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CN105896656A - 双向均衡电路 - Google Patents

双向均衡电路 Download PDF

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刘新天
何耀
吉祥
曾国建
郑昕昕
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Anhui Rntec Technology Co ltd
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Anhui Rntec Technology Co ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开双向均衡电路，包括：均衡开关阵列一一对应分别连接于多个单体电池，微控制单元对多个单体电池进行采样，并计算得到平均电压，并计算多个单体电池的最高电压和最低电压分别与平均电压的差的绝对值以得到高差值和低差值，比较高差值和低差值的大小，在高差值大于低差值的情况下，微控制单元驱动被动均衡电路启动，且控制均衡开关阵列中最高电压对应的开关开启，被动均衡电路连通于最高电压对应的单体电池；在高差值小于低差值的情况下，微控单元驱动主动均衡电路启动，且控制均衡开关阵列中最低电压对应的开关开启，主动均衡电路连通于最低电压对应的单体电池。该双向均衡电路实现了电路电池的高低电压的双向均衡。

Description

双向均衡电路
技术领域
本发明涉及双向均衡电路。
背景技术
近年来，锂电池组在电动汽车、储能等方面的应用越来越广泛。锂电池组在使用时，常常通过单节电池进行串并联，以增加电池电压与容量，达到实际使用需求。由于锂电池单体在制造时的微小差别，导致锂电池组在实际使用过程中的不一致性会逐渐增大，如果不及时进行均衡处理，不断增大的不一致性会导致锂电池组的寿命提前终结。
电池组的均衡装置是通过外部电路使得电池单体的一致性差异能够进行动态调整，改善电池组的一致性，使电池组达到均衡状态。目前均衡最常见的方式是在每节单体电池两端并联一个功率电阻和开关，当某节电池电压较高时，吸合开关，通过功率电阻消耗部分电池能量，维持整个电池组的均衡状态。这种方式一方面需要和电池单节电池一样数目的功率电阻，体积较大，另一方面无法对电量较低的电池进行补电，均衡效率不高。
那么亟需设计一种双向均衡电路。
发明内容
本发明的目的是提供一种双向均衡电路，该双向均衡电路克服了现有技术中的没有双向均衡电路，均衡较单一的问题，实现了电路电池的高低电压的双向均衡。
为了实现上述目的，本发明提供了一种双向均衡电路，该双向均衡电路包括：微控制单元、均衡开关阵列、被动均衡电路和主动均衡电路，所述微控制单元被配置成分别连接于均衡开关阵列、被动均衡电路、主动均衡电路和多个单体电池，所述均衡开关阵列一一对应分别连接于多个单体电池，所述微控制单元对多个单体电池进行采样，并计算得到平均电压，并计算多个单体电池的最高电压和最低电压分别与平均电压的差的绝对值以得到高差值和低差值，比较高差值和低差值的大小，在高差值大于低差值的情况下，所述微控制单元驱动被动均衡电路启动，且控制所述均衡开关阵列中最高电压对应的开关开启，所述被动均衡电路连通于所述最高电压对应的单体电池；在高差值小于低差值的情况下，所述微控单元驱动主动均衡电路启动，且控制所述均衡开关阵列中最低电压对应的开关开启，所述主动均衡电路连通于所述最低电压对应的单体电池。
优选地，所述被动均衡电路包括：功率电阻和放电切换开关，所述功率电阻电连接于所述放电切换开关的一端，所述放电切换开关的另一端电连接于所述均衡开关阵列。
优选地，所述放电切换开关被配置成电连接于所述微控制单元，以实现闭合或断开。
优选地，所述均衡开关阵列包括：多个均衡开关，多个所述单体电池相互串联形成串联电池组，且多个所述均衡开关的第一端连接于相邻两个所述单体电池之间，且在所述串联电池组的两端也分别连接于所述均衡开关的第一端，所述均衡开关的第二端连接于所述放电切换开关和补电切换开关。
优选地，所述主动均衡电路包括：隔离DCDC和补电切换开关，所述隔离DCDC的一端连接于低压直流电源，另一端连接于所述补电切换开关的一端，所述补电切换开关的另一端连接于所述均衡开关阵列。
优选地，所述补电切换开关包括：第一切换开关和第二切换开关，所述第一切换开关和所述第二切换开关反向连接于所述均衡开关阵列。
通过上述实施方式，本发明可以对电量高的电池进行放电，也可以对电量低的电池进行补电，大大提升了均衡效率。采用开关阵列作为均衡的切换器件，每个锂电池组所需的功率电阻由原来的十几个变为一个，降低了均衡电路的成本与体积。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种双向均衡电路的电路图。
附图标记说明
1 均衡开关阵列 2 放电切换开关
3 第一切换开关 4 隔离DCDC
5 第二切换开关
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种双向均衡电路，该双向均衡电路包括：微控制单元、均衡开关阵列1、被动均衡电路和主动均衡电路，所述微控制单元被配置成分别连接于均衡开关阵列1、被动均衡电路、主动均衡电路和多个单体电池，所述均衡开关阵列1一一对应分别连接于多个单体电池，所述微控制单元对多个单体电池进行采样，并计算得到平均电压，并计算多个单体电池的最高电压和最低电压分别与平均电压的差的绝对值以得到高差值和低差值，比较高差值和低差值的大小，在高差值大于低差值的情况下，所述微控制单元驱动被动均衡电路启动，且控制所述均衡开关阵列1中最高电压对应的开关开启，所述被动均衡电路连通于所述最高电压对应的单体电池；在高差值小于低差值的情况下，所述微控单元驱动主动均衡电路启动，且控制所述均衡开关阵列1中最低电压对应的开关开启，所述主动均衡电路连通于所述最低电压对应的单体电池。
通过上述的实施方式，本发明采用开关阵列作为均衡的切换器件，每个锂电池组所需的功率电阻由原来的十几个变为一个，降低了均衡电路的成本与体积。且将被动均衡电路与主动均衡电路结合，可以对电量高的电池进行放电，也可以对电量低的电池进行补电，大大提升了均衡效率。
以下结合附图1对本发明进行进一步的说明，在本发明中，为了提高本发明的适用范围，特别使用下述的具体实施方式来实现。
在本发明的一种具体实施方式中，所述被动均衡电路可以包括：功率电阻和放电切换开关2，所述功率电阻电连接于所述放电切换开关2的一端，所述放电切换开关2的另一端电连接于所述均衡开关阵列1。当放电切换开关2开启后，可以通过功率电阻对单体电压高的电池进行放电。
在该种实施方式中，所述放电切换开关2被配置成电连接于所述微控制单元，以实现闭合或断开。
在本发明的一种具体实施方式中，所述均衡开关阵列1可以包括：多个均衡开关，多个所述单体电池相互串联形成串联电池组，且多个所述均衡开关的第一端连接于相邻两个所述单体电池之间，且在所述串联电池组的两端也分别连接于所述均衡开关的第一端，所述均衡开关的第二端连接于所述放电切换开关2和补电切换开关。
均衡开关阵列1将多个开关器件串联在均衡电路与电池之间，通过对每节单体电池两端的开关进行控制，可以开启或关闭均衡，达到精确控制的目的。
在该种实施方式中，所述主动均衡电路可以包括：隔离DCDC4和补电切换开关，所述隔离DCDC4的一端连接于低压直流电源，另一端连接于所述补电切换开关的一端，所述补电切换开关的另一端连接于所述均衡开关阵列1。当补电切换开关开启后，外部电源通过DCDC对单体电压较低的电池进行补电。
在该种实施方式中，所述补电切换开关可以包括：第一切换开关3和第二切换开关5，所述第一切换开关3和所述第二切换开关5反向连接于所述均衡开关阵列1。这样通过被动均衡电路与主动均衡电路的交替切换，最终改善整个电池组的一致性，使整个电池组达到均衡状态。
如图1所示，MCU(微控制单元)遍历电池组单体电压，计算电池组平均电压，并与电池组最低电压与最高电压比较，当最高电压高于平均电压更多，此时开启被动均衡，MCU控制放电切换开关2U1以及最高电压单体电池对应的均衡开关U5开启，这样通过功率电阻对其进行放电。
当电池组单体最低电压低于平均电压更多，此时开启补电式主动均衡方案。假设该节电池为B1，此时MCU控制补电切换开关U2(第一切换开关3)开启，同时B1两端的均衡开关开启，这样外部低压直流电源通过隔离DCDC4 U4为B1节电池进行补电。若此时最低节电池电压为B2，则MCU控制补电切换开关U3(第二切换开关5)开启，同时B2电池两端的均衡开启，这样外部低压直流电源通过隔离DCDC4 U4为B1节电池进行补电。补电切换开关U2和U3的开启主要依据电池组中最低单体电池电压所处的位置，若为在电池组终的位置为奇数(如B1、B3。。)，则开启补电切换开关U2，若为在电池组终的位置为偶数(如B2、B4。。)，则开启补电切换开关U3，这样防止DCDC(直流转直流，本发明中为12V改为1A/3.7V)输出端反接，损害电池。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种双向均衡电路，其特征在于，该双向均衡电路包括：微控制单元、均衡开关阵列(1)、被动均衡电路和主动均衡电路，所述微控制单元被配置成分别连接于均衡开关阵列(1)、被动均衡电路、主动均衡电路和多个单体电池，所述均衡开关阵列(1)一一对应分别连接于多个单体电池，所述微控制单元对多个单体电池进行采样，并计算得到平均电压，并计算多个单体电池的最高电压和最低电压分别与平均电压的差的绝对值以得到高差值和低差值，比较高差值和低差值的大小，在高差值大于低差值的情况下，所述微控制单元驱动被动均衡电路启动，且控制所述均衡开关阵列(1)中最高电压对应的开关开启，所述被动均衡电路连通于所述最高电压对应的单体电池；在高差值小于低差值的情况下，所述微控单元驱动主动均衡电路启动，且控制所述均衡开关阵列(1)中最低电压对应的开关开启，所述主动均衡电路连通于所述最低电压对应的单体电池。
2.根据权利要求1所述的双向均衡电路，其特征在于，所述被动均衡电路包括：功率电阻和放电切换开关(2)，所述功率电阻电连接于所述放电切换开关(2)的一端，所述放电切换开关(2)的另一端电连接于所述均衡开关阵列(1)。
3.根据权利要求2所述的双向均衡电路，其特征在于，所述放电切换开关(2)被配置成电连接于所述微控制单元，以实现闭合或断开。
4.根据权利要求1所述的双向均衡电路，其特征在于，所述均衡开关阵列(1)包括：多个均衡开关，多个所述单体电池相互串联形成串联电池组，且多个所述均衡开关的第一端连接于相邻两个所述单体电池之间，且在所述串联电池组的两端也分别连接于所述均衡开关的第一端，所述均衡开关的第二端连接于所述放电切换开关(2)和补电切换开关。
5.根据权利要求4所述的双向均衡电路，其特征在于，所述主动均衡电路包括：隔离DCDC(4)和补电切换开关，所述隔离DCDC(4)的一端连接于低压直流电源，另一端连接于所述补电切换开关的一端，所述补电切换开关的另一端连接于所述均衡开关阵列(1)。
6.根据权利要求1所述的双向均衡电路，其特征在于，所述补电切换开关包括：第一切换开关(3)和第二切换开关(5)，所述第一切换开关(3)和所述第二切换开关(5)反向连接于所述均衡开关阵列(1)。
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