CN102593882A - 一种电池组内的电池能量均衡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组内的电池能量均衡装置，包括有一能量均衡用电容器，多个MOS管开关电路，多个驱动电路，一电容器电压检测电路，一主控电路；每个MOS管开关电路连接在对应的电池和所述能量均衡用电容器之间；每个多个驱动电路的输出端与对应的MOS管开关电路连接；该主控电路通过电容器电压检测电路监测各电池电压，当监测到某一电池电压过高时，控制对应的MOS管开关电路导通对能量均衡用电容器充电，充电完成后关断此路MOS管开关电路，并打开电池电压低的MOS管开关电路，能量均衡用电容器对此单体电池进行充电，如此反复，使得能量由电压高的电池无损的转移到电压低的电池，使得电池间的能量均衡。本发明能够比较快速的实现单体电池间的无损能量均衡，克服了现有的锂电池不均衡的缺陷。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种电池组内的电池能量均衡装置。
[背景技术]
锂电池在串联使用过程中，电池电压等于单个电池电压之和。但制造或使用过程中各单体电池的参数会有些失配，如果不进行单体电池均衡，一个或多个电池会欠充电或过充电，导致电池寿命缩短。
目前锂电池均衡的主要方式有：电阻分流法，开关电容法和DC-DC变换器法。
电阻分流法能量利用率低，分流电阻产生了损耗；开关电容法利用开关和电容组合实现相邻电池间的能量传递，但可靠性不高，均衡速度慢；
DC-DC变换法中的集中式变压器均衡次级绕组很难匹配，变压器的漏感所造成的电压差也很难补偿，分布式变压器均衡法存在效率不高的问题。
因此有必要改进，研究一种能够效率高，速度快的均衡方法。
[发明内容]
本发明克服了上述技术的不足，提供了一种电池组内的电池能量均衡装置，本装置能够比较快速的实现单体电池间的无损能量均衡，克服了现有的锂电池不均衡的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种电池组内的电池能量均衡装置，包括有
一能量均衡用电容器1；
多个MOS管开关电路2，每个MOS管开关电路2连接在对应的电池和所述能量均衡用电容器1之间；
多个驱动电路3，每个多个驱动电路3的输出端与对应的MOS管开关电路2连接；
一电容器电压检测电路4，其两个输入端分别与能量均衡用电容器1的两端连接；
一主控电路5，该主控电路5通过电容器电压检测电路4监测各电池电压，当监测到某一电池电压过高时，控制对应的MOS管开关电路导通对能量均衡用电容器1充电，充电完成后关断此路MOS管开关电路，并打开电池电压低的MOS管开关电路，能量均衡用电容器对此单体电池进行充电，如此反复，使得能量由电压高的电池无损的转移到电压低的电池，使得电池间的能量均衡。
所述MOS管开关电路2包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4，第一MOS管Q1的漏极、第三MOS管Q3的漏极分别与电池的正极、电池的负极连接；第二MOS管Q2的漏极、第四MOS管Q4的漏极分别与能量均衡用电容器1的正极、能量均衡用电容器1的负极连接；第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q2的源极连接，第一MOS管Q1的栅极与第二MOS管Q2的栅极连接后与驱动电路3的输出端连接；第三MOS管Q3的源极与第四MOS管Q4的源极连接，第三MOS管Q3的栅极与第四MOS管Q4的栅极连接后与驱动电路3的输出端连接。
所述电容器电压检测电路4包括串联一起的第一检测电阻R1和第二检测电路R2，第一检测电阻R1和第二检测电路R2的连接节点与主控电路5连接，第一检测电阻R1的另一端通过两个串联的MOS管后与能量均衡用电容器1的正极连接，第二检测电路R2的另一端通过另外两个串联的MOS管后与能量均衡用电容器1的负极连接，在该四个MOS管栅极与主控电路5之间连接有检测用驱动电路6。
所述主控电路5采用微处理器。
本发明的有益效果是：采集电池组中的单体电池电压，根据各单体电池电压的差值，进行均衡，采用MOS管作为开关减少了均衡过程中的能量损耗，能量的转移采用大容量的电容，大大提高了均衡速度。
[附图说明]
图1为本发明的方框图；
图2为本发明的电路原理图。
[具体实施方式]
本发明为一种电池组内的电池能量均衡装置，包括有
一能量均衡用电容器1；
多个MOS管开关电路2，MOS管开关电路2的数量与电池组中的电池的节数相同，多个MOS管开关电路2分别将与其对应连接的电池和能量均衡用电容器1并联；
多个驱动电路3，其数量与MOS管开关电路2相同，多个驱动电路3的输出端分别与多个MOS管开关电路2对应连接；
一电容器电压检测电路4，其两个输入端分别与能量均衡用电容器1的两端连接；
一通过多个驱动电路3分别控制多个MOS管开关电路2分别导通的主控电路5；所述主控电路5采用微处理器STM32。
所述电容器电压检测电路4的输出端与主控电路5连接。
所述MOS管开关电路2包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4，第一MOS管Q1的漏极、第三MOS管Q3的漏极分别与电池的正极、电池的负极连接；第二MOS管Q2的漏极、第四MOS管Q4的漏极分别与能量均衡用电容器1的正极、能量均衡用电容器1的负极连接；第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q2的源极连接，第一MOS管Q1的栅极与第二MOS管Q2的栅极连接后与驱动电路3的输出端连接；第三MOS管Q3的源极与第四MOS管Q4的源极连接，第三MOS管Q3的栅极与第四MOS管Q4的栅极连接后与驱动电路3的输出端连接。驱动电路3的结构参见附图2，在这里不详细描述。
所述电容器电压检测电路4包括串联一起的第一检测电阻R1和第二检测电路R2，第一检测电阻R1和第二检测电路R2的连接节点与主控电路5连接，第一检测电阻R1的另一端通过两个串联的MOS管后与能量均衡用电容器1的正极连接，第二检测电路R2的另一端通过另外两个串联的MOS管后与能量均衡用电容器1的负极连接，在该四个MOS管栅极与主控电路5之间连接有检测用驱动电路6。检测用驱动电路6与所述驱动电路3具有相同的电路结构。
本发明的工作原理如下：
1、单节电池与能量均衡用电容器之间的导通与断开
当微处理器STM32的PWM端口产生PWM信号时，驱动对应的驱动电路工作，驱动电路的输出电阻R3，R4两端分别产生几伏的电压差，从而控其对应的4个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4导通，MOS管连接的单体电池对能量均衡用电容器1充电或放电；当微处理器STM32的端口不产生PWM信号时，驱动电路输出电压为0，其控制的4个MOS管关断，不再对能量均衡用电容器1充电或放电。
2、单节电池的电压采集
微处理器通过检测用驱动电路6控制4个MOS管Q5、Q6、Q7、Q8的导通，然后通过第一检测电阻R1和第二检测电路R2采集能量均衡用电容器的电压(也即单体电池电压)，送入到微处理器STM32的ADC端口进行AD转换。串联的其它单体电池也是如上工作方式。
3、电池均衡过程
微处理器通过AD转换监测各单体电池电压，当监测到某一单体电池电压过高时，将此单体电池通过控制MOS管开关电路导通对能量均衡用电容器充电，充电完成后关断此路MOS管开关电路，并打开单体电池电压低的MOS管开关电路，能量均衡用电容器对此单体电池进行充电。如此反复的过程，使得能量由电压高的电池无损的转移到电压低的电池，实现了单体电池间的能量均衡。
通过以上一系列的电压监测和电池均衡过程，实时监测各单体电池电压，如果某一单体电池电压过低或过高，此均衡过程将启动，将电压高的单体电池电荷转移到电压低的单体电池，实现了能量的无损转移。
Claims (4)
1.一种电池组内的电池能量均衡装置，其特征在于包括有
一能量均衡用电容器(1)；
多个MOS管开关电路(2)，每个MOS管开关电路(2)连接在对应的电池和所述能量均衡用电容器(1)之间；
多个驱动电路(3)，每个多个驱动电路(3)的输出端与对应的MOS管开关电路(2)连接；
一电容器电压检测电路(4)，其两个输入端分别与能量均衡用电容器(1)的两端连接；
一主控电路(5)，该主控电路(5)通过电容器电压检测电路(4)监测各电池电压，当监测到某一电池电压过高时，控制对应的MOS管开关电路导通对能量均衡用电容器(1)充电，充电完成后关断此路MOS管开关电路，并打开电池电压低的MOS管开关电路，能量均衡用电容器对此单体电池进行充电，如此反复，使得能量由电压高的电池无损的转移到电压低的电池，使得电池间的能量均衡。
2.根据权利要求1所述的一种电池组内的电池能量均衡装置，其特征在于所述MOS管开关电路(2)包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4，第一MOS管Q1的漏极、第三MOS管Q3的漏极分别与电池的正极、电池的负极连接；第二MOS管Q2的漏极、第四MOS管Q4的漏极分别与能量均衡用电容器(1)的正极、能量均衡用电容器(1)的负极连接；第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q2的源极连接，第一MOS管Q1的栅极与第二MOS管Q2的栅极连接后与驱动电路(3)的输出端连接；第三MOS管Q3的源极与第四MOS管Q4的源极连接，第三MOS管Q3的栅极与第四MOS管Q4的栅极连接后与驱动电路(3)的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种电池组内的电池能量均衡装置，其特征在于所述电容器电压检测电路(4)包括串联一起的第一检测电阻R1和第二检测电路R2，第一检测电阻R1和第二检测电路R2的连接节点与主控电路(5)连接，第一检测电阻R1的另一端通过两个串联的MOS管后与能量均衡用电容器(1)的正极连接，第二检测电路R2的另一端通过另外两个串联的MOS管后与能量均衡用电容器(1)的负极连接，在该四个MOS管栅极与主控电路(5)之间连接有检测用驱动电路(6)。
4.根据权利要求1所述的一种电池组内的电池能量均衡装置，其特征在于所述主控电路(5)采用微处理器。
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