多電池組均衡控制電路的製作方法

2023-09-19 09:48:45

專利名稱：多電池組均衡控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池均衡電路及方法，尤其涉及一種電池組間均衡 電路及方法。
背景技術：
電池電芯(包括各種材料的電芯) 一般被串聯使用以獲得較大的總 電壓來驅動負載。而在多串電芯串聯使用時，由於電芯的特性不一致或 者初始電芯電壓不一致，會導致電芯在使用過程中其上電壓不一致，將 會影響串聯電池組的壽命。因此，需要使電芯之間的電壓一致或者是在 一定的差別範圍內，我們稱之為電芯均衡。
當前市場上對於電池內各電芯的均衡大多是採用保護模塊(包括單 顆晶片)來實現，並且出現了多串電芯保護模塊。但是每個保護模塊所 能夠均衡的電芯數目是一定的，因此當所需要的串聯電芯數量超過該模 塊所能保護的數量時，就需要多個模塊組合起來以支持更多數量的電芯 的均衡，這時就會面臨著所有多個保護模塊之間的電芯均衡問題。
由於每個電池保護模塊都僅對與其相連接的那些電芯進行均衡，因
此當各保護模塊各自連接的多串電芯均衡完成後，不同保護模塊所連接 的電芯之間的電壓差別就可能會較大，而無法達到均衡。例如第一個保
護模塊所保護的各電芯的電壓為4.1V或4.1 4.12V，而第二個保護模塊 所保護的各電芯的電壓為4.15V或4.15 4.153V，這樣就造成了兩個保護 模塊之間的電芯的不均衡問題。

發明內容
本發明針對上述問題提供了多電池組的各電芯均衡電路，包括
多個電池組Cell(l) Cell(M)，每個電池組包括多個串聯連接的電芯， 其中第m個電池組包括n個串聯連接的電芯cell(m)l cell(m)n，其中，m<=M， n、 m和M都為大於1的正整數；
對應每個所述電芯的多個均衡分流電路，每個均衡分流電路包括一
個驅動端，用於根據所述驅動端接收的一驅動信號對所述電芯進行均衡；
分別連接在所述多個電池組的相應多個均衡控制電路 Module( 1 ) Module(M)，用於檢測每個電池組內每個所述電芯上的電壓， 並根據所述電壓控制與所述各電芯相對應的所述均衡分流電路，使其對 所述電芯進行均衡；
每個所述均衡控制電路具有多個電壓檢測端和控制端；其中，每兩 個電壓檢測端分別與每個電池組內的各電芯的正負極依次相連接；並且， 所述多個控制端對應每個所述電芯依次連接到所述均衡分流電路的驅動 端；並且，
在Module(m)中，其中一個電壓採樣端與Module(m+l)所控制的一個 電芯cell(m+l)1的正極相連接；在Module(m)中，其中一個控制端與 Module(m+l)中的所述電芯cell(m+l)1對應的控制端共同連接到所述電 芯cell(m+l)1的均衡分流電路的驅動端，用於共同控制所述電芯 cell(m+l)1的均衡分流電路。
其中，
在Module(m)中，其中一個控制端與Module(m+l)中的所述電芯 cell(m+l) 1對應的控制端分別連接到一個或門的輸入端，所述或門的輸 出端連接到所述電芯cdl(m+l)1的均衡分流電路的驅動端。
其中，
所述均衡控制電路為OZ890 ( 1) ~ OZ890 (M)，所述均衡分流電 路分別包括一個MOSFET;
其中，OZ890(m)的控制管腳CBl-CBn分別與MOSFET的柵極相連 接，MOSFET的漏極和源極分別連接到所述電芯cell(m)l-cell(m)n的正 極和負極；所述OZ8卯(m)的電壓採樣管腳BAT0 BATn分別通過一個採 樣電阻連接到所述電芯cell(m)l-cell(m)n的正、負極；並且，在OZ890(m)中，控制管腳CBn+l連接到一個第一二極體的正極， 所述第一二極體的負極連接到與所述電芯cell(m+l)1對應的MOSFET的 柵極；
所述OZ890(m+l)中，電芯cell(m+l)1對應的控制端CB1連接到一 個第二二極體的正極，所述第二二極體的負極連接到與所述電芯 cell(m+l)1對應的MOSFET的柵極；並且，
所述OZ890(m)的GND端連接到地，OZ890(m)的VCC端與 OZ890(m+l)的GND端相連接，
其中，M和m為正整數，im<=M。


圖1所示為本發明的多電池組均衡控制電路原理方框圖； 圖2所示為本發明的優選實施例的多電池組均衡控制電路圖。
具體實施例方式
下面參考附圖，詳細說明本發明的多電池組均衡控制電路模塊圖。
為了方便說明，以相鄰的兩個均衡控制模塊為例來介紹本發明的多 電池均衡電路。本領域技術人員可以理解，本發明的電池均衡電路可以 包括更多數量的模塊。
優選地，如圖l所示，本發明的電池均衡電路包括兩個均衡控制模 塊，即均衡控制模塊(1)和均衡控制模塊(2)，其分別連接到兩個電 池組，電池組1包括的電芯為多個串聯電芯Cell(l)l~Cell(l)n-l,電池組 2包括的電芯為多個串聯電芯Cell(2)l Cell(2)n-l;還包括連接到多個電 芯的相應的多個電壓採樣電路以及相應的多個均衡電路。本領域技術人 員可以理解，每個模塊所能連接的電池組的電芯個數根據模塊和電芯的 特性而定，這裡採用相同變量n-l以方便說明。
並且，每個均衡控制模塊的多個電壓採樣端BAT0-BATn-l分別通過 相應的各電芯的電壓採樣電路與各電芯的正負極相連接；每個均衡控制模塊的多個控制端CBl-CBn分別連接到各均衡電路的驅動端用於控制各 均衡電路。
需要強調的是，均衡控制模塊(1)上的其中一個用於採樣電芯電壓 的電壓採樣端BATn通過電壓採樣電路連接到電池組2中Cel1(2)1電芯 的正端，用於採樣該電芯的電壓；均衡控制模塊(1)中其中一個控制端 CBn端與均衡控制模塊(2)的控制端CB1共同連接到該電芯Cel1(2)1 的均衡電路驅動端，用於共同控制電芯Cd1(2)1，優選地，兩個控制端可 以通過一個或門連接到Cel1(2)1的均衡電路的驅動端。這樣，均衡控制 模塊(1)也可以對電芯Cdl(2)l進行電壓採樣，並且決定其是否需要進 行均衡。如上所述，電芯Cell (2)1即為均衡控制模塊(1)和均衡控制模 塊(2)共同控制的電芯。
根據圖l所示的電池保護電路，均衡控制模塊會對各自連接的各電 芯進行電壓採樣從而檢測各電芯上的電壓，然後根據檢測到的電壓值判 斷各電芯是否需要均衡。
本實施例中，假設均衡控制模塊(1)和(2)分別連接3個電芯， 並且假設在均衡過程中，均衡控制模塊(1)通過其電壓採樣端 BATO-BATn-l採樣到與其連接的電芯Cell(l)l Cell(l)n-l的初始電壓分 別為4.IV， 4.2V和4.3V;均衡控制模塊(2)通過其電壓採樣端 BATO-BATn-l採樣到與其連接的電芯Cell(2)l~Cell(2)n-l的初始電壓分 另ij為3.9V， 3.8V禾卩3.7V;
則由於均衡控制模塊(1)和(2)共同連接的電芯為Cell(2)l，因此 均衡控制模塊(1)通過其電壓採樣端BATn也採樣到Cell(2)l上的電壓 為3.9V;
假設以電芯中的最小電壓作為均衡基準值，這時由於均衡控制模塊
(2)的所有電芯中的電壓最小值為3.7V，因此均衡控制模塊(2)的控 制端CBl和CB2就會控制電芯Cell(2)l和Cell(2)2對應的均衡電路，使 其分別對電芯Cell(2)l和Cell(2)2進行放電均衡；
同時，由於與均衡控制模塊(1)連接的電芯Cell(l) Ce11(1)3和Cel1(2)1中，Cel1(2)1的電壓最小為3.9V，則均衡控制模塊(1)的控制 端CB1 CB3就會控制與電芯Cell(l) Ce11(1)3對應的均衡電路，使其分 別對電芯Cell(l)l Ce11(1)3進行放電均衡；
這樣，由於Cel1(2)1上的電壓被一直均衡放電，因此最終兩個均衡 控制模塊所連接的電芯的電壓都會被均衡在一個定值(3.7V);
或者若設均衡精度為Av，則均衡後最終與均衡控制模塊(2)連接 的電芯的電壓就會被控制在3.7V (3.7+ A v)V範圍內，而與均衡控制模塊
(1) 連接的電芯的電壓就會被控制在(3.7+Av) V (3.7+2Av)V;而最終 所有電芯的電壓差就會被均衡在不超過2AV的範圍內。本領域技術人員 能夠理解，如上所述電路，由於與均衡控制模塊(1)相連接的電芯為 Cell(l)l Cell(l)n-l以及Cel1(2)1，其電壓將會被均衡在一定的值(設為 VI)，或者在一定的電壓範圍內(設為V2 V3);同樣與均衡控制模塊
(2) 相聯接的電芯為Cel1(2)1 Cell(2)n-1，其電壓將會在一定的值(設 為V4)，或者在一定的電壓範圍內(設為V5 V6)，而由於Cell(2)l的 電壓為均衡控制模塊(1)和(2)共同採樣，因此經過均衡控制後，均 衡控制模塊(l)的電芯的電壓V1將會等於均衡控制模塊(2)的電芯的 電壓V4，或者在均衡控制模塊(1)和(2)電壓均衡精度設置相同的情 況下(即V3-V2=V6-V5=Av)，則經過均衡控制後，均衡控制模塊(1) 和(2)的電芯的電壓一定在V2 V6 (V6>=V3的情況下)或者是V5 V3
(V3>=V6的情況下)範圍內，且V3-V5<=2Av， V6-V2<=2 △ v,艮卩兩 個電池組間的電芯電壓在一定範圍內(2Av)也達到了均衡。
這樣類推到多個電池組Cell(l) Cell(M)，每個電池組包括n個電芯， 並採用多個均衡控制模塊均衡控制模塊(1) 均衡控制模塊(M)進行 均衡，M為大於1的正整數，則可以依照圖1所示連接關係類推進行連 接，使得Cell(m+1)1為均衡控制模塊(m)和均衡控制模塊(m+l)共 同管理的電芯，其中m為小於或等於M的正整數；
則可以連接成使得與均衡控制模塊(m)相聯接的電芯為Cell(m)1 Cell(m)n以及Cell(m+l)1，其電壓將會被均衡在一定的值VI ，或者在一 定的電壓範圍內V2 V3;同樣與均衡控制模塊(m+l)相聯接的電芯為Cell(m+l)l Cell(m+l)n,其電壓將會被均衡在一定的值V4，或者在一定的 電壓範圍內V5 V6。
貝U，當與均衡控制模塊(m)相聯的電芯的電壓不均衡時，均衡控 制模塊(m)控制均衡控制模塊(m)的電芯均衡電路對電芯進行均衡， 同樣若與均衡控制模塊(m+l)相聯的電芯的電壓不均衡時，均衡控制 模塊(m+l)控制均衡控制模塊(m+l)的電芯均衡電路對電芯進行均衡。 並且，由於Cell(m+l)1為均衡控制模塊(m)和均衡控制模塊(m+l) 共同控制並且參考的電芯，因此V1=V4;在均衡控制模塊(m)和均衡 控制模塊(m+l)電壓均衡精度設置一樣的情況下，均衡控制模塊(m) 和均衡控制模塊 (m+l)的電芯的電壓一定在V2 V6或者是V5 V3範 圍內，即電芯電壓達到了均衡。
圖2示出了根據本發明的優選實施例的電路圖。
本實施例的電池保護電路中的電池組以兩個電池組為例，其中第一 電池組包括n節電芯cell (l)l-cell(l)n，第二電池組包括n節電芯 cell(2)l cell(2)n，
圖1中所示的均衡控制模塊採用本公司的集成晶片，型號為OZ890， 其中OZ890(1)連接到第一電池組，OZ890(2)連接到第二電池組，根據 OZ890的特性，其中11>=5且11<=12。圖1中所示的第一電池組的電壓採 樣電路由圖2所示的多個電阻R10 Rln組成的並聯分壓電路構成，第二 電池組的電壓採樣電路由多個電阻R20 R2n組成的並聯分壓電路構成， 其各組電路的電壓採樣端分別連接到OZ890(1)和OZ890(2)的管腳 BAT0 BATn上，該分壓電阻的阻值可以為510 Q ;
圖1中所示的第一電池組的均衡電路由圖2所示的分流電阻 RBll RBln及其驅動電路MOSFET管Mll Mln組成，第二電池組的均 衡電路由分流電阻RB21 RB2n及其驅動電路MOSFET管M21 M2n組 成。其中MOSFET的管腳3 (漏極)和管腳2 (源極)分別連接到其相 應的一個電芯的正負兩極，其管腳1 (柵極)連接到其對應的OZ890的 控制端CBl CBn，用於根據各電芯的採樣電壓驅動所述均衡電路對電芯 進行均衡。OZ890(1)的GND端連接到地，OZ890(2)的GND端連接到OZ890(1) 的VCC端。優選地，為防止OZ890(1)和OZ890(2)在上電時受到損傷， 在電芯cell(l)l以及cdl(2)1的負端分別連接一個10KQ的電阻RBC1和 RBC2到各自的GND端。
特別需要注意的是，本發明的電路中，OZ8卯(l)的CBn+l和OZ890(2) 的CB1端分別通過兩個二極體Dl、 D2連接到連接到cdl(2)1的均衡電 路的MOSFET管的柵極。其中OZ8卯(l)的CBn+l端和OZ890(2)的CB1 端分別連接到D2和Dl的管腳2 (正向端)，而Dl和D2的管腳1 (負 向端)共同連接到M21的柵極(管腳1) ; OZ890(1)的BATn+l端通過 一個採樣電阻Rln+1連接到cdl(2)1的正向端，從而對cel1(2)1進行電壓 採樣。
根據OZ890的特性，由於OZ890共有13個BAT端用於管理13串 電芯，因此將不連接電芯的剩餘管腳BATn+2 BAT13 (n+2<=13)均連 接在一起並通過一個採樣電阻Rln+2與Rln+1連接。
通過上述連接關係，OZ8卯(l)和OZ890(2)能夠有一個共同管理的電 芯，從而獲得了共同參考的電芯電壓進行均衡。
這樣，當與OZ890(1)相連的電芯的電壓不均衡時，OZ890(1)就會控 制相應的均衡電路對該電芯進行均衡，同樣若與OZ890(2)相連的電芯的 電壓不均衡時，OZ890(2)就會控制相應的均衡電路對該電芯進行均衡。 而由於cel1(2)1為兩個晶片共同管理的電芯，因此能夠獲得相同的均衡參 考電壓，從而實現了OZ890(1)和OZ890(2)所連接的所有電芯之間的均衡。
如圖所示的電路連接結構實現了對多電池組之間的電芯的均衡。依 此類推可以使用更多的OZ890 (M個)連接更多的電池組進行均衡。
雖然前述的說明書和附圖代表了本發明的優選實施例，但是可以理 解各種添加、修改和替代方案並不背離本發明的思想和範圍，如所帶的 權利要求中所限定的。本領域技術人員可以理解本發明可以在形狀、結 構、排布、修改、比例、原料、元件和部件上進行修改後也可以使用， 在本發明的實施過程中，在不背離本發明的原理的情況下，特別適用於
10特定環境和工作要求。現在公開的實施例因此在所有考慮中被認為描述 性的而不是限制性的，本發明的範圍由附加的權利要求和合法的等效物 所表示，但不局限於之前的說明書中。
權利要求
1、一種多電池組均衡電路，包括多個電池組Cell(1)～Cell(M)，每個電池組包括多個串聯連接的電芯，其中第m個電池組包括n個串聯連接的電芯cell(m)1～cell(m)n，其中，m<＝M，n、m和M都為大於1的正整數；對應每個所述電芯的多個均衡分流電路，每個均衡分流電路包括一個驅動端，用於根據所述驅動端接收的一驅動信號對所述電芯進行均衡；分別連接在所述多個電池組的相應多個均衡控制電路Module(1)～Module(M)，用於檢測每個電池組內每個所述電芯上的電壓，並根據所述電壓控制與所述各電芯相對應的所述均衡分流電路，使其對所述電芯進行均衡；每個所述均衡控制電路具有多個電壓檢測端和控制端；其中，每兩個電壓檢測端分別與每個電池組內的各電芯的正負極依次相連接；並且，所述多個控制端對應每個所述電芯依次連接到所述均衡分流電路的驅動端；並且，在Module(m)中，其中一個電壓採樣端與Module(m+1)所控制的一個電芯cell(m+1)1的正極相連接；在Module(m)中，其中一個控制端與Module(m+1)中的所述電芯cell(m+1)1對應的控制端共同連接到所述電芯cell(m+1)1的均衡分流電路的驅動端，用於共同控制所述電芯cell(m+1)1的均衡分流電路。
2、 根據權利要求1所述的多電池組均衡電路，其特徵在於在Module(m)中，其中一個控制端與Module(m+l)中的所述電芯 cell(m+l) 1對應的控制端分別連接到一個或門的輸入端，所述或門的輸 出端連接到所述電芯cell(m+l)1的均衡分流電路的驅動端。
3、 根據權利要求1或2所述的多電池組均衡電路，其特徵在於 所述均衡控制電路為OZ890 ( 1) ~ OZ890 (M)，所述均衡分流電路分別包括一個MOSFET;其中，OZ890(m)的控制管腳CBl-CBn分別與MOSFET的柵極相連接，MOSFET的漏極和源極分別連接到所述電芯cell(m)l-cell(m)n的正 極和負極；所述OZ890(m)的電壓採樣管腳BAT0 BATn-l分別通過一個 採樣電阻連接到所述電芯cell(m)l-cell(m)n的正、負極；並且，在OZ890(m)中，控制管腳CBn+l連接到一個第一二極體的正極， 所述第一二極體的負極連接到與所述電芯cell(m+l)1對應的MOSFET的 柵極；所述OZ890(m+l)中，電芯cell(m+l)1對應的控制端CB1連接到一 個第二二極體的正極，所述第二二極體的負極連接到與所述電芯 cell(m+l)1對應的MOSFET的柵極；並且，所述OZ890(m)的GND端連接到地，OZ8卯(m)的VCC端與 OZ890(m+l)的GND端相連接，其中，M和m為正整數，且nK二M。
全文摘要
本發明提供了一種多電池組均衡電路，包括多個電池組Cell(1)～Cell(M)，每個電池組包括多個串聯連接的電芯；對應每個所述電芯的多個均衡分流電路；分別連接在所述多個電池組的相應多個均衡控制電路Module(1)～Module(M)；每個所述均衡控制電路具有多個電壓檢測端和控制端；其中，每兩個電壓檢測端分別與每個電池組內的各電芯的正負極依次相連接；並且，所述多個控制端對應每個所述電芯依次連接到所述均衡分流電路的驅動端；並且，在Module(m)中，其中一個電壓採樣端與Module(m+1)所控制的一個電芯cell(m+1)1的正極相連接；在Module(m)中，其中一個控制端與Module(m+1)中的所述電芯cell(m+1)1對應的控制端共同連接到所述電芯cell(m+1)1的均衡分流電路的驅動端。本發明的多電池組均衡電路實現了多電池組之間的電芯均衡。
文檔編號H02J7/00GK101471575SQ20071030706
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優先權日2007年12月28日
發明者戴久蓮, 肖豐華, 許恩兵 申請人:凹凸科技(中國)有限公司