一种主动均衡充电保护装置及充电装置的制作方法

本实用新型涉及充电技术领域，具体而言，涉及一种主动均衡充电保护装置及充电装置。

背景技术：

随着锂电池组的发展，很多电动汽车对充电倍率要求越来越大，在使用的过程中电池组会因为各种原因(主要是温度)逐渐衰减，这是电池组的特性。这部分的衰减无法通过均衡挽回。而造成系统容量下降的最主要的原因是电池组容量不均衡导致的系统损失。传统的被动均衡难以满足电池组一致性的弥补，主动均衡方式被越来越多的应用，但在应用过程中如何保护电芯提出了更高的要求，需要硬件软件同时控制，以保证电池组的充放电的安全。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种主动均衡充电保护装置及充电装置，以改善现有的电池组主动均衡充电过程容易发生过压的情况。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种主动均衡充电保护装置，所述主动均衡充电保护装置用于防止电池组过压充电，所述主动均衡充电保护装置包括：采样电路，与电池组电连接，用于采样所述电池组的充电电压；比较电路，与所述采样电路电连接，用于将所述采样电路采样的充电电压与预设电压进行比较生成比较结果；控制器，与所述比较电路电连接，用于根据所述比较电路得到的比较结果输出相应的控制信号至充电控制电路，当所述采样的充电电压大于预设电压时，所述控制信号为停止充电信号，当所述采样的充电电压小于预设电压时，所述控制信号为启动充电信号；充电控制电路，与控制器电连接，还与电池组电连接，用于连接充电电源根据所述控制器的控制信号对电池组进行充电。

进一步地，所述比较电路包括比较器，所述比较器的同相输入端用于引入预设电压信号，所述比较器的反向输入端与所述采样电路连接，用于接入所述采样的充电电压，所述比较器的输出端与所述控制器电连接，所述比较器用于将所述采样的充电电压与预设电压进行比较生成比较结果，并将比较结果发送至所述控制器。

进一步地，所述比较电路包括第一电阻、第二电阻以及直流电源，所述直流电源依次通过第一电阻、第二电阻然后接地形成回路，所述比较器的同相输入端连接于所述第一电阻与所述第二电阻之间。

进一步地，所述采样电路包括第四电阻及第五电阻，所述电池组包括输出端口，所述电池组的输出端口依次通过所述第四电阻、第五电阻然后接地形成回路，所述采样电路包括采样点，所述采样点设置于所述第四电阻与所述第五电阻之间。

进一步地，所述充电控制电路包括第一开关管及变压器，所述第一开关管包括控制端、第一端及第二端，充电电源通过所述变压器的原边与所述第一开关管的第一端电连接，所述第一开关管的第二端与接地，所述第一开关管的控制端与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制信号下控制第一端及第二端导通或截止，以使充电控制电路启动充电或停止充电。

进一步地，所述停止充电信号的持续时长为5s。

进一步地，所述控制器为单片机。

本实用新型还提供了一种充电装置，所述充电装置包括上述的主动均衡充电保护装置

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种主动均衡充电保护装置及充电装置，所述主动均衡充电保护装置包括：采样电路，与电池组电连接，用于采样所述电池组的充电电压；比较电路，与所述采样电路电连接，用于将所述采样电路采样的充电电压与预设电压进行比较生成比较结果；控制器，与所述比较电路电连接，用于根据所述比较电路得到的比较结果输出相应的控制信号至充电控制电路，当所述采样的充电电压大于预设电压时，所述控制信号为停止充电信号，当所述采样的充电电压小于预设电压时，所述控制信号为启动充电信号；充电控制电路，与控制器电连接，还与电池组电连接，用于连接充电电源根据所述控制器的控制信号对电池组进行充电。通过采样充电电压，将采样的充电电压与预设电压进行比较，当采样的充电电压大于预设电压时，停止电池组均衡，防止过压充电，当采样的充电电压小于预设电压时，保持对电池组进行充电，通过本实用新型可以有效的解决电池组的过压充电问题以确保充电电压不超过设定值，保证电池组的均衡充电安全。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型所提供的一种主动均衡充电保护电路示意图。

图2示出了比较电路的示意图。

图3示出了充电控制电路的示意图。

图4示出了本实用新型所提供的一种主动均衡充电保护方法的流程图。

图标：100-主动均衡充电保护装置；110-采样电路；120-比较电路； 130-控制器；140-充电控制电路；U1-比较器；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；Q1-第一开关管；T-变压器；200-电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种主动均衡充电保护装置100，所述主动均衡充电保护装置100用于防止电池组200过压充电，可以理解地，电池组200包括多个电池单体。所述主动均衡充电保护装置100包括：采样电路110、比较电路120、控制器130及充电控制电路140。

其中，采样电路110，与电池组200电连接，还与比较器U1电连接，用于采样所述电池组200的充电电压，并将采样得到的电池组200的充电电压发送至比较器U1。

于本实施例中，所述采样电路110包括第四电阻R4及第五电阻R5，所述电池组200包括输出端口，所述电池组200的输出端口依次通过所述第四电阻R4、第五电阻R5然后接地形成回路。所述采样电路110包括采样点CELL，所述采样点CELL设置于所述第四电阻R4与所述第五电阻 R5之间。可以理解地，采样电路110所采集的电压是电池组200的充电电压或电池组200电压在第五电阻R5上的分压。即R5*Ucell/(R4+R5)，其中，Ucell为电池组200的充电电压。采样电路110将采样得到的电压信号传输至比较电路120。

请参阅图1及图2，比较电路120与所述采样电路110电连接，用于将所述采样电路110采样的充电电压与预设电压进行比较生成比较结果；所述比较电路120包括比较器U1，所述比较器U1的同相输入端用于引入预设电压信号，所述比较电路120还包括第一电阻R1、第二电阻R2以及预设电压的直流电源，所述直流电源依次通过第一电阻R1、第二电阻R2 然后接地形成回路，所述比较器U1的同相输入端连接于所述第一电阻R1 与所述第二电阻R2之间，所述比较器U1的反向输入端与所述采样电路110连接，用于接入所述采样的充电电压。

于本实施例中，比较器U1的反向输入端与采样电路110的采样点 CELL电连接，也即是说，比较器U1的反向输入端的U-＝R5*Ucell/ (R4+R5)，所述比较器U1的同相输入端连接与第一电阻R1与第二电阻 R2之间，可以理解地，比较器U1的同相输入端的电压为 U+＝R2*Vcc/(R1+R2)，比较器U1可以根据同相输入端与反向输入端的电压比较得出电池组200的充电电压与预设电压VCC的大小关系。

所述比较器U1的输出端TZ1与所述控制器130电连接，所述比较器 U1用于将所述采样的充电电压与预设电压进行比较生成比较结果，并将比较结果发送至所述控制器130，比较结果包括：采样的充电电压大于预设电压或采样的充电电压小于预设电压。

例如，预设电压Vcc＝3.3V，第一电阻R1R1＝2K，第二电阻R2R2＝10K，第四电阻R4R4＝10K，第五电阻R5R5＝10K，CELL信号即为充电电压的 1/2Ucell，即有下面的运算U+＝10K*3.3V/(2K+10K)＝2.75V，当比较器U1 的反向输入端电压小于2.75V时，及充电电压小于预设电压VCC时，比较器U1的输出端TZ1输出高电平，当比较器U1的反向输入端电压大于2.75V时，即充电电压大于预设电压VCC时，比较器U1的输出端TZ1 输出低电平。

需要说的是，直流电源的电压VCC可以根据电池组200的特性进行决定，例如，VCC可以略小于电池组200的额定充电电压，若充电电压大于VCC则有可能会过压充电，过压充电容易导致电池组200损坏，因此当充电电压大于预设电压，即电池组200处于过压充电状态时，需要对充电电路进行控制，防止电池组200保持在过压充电的状态。

请参阅图1及图3，所述控制器130与所述比较电路120的输出端电连接，所述控制器130还与充电控制电路140电连接，充电控制电路140 包括充电电路及放电电路，充电控制电路140分别通过向充电电路输出充电控制信号(PWMA)、向放电电路输出放电控制信号(PWMB)以控制电池组200进行充放电。控制器130用于根据所述比较电路120输出端输出的比较结果生成相应的控制信号，并将生成的控制信号发送充电控制电路140。于本实施例中，所述控制信号为脉冲波形信号(PWM)，所述控制器130根据比较电路120输出端输出的比较结果控制脉冲波形信号的占空比，从而可以调节电池组200充电的时间，

当所述采样的充电电压大于预设电压时，控制器130降低控制信号 (PWMA)的占空比，使电池组200停止充电并保持预设时长(例如5s)，所述控制信号为停止充电信号，当所述采样的充电电压小于预设电压时，控制器130提高控制信号的占空比，使电池组200保持充电状态，所述控制信号为启动充电信号。

控制器130可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器130可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit， CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器；所述控制器130也可以是任何常规的处理器等。于本实施例中，优选地，该控制器130可以是STM32 系列的单片机，例如STM32F103C8T6、STM32F103VET6等型号。

于本实施例中，请参阅图3，充电控制电路140与控制器130电连接 (通过第一开关管Q1与控制器130电连接以接收充电控制信号，通过第二开关管Q2与控制器130电连接以接收放电控制信号)，还与电池组200 电连接，用于连接充电电源根据所述控制器130的控制信号对电池组200 进行充电。充电控制电路140包括第一开关管Q1，第一开关管Q1包括控制端，所述控制端与控制器130电连接，第一开关管Q1依据在控制器130 的控制信号调整充电控制电路140自身的通断状态，以调节电池组200的充电时间。例如所述充电控制电路140包括变压器T，所述第一开关管 Q1还包括第一端及第二端，充电电源通过所述变压器T的原边与所述第一开关管Q1的第一端电连接，所述第一开关管Q1的第二端与接地，所述第一开关管Q1的控制端与所述控制器130电连接，用于在所述控制器 130的控制信号下控制第一端及第二端导通或截止，以使充电控制电路140 启动充电或停止充电。

可以理解地，当电池组200的充电电压大于预设值，即电池组200处于过压充电时，控制器130调整控制信号的占空比，或者停止输出脉冲波形，使电池组200中止充电或停止电池组均衡，防止电池组200过压充电，当电池组200的充电电压小于预设值，控制器130调整控制信号的占空比，或者恢复输出脉冲波形，使电池组200继续均衡。

第二实施例

本实施例提供一种充电装置，所述充电装置包括如第一实施例所提供的主动均衡充电保护装置100。

第三实施例

本实施例提供一种主动均衡充电保护方法，请参阅图4，图4为本实用新型较佳实施例提供的一种主动均衡充电保护方法。需要说明的是，本实施例所提供的主动均衡充电保护方法，其基本原理及产生的技术效果和上述第一实施例提供的主动均衡充电保护装置100相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

所述主动均衡充电保护方法应用于主动均衡充电保护装置100，所述主动均衡充电保护装置100包括采样电路110、比较电路120、控制器130 以及充电控制电路140，所述方法包括：S10～S40。

S10：采样电路110采样获取电池组200的充电电压，并将采样获取的充电电压发送至所述比较电路120。

于本实施例中，所述采样电路110包括第四电阻R4及第五电阻R5，所述电池组200包括输出端口，所述电池组200的输出端口依次通过所述第四电阻R4、第五电阻R5然后接地形成回路。所述采样电路110包括采样点，所述采样点设置于所述第四电阻R4与所述第五电阻R5之间。可以理解地，采样电路110所采集的电压是电池组200的充电电压或电池组 200电压在第五电阻R5上的分压。即R5*Ucell/(R4+R5)，其中，Ucell 为电池组200的充电电压。采样电路110将采样得到的电压信号传输至比较电路120。

S20：比较电路120将所述充电电压与预设电压进行比较生成比较结果，并将所述比较结果发送至控制器130。

于本实施例中，比较电路120，与所述采样电路110电连接，用于将所述采样电路110采样的充电电压与预设电压进行比较生成比较结果；所述比较电路120包括比较器U1，所述比较器U1的同相输入端用于引入预设电压信号，所述比较电路120还包括第一电阻R1、第二电阻R2以及预设电压的直流电源，所述直流电源依次通过第一电阻R1、第二电阻R2然后接地形成回路，所述比较器U1的同相输入端连接于所述第一电阻R1 与所述第二电阻R2之间，所述比较器U1的反向输入端与所述采样电路110连接，用于接入所述采样的充电电压。

于本实施例中，比较器U1的反向输入端与采样电路110的采样点电连接，也即是说，比较器U1的反向输入端的U-＝R5*Ucell/(R4+R5)，所述比较器U1的同相输入端连接与第一电阻R1与第二电阻R2之间，可以理解地，比较器U1的同相输入端的电压为U+＝R2*Vcc/(R1+R2)，比较器 U1可以根据同相输入端与反向输入端的电压比较得出电池组200的充电电压与预设电压VCC的大小关系。

所述比较器U1的输出端TZ1与所述控制器130电连接，所述比较器 U1用于将所述采样的充电电压与预设电压进行比较生成比较结果，并将比较结果发送至所述控制器130，比较结果包括：采样的充电电压大于预设电压或采样的充电电压小于预设电压。

S30：所述控制器130依据所述比较结果生成相应的控制信号并将所述控制信号至所述充电控制电路140。

当所述比较结果为充电电压大于预设电压时，所述控制信号为停止充电信号；当所述比较结果为充电电压下教育预设电压时，所述控制信号为启动充电信号。于本实施例中，所述控制信号为脉冲波形信号，所述控制器130根据比较电路120输出端输出的比较结果控制脉冲波形信号的占空比，从而可以调节电池组200充电的时间，当所述采样的充电电压大于预设电压时，控制器130降低控制信号的占空比，使电池组200停止充电并保持预设时长(例如5s)，所述控制信号为停止充电信号，当所述采样的充电电压小于预设电压时，控制器130提高控制信号的占空比，使电池组 200保持充电状态，所述控制信号为启动充电信号。

S40：所述充电控制电路140根据所述控制信号对电池组200进行充电。

充电控制电路140与控制器130电连接，还与电池组200电连接，用于连接充电电源根据所述控制器130的控制信号对电池组200进行充电。充电控制电路140包括第一开关管Q1，第一开关管Q1包括控制端，所述控制端与控制器130电连接，第一开关管Q1依据在控制器130的控制信号调整充电控制电路140自身的通断状态，以调节电池组200的充电时间。例如所述充电控制电路140包括变压器T，所述第一开关管Q1还包括第一端及第二端，充电电源通过所述变压器T的原边与所述第一开关管Q1 的第一端电连接，所述第一开关管Q1的第二端与接地，所述第一开关管 Q1的控制端与所述控制器130电连接，用于在所述控制器130的控制信号下控制第一端及第二端导通或截止，以使充电控制电路140启动充电或停止充电。

综上所述，本实用新型提供了一种主动均衡充电保护装置、方法及充电装置，所述主动均衡充电保护装置包括：采样电路，与电池组电连接，用于采样所述电池组的充电电压；比较电路，与所述采样电路电连接，用于将所述采样电路采样的充电电压与预设电压进行比较生成比较结果；控制器，与所述比较电路电连接，用于根据所述比较电路得到的比较结果输出相应的控制信号至充电控制电路，当所述采样的充电电压大于预设电压时，所述控制信号为停止充电信号，当所述采样的充电电压小于预设电压时，所述控制信号为启动充电信号；充电控制电路，与控制器电连接，还与电池组电连接，用于连接充电电源根据所述控制器的控制信号对电池组进行充电。通过采样充电电压，将采样的充电电压与预设电压进行比较，当采样的充电电压大于预设电压时，停止电池组均衡，防止过压充电，当采样的充电电压小于预设电压时，保持对电池组进行充电，通过本实用新型可以有效的解决电池组的过压充电问题以确保充电电压不超过设定值，保证电池组的均衡充电安全。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。