一种串联电池组均衡电路及均衡方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电池均衡技术领域，尤其涉及一种串联电池组均衡电路及均衡方法。
【背景技术】
[0002]在电池应用系统中，为了给设备提供足够的电压，电池包通常由多个电池单体串联而成，但是如果电池之间的容量失配便会影响整个电池包的容量。串联而成的电池包在工作一定的时间后，由于其电芯本身的不一致、工作温度的不一致性等因素的影响，最后会表现出很大的差异，严重影响电池组的寿命和系统的使用，最终影响到了电子设备的正常使用。
[0003]对电池进行过充电以及过放电使得电池容易损坏，例如电池容量降低，寿命减小。温度过高或局部温度过高均会使电池的各项性能下降，最终导致内部短路和热失控，产生安全问题。
[0004]单体电池在长期使用中性能差异是不可避免的，这是造成电池组寿命下降的最为重要的因素之一，由于各个电池之间存在差异导致其电压不一致，并引发充电、放电时存在一系列问题。充电时，会导致有些电池过充、有些电池欠充；放电时会导致有些电池过放、有些电池欠放。为了保护电池组的安全加入了过充、过放保护电路，这样就会引发另外一个问题，那就是充电时有些电池存在欠充，即没有充满；放电时有些电池存在欠放，即整个电池组的能量没有放完，这直接影响了对电池能效的利用。为此，我们需要对失配的电池进行均衡。
[0005]现有技术中的一种电池均衡方法是在串联的每个电池上并联一个可控放电电阻来实现电压的均衡，如图1所示，分流是给每只电池添加一个额外的旁路补偿装置，图中的一个均衡单元201所示，通过外部电阻R1、开关SI的特性来补偿电池BTl的特性。充电时，当BTl电池的充电电压超过设定值时，开关SI处于闭合状态，通过并联在电池BTl的电阻Rl分流该电池的一部分电流，从而达到降低该电池充电电压的目的。对于这种方案在分流时发热量大，而且仅在充电时具有实用性。这当然是难以接受的，因为这种采用将多余电能通过热能的方式进行释放，充电时如此，放电时亦然。
[0006]现有技术中的另一种电池均衡方法是切断法，在充电时，当某一电池的充电电压超过设定值时，通过自动控制开关切断该电池的电路，如图2所示。这种方法只能防止电池过压充电，但是没有均衡作用。其次，其所用的切断开关的负载能力，随电池容量增加而加得很大，不宜采用。此种方法需要充电器配合，要求充电器够适应I至η个电芯充电的能力，且在切换电池后要能够动态的调整充电电压，充电电流，实现恒流，恒压充电以及浮充等，对充电器的要求比较高，且要求智能化较高。
[0007]综上所述，现有技术中的电池均衡电路存在发热量大以及对充电器的要求高的问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种串联电池组均衡电路及均衡方法，旨在解决针对现有技术中的电池均衡电路存在发热量大以及对充电器的要求高的问题。
[0009]本发明是这样实现的，一种串联电池组均衡电路，所述串联电池组均衡电路包括开关模块、微控制器、充电电路以及直流变换器；
[0010]所述直流变换器的第一电压输入端和第二电压输入端连接所述串联电池组的正极和负极，所述直流变换器的电压输出端连接所述充电电路的电压输入端和所述微控制器的电压输入端，所述充电电路的电压输出端连接所述开关模块的电压输入端，所述充电电路和所述开关模块的控制端连接所述微控制器的输出端，所述开关模块的电压采集输出端连接所述微控制器的输入端；
[0011]所述直流变换器将所述串联电池组的电压进行直流变换后输出给所述充电电路和所述微控制器；
[0012]所述微控制器控制所述开关模块导通以采集所述串联电池组中每一个单体电池的电压值，并根据所述每一个单体电池的电压值获得最大电压值、最小电压值以及所有单体电池的电压均值，并计算所述最大电压值与所述最小电压值之间的电压差值，判断所述电压差值是否大于预设值，当判断结果为是时，控制所述开关模块导通使所述充电电路逐个向电压值小于所述电压均值的单体电池充电，完成充电后再驱动所述开关模块导通以采集所述串联电池组中每一个单体电池的电压值，直至所有单体电池的电压值达到电压均值；当判断结果为否时，驱动所述开关模块导通以采集所述串联电池组中每一个单体电池的电压值。
[0013]所述每一个隔离开关为电磁继电器或者场效应管式继电器。
[0014]所述直流变换器为隔离式直流变换器，所述隔离式直流变换器用于将所述串联电池组的负极与所述隔离式直流变换器的接地端隔离。
[0015]所述微控制器控制所述充电电路对所述串联电池组中的单体电池进行恒流充电或恒压充电。
[0016]所述微控制器包括:
[0017]第一降压模块、控制器、译码器以及第二反馈单元；
[0018]所述第一降压模块的输入端为所述微控制器的电压输入端，所述第一降压模块的输出端连接所述控制器的电压输入端和所述译码器的电压输入端，所述第二反馈单元的输入端为所述微控制器的输入端，所述第二反馈单元的反馈端连接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端连接所述译码器的控制端，所述译码器的输出端分别连接所述每一个隔离开关的控制端；
[0019]所述微控制器判定所述电压差值是否大于预设值时，控制译码器使最小电压值的单体电池所对应的隔离开关导通，使所述最小电压值的单体电池的电压值达到均衡电压值。
[0020]所述微控制器的输出端连接所述充电电路的恒压控制端、恒流控制端以及使能端;
[0021]所述微控制器通过所述恒流控制端和所述使能端控制所述充电电路对所述串联电池组中的单体电池进行恒流充电，并在对所述单体电池进行恒流充电完毕后，通过所述恒压控制端和所述使能端控制所述充电电路对所述单体电池进行恒压充电。
[0022]本发明还提供一种基于上述的串联电池组均衡电路的均衡方法，所述均衡方法包括以下步骤:
[0023]A.所述直流变换器将所述串联电池组的电压进行直流变换后输出给所述充电电路和所述微控制器；
[0024]B.所述微控制器控制所述开关模块导通以采集所述串联电池组中每一个单体电池的电压值；
[0025]C.所述微控制器根据所述每一个单体电池的电压值获得最大电压值、最小电压值以及所有单体电池的电压均值，并计算所述最大电压值与所述最小电压值之间的电压差值；
[0026]D.所述微控制器判断所述电压差值是否大于预设值，是，则控制所述开关模块导通使所述充电电路逐个向电压值小于所述电压均值的单体电池充电，完成充电后返回执行所述步骤A，直至所有单体电池的电压值达到电压均值；否，则返回执行所述步骤A。
[0027]所述步骤D中，所述微控制器控制所述开关模块导通使所述充电电路逐个向电压值小于所述电压均值的单体电池充电步骤具体为:
[0028]所述微控制器按照电压值从小到大的顺序使所述充电电路依次向电压值小于所述电压均值的单体电池充电。
[0029]本发明提供串联电池组均衡电路及均衡方法，相对于现有技术可以达到如下技术效果:实现串联电池组之间电压的平衡，解决了串联电池组中的“木桶效应”，使得整个电池串联系统能实现正常的满充电和满放电，在均衡过程中具有较高的转换效率，通过采用独特的采样设计，即使再多的串联电池单体也仅需要一路ADC采样通道，同时ADC采样精度仅与单体电池电压有关，与整个串联电池组之间的电压无关，实现在充电、放电以及动态时均可实现均衡，使用较小的功率即可完成对电池的均衡，降低了功率器件的成本。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是现有技术中分流法/旁路法均衡电路的结构框图；
[0032]图2是现有技术中切断法均衡电路的结构框图；
[0033]图3是本发明一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路的结构示意图；
[0034]图4是本发明另一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路的结构示意图；
[0035]图5是本发明一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路中的隔离开关的电路原理图；
[0036]图6是本发明另一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路中的隔离开关的电路原理图；
[0037]图7是本发明一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路中的充电电路的电路原理图；
[0038]图8是本发明另一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路中的充电电路的电路原理图；
[0039]图9是本发明一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路中的直流变换器的电路原理图；
[0040]图10是本发明另一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路中的直流变换器的电路原理图；
[0041]图11是本发明一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路中的微控制器的电路原理图；
[0042]图12是本发明另一种实施例提供的一种串联电池组均衡电路中的微控制器的电路原理图；
[0043]图13是本发明一种实施例提供的串联电池组均衡电路的均衡方法的流程图。
【具体实施方式】
[0044]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
[0045]为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实