CN101471575B - 多电池组均衡控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多电池组均衡电路，包括：多个电池组Pile(1)～Pile(M)，每个电池组包括多个串联连接的电芯；对应每个所述电芯的多个均衡分流电路；分别连接在所述多个电池组的相应多个均衡控制电路Module(1)～Module(M)；每个所述均衡控制电路具有多个电压检测端和控制端；其中，每两个电压检测端分别与每个电池组内的各电芯的正负极依次相连接；并且，所述多个控制端对应每个所述电芯依次连接到所述均衡分流电路的驱动端；并且，在Module(m)中，其中一个电压采样端与Module(m+1)所控制的一个电芯Cell(m+1)1的正极相连接；在Module(m)中，其中一个控制端与Module(m+1)中的所述电芯Cell(m+1)1对应的控制端共同连接到所述电芯Cell(m+1)1的均衡分流电路的驱动端。本发明的多电池组均衡电路实现了多电池组之间的电芯均衡。

Description

多电池组均衡控制电路 

技术领域

本发明涉及一种电池均衡电路及方法，尤其涉及一种电池组间均衡电路及方法。 

背景技术

电池电芯(包括各种材料的电芯)一般被串联使用以获得较大的总电压来驱动负载。而在多串电芯串联使用时，由于电芯的特性不一致或者初始电芯电压不一致，会导致电芯在使用过程中其上电压不一致，将会影响串联电池组的寿命。因此，需要使电芯之间的电压一致或者是在一定的差别范围内，我们称之为电芯均衡。 

当前市场上对于电池内各电芯的均衡大多是采用保护模块(包括单颗芯片)来实现，并且出现了多串电芯保护模块。但是每个保护模块所能够均衡的电芯数目是一定的，因此当所需要的串联电芯数量超过该模块所能保护的数量时，就需要多个模块组合起来以支持更多数量的电芯的均衡，这时就会面临着所有多个保护模块之间的电芯均衡问题。 

由于每个电池保护模块都仅对与其相连接的那些电芯进行均衡，因此当各保护模块各自连接的多串电芯均衡完成后，不同保护模块所连接的电芯之间的电压差别就可能会较大，而无法达到均衡。例如第一个保护模块所保护的各电芯的电压为4.1V或4.1～4.12V，而第二个保护模块所保护的各电芯的电压为4.15V或4.15～4.153V，这样就造成了两个保护模块之间的电芯的不均衡问题。 

发明内容

本发明针对上述问题提供了多电池组的各电芯均衡电路，包括： 

多个电池组Pile(1)～Pile(M)，每个电池组包括多个串联连接的电芯，其中第m个电池组包括n个串联连接的电芯Cell(m)1～Cell(m)n，其 中，m＜＝M，n、m和M都为大于1的正整数； 

对应每个所述电芯的多个均衡分流电路，每个均衡分流电路包括一个驱动端，用于根据所述驱动端接收的一驱动信号对所述电芯进行均衡； 

分别连接在所述多个电池组的相应多个均衡控制电路Module(1)～Module(M)，用于检测每个电池组内每个所述电芯上的电压，并根据所述电压控制与所述各电芯相对应的所述均衡分流电路，使其对所述电芯进行均衡； 

每个所述均衡控制电路具有多个电压采样端和控制端；其中，每两个电压采样端分别与每个电池组内的各电芯的正负极依次相连接；并且，所述多个控制端对应每个所述电芯依次连接到所述均衡分流电路的驱动端；并且， 

在Module(m)中，其中一个电压采样端与Module(m+1)所控制的一个电芯Cell(m+1)1的正极相连接；在Module(m)中，其中一个控制端与Module(m+1)中的所述电芯Cell(m+1)1对应的控制端共同连接到所述电芯Cell(m+1)1的均衡分流电路的驱动端，用于共同控制所述电芯Cell(m+1)1的均衡分流电路。 

其中， 

在Module(m)中，其中一个控制端与Module(m+1)中的所述电芯Cell(m+1)1对应的控制端分别连接到一个或门的输入端，所述或门的输出端连接到所述电芯Cell(m+1)1的均衡分流电路的驱动端。 

其中， 

所述均衡控制电路为OZ890(1)～OZ890(M)，所述均衡分流电路分别包括一个MOSFET； 

其中，OZ890(m)的控制端CB1-CBn分别与MOSFET的栅极相连接，MOSFET的漏极和源极分别连接到所述电芯Cell(m)1-Cell(m)n的正极和负极；所述OZ890(m)的电压采样端BAT0～BATn分别通过一个采样电阻连接到所述电芯Cell(m)1-Cell(m)n的正、负极；并且， 

在OZ890(m)中，控制端CBn+1连接到一个第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接到与所述电芯Cell(m+1)1对应的MOSFET的栅极； 

所述OZ890(m+1)中，电芯Cell(m+1)1对应的控制端CB1连接到一个第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接到与所述电芯Cell(m+1)1对应的MOSFET的栅极；并且， 

所述OZ890(m)的GND端连接到地，OZ890(m)的VCC端与OZ890(m+1)的GND端相连接， 

其中，m＜＝M，n、m和M都为大于1的正整数。 

附图说明

图1所示为本发明的多电池组均衡控制电路原理方框图； 

图2所示为本发明的优选实施例的多电池组均衡控制电路图。 

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的多电池组均衡控制电路模块图。 

为了方便说明，以相邻的两个均衡控制模块为例来介绍本发明的多电池均衡电路。本领域技术人员可以理解，本发明的电池均衡电路可以包括更多数量的模块。 

优选地，如图1所示，本发明的电池均衡电路包括两个均衡控制模块，即均衡控制模块(1)和均衡控制模块(2)，其分别连接到两个电池组，电池组1包括的电芯为多个串联电芯Cell(1)1～Cell(1)n-1，电池组2包括的电芯为多个串联电芯Cell(2)1～Cell(2)n-1；还包括连接到多个电芯的相应的多个电压采样电路以及相应的多个均衡电路。本领域技术人员可以理解，每个模块所能连接的电池组的电芯个数根据模块和电芯的特性而定，这里采用相同变量n-1以方便说明。 

并且，每个均衡控制模块的多个电压采样端BAT0-BATn-1分别通过相应的各电芯的电压采样电路与各电芯的正负极相连接；每个均衡控制 模块的多个控制端CB1-CBn分别连接到各均衡电路的驱动端用于控制各均衡电路。 

需要强调的是，均衡控制模块(1)上的其中一个用于采样电芯电压的电压采样端BATn通过电压采样电路连接到电池组2中Cell(2)1电芯的正端，用于采样该电芯的电压；均衡控制模块(1)中其中一个控制端CBn端与均衡控制模块(2)的控制端CB 1共同连接到该电芯Cell(2)1的均衡电路驱动端，用于共同控制电芯Cell(2)1，优选地，两个控制端可以通过一个或门连接到Cell(2)1的均衡电路的驱动端。这样，均衡控制模块(1)也可以对电芯Cell(2)1进行电压采样，并且决定其是否需要进行均衡。如上所述，电芯Cell(2)1即为均衡控制模块(1)和均衡控制模块(2)共同控制的电芯。 

根据图1所示的电池保护电路，均衡控制模块会对各自连接的各电芯进行电压采样从而检测各电芯上的电压，然后根据检测到的电压值判断各电芯是否需要均衡。 

本实施例中，假设均衡控制模块(1)和(2)分别连接3个电芯，并且假设在均衡过程中，均衡控制模块(1)通过其电压采样端BAT0-BATn-1采样到与其连接的电芯Cell(1)1～Cell(1)n-1的初始电压分别为4.1V，4.2V和4.3V；均衡控制模块(2)通过其电压采样端BAT0-BATn-1采样到与其连接的电芯Cell(2)1～Cell(2)n-1的初始电压分别为3.9V，3.8V和3.7V； 

则由于均衡控制模块(1)和(2)共同连接的电芯为Cell(2)1，因此均衡控制模块(1)通过其电压采样端BATn也采样到Cell(2)1上的电压为3.9V； 

假设以电芯中的最小电压作为均衡基准值，这时由于均衡控制模块(2)的所有电芯中的电压最小值为3.7V，因此均衡控制模块(2)的控制端CB1和CB2就会控制电芯Cell(2)1和Cell(2)2对应的均衡电路，使其分别对电芯Cell(2)1和Cell(2)2进行放电均衡； 

同时，由于与均衡控制模块(1)连接的电芯Cell(1)～Cell(1)3和 Cell(2)1中，Cell(2)1的电压最小为3.9V，则均衡控制模块(1)的控制端CB1～CB3就会控制与电芯Cell(1)～Cell(1)3对应的均衡电路，使其分别对电芯Cell(1)1～Cell(1)3进行放电均衡； 

这样，由于Cell(2)1上的电压被一直均衡放电，因此最终两个均衡控制模块所连接的电芯的电压都会被均衡在一个定值(3.7V)； 

或者若设均衡精度为Δv，则均衡后最终与均衡控制模块(2)连接的电芯的电压就会被控制在3.7V～(3.7+Δv)V范围内，而与均衡控制模块(1)连接的电芯的电压就会被控制在(3.7+Δv)V～(3.7+2Δv)V；而最终所有电芯的电压差就会被均衡在不超过2ΔV的范围内。本领域技术人员能够理解，如上所述电路，由于与均衡控制模块(1)相连接的电芯为Cell(1)1～Cell(1)n-1以及Cell(2)1，其电压将会被均衡在一定的值(设为V1)，或者在一定的电压范围内(设为V2～V3)；同样与均衡控制模块(2)相联接的电芯为Cell(2)1～Cell(2)n-1，其电压将会在一定的值(设为V4)，或者在一定的电压范围内(设为V5～V6)，而由于Cell(2)1的电压为均衡控制模块(1)和(2)共同采样，因此经过均衡控制后，均衡控制模块(1)的电芯的电压V1将会等于均衡控制模块(2)的电芯的电压V4，或者在均衡控制模块(1)和(2)电压均衡精度设置相同的情况下(即V3-V2＝V6-V5＝Δv)，则经过均衡控制后，均衡控制模块(1)和(2)的电芯的电压一定在V2～V6(V6＞＝V3的情况下)或者是V5～V3(V3＞＝V6的情况下)范围内，且V3-V5＜＝2Δv，V6-V2＜＝2Δv，即两个电池组间的电芯电压在一定范围内(2Δv)也达到了均衡。 

这样类推到多个电池组Pile(1)～Pile(M)，每个电池组包括n个电芯，并采用多个均衡控制模块均衡控制模块(1)～均衡控制模块(M)进行均衡，M为大于1的正整数，则可以依照图1所示连接关系类推进行连接，使得Pile(m+1)1为均衡控制模块(m)和均衡控制模块(m+1)共同管理的电芯，其中m为小于或等于M的正整数； 

则可以连接成使得与均衡控制模块(m)相联接的电芯为Cell(m)1～Cell(m)n以及Cell(m+1)1，其电压将会被均衡在一定的值V1，或者在一定的电压范围内V2～V3；同样与均衡控制模块(m+1)相联接的电芯为 Cell(m+1)1～Cell(m+1)n，其电压将会被均衡在一定的值V4，或者在一定的电压范围内V5～V6。 

则，当与均衡控制模块(m)相联的电芯的电压不均衡时，均衡控制模块(m)控制均衡控制模块(m)的电芯均衡电路对电芯进行均衡，同样若与均衡控制模块(m+1)相联的电芯的电压不均衡时，均衡控制模块(m+1)控制均衡控制模块(m+1)的电芯均衡电路对电芯进行均衡。并且，由于Cell(m+1)1为均衡控制模块(m)和均衡控制模块(m+1)共同控制并且参考的电芯，因此V1＝V4；在均衡控制模块(m)和均衡控制模块(m+1)电压均衡精度设置一样的情况下，均衡控制模块(m)和均衡控制模块(m+1)的电芯的电压一定在V2～V6或者是V5～V3范围内，即电芯电压达到了均衡。 

图2示出了根据本发明的优选实施例的电路图。 

本实施例的电池保护电路中的电池组以两个电池组为例，其中第一电池组包括n节电芯Cell(1)1～Cell(1)n，第二电池组包括n节电芯Cell(2)1～Cell(2)n， 

图1中所示的均衡控制模块采用本公司的集成芯片，型号为OZ890，其中OZ890(1)连接到第一电池组，OZ890(2)连接到第二电池组，根据OZ890的特性，其中n＞＝5且n＜＝12。图1中所示的第一电池组的电压采样电路由图2所示的多个电阻R10～R1n组成的并联分压电路构成，第二电池组的电压采样电路由多个电阻R20～R2n组成的并联分压电路构成，其各组电路的电压采样端分别连接到OZ890(1)和OZ890(2)的管脚BAT0～BATn上，该分压电阻的阻值可以为510Ω； 

图1中所示的第一电池组的均衡电路由图2所示的分流电阻RB11～RB1n及其驱动电路MOSFET管M11～M1n组成，第二电池组的均衡电路由分流电阻RB21～RB2n及其驱动电路MOSFET管M21～M2n组成。其中MOSFET的管脚3(漏极)和管脚2(源极)分别连接到其相应的一个电芯的正负两极，其管脚1(栅极)连接到其对应的OZ890的控制端CB 1～CBn，用于根据各电芯的采样电压驱动所述均衡电路对电芯进行均衡。 

OZ890(1)的GND端连接到地，OZ890(2)的GND端连接到OZ890(1)的VCC端。优选地，为防止OZ890(1)和OZ890(2)在上电时受到损伤，在电芯Cell(1)1以及Cell(2)1的负端分别连接一个10KΩ的电阻RBC1和RBC2到各自的GND端。 

特别需要注意的是，本发明的电路中，OZ890(1)的CBn+1和OZ890(2)的CB1端分别通过两个二极管D1、D2连接到连接到Cell(2)1的均衡电路的MOSFET管的栅极。其中OZ890(1)的CBn+1端和OZ890(2)的CB1端分别连接到D2和D1的管脚2(正向端)，而D1和D2的管脚1(负向端)共同连接到M21的栅极(管脚1)；OZ890(1)的BATn+1端通过一个采样电阻R1n+1连接到Cell(2)1的正向端，从而对Cell(2)1进行电压采样。 

根据OZ890的特性，由于OZ890共有13个BAT端用于管理13串电芯，因此将不连接电芯的剩余管脚BATn+2～BAT13(n+2＜＝13)均连接在一起并通过一个采样电阻R1n+2与R1n+1连接。 

通过上述连接关系，OZ890(1)和OZ890(2)能够有一个共同管理的电芯，从而获得了共同参考的电芯电压进行均衡。 

这样，当与OZ890(1)相连的电芯的电压不均衡时，OZ890(1)就会控制相应的均衡电路对该电芯进行均衡，同样若与OZ890(2)相连的电芯的电压不均衡时，OZ890(2)就会控制相应的均衡电路对该电芯进行均衡。而由于Cell(2)1为两个芯片共同管理的电芯，因此能够获得相同的均衡参考电压，从而实现了OZ890(1)和OZ890(2)所连接的所有电芯之间的均衡。 

如图所示的电路连接结构实现了对多电池组之间的电芯的均衡。依此类推可以使用更多的OZ890(M个)连接更多的电池组进行均衡。 

虽然前述的说明书和附图代表了本发明的优选实施例，但是可以理解各种添加、修改和替代方案并不背离本发明的思想和范围，如所带的权利要求中所限定的。本领域技术人员可以理解本发明可以在形状、结构、排布、修改、比例、原料、元件和部件上进行修改后也可以使用， 在本发明的实施过程中，在不背离本发明的原理的情况下，特别适用于特定环境和工作要求。现在公开的实施例因此在所有考虑中被认为描述性的而不是限制性的，本发明的范围由附加的权利要求和合法的等效物所表示，但不局限于之前的说明书中。 

Claims (3)

1.一种多电池组均衡电路，包括：

多个电池组Pile(1)～Pile(M)，每个电池组包括多个串联连接的电芯，其中第m个电池组包括n个串联连接的电芯Cell(m)1～Cell(m)n；

对应每个所述电芯的多个均衡分流电路，每个均衡分流电路包括一个驱动端，用于根据所述驱动端接收的一驱动信号对所述电芯进行均衡；

分别连接在所述多个电池组的相应多个均衡控制电路Module(1)～Module(M)，用于检测每个电池组内每个所述电芯上的电压，并根据所述电压控制与所述各电芯相对应的所述均衡分流电路，使其对所述电芯进行均衡；

每个所述均衡控制电路具有多个电压采样端和控制端；其中，每两个电压采样端分别与每个电池组内的各电芯的正负极依次相连接；并且，所述多个控制端对应每个所述电芯依次连接到所述均衡分流电路的驱动端；并且，

在Module(m)中，其中一个电压采样端与Module(m+1)所控制的一个电芯Cell(m+1)1的正极相连接；在Module(m)中，其中一个控制端与Module(m+1)中的所述电芯Cell(m+1)1对应的控制端共同连接到所述电芯Cell(m+1)1的均衡分流电路的驱动端，用于共同控制所述电芯Cell(m+1)1的均衡分流电路；

其中，m＜＝M，n、m和M都为大于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的多电池组均衡电路，其特征在于：

在Module(m)中，其中一个控制端与Module(m+1)中的所述电芯Cell(m+1)1对应的控制端分别连接到一个或门的输入端，所述或门的输出端连接到所述电芯Cell(m+1)1的均衡分流电路的驱动端。

3.根据权利要求1或2所述的多电池组均衡电路，其特征在于：

所述均衡控制电路为OZ890(1)～OZ890(M)，所述均衡分流电路分别包括一个MOSFET；

其中，OZ890(m)的控制端CB1-CBn分别与MOSFET的栅极相连接，MOSFET的漏极和源极分别连接到所述电芯Cell(m)1-Cell(m)n的正极和负极；所述OZ890(m)的电压采样端BAT0～BATn-1分别通过一个采样电阻连接到所述电芯Cell(m)1-Cell(m)n的正、负极；并且，

在OZ890(m)中，控制端CBn+1连接到一个第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接到与所述电芯Cell(m+1)1对应的MOSFET的栅极；

所述OZ890(m+1)中，电芯Cell(m+1)1对应的控制端CB1连接到一个第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接到与所述电芯Cell(m+1)1对应的MOSFET的栅极；并且，

所述OZ890(m)的GND端连接到地，OZ890(m)的VCC端与OZ890(m+1)的GND端相连接，

其中，m＜＝M，n、m和M都为大于1的正整数。

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