專利名稱：電池均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)串聯(lián)的電池組或者電池組中的各節(jié)電芯進(jìn)行電量均衡的電路，適合于串聯(lián)使用的可充電電池使用，可使各電池的電量及電壓保持均衡，以表現(xiàn)出較高的充放電性能。
背景技術(shù)：
電池通常被串并聯(lián)使用以提供較高的輸出電壓和較大的電能容量，滿足負(fù)載驅(qū)動(dòng)的需求。由于可充電電池具有較好的性價(jià)比，被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品，甚至電動(dòng)車輛中。然而，不管是鋰充電電池、鉛酸充電電池，還是鎳氫充電電池，由于工藝條件的限制，單體電芯之間均存在一定的差異，雖然可以通過(guò)配組的方法來(lái)部分解決問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)多次充、放電循環(huán)之后，電池之間仍會(huì)產(chǎn)生較大的電壓差，使串聯(lián)電池組總的有效容量減小，影響電池組使用性能和壽命。特別是當(dāng)電池被用于電動(dòng)車輛時(shí)，這種影響變得尤為突出。
針對(duì)于此，人們開(kāi)始研究電池均衡的方法，通過(guò)分別調(diào)整串聯(lián)電池組中某一電池的電壓，使得各電池電壓相接近，從而可以使各電池基本同時(shí)達(dá)到較高的充電狀態(tài)。目前比較常見(jiàn)的方法是采用單片機(jī)控制方法，即由單片機(jī)控制采樣電路分別獲取每節(jié)電池的電壓，對(duì)其進(jìn)行比較，再根據(jù)情況驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電池上的放電電路，使電壓較高的電池放電，從而達(dá)到各節(jié)電池之間的均衡。這種方法由于需要對(duì)各節(jié)電池電壓進(jìn)行精確測(cè)量，而串聯(lián)電池組的總的電壓較高，造成測(cè)量上的困難，再加上需要配置相應(yīng)的單片機(jī)控制電路，使得整個(gè)電路實(shí)現(xiàn)成本較高，目前僅被使用于對(duì)電池壓差要求要高的鋰充電電池組中，這也是造成鋰充電電池組成本較高的原因之一。
在中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN1275829A中公開(kāi)了一種電池均衡電路，其不需要測(cè)出每一電池的電壓，而是對(duì)兩相鄰串聯(lián)電池構(gòu)成的電池組進(jìn)行均衡，在兩電池間連接開(kāi)關(guān)電路，在電池的公共節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)電路間連接一諧振電路，由開(kāi)關(guān)電路交替使諧振電路與第一和第二電池并聯(lián)，使得直流成分通過(guò)諧振電路作為第一和第二電池之間電荷不平衡的函數(shù)在它們之間流動(dòng)。這種方式不關(guān)心每節(jié)電池的實(shí)際電壓，而只是通過(guò)相鄰電池間的電壓差來(lái)進(jìn)行控制，使得相鄰電池電壓均衡，進(jìn)而，通過(guò)設(shè)置多組均衡電路最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電池組的電壓均衡，因而避免了對(duì)每節(jié)電池進(jìn)行電壓檢測(cè)的麻煩，具有較好的可擴(kuò)展性。然而，其均衡是通過(guò)諧振電路實(shí)現(xiàn)的，一方面，需要設(shè)置諧振線圈及鐵芯，造成均衡電路重量和體積的增大，并且難以用集成電路實(shí)現(xiàn)，另一方面，由于引入了交流成份，不可避免地會(huì)對(duì)電池組的輸出產(chǎn)生影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電池均衡電路，不需要測(cè)量每節(jié)電池的電壓，可以采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電壓均衡。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明構(gòu)思的要點(diǎn)是，取串聯(lián)電池正、負(fù)端間電壓差的中間值作為中間端點(diǎn)的電壓理論值，從而，不需要測(cè)量每一電池的電壓，直接由理論電位值與中間端點(diǎn)電壓進(jìn)行比較，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的放電回路工作，當(dāng)兩者電壓接近時(shí)，放電電流極小，對(duì)電池的影響可忽略不計(jì)。其中，用于進(jìn)行均衡的串聯(lián)電池組，可以是多個(gè)串聯(lián)的單體電池，通常以2個(gè)或4個(gè)為一組，也可以是串聯(lián)于一節(jié)電池內(nèi)的多個(gè)電芯。
針對(duì)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案是一種電池均衡電路，用于均衡偶數(shù)個(gè)串聯(lián)電池構(gòu)成的電池組的電量，包括分壓電路和放電電路，所述分壓電路設(shè)置在所述串聯(lián)電池組的正端和負(fù)端之間，所述分壓電路的中間值位置經(jīng)電壓跟隨電路連接至放電回路的一端，放電回路的另一端連接至串聯(lián)電池組的中間端點(diǎn)。
上述技術(shù)方案中，所述電壓跟隨電路為射極跟隨器，所述放電電路由放電電阻構(gòu)成。
另一種技術(shù)方案為，一種電池均衡電路，用于均衡偶數(shù)個(gè)串聯(lián)電池構(gòu)成的電池組的電量，包括分壓電路、第一比較器、連接于電池組正端和中間端點(diǎn)之間的第一放電開(kāi)關(guān)和第一放電電阻、第二比較器、連接于電池組中間端點(diǎn)與負(fù)端之間的第二放電開(kāi)關(guān)和第二放電電阻；所述第一比較器的正相輸入端連接分壓電路中間值位置，反相輸入端連接電池組中間端點(diǎn)，輸出驅(qū)動(dòng)第一放電開(kāi)關(guān)；所述第二比較器的正相輸入端連接電池組中間端點(diǎn)，反相輸入端連接分壓電路中間值位置，輸出驅(qū)動(dòng)第二放電開(kāi)關(guān)。
上述技術(shù)方案中，所述第一放電開(kāi)關(guān)由兩級(jí)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成。
當(dāng)串聯(lián)電池組多于2節(jié)電池時(shí)，采用的技術(shù)方案為，一種電池均衡電路，在串聯(lián)電池組中每相鄰兩節(jié)電池間設(shè)置電池均衡電路單元，所述每一電池均衡電路單元如上述技術(shù)方案所述。
進(jìn)一步的，一種電池均衡電路，用于8節(jié)以上串聯(lián)電池的均衡，包括兩級(jí)電池均衡電路架構(gòu)而成，在每相鄰兩節(jié)電池間設(shè)置上述電池均衡電路單元，構(gòu)成第一級(jí)電池均衡電路，在負(fù)端4節(jié)電池、中間4節(jié)電池及正端4節(jié)電池分別設(shè)置上述電池均衡電路單元，構(gòu)成第二級(jí)電池均衡電路，每一電池均衡電路單元分別獨(dú)立工作。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明利用分壓電路獲取串聯(lián)電池中間端點(diǎn)在均衡狀態(tài)下應(yīng)具備的電壓值，進(jìn)而與實(shí)際電壓進(jìn)行比較，并進(jìn)行均衡，從而不需要測(cè)量電池的電壓值，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)；2.本發(fā)明對(duì)相鄰電池進(jìn)行均衡，各均衡電路單元可以獨(dú)立運(yùn)作，具有極好的可擴(kuò)展性；3.采用多層均衡電路單元構(gòu)型，可以加快均衡速度，特別適用于串聯(lián)電池節(jié)數(shù)較多的場(chǎng)合使用。
4.本發(fā)明不引入交流成分，不影響電池組工作；完全獨(dú)立工作，不受電池組工作狀態(tài)影響。
5.由于電路中不含大電容和電感，易于集成。
附圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的電路連接框圖；附圖2為圖1中一個(gè)均衡電路單元的電路連接框圖；附圖3為圖2對(duì)應(yīng)的電路原理示意圖；附圖4為圖2對(duì)應(yīng)的電路連接示意圖；附圖5為實(shí)施例二的電路連接框圖；附圖6為圖5中一個(gè)均衡電路單元的電路連接框圖。
附圖7為圖6對(duì)應(yīng)的電路原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，實(shí)施例中給出了具體的均衡電路示例，用以說(shuō)明均衡方法的具體應(yīng)用，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍實(shí)施例一參見(jiàn)附圖1至附圖4所示，一種電池均衡電路，用于均衡8節(jié)鋰充電電池構(gòu)成的串聯(lián)電池組的電量，其由兩級(jí)電池均衡電路架構(gòu)而成，在每相鄰兩節(jié)電池間設(shè)置一組電池均衡電路單元，構(gòu)成第一級(jí)電池均衡電路；對(duì)負(fù)端4節(jié)電池、中間4節(jié)電池及正端4節(jié)電池分別設(shè)置一組電池均衡電路單元，構(gòu)成第二級(jí)電池均衡電路，每一電池均衡電路單元分別獨(dú)立工作。
本實(shí)施例的電池均衡電路單元包括分壓電路和放電電路，所述分壓電路由設(shè)置在所需均衡的2節(jié)或4節(jié)電池的正端和負(fù)端之間的分壓電阻構(gòu)成，所述分壓電路的中間值位置經(jīng)電壓跟隨電路連接至放電回路的一端，放電回路的另一端連接至串聯(lián)電池組的中間端點(diǎn)；其中，電壓跟隨電路為由集成電路LP324構(gòu)成的射極跟隨器，放電電路由放電電阻構(gòu)成。
參見(jiàn)附圖3所示，這是一個(gè)均衡電路單元，用于均衡位于串聯(lián)鋰充電電池組負(fù)端側(cè)的第一和第二節(jié)鋰充電電池，第二節(jié)電池的正端為B2，第一節(jié)電池的負(fù)端為B-，兩節(jié)電池串聯(lián)連接的中間端點(diǎn)為B1，分壓電路由電阻R225和R226構(gòu)成，電壓跟隨電路為由運(yùn)算放大器U206構(gòu)成的射極跟隨器，采用集成電路LP324中的一部分，其供電電源分別連接第二節(jié)電池的正端B2及第一節(jié)電池的負(fù)端B-，輸出經(jīng)放電電阻R206連接至中間端點(diǎn)B1。當(dāng)?shù)谝还?jié)電池電壓較低時(shí)，第二節(jié)電池通過(guò)運(yùn)放的電源正端、放電電阻R206放電；當(dāng)?shù)谝还?jié)電池電壓較高時(shí)，通過(guò)放電電阻R206、運(yùn)放的電源負(fù)端放電，實(shí)現(xiàn)均衡。
實(shí)施例二參見(jiàn)附圖5至附圖7所示，一種電池均衡電路，用于均衡6節(jié)鋰充電電池構(gòu)成的串聯(lián)電池組的電量，在每相鄰兩節(jié)電池間設(shè)置一組電池均衡電路單元，所述電池均衡電路單元包括分壓電路、第一比較器、連接于電池組正端和中間端點(diǎn)之間的第一放電開(kāi)關(guān)和第一放電電阻、第二比較器、連接于電池組中間端點(diǎn)與負(fù)端之間的第二放電開(kāi)關(guān)和第二放電電阻；所述第一比較器的正相輸入端連接分壓電路中間值位置，反相輸入端連接電池組中間端點(diǎn)，輸出驅(qū)動(dòng)第一放電開(kāi)關(guān)；所述第二比較器的正相輸入端連接電池組中間端點(diǎn)，反相輸入端連接分壓電路中間值位置，輸出驅(qū)動(dòng)第二放電開(kāi)關(guān)。所述第一放電開(kāi)關(guān)由兩級(jí)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成。
附圖7給出了本實(shí)施例中一個(gè)電池均衡電路單元的連接結(jié)構(gòu)，采用集成電路LM239的兩個(gè)運(yùn)放分別作為第一比較器和第二比較器，由精密電阻R10和R11構(gòu)成的分壓電路將B1和B2的電壓和精確分為二分之一，然后和B1進(jìn)行比較，兩個(gè)比較器的輸入端連接相反，從而輸出結(jié)果相反。當(dāng)中點(diǎn)電壓低于B1時(shí)，表明第二節(jié)電池的電壓低于第一節(jié)，此時(shí)，第二比較器輸出高阻態(tài)，第一比較器輸出低電平，開(kāi)關(guān)管Q12截止，Q13截止，由于電阻R12和R13的分壓關(guān)系，開(kāi)關(guān)管Q11導(dǎo)通，使第二放電電阻R19并在第一節(jié)電池的兩端，對(duì)第一節(jié)電池放電，起到均衡作用；當(dāng)中點(diǎn)電壓高于B1時(shí)，表明第二節(jié)電池的電壓高于第一節(jié)電池電壓，此時(shí)第二比較器輸出低電平，第一比較器輸出高阻態(tài)，開(kāi)關(guān)管Q11截止，由于電阻R14和R15的分壓關(guān)系，開(kāi)關(guān)管Q12導(dǎo)通，從而使開(kāi)關(guān)管Q13因?yàn)镽16和R17的分壓而導(dǎo)通，把第一放電電阻R18并在第二節(jié)電池的兩端，對(duì)第二節(jié)電池放電，起到均衡作用。
權(quán)利要求1.一種電池均衡電路，用于均衡偶數(shù)個(gè)串聯(lián)電池構(gòu)成的電池組的電量，其特征在于包括分壓電路和放電電路，所述分壓電路設(shè)置在所述串聯(lián)電池組的正端和負(fù)端之間，所述分壓電路的中間值位置經(jīng)電壓跟隨電路連接至放電回路的一端，放電回路的另一端連接至串聯(lián)電池組的中間端點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池均衡電路，其特征在于所述電壓跟隨電路為射極跟隨器，所述放電電路由放電電阻構(gòu)成。
3.一種電池均衡電路，用于均衡偶數(shù)個(gè)串聯(lián)電池構(gòu)成的電池組的電量，其特征在于包括分壓電路、第一比較器、連接于電池組正端和中間端點(diǎn)之間的第一放電開(kāi)關(guān)和第一放電電阻、第二比較器、連接于電池組中間端點(diǎn)與負(fù)端之間的第二放電開(kāi)關(guān)和第二放電電阻；所述第一比較器的正相輸入端連接分壓電路中間值位置，反相輸入端連接電池組中間端點(diǎn)，輸出驅(qū)動(dòng)第一放電開(kāi)關(guān)；所述第二比較器的正相輸入端連接電池組中間端點(diǎn)，反相輸入端連接分壓電路中間值位置，輸出驅(qū)動(dòng)第二放電開(kāi)關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池均衡電路，其特征在于所述第一放電開(kāi)關(guān)由兩級(jí)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成。
5.一種電池均衡電路，其特征在于在串聯(lián)電池組中每相鄰兩節(jié)電池間設(shè)置電池均衡電路單元，所述每一電池均衡電路單元如權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述。
6.一種電池均衡電路，用于8節(jié)以上串聯(lián)電池的均衡，其特征在于包括兩級(jí)電池均衡電路架構(gòu)而成，在每相鄰兩節(jié)電池間設(shè)置如權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的電池均衡電路單元，構(gòu)成第一級(jí)電池均衡電路，在負(fù)端4節(jié)電池、中間4節(jié)電池及正端4節(jié)電池分別設(shè)置如權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的電池均衡電路單元，構(gòu)成第二級(jí)電池均衡電路，每一電池均衡電路單元分別獨(dú)立工作。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于均衡串聯(lián)電池組的能量的電池均衡電路，以偶數(shù)個(gè)串聯(lián)電池為一組進(jìn)行均衡，其特征在于包括分壓電路和放電電路，所述分壓電路設(shè)置在所述串聯(lián)電池組的正端和負(fù)端之間，所述分壓電路的中間值位置經(jīng)電壓跟隨電路連接至放電回路的一端，放電回路的另一端連接至串聯(lián)電池組的中間端點(diǎn)；將串聯(lián)電池組分為多個(gè)所述偶數(shù)個(gè)串聯(lián)電池組，分別進(jìn)行所述均衡，使整個(gè)串聯(lián)電池組達(dá)到能量均勻分布狀態(tài)。本實(shí)用新型不需要測(cè)量電池的電壓值，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有極好的可擴(kuò)展性，能有效提高電池的充放電性能。
文檔編號(hào)H02J7/00GK2814766SQ20052007053
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月5日
發(fā)明者楊杰, 范田郴, 黃學(xué)杰 申請(qǐng)人:蘇州星恒電源有限公司