一種電池電壓均衡電路的製作方法
2023-05-22 22:54:51 1
專利名稱：一種電池電壓均衡電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電池組的單節電池的電量均衡技術，更具體的說是涉及一種電池電壓均衡電路。
背景技術：
電池均衡器的工作方式通過採集各單體電池的電壓，把高電壓單體電池的能量轉移到低電壓的單體電池中，進而實現兩個或更多個單體電池之間電壓的均衡。目前市場上的均衡器實現方式複雜，常見的電壓均衡方法有蓄電池容量均衡法、蓄電池SOC均衡法和蓄電池電壓均衡法，前兩種方法雖然精度高但是難以控制，實用性差，後者較易控制和實現，但是就目前而言，普遍存在均衡速度均不夠快，均衡精度不高，成本大，效率低。 發明內容本實用新型的目的是提供一種具有高效率、低成本的電池電壓均衡電路，且能極大的提高電量的均衡速度和精度。本實用新型所提供的電池電壓均衡電路的技術方案如下一種電池電壓均衡電路，包括能量轉移模塊、主控制電路模塊、以及與各單體電池相連的開關電路模塊和電壓採集模塊，其中所述開關電路模塊和電壓採集模塊接入所述主控制電路模塊，所述能量轉移模塊經開關電路模塊而連接於各單體電池，所述單體電池是偶數個且相互串聯，其特徵在於，所述單體電池被分成若干組，所述主控制電路模塊基於電壓採集模塊所採集的電壓信號來計算並比較各電池組之間的電壓大小關係，並通過控制各開關電路模塊使得電壓較大的電池組經能量轉移模塊將其較大電壓值均衡給電壓較小的電池組。進一步的根據本實用新型所述的電池電壓均衡電路，於每個單體電池兩端都連接有一開關電路模塊和一電壓採集模塊，用於對每個單體電池進行充放電通斷控制和電壓信號採集，各開關電路模塊和電壓採集模塊均連接於主控制電路模塊，所述主控制電路模塊進一步控制各電池組內單體電池間的電壓均衡。進一步的根據本實用新型所述的電池電壓均衡電路，所述主控制電路模塊採用單片機電路處理模塊，具有比較計算功能。進一步的根據本實用新型所述的電池電壓均衡電路，所述電壓採集模塊包括接至單體電池端的兩個串聯電阻及與其中一電阻並聯的電容，兩個串聯電阻的一端連接於單體電池，另一端接地，且所述電容並聯於該接地端的電阻兩端以形成RC電路，且其並聯節點接入主控制電路模塊。進一步的根據本實用新型所述的電池電壓均衡電路，各開關電路模塊具有相同的結構，每個開關電路模塊包括NPN電晶體、PNP電晶體、N溝道的增強型MOS管以及若干電阻，其中NPN電晶體的基極通過基極電阻接入主控制電路模塊，其發射極接地，且其基極與發射極之間設置有偏置電阻，其集電極通過集電極電阻接入PNP電晶體的基極，PNP電晶體發射極接一電壓源VCC，且PNP電晶體的基極通過上拉電阻與所述電壓源相接，PNP電晶體的集電極接入所述MOS管的柵極並同時通過集電極電阻而接地；所述MOS管的漏極接入所述單體電池，其源極接入能量轉移模塊。進一步的根據本實用新型所述的電池電壓均衡電路，所述能量轉移模塊由耐壓值為50V、容量為1000UF的極性電容構成。 進一步的根據本實用新型所述的電池電壓均衡電路，所述均衡電路用於對相互串聯的四節單體電池V1、V2、V3、V4的電壓進行均衡，並包括有10個開關電路模塊Q1-Q10，所述能量轉移模塊由兩個極性電容Cl、C2構成，其電路連接結構為單體電池Vl的負極端接地，開關電路模塊Q1、Q3、Q5、Q7的一端分別連接於單體電池VI、V2、V3、V4的負極端，電容Cl的負極端同時連接於開關電路模塊Q5、Q7的另一端，並經開關電路模塊Q9而同時連接於開關電路1旲塊Q3、Q1的另一端，電容C2的負極端同時連接於開關電路|旲塊Q1、Q3的另一端，並經開關電路1旲塊Q9而同時連接於開關電路|旲塊Q5、Q7的另一端；開關電路|旲塊Q2、Q4、Q6、Q8的一端分別連接於單體電池V1、V2、V3、V4的正極端，電容Cl的正極端同時連接於開關電路模塊Q8、Q6的另一端，並經開關電路模塊QlO而同時連接於開關電路模塊Q4、 Q2的另一端，電容C2的正極端同時連接於開關電路模塊Q2、Q4的另一端，並經開關電路模塊QlO而同時連接於開關電路模塊Q6、Q8的另一端。進一步的根據本實用新型所述的電池電壓均衡電路，所述單體電池Vl和V2構成第一電池組，單體電池V3和V4構成第二電池組，所述主控制電路模塊通過控制各開關電路模塊來均衡所述第一電池組和第二電池組間的電壓。進一步的根據本實用新型所述的電池電壓均衡電路，所述主控制電路模塊進一步通過控制相應開關電路模塊來均衡所述第一電池組內的單體電池VI、V2之間的電壓以及第二電池組內的單體電池V3、V4之間的電壓。本實用新型所述的電池電壓均衡電路的技術效果通過本實用新型所述的電池電壓均衡電路，能夠精確的實現各電池組間以及電池組內各單體電池間的電壓電量均衡，具有電路結構簡單、單向式均衡、效率高、成本低的優點，且由於各電池組內的單體電池的均衡互不幹擾，能同時進行，縮短了均衡時間，提高了均衡速度、精度和工作效率。
圖I是本實用新型電路原理示意框圖；圖2是本實用新型所提供的電池電壓均衡電路結構圖；圖3是電壓採集模塊的電路結構圖；圖4是開關電路模塊的電路結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細的描述，但並不意味著將本實用新型的範圍限制於此。如圖I所示，本實用新型提供的電池電壓均衡電路，包括與各單體電池相連的開關電路模塊、電壓採集模塊，能量轉移模塊和主控制電路模塊，其中，所述開關電路模塊和電壓採集模塊接入主控制電路模塊，所述能量轉移模塊經開關電路模塊而連接於單體電池，所述單體電池是偶數個，通過將偶數個單體電池相互串聯成一個電池組，且於每個單體電池兩端都連接有一開關電路模塊和一電壓採集模塊，用於對每個單體電池進行充放電通斷控制和電壓採集。各開關電路模塊和電壓採集模塊均連接於主控制電路模塊，各電壓採集模塊的採集信號輸出至主控制電路模塊，主控制電路模塊基於這些採集電壓信號而控制對應開關電路模塊的通斷，所述能量轉移模塊用於將高電壓單體電池組的電壓轉移至低電壓的單體電池組，這種轉移通過主控制電路模塊對各開關電路模塊的選擇控制而實現。本實用新型提供的上述電池電壓均衡電路的基本工作原理是首先將偶數個相互串聯的單體電池分成兩大組，然後計算每組電池的電壓，這種計算通過主控制電路模塊將電壓採集模塊在每組電池組中所採集的最大電壓值減去最小電壓值來得到，再比較兩大電池組間的電壓大小關係，並通過主控制電路模塊根據程序控制與具有較大電壓的電池組連接的部分開關電路模塊接通以將該電池組中的較大電壓輸出存儲至能量轉移模塊，然後再關閉該部分開關電路模塊，並開啟與具有較小電壓的電池組連接的開關電路模塊以將能量轉移模塊中存在的電壓能量提供至該電池組，然後繼續實時檢測兩大電池組間的電壓大小 關係、並反覆進行上述均衡過程直至實現兩大電池組間的電壓均衡，同理對於各個電池組內的所有單體電池也通過類似的方法進行電壓均衡，即先進行電池分組，然後通過電壓採集模塊採集各組的電壓信號並通過主控制電路模塊計算其電壓大小，再經由主控制電路模塊控制各組間電壓能量的轉移。在該原理的指導下，本實用新型結構簡單，單向式均衡，各電池組內的單體電池的均衡互不幹擾，能同時進行，縮短了均衡時間，提高了工作效率。以下以四節單體電池為例詳細說明本實用新型的技術方案，如附圖2所示，四個單體電池V1、V2、V3、和V4相互串聯，所有開關電路模塊Ql-QlO都處於斷開狀態，為簡化起見以下將各開關電路模塊簡稱為開關管Q1-Q10，因為如後所述這種開關電路模塊是基於開關管而實現的。根據本均衡電路的原理，首先將其分成2個電池組，即Vl和V2構成第一電池組，V3和V4構成第二電池組，這時通過電壓採集電路分別採集第一電池組電壓V5 (即電池Vl與V2的總電壓值，因其負端接地故值為V5)和所有電池的電壓V6，則第二電池組的電壓為V6 - V5，然後比較兩大電池組之間的電壓關係即V5與V6 — V5之間電壓值的大小關係，如果V5 < V6 - V5，則表明第二電池組的電壓大於第一電池組的電壓，此時主控制電路模塊對各開關電路模塊(開關管)的控制如下首先閉合開關管Q8和Q5，使得第二電池組的能量轉移到能量轉移模塊中的極性電容Cl中，然後斷開開關管Q8和Q5，並閉合開關管Q9、Q10、Q4和Ql，將極性電容Cl儲存的能量轉移給第一電池組，整個過程會持續一段時間，然後電壓採集模塊再次實時採集電壓上述電壓V5、V6並傳輸給主控制電路模塊對V5和V6 - V5的電壓值進行比較，直到二者差值滿足電路設計要求如對於普通的單體電池處於0. 1-0. 3V間，至此完成對第一電池組和第二電池組的電壓均衡，也就是說經過上述均衡過程兩大電池組間的電壓基本處於均衡狀態。接著，依據同樣的原理實現組內單體電池的均衡，如第二電池組中單體電池的均衡具體是先採集各電池電壓，然後通過比較V6 — V7與V7 — V5的差值，當其差值超出電路設定控制範圍時，如(V6 - V7) XV7 - V5)，且差值大於0. 2V時，主控制電路模塊控制各開關電路模塊，使電路中的各開關管(即MOCS管)的狀態如下閉合Q7和Q8，使V4上的電量轉移到電容Cl中，之後再斷開Q7和Q8，閉合Q6和Q5，將電量轉移給V3，整個過程會持續一段時間，同時電壓米集模塊實時米集電壓V5、V6和V7並傳輸給單片機處理模塊對(V6 - V7)和(V7 - V5)的電壓值進行上述比較，直到二者差值滿足電路設計要求，至此完成對V4和V3的電壓均衡。與此同時，第一電池組中的單體電池Vl和V2也以同樣的方式進行均衡。而且在V4與V3進行電壓均衡的過程中，通過單片機控制使得開關管Q9和QlO處於斷開狀態，這樣由Vl與V2形成的電池組組I和由V3與V 4形成的電池組組2就處於相互隔離狀態。也即，電池組組2實現組內均 衡的同時，電池組組I也可以實現組內均衡即Vl與V2間的均衡。由此可見通過本均衡電路可以實現多組電池組內單節電池的同時均衡，縮短了均衡時間，提高了工作效率。值得注意的是，本實用新型涉及的單節電池是由多個單體電池串聯而成的。從上述實施例可以看出本實用新型所述均衡電路的實現過程主要藉助於採集電壓、比較和能量轉移控制來實現的，以下對適用於上述實施例的電壓採集模塊、開關電路模塊以及主控制電路模塊進行具體的描述上述主控制電路模塊可採用單片機電路處理模塊，其具有比較計算功能，並連接於各電壓採集模塊和開關電路模塊，以根據電壓採集模塊的採集信號而控制開關電路模塊的通斷。所述的電壓採集模塊可採用附圖3所示的結構，如圖3所示，該電壓採集模塊包括接至單體電池端VCC的兩個串聯電阻及與其中一電阻並聯的電容組成，兩個串聯電阻一端連接於單體電池用於感測該單體電池的電壓，另一端接地，且所述電容並聯於該接地端的電阻兩端以形成Re電路，且其並聯節點接入主控制電路模塊ID，已將採集到的單體電池電壓傳輸至主控制電路模塊。所述的各開關電路模塊如附圖4中所示，Ql-QlO可採用相同的開關電路模塊，這種開關電路模塊能夠響應主控制電路模塊的控制信號而進行開閉操作，如附圖4所示(SP附圖2中所述Ql-QlO中的任一個)，這種開關電路模塊主要由NPN電晶體、PNP電晶體和N溝道的增強型MOS管以及電阻構成，其中NPN電晶體的基極通過基極電阻接入主控制電路模塊ID，其發射極接地，且其基極與發射極之間設置有偏置電阻，其集電極通過集電極電阻接入PNP電晶體的基極，PNP電晶體發射極接一電壓源VCC (可通過單體電池提供)，且PNP電晶體的基極通過上拉電阻與該電壓源相接，同時與PNP電晶體的發射極相接，該上拉電阻的另一端接在NPN電晶體的集電極電阻與PNP電晶體的基極之間；PNP電晶體的集電極接入所述MOS管的柵極的同時，通過其集電極電阻接地；所述MOS管的漏極接入所述單體電池VCC，其源極接入能量轉移模塊ID1-ID2的對應電極端，本實用新型提供的均衡電路中的能量轉移模塊(也可叫做充放電模塊)主要是由耐壓值為50V、容量為1000UF的極性電容構成。以上僅是對本實用新型的優選實施方式進行了描述，並不將其技術方案限制於此，本領域技術人員在本實用新型的主要技術構思的基礎上所作的任何公知變形都屬於本實用新型所要保護的技術範疇，如上所述實用新型的技術發明點是通過主控制電路模塊控制各開關電路模塊來進行各電池組間以及組內電池間電壓能量的轉移以實現電壓均衡，在該發明點的前提下所作的任何公知變形都屬於本實用新型的技術範疇，如本領域技術人員能夠將本實用新型的電路結構應用於8節、16節……2n節單體電池組中的電壓均衡，可以採用基於MOS管的其他開關電路模塊結構，只要其在接受主控制模塊的驅動而能夠選擇性 的進行開斷控制即可，當然電壓採集模塊、能量轉移模塊也可採用本領域中熟知的其他結構，等等這些都屬於本實用新型的技術範疇，本實用新型的保護範圍以權利要求書的記載為準。
權利要求1.一種電池電壓均衡電路，包括能量轉移模塊、主控制電路模塊、以及與各單體電池相連的開關電路模塊和電壓採集模塊，其中所述開關電路模塊和電壓採集模塊接入所述主控制電路模塊，所述能量轉移模塊經開關電路模塊而連接於各單體電池，所述單體電池是偶數個且相互串聯，其特徵在於，所述單體電池被分成若干組，所述主控制電路模塊基於電壓採集模塊所採集的電壓信號來計算並比較各電池組之間的電壓大小關係，並通過控制各開關電路模塊使得電壓較大的電池組經能量轉移模塊將其較大電壓值均衡給電壓較小的電池組。
2.根據權利要求I所述的電池電壓均衡電路，其特徵在於，於每個單體電池兩端都連接有一開關電路模塊和一電壓採集模塊，用於對每個單體電池進行充放電通斷控制和電壓信號採集，各開關電路模塊和電壓採集模塊均連接於主控制電路模塊，所述主控制電路模塊進一步控制各電池組內單體電池間的電壓均衡。
3.根據權利要求I或2所述的電池電壓均衡電路，其特徵在於，所述主控制電路模塊採用單片機電路處理模塊，具有比較計算功能。
4.根據權利要求I或2所述的電池電壓均衡電路，其特徵在於，所述電壓採集模塊包括接至單體電池端的兩個串聯電阻及與其中一電阻並聯的電容，兩個串聯電阻的一端連接於單體電池，另一端接地，且所述電容並聯於該接地端的電阻兩端以形成RC電路，且其並聯節點接入主控制電路模塊。
5.根據權利要求I或2所述的電池電壓均衡電路，其特徵在於，各開關電路模塊具有相同的結構，每個開關電路模塊包括NPN電晶體、PNP電晶體、N溝道的增強型MOS管以及若干電阻，其中NPN電晶體的基極通過基極電阻接入主控制電路模塊，其發射極接地，且其基極與發射極之間設置有偏置電阻，其集電極通過集電極電阻接入PNP電晶體的基極，PNP電晶體發射極接一電壓源VCC，且PNP電晶體的基極通過上拉電阻與所述電壓源相接，PNP電晶體的集電極接入所述MOS管的柵極並同時通過集電極電阻而接地；所述MOS管的漏極接入所述單體電池，其源極接入能量轉移模塊。
6.根據權利要求I或2所述的電池電壓均衡電路，其特徵在於，所述能量轉移模塊由耐壓值為50V、容量為1000UF的極性電容構成。
7.根據權利要求1-6任一項所述的電池電壓均衡電路，其特徵在於，所述均衡電路用於對相互串聯的四節單體電池VI、V2、V3、V4的電壓進行均衡，並包括有10個開關電路模塊Q1-Q10，所述能量轉移模塊由兩個極性電容C1、C2構成，其電路連接結構為單體電池Vl的負極端接地，開關電路模塊Ql、Q3、Q5、Q7的一端分別連接於單體電池Vl、V2、V3、V4的負極端，電容Cl的負極端同時連接於開關電路模塊Q5、Q7的另一端，並經開關電路模塊Q9而同時連接於開關電路模塊Q3、Q1的另一端，電容C2的負極端同時連接於開關電路模塊Q1、Q3的另一端，並經開關電路|旲塊Q9而同時連接於開關電路|旲塊Q5、Q7的另一端；開關電路模塊Q2、Q4、Q6、Q8的一端分別連接於單體電池VI、V2、V3、V4的正極端，電容Cl的正極端同時連接於開關電路模塊Q8、Q6的另一端，並經開關電路模塊QlO而同時連接於開關電路模塊Q4、Q2的另一端，電容C2的正極端同時連接於開關電路模塊Q2、Q4的另一端，並經開關電路1旲塊QlO而同時連接於開關電路|旲塊Q6、Q8的另一端。
8.根據權利要求7所述的電池電壓均衡電路，其特徵在於，所述單體電池Vl和V2構成第一電池組，單體電池V3和V4構成第二電池組，所述主控制電路模塊通過控制各開關電路模塊來均衡所述第一電池組和第二電池組間的電壓。
9.根據權利要求8所述的電池電壓均衡電路，其特徵在於，所述主控制電路模塊進一步通過控制相應開關電路模塊來均衡所述第一電池組內的單體電池VI、V2之間的電壓以及第二電池組內的單體電池V3、V4之間的電壓。
專利摘要本實用新型提供一種電池電壓均衡電路，包括能量轉移模塊、主控制電路模塊、以及與各單體電池相連的開關電路模塊和電壓採集模塊，其中所述開關電路模塊和電壓採集模塊接入所述主控制電路模塊，所述能量轉移模塊經開關電路模塊而連接於各單體電池，所述單體電池是偶數個且相互串聯，所述單體電池被分成若干組。通過本實用新型所述的電池電壓均衡電路，能夠精確的實現各電池組間以及電池組內各單體電池間的電壓電量均衡，具有電路結構簡單、單向式均衡、效率高、成本低等優點。
文檔編號H02J7/00GK202474923SQ20122004166
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者朱得亞, 鄧飛賀 申請人:奇瑞汽車股份有限公司