一种串联锂电池充电平衡电路的制作方法

本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种串联锂电池充电平衡电路。

背景技术：

近些年，越来越多的锂离子电池被应用于医疗、汽车、消费电子中。针对不同的负载，往往需要对锂电池进行串并联，以满足不同电压、电流的输出需求。然而，串并联而成的锂电池包内各电芯本身的个体差异性、及外界影响如工作温度的不一致，使得长时间工作后，其内各电芯会出现较大的差异，容量不一致，各电芯容量不一致，易导致充电时有些电芯可充满电，有些电芯却无法充满电的情况（即欠充），而这严重影响锂电池包的性能和寿命使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种串联锂电池充电平衡电路。

实现本发明目的技术方案是：一种串联锂电池充电平衡电路，包括由n个电芯串联而成的电池组、用于采集电池组内各电芯电压的电压采样电路、dc-dc电源模块、dc-dc输出控制电路、开关组合电路、开关驱动电路、mcu控制单元，dc-dc电源模块、开关组合电路和电池组依次连接，电压采样电路与mcu控制单元连接，mcu控制单元、dc-dc输出控制电路和dc-dc电源模块依次连接，mcu控制单元、开关驱动电路和开关组合电路依次连接，其中，

电池组内n个电芯依次由ci（i=1，2，3，……，n）表示，n为不小于2的自然整数，电池组的两端为输出端；

开关组合电路包括2n+1个开关，2n+1个开关依次由kj（j=1，2，3，……，2n+1）表示，电池组的任一电芯cn两端与相串联的三个开关（k2n-1、k2n、k2n+1）并联，n为不大于n任一自然整数；

dc-dc电源模块的两端与相串联的所有的开关k2m（m=1，2，3，……，n）并联；

mcu控制单元用于接收电压采样电路采集的电池组各电芯的电压；控制开关驱动电路，使开关驱动电路驱动开关组合电路，以便开关组合电路内各开关相应的开关；控制dc-dc输出控制电路，使dc-dc输出控制电路驱动dc-dc电源模块以输出相应的电压。

上述电芯ci的下标相同时，为同一电芯；开关kj的下标相同时，为一同开关。

进一步地，dc-dc输出控制电路为pwm电路。其中，该pwm电路可以是现成的pwm芯片，也可以是mcu控制单元内置、自带的pwm电路，通过mcu控制单元控制pwm电路的输出波形来切换dc-dc电源模块的输出，其中，采用mcu控制单元自带的pwm电路时，由于mcu控制单元通常为ht66f0185或stm32系列芯片，就宏观结构上看，dc-dc电源模块与mcu控制单元直接连接。另，本发明的dc-dc输出控制电路还可以是驱动dc-dc电源模块内mos管开关的驱动电路，如ucc27321、ucc37323、md1211等驱动芯片。

进一步地，开关驱动电路为pwm电路或mos管开关驱动电路中的任一种。其中，pwm电路可以是现成的pwm芯片，也可以是mcu控制单元内置、自带的pwm电路，采用mcu控制单元自带的pwm电路时，由于mcu控制单元通常为ht66f0185或stm32系列芯片，就宏观结构上看，开关组合电路与mcu控制单元直接连接；mos管开关驱动电路则可以是现成的开关驱动芯片，如ucc27321、ucc37323、md1211等，也可以是自由mcu控制单元输入信号控制的mos管开关驱动电路。

本发明串联锂电池充电平衡电路，不仅可以有效地监测电池组内各节电芯的电压，对整个电池组或部分电芯甚至单节电芯充电，解决电池组内各电芯的均衡充电问题，避免因个体差异，而需对各电芯进行筛选，其大大减略了各类产品繁琐的制造工序，提高产品的使用寿命，降低产品使用的安全风险；且电池组放电时，充电电流直接由电池组的放电端送出，其不经过开关组合电路内的任一开关，可大大降低电路损耗以及电路开关器件承担应力所带来的风险，较好地避免器件损坏的问题，不影响电池组对外输出超大功率，可实现电池组的大电流输出。

附图说明

图1是本发明串联锂电池充电平衡电路的结构示意图；

图2是本发明串联锂电池充电平衡电路开关组合电路和电池组的电路图；

图3是本发明串联锂电池充电平衡电路中开关驱动电路驱动单个开关的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明串联锂电池充电平衡电路的较佳实施方式作详细的说明：

如图1和图2所示，一种串联锂电池充电平衡电路，包括由n个电芯串联而成的电池组10、用于采集电池组10内各电芯电压的电压采样电路1、dc-dc电源模块2、dc-dc输出控制电路3、开关组合电路4、开关驱动电路5、mcu控制单元6，dc-dc电源模块2、开关组合电路4和电池组10依次连接，电压采样电路1与mcu控制单元6连接，mcu控制单元6、dc-dc输出控制电路3和dc-dc电源模块2依次连接，mcu控制单元6、开关驱动电路5和开关组合电路4依次连接，其中，

电池组10内n个电芯依次由ci（i=1，2，3，……，n）表示，n为不小于2的自然整数，电池组10的两端设有放电端101；

开关组合电路4包括2n+1个开关，2n+1个开关依次由kj（j=1，2，3，……，2n+1）表示，电池组10的任一电芯cn两端与相串联的三个开关（k2n-1、k2n、k2n+1）并联，n为不大于n任一自然整数；

dc-dc电源模块2的两端与相串联的所有的开关k2m（m=1，2，3，……，n）并联；

mcu控制单元6用于接收电压采样电路1采集的电池组10各电芯的电压；控制开关驱动电路5，使开关驱动电路5驱动开关组合电路4，以便开关组合电路4内各开关相应的开关；控制dc-dc输出控制电路3，使dc-dc输出控制电路3驱动dc-dc电源模块2以输出相应的电压。

本发明串联锂电池充电平衡电路，通过开关组合电路4的设置，使电池组10内电芯的充电形式可得以调整改变，如所有的电芯串联一起充电，或连续的部分电芯一同充电，或单个电芯单独进行充电。以四个电芯串联而成的电池组10为例，下表列出了其存在的充电情况及所对应的开关组合电路4各开关的开关状态。

上述表格中，√表示闭合，×表示断开。

本发明串联锂电池充电平衡电路，通过对开关组合电路4的控制，即可实现不同的充电情况的转换。其中，驱动开关组合电路4的开关驱动电路5由mcu控制单元6控制，mcu控制单元6通过开关驱动电路5的控制，可调整开关组合电路4内各开关的状态。

本发明串联锂电池充电平衡电路，开关驱动电路5为pwm电路或mos管开关驱动电路中的任一种。其中，pwm电路可以是现成的pwm芯片，也可以是mcu控制单元6内置、自带的pwm电路，采用mcu控制单元6自带的pwm电路时，由于mcu控制单元6通常为ht66f0185或stm32系列芯片，就宏观结构上看，开关组合电路4与mcu控制单元6直接连接。mos管开关驱动电路则可以是现成的开关驱动芯片，如ucc27321、ucc37323、md1211等，也可以是由mcu控制单元6输入信号控制的mos管开关驱动电路，如图3所示，其给出了一种mcu控制单元6输入信号控制的mos管开关驱动电路，该电路中，通过mcu控制单元6的输入信号控制三级管q1和三级管q2，使mos管q3从vcc处获取驱动开关组合电路4内各开关的能力，进而控制开关组合电路4，由于驱动开关的驱动电路为常规电路的结构，本发明不再做过多阐述。

本发明串联锂电池充电平衡电路，在不同的充电情况下，特别是充电电芯数量改变时，常要求dc-dc电源模块2的输出电压相应的调整输出，如一节电芯的充电电压为4.2v时，对两节电芯进行充电，则要求dc-dc电源模块2的输出电压为8.4v；对三节电芯进行充电，则要求dc-dc电源模块2的输出电压为12.6v；对四节电芯进行充电，则要求dc-dc电源模块2的输出电压为16.8v。

本发明串联锂电池充电平衡电路，dc-dc电源模块2为输出电压可调的dc-dc电源模块，mcu控制单元6通过对dc-dc输出控制电路3的控制，使dc-dc输出控制电路3驱动dc-dc电源模块2以输出相应的电压。

本发明串联锂电池充电平衡电路，dc-dc输出控制电路3为pwm电路或mos管开关驱动电路中的任一种。其中，pwm电路可以是现成的pwm芯片，也可以是mcu控制单元6内置、自带的pwm电路，通过mcu控制单元6控制pwm电路的输出波形来切换dc-dc电源模块2的输出，采用mcu控制单元6自带的pwm电路时，由于mcu控制单元6通常为ht66f0185或stm32系列芯片，就宏观结构上看，dc-dc电源模块2与mcu控制单元6直接连接。另，本发明的dc-dc输出控制电路3还可以是驱动dc-dc电源模块2内mos管开关的驱动电路，如ucc27321、ucc37323、md1211等驱动芯片。

本发明串联锂电池充电平衡电路，通过mcu控制单元6的控制，可实现电池组10内电芯不同种充电形式的转换，大大提高充电的灵活性，如充电初始，通常可使电池组10内所有的电芯串联一同充电，在电压采样电路1采集到任一电芯的电压到达mcu控制单元6内的预设值后，mcu控制单元6即可控制开关驱动电路5，调整开关组合电路4内各开关的开关状态，如使连续的、电压值还未达到预设值的电芯一同充电，或对电压值还未达到预设值的电芯单个逐一充电，使电池组10内所有的电芯电压均可达到预设值，从而让电池组10内各电芯充电更均衡，不会因电芯个体差异，而导致部分电芯无法充满电（欠压）的情况。

本发明串联锂电池充电平衡电路，不仅可以有效地监测电池组10内各节电芯的电压，对整个电池组10或部分电芯甚至单节电芯充电，解决电池组10内各电芯的均衡充电问题，避免因个体差异，而需对各电芯进行筛选，其大大减略了各类产品繁琐的制造工序，提高产品的使用寿命，降低产品使用的安全风险；且电池组10放电时，充电电流直接由电池组10的放电端101送出，其不经过开关组合电路4内的任一开关，可大大降低电路损耗以及电路开关器件承担应力所带来的风险，较好地避免器件损坏的问题，不影响电池组对外输出超大功率，可实现电池组的大电流输出。

本发明串联锂电池充电平衡电路，mcu控制单元6通常可采用ht66f0185或stm32等系列芯片。

本发明不限于实施例所述，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。