电感式主动均衡单元及其硬件指示电路的制作方法

1.本发明涉及主动均衡单元技术领域，具体地涉及一种电感式主动均衡单元及其硬件指示电路。


背景技术：

2.基于电感式主动均衡的主动均衡技术已经广泛应用于电池管理系统(bms)，主动均衡主要是将单体能量高的转移到单体能力低的，或用整组能力补充到单体最低电池。
3.然而当均衡单元工作时，仅能从程序中读取相应的变量才能获知均衡单元的工作状态，这必须要求拥有bms的算法源代码并熟悉代码中的变量含义，在电池组的日常维护或教学演示中，通常不具备这样的条件，因此难以获知主动均衡过程。
4.本技术发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术的上述方案具有难以获知主动均衡过程的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种电感式主动均衡单元及其硬件指示电路，该电感式主动均衡单元及其硬件指示电路能够获得均衡单元中待均衡电池串的充放电状态。
6.为了实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种电感式主动均衡单元的硬件指示电路，包括：
7.开关状态检测电路，所述开关状态检测电路包括：
8.第一电阻，所述第一电阻的一端与均衡单元的第一开关的一端连接；
9.第一非门，输入端与所述第一电阻的另一端连接，所述第一非门的输出端用于输出第一开关指示信号；
10.第二电阻，所述第二电阻的一端与所述均衡单元的第二开关的一端连接；
11.绝对值电路，用于对所述第二开关一端的电位信号执行绝对值计算操作，所述绝对值电路的一端与所述第二电阻的另一端连接；
12.第三电阻，一端与所述绝对值电路的另一端连接；
13.第二非门，输入端与所述第三电阻的另一端连接，所述第二非门的输出端用于输出第二开关指示信号；
14.充放电状态检测电路，与所述开关状态检测电路连接，用于检测所述均衡单元的充放电状态；
15.充放电led指示电路，与所述开关状态检测电路和所述充放电状态检测电路连接，用于显示所述均衡单元的充放电状态。
16.可选地，所述绝对值电路包括：
17.第一运算放大器，所述第一运算放大器的负极输入端与所述第二电阻的另一端连接，所述第一运算放大器的正极输入端接地，所述第一运算放大器的负极输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；
18.第二运算放大器，所述第二运算放大器的正极输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的正极输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第三电阻的一端连接。
19.可选地，所述绝对值电路还包括第一二极管，所述第一二极管的输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一二极管的输出端与所述第二运算放大器的正极输入端连接。
20.可选地，所述充放电状态检测电路包括：
21.或门，所述或门的输入端用于接收所述第一开关指示信号和所述第二开关指示信号；
22.第一d触发器，所述第一d触发器使能端用于接收所述第一开关指示信号，所述第一d触发器的时钟端与所述或门的输出端连接，所述第一d触发器的输出端用于输出第一充放电信号；
23.第二d触发器，所述第二d触发器使能端用于接收所述第二开关指示信号，所述第二d触发器的时钟端与所述或门的输出端连接，所述第二d触发器的输出端用于输出第二充放电信号。
24.可选地，所述充放电led指示电路包括：
25.第三非门，输入端用于接收所述第二开关指示信号；
26.第四非门，输入端用于接收所述第二充放电信号；
27.第一与门，输入端与所述第三非门的输出端和所述第四非门的输出端均连接，且所述第一与门用于接收所述第一开关指示信号和所述第一充放电信号；
28.第四电阻，一端与所述第一与门的输出端连接；
29.第一指示灯，所述第一指示灯的一端与所述第四电阻的另一端连接，所述第一指示灯的另一端接地。
30.可选地，所述充放电led指示电路还包括：
31.第二与门，输入端与所述第三非门的输出端连接，且所述第二与门用于接收所述第一开关指示信号、所述第二开关指示信号和所述第一充放电信号；
32.第五电阻，一端与所述第二与门的输出端连接；
33.第二指示灯，所述第二指示灯的一端与所述第五电阻的另一端连接，所述第二指示灯的另一端接地。
34.可选地，所述充放电led指示电路还包括：
35.第五非门，输入端用于接收所述第一开关指示信号；
36.第六非门，输入端用于接收所述第一充放电信号；
37.第三与门，输入端与所述第五非门和所述第六非门的输出端均连接，且所述第三与门用于接收所述第二开关指示信号、所述第一充放电信号和所述第二充放电信号；
38.第六电阻，一端与所述第三与门的输出端连接；
39.第三指示灯，所述第三指示灯的一端与所述第六电阻的另一端连接，所述第三指示灯的另一端接地。
40.可选地，所述充放电led指示电路还包括：
41.第四与门，输入端与所述第五非门的输出端连接，且所述第四与门用于接收所述
第一开关指示信号、所述第二开关指示信号和所述第二充放电信号；
42.第七电阻，一端与所述第四与门的输出端连接；
43.第四指示灯，所述第四指示灯的一端与所述第七电阻的另一端连接，所述第四指示灯的另一端接地。
44.另一方面，本发明还提供一种电感式主动均衡单元，包括：
45.均衡单元电路；
46.如上述任一所述的硬件指示电路。
47.通过上述技术方案，本发明提供的电感式主动均衡单元及其硬件指示电路通过将开关状态检测电路与均衡单元连接，第一非门输出第一开关指示信号，第二非门输出第二开关指示信号，充放电状态检测电路根据第一开关指示信号和第二开关指示信号确定均衡单元的充放电状态，最后通过充放电led指示电路显示均衡单元的充放电状态，该硬件指示电路可移植性高，适用性强，且能准确显示均衡单元的充放电状态。
48.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
49.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
50.图1是根据本发明的一个实施方式的电感式主动均衡单元的硬件指示电路的电路图；
51.图2是根据本发明的一个实施方式的电感式主动均衡单元的硬件指示电路中绝对值电路的电路图；
52.图3是根据本发明的一个实施方式的电感式主动均衡单元的硬件指示电路中充放电状态检测电路的电路图；
53.图4是根据本发明的一个实施方式的电感式主动均衡单元的硬件指示电路中充放电led指示电路的电路图；
54.图5是图4中a区域的放大示意图；
55.图6是图4中b区域的放大示意图；
56.图7是图4中c区域的放大示意图。
57.附图标记说明
58.r1、第一电阻
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r2、第二电阻
59.r3、第三电阻
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r4、第四电阻
60.r5、第五电阻
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r6、第六电阻
61.r7、第七电阻
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n1、第一非门
62.n2、第二非门
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n3、第三非门
63.n4、第四非门
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n5、第五非门
64.n6、第六非门
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u1、第一运算放大器
65.u2、第二运算放大器
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d1、第一二极管
66.d2、第二二极管
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d3、第三二极管
67.o1、或门
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q1、第一d触发器
68.q2、第二d触发器
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led1、第一指示灯
69.led2、第二指示灯
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led3、第三指示灯
70.led4、第四指示灯
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a1、第一与门
71.a2、第二与门
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a3、第三与门
72.a4、第四与门
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v1、第一电池串
73.v2、第二电池串
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01、开关状态检测电路
74.02、充放电状态检测电路
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03、充放电led指示电路
75.04、绝对值电路
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05、均衡单元
76.s1、第一开关
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s2、第二开关
77.l、能量转移电感
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signal1、第一开关指示信号
78.signal2、第二开关指示信号
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signalq1、第一充放电信号
79.signalq2、第二充放电信号
具体实施方式
80.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
81.图1是根据本发明的一个实施方式的电感式主动均衡单元的硬件指示电路的电路图。在图1中，该硬件指示电路可以包括开关状态检测电路01、充放电状态检测电路02以及充放电led指示电路03。具体地，该开关检测电路可以包括第一电阻r1、第一非门n1、第二电阻r2、绝对值电路04、第三电阻r3、第二非门n2。
82.第一电阻r1的一端与均衡单元05的第一开关s1的一端连接；第一非门n1的输入端与第一电阻r1的另一端连接，第一非门n1的输出端用于输出第一开关指示信号signal1；第二电阻r2的一端与均衡单元05的第二开关s2的一端连接；绝对值电路04用于对第二开关s2一端的电位信号执行绝对值计算操作，绝对值电路04的一端与第二电阻r2的另一端连接；第三电阻r3的一端与绝对值电路04的另一端连接；第二非门n2的输入端与第三电阻r3的另一端连接，第二非门n2的输出端用于输出第二开关指示信号signal2；充放电状态检测电路02与开关状态检测电路01连接，用于检测均衡单元05的充放电状态；充放电led指示电路03与开关状态检测电路01和充放电状态检测电路02连接，用于显示均衡单元05的充放电状态。
83.在均衡单元05未发生均衡时，第一开关s1、第二开关s2均断开，第二二极管d2、第三二极管d3均不续流，此时第一开关指示信号signal1、第二开关指示信号signal2输出均为0，该状态为初始状态。在均衡单元05发生均衡时，分为第一电池串v1向第二电池串v2充电和第二电池串v2向第一电池串v1充电两种情况。
84.在第一电池串v1向第二电池串v2充电时，若第一开关s1闭合，第一电池串v1向能量转移电感l充电，此时第二开关s2断开，且第二二极管d2、第三二极管d3均不续流。第一开关s1闭合，因此第一电池串v1的正极相对于gnd的电压为低电平，经第一电阻r1分压后输入第一非门n1，最后由第一非门n1输出第一开关指示信号signal1为1；第二开关s2断开且第三二极管d3不续流，因此第二电池串v2的负极相对于gnd的电压为负的高电平，经绝对值电
路04进行信号调理后转化为正的高电平，再经第二非门n2后输出第二开关指示信号signal2为0。
85.在第一电池串v1向第二电池串v2充电时，若第一开关s1断开，能量转移电感l向第二电池串v2充电，此时第二开关s2断开，第三二极管d3续流，且第二二极管d2不续流。第一开关s1断开且第二二极管d2不续流，因此第一电池串v1的正极相对于gnd的电压为高电平，经第一电阻r1分压后输入第一非门n1，最后由第一非门n1输出第一开关指示信号signal1为0；第三二极管d3续流，因此第二电池串v2的负极相对于gnd的电压为低电平，经绝对值电路04进行信号调理后依然为低电平，再经第二非门n2后输出第二开关指示信号signal2为1。
86.在第二电池串v2向第一电池串v1充电时，若第二开关s2闭合，第二电池串v2向能量转移电感l充电，此时第一开关s1断开，且第二二极管d2、第三二极管d3均不续流。第一开关s1断开且第二二极管d2不续流，因此第一电池串v1的正极相对于gnd的电压为高电平，经第一电阻r1分压后输入第一非门n1，最后由第一非门n1输出第一开关指示信号signal1为0；第二开关s2闭合，因此第二电池串v2的负极相对于gnd的电压为低电平，经绝对值电路04进行信号调理后依然为低电平，再经第二非门n2后输出第二开关指示信号signal2为1。
87.在第二电池串v2向第一电池串v1充电时，若第二开关s2断开，能量转移电感l向第一电池串v1充电，此时第一开关s1断开，第二二极管d2续流、且第三二极管d3不续流。第二二极管d2续流，因此第一电池串v1的正极相对于gnd的电压为低电平，经第一电阻r1分压后输入第一非门n1，最后由第一非门n1输出第一开关指示信号signal1为1；第二开关s2断开且第三二极管d3不续流，因此第二电池串v2的负极相对于gnd的电压为负的高电平，经绝对值电路04进行信号调理后转化为正的高电平，再经第二非门n2后输出第二开关指示信号signal2为0。
88.传统的均衡单元在工作时，仅能从程序中读取相应的变量才能获知均衡单元的工作状态，进而使得在电池组的日常维护或教学演示中，难以获知均衡单元的均衡过程。在本发明的该实施方式中，采用开关检测电路01检测均衡单元05中第一开关s1和第二开关s2、充放电状态检测电路02确定均衡单元05的充放电状态、充放电led指示电路03显示均衡单元05的充放电状态的方式，获得均衡单元05的均衡过程，以便于进行电池组的日常维护或教学演示。该硬件指示电路可移植性高，适用性强，且能准确显示均衡单元的充放电状态。
89.在本发明的该实施方式中，如图2和图5所示，该绝对值电路可以包括第一运算放大器u1以及第二运算放大器u2。
90.第一运算放大器u1的负极输入端与第二电阻r2的另一端连接，第一运算放大器u1的正极输入端接地，第一运算放大器u1的负极输入端与第一运算放大器u1的输出端连接；第二运算放大器u2的正极输入端与第一运算放大器u1的输出端连接，第二运算放大器u2的正极输入端与第二运算放大器u2的输出端连接，第二运算放大器u2的输出端与第三电阻r3的一端连接。
91.在第二开关s2断开且第三二极管d3不续流时，第二电池串v2的负极相对于gnd的电压为负的高电平，负的高电平经第一运算放大器u1转化为正的高电平，正的高电平直接经第三电阻r3至第二非门n2的输入端，最后经第二非门n2的输出信号为低电平。在第二开关s2闭合或第三二极管d3续流时，第二电池串v2的负极相对于gnd的电压为低电平，低电平
经第二运算放大器u2放大后，再经第三电阻r3分压至第二非门n2的输入端，最后经第二非门n2的输出信号为高电平。
92.在本发明的该实施方式中，如图3和图6所示，该充放电状态检测电路02可以包括或门o1、第一d触发器q1以及第二d触发器q2。
93.或门o1的输入端用于接收第一开关指示信号signal1和第二开关指示信号signal2；第一d触发器q1使能端用于接收第一开关指示信号signal1，第一d触发器q1的时钟端与或门o1的输出端连接，第一d触发器q1的输出端用于输出第一充放电信号signalq1；第二d触发器q2使能端用于接收第二开关指示信号signal2，第二d触发器q2的时钟端与或门o1的输出端连接，第二d触发器q2的输出端用于输出第二充放电信号signalq2。
94.在本发明的该实施方式中，第一d触发器q1和第二d触发器的q非与d端均连接，进而构成t触发器。
95.当第一电池串v1向第二电池串v2充电时：初始状态下，第一开关指示信号signal1为0，第二开关指示信号signal2为0，第一充放电信号signalq1为0，第二充放电信号signalq2。在第一电池串v1向能量转移电感l充电时，第一开关指示信号signal1为1，第二开关指示信号signal2为0，第一d触发器q1的使能端由0变1，发生正跳变，第一d触发器q1输出第一充放电信号signalq1为1；第二d触发器q2的使能端维持不变，第二d触发器q2输出第二充放电信号signalq2为0。在能量转移电感l向第二电池串v2充电时，第一开关指示信号signal1为0，第二开关指示信号signal2为1，第一d触发器q1的使能端由1变0，发生负跳变，第一d触发器q1输出第一充放电信号signalq1为1；第二d触发器q2的使能端由0变1，发生正跳变，第二d触发器q2输出第二充放电信号signalq2为1。回到初始状态时，第一开关指示信号signal1和第二开关指示信号signal2均为0，第一开关指示信号signal1和第二开关指示信号signal2经或门o1输出得到清零信号，此时第一d触发器q1输出第一充放电信号signalq1为0，第二d触发器q2输出第二充放电信号signalq2为0。
96.当第二电池串v2向第二电池串v1充电时：初始状态下，第一开关指示信号signal1为0，第二开关指示信号signal2为0，第一充放电信号signalq1为0，第二充放电信号signalq2。在第二电池串v2向能量转移电感l充电时，第一开关指示信号signal1为0，第二开关指示信号signal2为1，第一d触发器q1的使能端维持不变，第一d触发器q1输出第一充放电信号signalq1为0；第二d触发器q2的使能端由0变1，发生正跳变，第二d触发器q2输出第二充放电信号signalq2为0。在能量转移电感l向第一电池串v1充电时，第一开关指示信号signal1为1，第二开关指示信号signal2为0，第一d触发器q1的使能端由0变1，发生正跳变，第一d触发器q1输出第一充放电信号signalq1为1；第二d触发器q2的使能端由1变0，发生负跳变，第二d触发器q2输出第二充放电信号signalq2为1。回到初始状态时，第一开关指示信号signal1和第二开关指示信号signal2均为0，第一开关指示信号signal1和第二开关指示信号signal2经或门o1输出得到清零信号，此时第一d触发器q1输出第一充放电信号signalq1为0，第二d触发器q2输出第二充放电信号signalq2为0。
97.综上所述，第一电池串v1向第二电池串v2充电时的状态表可以如表1所示，第二电池串v2向第一电池串v1充电时的状态表可以如表2所示。
98.表1第一电池串v1向第二电池串v2充电状态表
[0099][0100][0101]
表2第二电池串v2向第一电池串v1充电状态表
[0102] signal 1signal 2signal q1signal q2初始状态0000v2向l放电0101l向v1充电1011回到初始状态0000
[0103]
在本发明的该实施方式中，如图4和图7所示，该充放电led指示电路03可以包括第三非门n3、第四非门n4、第一与门a1、第四电阻r4以及第一指示灯led1。
[0104]
第三非门n3的输入端用于接收第二开关指示信号signal2，第四非门n4的输入端用于接收第二充放电信号signal q2；第一与门a1的输入端与第三非门n3和第四非门n4的输出端均连接，且第一与门a1用于接收第一开关指示信号signal1和第一充放电信号signal q1；第四电阻r4的一端与第一与门a1的输出端连接；第一指示灯led1的一端与第四电阻r4的另一端连接，第一指示灯led1的另一端接地。
[0105]
第一与门a1的输入全为高电平时，第一与门a1输出高电平，此时第一指示灯led1会被点亮。反推第二开关指示信号signal2和第二充放电信号signal q2必须输入低电平才能在分别经过第三非门n3和第四非门n4后变成高电平，因此第二开关指示信号signal2和第二充放电信号signal q2为0；同理，第一开关指示信号signal1和第一充放电信号signal q1均为1，即该均衡单元05处于第一电池串v1向能量转移电感l放电状态。
[0106]
在本发明的该实施方式中，如图4和图7所示，该充放电led指示电路03还可以包括第二与门a2、第五电阻r5、第二指示灯led2。
[0107]
第二与门a2的输入端与第三非门n3的输出端连接，且第二与门a2用于接收第一开关指示信号signal1、第二开关指示信号signal2和第一充放电信号signal q1；第五电阻r5的一端与第二与门a2的输出端连接；第二指示灯led2的一端与第五电阻r5的另一端连接，第二指示灯led2的另一端接地。
[0108]
第二与门a2全为高电平时，第二与门a2输出高电平，此时第二指示灯led2会被点亮。反推第二开关指示信号signal2必须输入低电平才能在经过第三非门n3后变成高电平，因此第二开关指示信号signal2为0；同理，第一开关指示信号signal1、第一充放电信号
signal q1和第二充放电信号signal q2均为1，即该均衡单元05处于能量转移电感l向第一电池串v1充电状态。
[0109]
在本发明的该实施方式中，如图4和图7所示，该充放电led指示电路03还可以包括第五非门n5、第六非门n6、第三与门a3、第六电阻r6以及第三指示灯led3。
[0110]
第五非门n5的输入端用于接收第一开关指示信号signal1，第六非门n6的输入端用于接收第一充放电信号signal q1；第三与门a3的输入端与第五非门n5和第六非门n6的输出端均连接，且第三与门a3用于接收第二开关指示信号signal2和第二充放电信号signal q2；第六电阻r6的一端与第三与门a3的输出端连接；第三指示灯led3的一端与第六电阻r6的另一端连接，第三指示灯led3的另一端接地。
[0111]
第三与门a3全为高电平时，第三与门a3输出高电平，此时第三指示灯led3会被点亮。反推第一开关指示信号signal1和第一充放电信号signal q1必须输入低电平才能在分别经过第五非门n5和第六非门n6后变成高电平，因此第一开关指示信号signal1和第一充放电信号signal q1为0；同理，第二开关指示信号signal2和第二充放电信号signal q2均为1，即该均衡单元05处于第二电池串v2向能量转移电感l放电状态。
[0112]
在本发明的该实施方式中，如图4和图7所示，该充放电led指示电路03还可以包括第四与门a4、第七电阻r7以及第四指示灯led4。
[0113]
第四与门a4的输入端与第五非门n5的输出端连接，且第四与门a4用于接收第一开关指示信号signal1、第二开关指示信号signal2和第二充放电信号signal q2；第七电阻r7的一端与第四与门a4的输出端连接；第四指示灯led4的一端与第七电阻r7的另一端连接，第四指示灯led4的另一端接地。
[0114]
第四与门a4全为高电平时，第四与门a4输出高电平，此时第四指示灯led4会被点亮。反推第一开关指示信号signal1必须输入低电平才能在经过第五非门n5后变成高电平，因此第一开关指示信号signal1为0；同理，第二开关指示信号signal2、第一充放电信号signal q1和第二充放电信号signal q2均为1，即该均衡单元05处于能量转移电感l向第二电池串v2充电状态。
[0115]
第一开关指示信号signal、第二开关指示信号signal2、第一充放电信号signal q1和第二充放电信号signal q2均为0时，第一与门a1、第二与门a2、第三与门a3和第四与门a4的输出均为低电平，第一指示灯led1、第二指示灯led2、第三指示灯led3和第四指示灯led4均不亮。
[0116]
综上所述，各指示灯的点亮逻辑可以如表3所示。
[0117]
表3各指示灯的点亮逻辑表
[0118]
[0119][0120]
另一方面，本发明还提供一种电感式主动均衡单元。具体地，该电感式主动均衡单元可以包括均衡单元电路以及如上述的硬件指示电路。具体地，如图4所示，该均衡单元电路可以包括第一电池串v1、第二电池串v2、第二二极管d2、第三二极管d3、第一开关s1、第二开关s2、能量转移电感l。
[0121]
第一电池串v1的正极与第一开关s1的一端连接，且第一电池串v1的正极与第二二极管d2的负极连接；第二电池串v2的负极与第二开关s2的一端连接，且第二电池串v2的负极与第三二极管d3的正极连接；第一电池串v1的负极和第二电池串v2的正极均与能量转移电感l的一端连接，第一开关s1的另一端、第二开关s2的另一端、第二二极管d2的正极以及第三二极管d3的负极均与能量转移电感l的另一端连接，且能量转移电感l的另一端接地。
[0122]
在本发明的该实施方式中，该硬件指示电路的供电电压为15v。
[0123]
通过上述技术方案，本发明提供的电感式主动均衡单元及其硬件指示电路通过将开关状态检测电路01与均衡单元05连接，第一非门n1输出第一开关指示信号signal 1，第二非门n2输出第二开关指示信号signal 2，充放电状态检测电路02根据第一开关指示信号signal 1和第二开关指示信号signal 2确定均衡单元05的充放电状态，最后通过充放电led指示电路03显示均衡单元05的充放电状态，该硬件指示电路可移植性高，适用性强，且能准确显示均衡单元的充放电状态。
[0124]
还需要说明的是，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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0125]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。