一种串联锂电池组的主动均衡电路和方法
【专利摘要】本发明公开了一种转移能量型、并可在充、放电过程中均能均衡的串联锂电池组的主动均衡方法，其步骤为：对串联电池组中的每节电池进行电压采样，当单节电池的电压低于标称值的90%时，由与该单节电池相配合的均衡充电开关电源对该单节电池进行充电，所述串联锂电池组的两端电压作为均衡充电开关电源的输入电压。本发明还公开了一种用于实现上述主动均衡方法的串联锂电池组的主动均衡电路，包括：主控电路、均衡选通电路、均衡开关电路和本发明所述主动均衡方法中的均衡充电开关电源。本发明主要用于动力型锂电池的均衡。
【专利说明】一种串联锂电池组的主动均衡电路和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到一种用于控制串联锂电池组中的所有单节电池的电压保持基本一致的均衡电路和方法。
【背景技术】
[0002]当前，动力锂离子电池产业的发展非常迅速，单体(单节电池)的容量也越来越大，应用也越来越广。业内人士都知道，动力锂离子电池通常都是串联锂电池组，即由若干个单体串联而成，如果无法使单体之间自放电差异保持严格一致，就会由于单体之间的能量差异而导致可用容量大大缩水，而且，电池的容量越大，这样现象越是明显。为此，就需要采用均衡电路来均衡串联电池组中各节电池的电压。
[0003]传统均衡电路，只能在对锂电池进行充电的时候，采用电阻放电等消耗型放电的方式进行均衡，消耗了电池的能量，而且，发热现象比较严重，致使电路的均衡能力大大下降。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种转移能量型、并可在充、放电过程中均能均衡的串联锂电池组的主动均衡方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:一种串联锂电池组的主动均衡方法，其步骤为:对串联电池组中的每节电池进行电压采样，当单节电池的电压低于标称值的90%时，由与该单节电池相配合的均衡充电开关电源对该单节电池进行充电，所述串联锂电池组的两端电压作为均衡充电开关电源的输入电压。
[0006]本发明还提供了 一种可实现上述主动均衡方法的串联锂电池组的主动均衡电路，包括:主控电路、均衡选通电路、均衡开关电路和均衡充电电路，该均衡充电电路为本发明所述串联锂电池组的主动均衡方法中所述的均衡充电开关电源，所述的主控电路与均衡选通电路相连，所述的均衡选通电路与均衡开关电路相连，所述的均衡开关电路与均衡充电开关电源相连，均衡充电开关电源的输出端与相应单节电池相连。
[0007]所述的主控电路通过串行通信总线与均衡选通电路相连。
[0008]所述的均衡选通电路采用串进并出移位寄存器。
[0009]所述的均衡充电开关电源包括:变压器、与变压器的副边线圈相连的输出整流电路、开关管、控制开关管开关的开关控制电路和反馈电路，开关管的原边线圈的一端与开关管的输出端相连，变压器的原边线圈的另一端与串联电池组的电源相连，反馈电路的输出端与开关控制电路的馈入端相连。
[0010]所述的反馈电路包括:电压反馈电路和电流反馈电路，电压反馈电路包括绕制在所述变压器上的反馈线圈和连接在反馈线圈两端的分压电路，分压电路的输出端作为电压反馈电路的输出端连接到开关控制电路的电压馈入端；电流反馈电路包括:设置在开关管与公共地之间的电流反馈电阻，开关管与电流反馈电阻的相连处连接到开关控制电路的电流馈入端。
[0011]本发明的有益效果是:本发明所述的均衡电路只是将整个串联电池组的能量在串联电池组的单体之间进行转移，几乎没有损失，也很少发热，与传统的消耗型只能均衡几十毫安相比，本发明的均衡电流可高达5A~IOA ;并且，在充电和放电过程中都可以对串联电池组实施均衡，并且，各个均衡充电开关电源都独立工作，可实现多路同时均衡，每时每刻都可保证串联电池组的单体之间的均衡，从而大大延长了串联电池组的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明所述的串联锂电池组的主动均衡电路的结构示意图。
[0013]图1中的附图标记为:1、主控电路，2、均衡选通电路，31、第一均衡开关电路，32、第二均衡开关电路，3η、第N均衡开关电路，316、第十六均衡开关电路，41、第一均衡充电开关电源，42、第二均衡充电开关电源，4η、第N均衡充电开关电源，416、第十六均衡充电开关电源。
[0014]图2是与图1相对应的局部电原理图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图，以16节电池组成的串联电池组为例，详细描述本发明的具体实施方案。
[0016]如图1、图2所示，本发明所述的一种串联锂电池组的主动均衡电路，包括主控电路1、通过串行通信总线与主控电路I相连的均衡选通电路2、第一均衡开关电路31和与之相对应的第一均衡充电开关电源41、第二均衡开关电路32和与之相对应的第二均衡充电
开关电源42、第N至十六均衡开关电路3η~316和与之--对应的第N至十六均衡充电
开关电源4η~416，主控电路1与均衡选通电路2相连，均衡选通电路2的十六个输出端与第一至十六均衡开关电路31~316的选通端对应相连，第一至十六个均衡开关电路31~316的输出端与第一至十六个均衡充电开关电源41~416的控制端对应相连；其中，第一均衡充电开关电源41，包括:变压器BH、与变压器Bll的副边线圈相连的输出整流电路、开关管VI1、控制开关管Vll开关的开关控制电路以及反馈电路，输出整流电路由二极管12和电容C13构成，开关控制电路由U12构成，反馈电路包括:电压反馈电路和电流反馈电路，电压反馈电路包括:绕制在变压器Bll上的反馈线圈和由分压电阻R14和R15组成的分压电路，电压反馈电路的输出端即R15与R15的连接点与U12的电压馈入端4脚相连；所述的电流反馈电路包括:设置在开关管Vll与公共地GND之间的电流反馈电阻R13，开关管Vll与电流反馈电阻R13的相连处连接到U12的电流馈入端3脚；变压器Bll的原边线圈的一端与开关管Vll的输出端(漏极)相连，变压器Bll的原边线圈的另一端与串联电池组的电源VCC_P+相连，为了改善电源环境提高转换效率，串联电池组的电源VCC_P+与公共地GND之间还设置有电容C21 ;本实施例中，为了防止快速瞬变导致开关管Vll雪崩，所述的变压器Bll原边线圈的两端还 并接有电阻R12和二极管Dll以及并接在R12两端的电容C12构成的吸收电路，其中，电阻R12和二极管Dll的负极串接在一起，电阻R12的另一端与电源VCC相连，二极管Dll的正极与开关管Vll的漏极相连；所述的均衡选通电路2采用了两片串进并出移位寄存器74HC595，第一均衡开关电路31中的U11、第二均衡开关电路32中的U21至第十六均衡开关电路中的U161均为固态开关。
[0017]实际应用时，第一至十六均衡充电开关电源41?416的输出端分别与相应的单节电池相连。
[0018]下面，以第二均衡开关电路32和与之相对应的第二均衡充电开关电源42为例来详细描述本发明的工作原理:
[0019]当串联电池组中第二个单体的电压偏低时，主控电路I发送控制时序控制第二路控制信号打开，给该单节电池(单体)补充能量，减小各个单体之间的差异。具体过程为:当S2端控制信号通过电阻R21送到U21的4脚时，U21的5脚和2脚接通，从而将VCC (12V)输出到U22的6脚，U22为DC-DC控制芯片，U22输出PWM驱动信号驱动开关管V21，开关管V21连续开关把能量从串联电池组的电源VCC_P+(串联电池组的两端电压)抽取，通过变压器B21的副边线圈，经过二极管D22整流和电容C23滤波后，送到串联电池组的第二个单节电池(单体)两端，变压器B21的反馈线圈的两个引脚为变压器B21的9脚和10脚，其中，10脚接公共地GND，变压器B21的反馈线圈经过电阻R24和R25分压后，送到U22的电压反馈端4脚，开关管V21通过电阻R23连接到公共地GND，开关管V21和电阻R23的连接处同时连接到U22的电流反馈端3脚。
[0020]上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式得到的技术方案均落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种串联锂电池组的主动均衡方法,其步骤为:对串联电池组中的每节电池进行电压采样，当单节电池的电压低于标称值的90%时，由与该单节电池相配合的均衡充电开关电源对该单节电池进行充电，所述串联锂电池组的两端电压作为均衡充电开关电源的输入电压。
2.一种串联锂电池组的主动均衡电路，其特征在于，所述的主动均衡电路包括:主控电路、均衡选通电路、均衡开关电路和均衡充电电路，该均衡充电电路为权利要求1所述的均衡充电开关电源，所述的主控电路与均衡选通电路相连，所述的均衡选通电路与均衡开关电路相连，所述的均衡开关电路与均衡充电开关电源相连，均衡充电开关电源的输出端与相应单节电池相连。
3.根据权利要求2所述的串联锂电池组的主动均衡电路，其特征在于，所述的主控电路通过串行通信总线与均衡选通电路相连。
4.根据权利要求3所述的串联锂电池组的主动均衡电路，其特征在于，所述的均衡选通电路采用串进并出移位寄存器。
5.根据权利要求2、3或4所述的串联锂电池组的主动均衡电路，其特征在于，所述的均衡充电开关电源包括:变压器、与变压器的副边线圈相连的输出整流电路、开关管、控制开关管开关的开关控制电路和反馈电路，开关管的原边线圈的一端与开关管的输出端相连，变压器的原边线圈的另一端与串联电池组的电源相连，反馈电路的输出端与开关控制电路的馈入端相连。
6.根据权利要求5所述的串 联锂电池组的主动均衡电路，其特征在于，所述的反馈电路包括:电压反馈电路和电流反馈电路，电压反馈电路包括:绕制在所述变压器上的反馈线圈和连接在反馈线圈两端的分压电路，分压电路的输出端作为电压反馈电路的输出端连接到开关控制电路的电压馈入端；电流反馈电路包括:设置在开关管与公共地之间的电流反馈电阻，开关管与电流反馈电阻的相连处连接到开关控制电路的电流馈入端。
【文档编号】H02J7/00GK103904731SQ201410080468
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】陆焱, 蒋闯, 张潮海, 张玮 申请人:苏州三森新能源科技有限公司