电压均衡系统的制作方法

本实用新型涉及一种电压均衡系统，属于电池管理领域。

背景技术：

目前电池包行业，为了实现高压通常会串联多节电芯，但是模拟前端(afe)管理的电芯数是有限的，所以会使用2个甚至多个afe来分别管理。市场上，有的afe可以级联，有的不可以级联，针对不能级联的afe，则需要利用通信隔离芯片来实现与微控制器(mcu)的通信，而通用的通信隔离芯片需要隔离两侧同时供电才能正常工作。

如图1所示，一般情况下，通信隔离芯片1两侧的电源分别取自两个afe的内部电源管理器输出的3.3v，3.3v1和3.3v2，mcu的供电电源也是取自3.3v1。整个系统看起来比较简洁，但是，在多次充放电循环之后会出现高侧电芯电压和低侧电芯电压不均衡，高侧电芯电压明显高于低侧电芯电压的现象，而高、低侧电芯电压出现不均衡的原因在于：低侧电芯的功耗高于高侧电芯的功耗。举例来讲：3.3v1需要给mcu和通信隔离芯片1的b侧供电，3.3v2只需给通信隔离芯片1的a侧供电，很明显，3.3v1的功耗大于3.3v2，通信隔离芯片1的a侧和b侧功耗也不同。

有鉴于此，确有必要提出一种电压均衡系统来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电压均衡系统，来解决模拟前端afe不级联导致电池组电压不均衡的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电压均衡系统，用于电池组的电压均衡控制，所述电压均衡系统包括与电池组并联设置的模拟前端、与模拟前端进行通信的微控制器以及连接于模拟前端与微控制器之间的通信隔离模块，所述电压均衡系统还包括均衡模块，所述均衡模块的输入端与电池组相连，以输入电池组的总电压，所述均衡模块的输出端分别与所述微控制器和所述通信隔离模块相连，以输出所述微控制器和通信隔离模块的工作电压。

作为本实用新型的进一步改进，所述电池组包括相互串联连接的第一组电芯和第二组电芯，所述模拟前端包括与所述第一组电芯并联连接的低侧模拟前端和与所述第二组电芯并联连接的高侧模拟前端，所述通信隔离模块连接于所述高侧模拟前端与所述微控制器之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述低侧模拟前端与所述微控制器之间通过第一通信通道进行通信。

作为本实用新型的进一步改进，所述通信隔离模块通过第二通信通道与所述微控制器进行通信。

作为本实用新型的进一步改进，所述高侧模拟前端与所述低侧模拟前端不级联。

作为本实用新型的进一步改进，所述电池组还包括与第一组电芯和第二组电芯串联连接的第三组电芯，与第三组电芯相对应的模拟前端与所述微控制器之间也连接有所述通信隔离模块，所述均衡模块的输出端分别与所述微控制器和两个所述通信隔离模块相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述均衡模块为降压芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述降压芯片为低压差线性稳压器。

作为本实用新型的进一步改进，所述降压芯片为降压型dc-dc转换器。

作为本实用新型的进一步改进，所述通信隔离模块为隔离芯片，且所述隔离芯片的内部集成有隔离式dc/dc转换器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的电压均衡系统通过设置均衡模块，并将均衡模块的输入端与电池组相连，以输入电池组的总电压，同时将均衡模块的输出端分别与微控制器和通信隔离模块相连，从而可保证微控制器和通信隔离模块都从总电压上取电，继而可避免发生高、低侧电池电压不均衡的现象。

附图说明

图1是现有的电池包电压管理系统示意图。

图2是本实用新型电压均衡系统的结构示意图。

图3是图2中通信隔离模块的功能框图。

图4是图2所示电压均衡系统的第一实施例结构示意图。

图5是图2所示电压均衡系统的第二实施例结构示意图。

图6是图2所示电压均衡系统的第三实施例结构示意图。

图7是图2所示电压均衡系统应用于三组模拟前端afe时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

本实用新型揭示了一种电压均衡系统，用于对电池包内电池组的电压进行均衡控制。为了描述方便、清楚，以下将以电池组包括两组电芯为例进行详细说明，但不应以此为限。

如图2与图3所示，所述电压均衡系统包括模拟前端(afe)、微控制器(mcu)30、通信隔离模块40以及均衡模块50。

将电池组10定义为包括第一组电芯11和第二组电芯12，且第一组电芯11与第二组电芯12相互串联连接。所述模拟前端(afe)与所述电池组10并联设置，并包括与所述第一组电芯11并联连接的低侧模拟前端21和与所述第二组电芯12并联连接的高侧模拟前端22。所述低侧模拟前端21用于对第一组电芯11的模拟电压进行采集，并传输至所述微控制器30，所述高侧模拟前端22用于对第二组电芯12的模拟电压进行采集，并传输至所述微控制器30。

较佳地，所述低侧模拟前端21和高侧模拟前端22的内部均集成有模数转换器(即adc模块)，所述低侧模拟前端21与所述微控制器30之间通过第一通信通道211进行通信，从而在微控制器30需要对第一组电芯11中任一节电芯的模拟电压进行采集时，可利用该第一通信通道211进行指令的传输，低侧模拟前端21在接收到这样的指令后，会迅速检测并提取出相应电芯的模拟电压值。与此同时，因所述低侧模拟前端21的内部集成有adc模块，从而在所述低侧模拟前端21检测到第一组电芯11的模拟电压值后，可直接转换成数字量并通过所述第一通信通道211发送给所述微控制器30。

所述高侧模拟前端22与所述低侧模拟前端21不级联，故需要设置通信隔离模块40来实现高侧模拟前端22与微控制器30的通信。具体来讲，所述通信隔离模块40连接于高侧模拟前端22与微控制器30之间，并将高侧模拟前端22的通信接口与微控制器30的通信接口相连，从而实现高侧模拟前端22与微控制器30之间的通信。较佳地，所述高侧模拟前端22、通信隔离模块40及微控制器30之间通过第二通信通道221进行通信，且具体的通信过程可参考低侧模拟前端21与微控制器30之间的通信过程，此处不再描述。

本实施例中，所述通信隔离模块40为隔离芯片，且所述隔离芯片的内部集成有隔离式dc/dc转换器，从而所述隔离芯片只需要一侧供电即可，无需两侧供电。

所述均衡模块50的输入端vin与电池组10相连，以输入电池组10的总电压(即第一组电芯11与第二组电芯12的电压和)，所述均衡模块50的输出端vout分别与所述微控制器30和所述通信隔离模块40相连，以输出所述微控制器30和通信隔离模块40的工作电压(如3.3v)，从而为所述微控制器30和通信隔离模块40同时供电。这样设计的目的在于：使微控制器30和通信隔离模块40都从总电压上取电，且微控制器30和通信隔离模块40的工作电压相同，从而可避免发生高、低侧电池电压不均衡的现象。

本实施例中，所述均衡模块50为降压芯片，用于在均衡模块50的输入端vin接收到电池组10的总电压后，直接进行降压步骤，使得均衡模块50的输出端vout输出的电压能够安全启动所述微控制器30和通信隔离模块40，此时，输出端vout输出的电压就是微控制器30和通信隔离模块40的工作电压。较佳地，所述降压芯片可以是低压差线性稳压器(lowdropoutregulator，ldo)，也可以是降压型dc-dc转换器。

如图4所示，为本实用新型电压均衡系统的第一具体实施例。在本实施例中，所述降压芯片50为ldo，此时，本实用新型的电压均衡系统具有稳定性好、负载响应快、输出纹波小等优点。

如图5所示，为本实用新型电压均衡系统的第二具体实施例。在本实施例中，所述降压芯片50为降压型dc-dc转换器，此时，本实用新型的电压均衡系统具有效率高、输入电压范围较宽等优点。当然，从严格意义上讲，ldo也属于dc-dc转换器的一种，但目前的dc-dc转换器多指开关电源。

如图6所示，为本实用新型电压均衡系统的第三实施例。在本实施例中，低侧模拟前端21’与高侧模拟前端22’的内部均没有集成模数转换器(即adc模块)，此时本实用新型的电压均衡系统还包括减法器60，用于获得高侧模拟前端22’输出的第二组电芯12的相对于地的模拟电压(即实际电压)。

对于第一组电芯11和低侧模拟前端21’而言，低侧模拟前端21’的接口uout1与微控制器30的接口ad1相连，从而在低侧模拟前端21’检测到相应电芯的模拟电压后，可直接输出至微控制器30。

对于第二组电芯12和高侧模拟前端22’而言，减法器60的正输入端与高侧模拟前端22’的接口uout2相连，以接收高侧模拟前端22’输出的电压；减法器60的负输入端与第一组电芯11的总正相连，以输入第一组电芯11的电压和；减法器60的输出端out与微控制器30的接口ad2相连，以将减法器60输出的第二组电芯12的相对于地的模拟电压(即实际电压)输送至微控制器30。

需要说明的是：以gnd为参考时，低侧模拟前端21’输出的电压值为所检测的第一组电芯11的实际电压值，而高侧模拟前端22’输出的电压值则是所检测的第二组电芯12的实际电压值叠合第一组电芯11的电压和之后的数值。因此，若想得到真正的所检测的第二组电芯12的电压值，则必须通过减法器60减去第一组电芯11的电压和。

除此之外，图6中的第一通信通道、第二通信通道、均衡模块及通信隔离模块与图2中的第一通信通道211、第二通信通道221、均衡模块50及通信隔离模块40的结构、相互之间的连接关系及所能实现的功能均相同，此处不再详细描述。

如图7所示，为将图2所示的电压均衡系统应用于三组模拟前端afe时的结构示意图。从该图可以看出：本实用新型的电压均衡系统不仅适用于两组模拟前端afe的情形，同样也适用于三组甚至更多组模拟前端afe的情形，且不管在哪种情形下，都只需要设置一个均衡模块50，就能实现高、低侧电池电压的均衡。

当本实用新型的电压均衡系统应用于三组模拟前端afe时，所述第一组电芯11、第二组电芯12、第三组电芯13相互串联连接，模拟前端afe1与第一组电芯11并联连接、模拟前端afe2与第二组电芯12并联连接、模拟前端afe3与第三组电芯13并联连接，所述微控制器30可同时与模拟前端afe1、模拟前端afe2、模拟前端afe3进行通信，从而可利用模拟前端afe1对第一组电芯11的模拟电压进行采集并传输至微控制器30、利用模拟前端afe2对第二组电芯12的模拟电压进行采集并传输至微控制器30、同时利用模拟前端afe3对第三组电芯13的模拟电压进行采集并传输至微控制器30。

与此同时，模拟前端afe1通过第一通信通道111与微控制器30进行通信、模拟前端afe2与微控制器30之间连接有通信隔离模块40且三者之间通过第二通信通道121实现相互通信、模拟前端afe3与微控制器30之间也连接有通信隔离模块40’且三者之间通过第三通信通道131实现相互通信。

需要注意的是：图7所示的电压均衡系统中均衡模块50只设置有一个，且均衡模块50的输入端vin与电池组10’相连，以输入电池组10’的总电压(即第一组电芯11、第二组电芯12及第三组电芯13的电压和)，所述均衡模块50的输出端vout分别与所述微控制器30、通信隔离模块40及通信隔离模块40’相连，以输出所述微控制器30、通信隔离模块40及通信隔离模块40’的工作电压(如3.3v)，从而为所述微控制器30、通信隔离模块40及通信隔离模块40’同时供电。

如此设置：一方面，使得微控制器30、通信隔离模块40及通信隔离模块40’都从总电压上取电，且微控制器30、通信隔离模块40及通信隔离模块40’的工作电压相同，避免了高、低侧的电池电压不均衡；另一方面，利用一个均衡模块50就可实现这样的功效，结构简单、可降低成本。

以此类推，当本实用新型的电压均衡系统应用于四组模拟前端afe时，也可同样利用一个均衡模块50来解决高、低侧电池电压不均衡的问题，此时只需将均衡模块50的输出端与对应于模拟前端afe4的通信隔离模块相连即可，此处不再详细说明。

综上所述，本实用新型的电压均衡系统通过设置有均衡模块50，并将均衡模块50的输入端vin与电池组10、10’相连，以输入电池组10、10’的总电压，同时将均衡模块50的输出端vout分别与微控制器30和通信隔离模块40、40’相连，从而可保证微控制器30和通信隔离模块40、40’都从总电压上取电，继而可避免发生高、低侧电池电压不均衡的现象。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。