一种电池均衡电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于电池组【技术领域】，特别涉及一种电池均衡电路。电池均衡电路包括由多个单体电池串联组成的电池组、主控电路、直流稳压电源、由多个正极开关并联构成的正极开关组和由多个负极开关并联构成的负极开关组，电池组为直流稳压电源供电，构成储能回路，当主控电路检测到某个单体电池的电能储量与其它单体电池的电能储量不一致时，主控电路控制与该单体电池相连接的正极开关和负极开关闭合，形成该单体电池的均衡回路，对该单体电池充电，消除该单体电池与其它电单体电池之间的电能储量的差异，依此类推，可完成电池组中各个单体电池的电能储量均衡，保持各单体电池的电能储量趋向一致，并达到了提高均衡速度、缩短均衡时间的目的。
【专利说明】一种电池均衡电路
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型属于电池组【技术领域】，特别涉及一种电池均衡电路。
【背景技术】
[0002]随着新能源产业的发展，可将多个单体电池串联组合成电池组，为相关产品进行供电，然而当单体电池成组使用时，由于各单体电池存在差异，容易发生个别单体电池过充与过放现象，从而影响整体电池组正常使用。因此，电池组的电池管理系统中，会通过主动均衡电路，将有差异的单体电池进行无差异化处理，也就是保持电池组中各单体电池的电能储量趋向一致。
[0003]然而，现有的主动均衡电路中，通常是通过电容或者电感，将电能储量高的单体电池的电能转移到电能储量低的单体电池。
[0004]参考图1，图1是现有技术中一种采用电感作为能量储存和转移元件的主动均衡电路。
[0005]该电路在实现均衡功能时，通过电感存储和释放能量，高频率开启或闭合各电池单元相连接的开关(Kl-KlO)，以确保电感在不饱和的状态下进行电能转移。
[0006]其存在的缺点是，实现高频率开启或闭合各电池单元相连接的开关的技术难度较大，具有高频特性的开关成本高，这也无疑会增加电路成本，因此在实际中难以普及使用，此外，高频率开启或闭合开关，开关出故障的几率增加，导致电路不稳定的风险较高。
[0007]参考图2，图2是现有技术中一种采用电容作为能量储存和转移元件的电池主动均衡电路。
[0008]该电路在实现均衡功能时，通过电容在两个相邻电池单元之间不断切换，以使得电池中的各个单体电池的电能储量可以得到均衡。
[0009]其存在的缺点是，电容充电过程中仍然会耗散掉大量的能量，且能量只能在相邻单体电池之间转移，因此均衡速度慢、均衡时间长、均衡效率低。
[0010]综上所述，现有的主动均衡电路中存在电路不稳定、均衡时间长、均衡效率低且成本高的问题。
实用新型内容
[0011]本实用新型的目的在于提供一种电池均衡电路，旨在解决现有的主动均衡电路中存在电路不稳定、均衡时间长、均衡效率低且成本高的问题。
[0012]本实用新型是这样实现的，包括:
[0013]均衡各个所述单体电池的电能储量的直流稳压电源；
[0014]由多个正极开关并联构成的正极开关组，所述正极开关为与所述单体电池的正极相连接的开关，所述各个正极开关的一端分别与所述电池组中各个单体电池的正极相连接，所述各个正极开关的另一端共接，构成所述正极开关组的正极公共端；
[0015]由多个负极开关并联构成的负极开关组，所述负极开关为与所述单体电池的负极相连接的开关，各个所述负极开关的一端分别与所述电池组中各个单体电池的负极相连接，各个所述负极开关的另一端共接，构成所述负极开关组的负极公共端；
[0016]所述直流稳压电源的正极输入端IN+与所述电池组的正极相连接，所述直流稳压电源的负极输入端IN-与所述电池组的负极相连接，构成储能回路；
[0017]所述直流稳压电源的正极输出端OUT+与所述正极开关组的正极公共端相连接，所述直流稳压电源的负极输出端OUT-与所述负极开关组的负极公共端相连接，构成均衡回路；
[0018]所述主控电路分别与所述正极开关组和所述负极开关组相连接。
[0019]进一步地，所述直流稳压电源为带有隔离变压器的直流稳压电源，所述隔离变压器采用正激变压器、反激变压器、推挽变压器、半桥变压器或全桥变压器。
[0020]进一步地，所述直流稳压电源包括变压器Tl、N沟道场效应管Q1、光耦U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、二极管D1、电容Cl、稳压二极管Zl ；
[0021]所述变压器Tl的初级线圈LI的第一端为所述直流稳压电源的正极输入端IN+，所述变压器Tl的初级线圈LI的第二端与所述N沟道场效应管Ql的漏极相连接，所述第一电阻Rl并联在所述变压器Tl的初级线圈LI的第一端与所述N沟道场效应管Ql的栅极之间；
[0022]所述变压器Tl的第一次级线圈L2的第一端为所述直流稳压电源的负极输入端IN-，所述变压器Tl的第一次级线圈L2的第一端分别与所述N沟道场效应管Ql的源极以及所述光耦Ul的三极管的发射极相连接，所述变压器T的第一次级线圈L2的第二端分别与所述N沟道场效应管Ql的棚极以及所述光耦Ul的三极管的集电极相连接，所述第二电阻R2串联在所述变压器T的第一次级线圈L2的第二端与所述N沟道场效应管Q的栅极之间；
[0023]所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第一端与所述二极管Dl的正极相连接，所述二极管Dl的负极为所述直流稳压电源的正极输出端0UT+，所述二极管Dl的负极与所述稳压二极管Zl的阴极相连接，所述二极管Dl串联在所述变压器第二次级线圈L3的第一端与所述电容Cl的正极之间；
[0024]所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端为所述直流稳压电源的负极输出端0UT-，所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端分别与所述电容Cl的负极以及所述光耦三极管Ul中的发光二极管负极相连接，所述电容Cl并联于所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端和所述二极管Dl的负极之间，所述第三电阻R3串联在所述光耦三极管Ul的发光二极管正极与所述稳压二极管Zl的阳极之间。
[0025]进一步地，所述正极开关采用电子开关或机械开关。
[0026]进一步地，所述负极开关采用电子开关或机械开关。
[0027]进一步地，所述电子开关采用二极管、三极管、场效应管、电子管或晶体管。进一步地，所述机械开关采用可控硅开关或继电器。
[0028]本实用新型中，电池均衡电路包括由多个单体电池串联组成的电池组、主控电路、直流稳压电源、由多个正极开关并联构成的正极开关组和由多个负极开关并联构成的负极开关组，电池组为直流稳压电源供电，构成储能回路，当主控电路检测到某个单体电池的电能储量与其它单体电池的电能储量不一致时，主控电路控制与该单体电池相连接的正极开关和负极开关闭合，形成该单体电池的均衡回路，直流稳压电源对该单体电池充电，消除该单体电池与其它单体电池之间的电能储量的差异，依此类推，可消除电池组中任意一个单体电池与其它单体电池之间的电能储量的差异，完成电池组中各个单体电池的电能储量均衡，保持电池组中各单体电池的电能储量趋向一致，并达到了提高均衡速度、缩短均衡时间的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是现有技术中一种采用电感作为能量储存和转移元件的主动均衡电路结构图；
[0030]图2是现有技术中一种采用电容作为能量储存和转移元件的电池主动均衡电路结构图；
[0031]图3为本实用新型实施例一所提供的电池均衡电路的模块结构图；
[0032]图4为本实用新型实施例二所提供的直流稳压电源的电路结构图；
[0033]图5为本实用新型实施例三所提供的电池均衡电路的示例电路结构图；
[0034]图6为本实用新型实施例四所提供的电池均衡电路工作原理的实施流程图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0036]该电池均衡电路可以广泛应用于采用电池组供电的设备，设备包括但不限于电动汽车、电动两轮车、电动三轮车、电力储能、微电网储能、家庭储能ESS、笔记本电脑中的至少一种，电池组中的单体电池包括但不限于铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池、超级电容，能够有效解决现有的电池均衡电路存在均衡电流不稳定、电路复杂、均衡效率低、均衡时间长且成本高的问题。
[0037]实施例一
[0038]参考图3，图3示出了本实用新型实施例提供的电池均衡电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下:
[0039]均衡各个所述单体电池的电能储量直流稳压电源100 ；
[0040]由多个正极开关并联构成的正极开关组300，所述正极开关为与所述单体电池的正极相连接的开关，所述各个正极开关的一端分别与所述电池组200中各个单体电池的正极相连接，所述各个正极开关的另一端共接，构成所述正极开关组300的正极公共端；
[0041]由多个负极开关并联构成的负极开关组400，所述负极开关为与所述单体电池的负极相连接的开关，各个所述负极开关的一端分别与所述电池组200中各个单体电池的负极相连接，各个所述负极开关的另一端共接，构成所述负极开关组400的负极公共端；
[0042]所述直流稳压电源100的正极输入端IN+与所述电池组200的正极相连接，所述直流稳压电源100的负极输入端IN-与所述电池组200的负极相连接，构成储能回路；
[0043]所述直流稳压电源100的正极输出端OUT+与所述正极开关组300的正极公共端相连接，所述直流稳压电源100的负极输出端OUT-与所述负极开关组400的负极公共端相连接，构成均衡回路；
[0044]所述主控电路500分别与所述正极开关组300和所述负极开关组400以及与所述电池组200相连接。
[0045]实施例二:
[0046]本实施例的实施建立在实施例一的基础上。
[0047]图4示出了一个自激式开关电源型式的直流稳压电源电路，为了便于说明，仅列出与本实用新型实施例相关的部分，详述如下:
[0048]所述变压器Tl的初级线圈LI的第一端为所述直流稳压电源的正极输入端IN+，所述变压器Tl的初级线圈LI的第二端与所述N沟道场效应管Ql的漏极相连接，所述第一电阻Rl并联在所述变压器Tl的初级线圈LI的第一端与所述N沟道场效应管Ql的栅极之间；
[0049]所述变压器Tl的第一次级线圈L2的第一端为所述直流稳压电源的负极输入端IN-，所述变压器Tl的第一次级线圈L2的第一端分别与所述N沟道场效应管Ql的源极以及所述光耦三极管Ul的发射极相连接，所述变压器T的第一次级线圈L2的第二端分别与所述N沟道场效应管Ql的棚极以及所述光耦三极管Ul的集电极相连接，所述第二电阻R2串联在所述变压器T的第一次级线圈L2的第二端与所述N沟道场效应管Q的栅极之间；
[0050]所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第一端与所述二极管Dl的正极相连接，所述二极管Dl的负极为所述直流稳压电源的正极输出端0UT+，所述二极管Dl的负极与所述稳压二极管Zl的阴极相连接，所述二极管Dl串联在所述变压器第二次级线圈L3的第一端与所述电容Cl的正极之间；
[0051]所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端为所述直流稳压电源的负极输出端0UT-，所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端分别与所述电容Cl的负极以及所述光耦三极管Ul中的发光二极管负极相连接，所述电容Cl并联于所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端和所述二极管Dl的负极之间，所述第三电阻R3串联在所述光耦三极管Ul的发光二极管正极与所述稳压二极管Zl的阳极之间。
[0052]其工作原理，详述如下:
[0053]变压器Tl的初级线圈L1、第一次级线圈L2、场效应管Q1、第一电阻Rl和第二电阻R2构成自激回路，产生高频震荡脉冲，高频震荡脉冲控制场效应管Ql导通与截止，控制变压器Tl的初级线圈LI中的电流变化，从而在变压器次级L3中耦合出电流，变压器第二次级线圈L3、二极管D1、电容Cl构成直流均衡回路，稳压二极管Z1、第三电阻R3、光耦三极管Ul构成直流稳压反馈回路，该反馈回路通过控制场效应管Ql的导通与截止以达到稳压直流输出的目的。
[0054]实施例三:
[0055]本实施例的实施建立在实施例一、实施例二的基础上，参考图5，图5示出了本实用新型第一实施例提供的电池均衡电路的电路结构，为了便于说明，仅列出与本实用新型实施例相关的部分，详述如下:
[0056]其中，以4个单体电池为例，分别为:BAT1、BAT2、BAT3、BAT4 ；
[0057]相应地，对应4个正极开关，分别为:S1_2、S2-2、S3-2、S4-2 ；
[0058]相应地，对应4个负极开关，分别为:S1-1、S2-1、S3-1、S4-1。
[0059]其中，与BATl相连的正极开关为S1-2、负极开关为S1-1 ；
[0060]其中，与BAT2相连的正极开关为S2-2、负极开关为S2-1 ；
[0061]其中，与BAT3相连的正极开关为S3-2、负极开关为S3_l ；
[0062]其中，与BAT4相连的正极开关为S4-2、负极开关为S4-1。
[0063]Sl-2、S2-2、S3-2、S4-2共接，构成正极开关组300的正极公共端；
[0064]S1-1、S2-1、S3-1、S4_1共接，构成负极开关组400的负极公共端。
[0065]所述直流稳压电源100的正极输入端IN+与所述电池组200的正极相连接，所述直流稳压电源的负极输入端IN-与电池组200的负极相连接，构成储能回路；
[0066]所述直流稳压电源100的正极输出端OUT+与所述正极开关组300的正极公共端相连接，所述直流稳压电源100的负极输出端OUT-与所述负极开关组400的负极公共端相连接，构成均衡回路。
[0067]所述主控电路500与所述电池组200相连接。
[0068]所述主控电路500分别与所述正极开关组300和所述负极开关组400相连接，主控电路通过外围电路，控制正极开关组300中各正极开关的开启和闭合，并控制负极开关组300中各负极开关的开启和闭合。
[0069]实施例四:
[0070]本实施例的实施可建立在实施例一、实施例二、实施例三中任意一项实施例的基础上，以下结合图6说明上述电池均衡电路的工作原理:
[0071]在步骤S601中，主控电路启动电池管理系统，进行单体电池电能储量监控与检查；
[0072]其中，主控电路可以采用51系列或TI系列的单片机及其经典电路。
[0073]在步骤S602中，主控电路判断各个单体电池之间的电能储量差值是否在预设范围内，若是执行步骤S603，若否执行步骤S604 ；
[0074]其中，主控电路判断各个单体电池之间的电能储量差值是否在预设误差范围内的方法为现有技术，在此不做赘述。
[0075]在步骤S603 中，断开所有开关(即:断开 Sl-U Sl-2、S2-1、S2-2、S3-1、S3-2、S4-US4-2)；
[0076]其中，断开所有开关后，延迟预设时间，重新执行步骤S602 ；
[0077]在步骤S604中，获取电能储量最低的单体电池；
[0078]在步骤S605中，接通与电能储量最低的单体电池的正极开关和负极开关，直流稳压电源向该单体电池进行充电；
[0079]其中，主控电路通过外围电路接通与电能储量最低的单体电池的正极开关和负极开关的方法为现有技术，在此不做赘述，在接通与电能储量最低的单体电池的正极开关和负极开关后，形成均衡回路，直流稳压电源向该单体电池进行充电。
[0080]在步骤S606中，延迟预设时间；
[0081]在步骤S607中，判断该单体电池电能储量是否比其它单体电池电能储量低，若是跳转至步骤S606，若否跳转至步骤S602。
[0082]为便于说明，以BAT2电能储量偏低为例，当主控电路检测到BAT2电能储量偏低时，主控电路通过外围电路接通正极开关S2-2、负极开关S2-1，将直流稳压电源的均衡回路接入BAT2的充电回路，从而实现直流稳压电源向BAT2充电的目的。
[0083]当延迟预设时间后，判断BAT2电能储量是否比其它单体电池电能储量低，若是，继续充电，以将BAT2电能储量提升到与其他单体电池一致，这样周而复始的运行下去，直到BAT2的电能储量与其它单体电池在误差范围内达成一致为止，以此类推可实现对任意单体电池均衡的功能；若否，跳转至步骤S602。
[0084]本实用新型由于各开关开合的频率不高，因此无需使用高频特性的开关，因此相对于现有技术中的主动均衡电路，可以降低电路成本，还可以提高电路的稳定性。与此同时，本实用新型是直流稳压电源给各单体电池充电均衡，电能充裕，能够确保各单体电池完全均衡，同时也避免了出现能量只能在相邻单体电池之间转移的情况，相对于现有技术的主动均衡电路，本实用新型可以提高均衡速度、缩短均衡时间，从而提高均衡效率。
[0085]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电池均衡电路，包括由多个单体电池串联组成的电池组、主控电路，所述主控电路与所述电池组相连接，其特征在于，所述电池均衡电路还包括: 均衡各个所述单体电池的电能储量的直流稳压电源； 由多个正极开关并联构成的正极开关组，所述各个正极开关的一端分别与所述电池组中各个单体电池的正极相连接，所述各个正极开关的另一端共接，构成所述正极开关组的正极公共端； 由多个负极开关并联构成的负极开关组，各个所述负极开关的一端分别与所述电池组中各个单体电池的负极相连接，各个所述负极开关的另一端共接，构成所述负极开关组的负极公共端； 所述直流稳压电源的正极输入端IN+与所述电池组的正极相连接，所述直流稳压电源的负极输入端IN-与所述电池组的负极相连接，构成储能回路； 所述直流稳压电源的正极输出端OUT+与所述正极开关组的正极公共端相连接，所述直流稳压电源的负极输出端OUT-与所述负极开关组的负极公共端相连接，构成均衡回路； 所述主控电路分别与所述正极开关组和所述负极开关组相连接。
2.如权利要求1所述的电池均衡电路，其特征在于，所述直流稳压电源为带有隔离变压器的直流稳压电源，所述隔离变压器采用正激变压器、反激变压器、推挽变压器、半桥变压器或全桥变压器。
3.如权利要求1所述的电池均衡电路，其特征在于，所述直流稳压电源包括变压器Tl、N沟道场效应管Ql、光耦三极管Ul、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、二极管Dl、电容Cl、稳压二极管Zl ； 所述变压器Tl的初级线圈LI的第一端为所述直流稳压电源的正极输入端IN+，所述变压器Tl的初级线圈LI的第二端与所述N沟道场效应管Ql的漏极相连接，所述第一电阻Rl并联在所述变压器Tl的初级线圈LI的第一端与所述N沟道场效应管Ql的栅极之间； 所述变压器Tl的第一次级线圈L2的第一端为所述直流稳压电源的负极输入端IN-，所述变压器Tl的第一次级线圈L2的第一端分别与所述N沟道场效应管Ql的源极以及所述光耦三极管Ul的发射极相连接，所述变压器T的第一次级线圈L2的第二端分别与所述N沟道场效应管Ql的棚极以及所述光耦三极管Ul的集电极相连接，所述第二电阻R2串联在所述变压器T的第一次级线圈L2的第二端与所述N沟道场效应管Q的栅极之间； 所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第一端与所述二极管Dl的正极相连接，所述二极管Dl的负极为所述直流稳压电源的正极输出端0UT+，所述二极管Dl的负极与所述稳压二极管Zl的阴极相连接，所述二极管Dl串联在所述变压器第二次级线圈L3的第一端与所述电容Cl的正极之间； 所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端为所述直流稳压电源的负极输出端0UT-，所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端分别与所述电容Cl的负极以及所述光耦三极管Ul中的发光二极管负极相连接，所述电容Cl并联于所述变压器Tl的第二次级线圈L3的第二端和所述二极管Dl的负极之间，所述第三电阻R3串联在所述光耦三极管Ul的发光二极管正极与所述稳压二极管Zl的阳极之间。
4.如权利要求1所述的电池均衡电路，其特征在于，所述正极开关采用电子开关或机械开关。
5.如权利要求1所述的电池均衡电路，其特征在于，所述负极开关采用电子开关或机械开关。
6.如权利要求4至5任意一项所述的电池均衡电路，其特征在于，所述电子开关采用二极管、三极管、场效应管、电子管或晶体管。
7.如权利要求4至5任意一项所述的电池均衡电路，其特征在于，所述机械开关采用可控硅开关或继电器。
【文档编号】H02J7/00GK204012765SQ201420163873
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】刘维洪 申请人:刘维洪