，X为1到N的自然数。由于电池串联连接，电压采样电路U101中可以采用电平转换电路，将每节电池阳极对阴极的电压转成一个对参考地GND的电压，并将这些电压输出到控制模块U102中。采用电平转换电路，可以将高压转换成低压，使控制模块U102可以用低压供电，方便电路设计，并且提高算法精度。控制模块U102输出G_SXM和G_SXP，连接到开关开关S_XM和S_XP的控制极，分别控制开关S_XM和S_XP。

控制模块U102根据之前均衡的数据，以及电池电压，可以得到每节电池的电池总容量和电池当前的电荷，根据每节电池的总容量，当前电荷以及电压，通过均衡控制算法，来控制开关S_XM和S_XP，及开关S_XM和S_XP的导通和关断。所述均衡控制算法可以是控制模块U102自带的，也可以是外部模块根据控制模块U102中的数据，进行运算，得到运算结果，传输给控制模块U102。所述外部模块可以是DSP或MCU等。

由于一次对电池的充电，不一定能达到均衡，因此均衡控制电路U10需要周期性地循环该充放电的过程。通过调整该充放电的周期，可以控制电池的均衡速度。周期长，均衡速度慢；周期短，均衡速度快。

该电池均衡电路可以用于电池均衡系统中。请参考图5，为一种电池均衡系统的实施例。N节串联连接的电池，第一电池的阳极连接到第二电池的阴极，第二电池的阳极连接到第三电池的阴极，以此类推，第N-1电池的阳极连接到第N电池的阴极，所述第X电池的阳极经过开关S_XP1连接到第一电容的正端，阴极经过开关S_XM1连接到第一电容的负端；所述第X电池的阳极经过开关S_XPK连接到第K电容的正端，阴极经过开关S_XMK连接到第K电容的负端；其中，N为大于等于2的自然数，K为2到P的自然数，X为从1到N的自然数，P为大于等于2的自然数。也就是一共有P个电容及相应的开关，可以同时对第一电池到第N电池进行均衡，加快了均衡的速度。

除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。