CN102364812B - 一种动力电池组充电均衡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种动力电池组充电均衡电路，包括：单元电池，采样比较器，用于比较输入的单元电池电压与基准电压，当前者高于后者时，输出一有效电平信号；开关电路，用于在接收到该有效电平信号后，开关电路导通；振荡电路，用于在接收到5V电源后，输出一振荡信号；饱和放电电能反馈电路，用于在接收到振荡信号后，驱动输入的单元电池电压放电，并将单元电池饱和放电的电能反馈至电池组；光耦隔离控制电路，用于接收电池组充电饱和后СPU送来的关断控制信号，当所有单元电池充电饱和后或充电结束后，主CPU向光耦隔离控制电路发送关断控制信号，再控制开关电路，切断振荡器的5V电源，关断振荡电路，停止单元电池放电。

Description

一种动力电池组充电均衡电路
技术领域
本发明涉及动力电池充电技术领域，更特别涉及一种动力电池组充电均衡电路。
背景技术
电动汽车的动力电池的性能在很大程度上决定了电动车的性能，目前电动汽车的动力电池一般由多节单体电池串联而成，由于单体电池存在不一致性，其容量会产生差异，而串联电池组的容量是由单体电池的最小容量来决定的，因而这些差异会缩短电池组的使用寿命，为了降低这种不平衡性对动力电池的影响，在充电过程中优先考虑使用均衡充电电路。
均衡充电分为化学均衡法和物理均衡法两种。化学充电均衡法是在电池电解液中添加一定比例的氧化还原电对，以防止电池过充电，但是该方法难以控制；物理充电均衡法大致包括损耗型、集中式无源均衡和智能充电均衡等，其中损耗型能量损耗较大，集中式无源均衡包括单体到组、组到单体和双向三种，它们都是采用一个磁芯，初次级匝比一致性较差，提升电池组的寿命并不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池组充电均衡电路，其实现了动力电池串联充电时的电池电量饱和均衡方式。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种动力电池组充电均衡电路，它包括：
具有第一输入端以及第二输入端和第一输出端以及第二输出端的单元电池，多个单元电池相串联组成动力电池组，每个单元电池的第一输入端与外部充电源相连；
采样比较器，与所述单元电池的第一输出端相连，用于将单元电池的电压值与基准电压进行比较，当单元电池电源低于或等于基准电压时，所述采样比较器不能输出有效电平信号；当单元电池电压高于基准电压时，所述采样比较器输出一有效电平信号；
具有第一输入端以及第二输入端和输出端的开关电路和驱动电源，所述开关电路将从其第一输入端和第二输入端输入的电平信号转换为控制驱动电源的开启信号或断开信号，当驱动电源接收到开启信号或断开信号后，驱动电源供电或断电，所述开关电路的第一输入端与所述采样比较器相连，所述开关电路接收到所述采样比较器输出的所述有效电平信号并将其转换为一开启信号，驱动电源供电；
振荡电路，当驱动电源供电后，振荡电路输出振荡信号，当驱动电源断电后，振荡电路停止输出振荡信号；
具有第一输入端以及第二输入端和输出端的饱和放电电能反馈电路，所述饱和放电电能反馈电路的第一输入端与所述单元电池的第二输出端相连，所述饱和放电电能反馈电路的第二输入端与振荡电路相连，所述饱和放电电能反馈电路用于在接收到所述振荡电路输出的所述振荡信号后，驱动所述单元电池放电，所述饱和放电电能反馈电路的输出端与所述动力电池组中电压未达到标准电压的单元电池的第二输入端相连，所述饱和放电电能反馈电路用于将所述单元电池放出的电能反馈至动力电池组中未达到标准电压的单元电池；
光耦隔离控制电路，用于对每个单元电池的电压进行监测，当所述光耦隔离控制电路监测到每个单元电池处于基准电压时，向所述开关电路的第二输入端输出无效的电平信号，所述开关电路的第二输入端在接收到无效的电平信号后将其转换为断开信号，驱使驱动电源断电。
优选地，所述开关电路包括一第一三极管（V2）,当单元电池电压高于基准电压时，所述采样比较器输出一高电平信号，驱动所述第一三极管（V2）导通，进一步向所述振荡电路开通电源供电5V。
优选地，所述振荡电路在接收到驱动电源后，驱动一第二三极管(V5)导通，再驱动一功率MOSFET（V6），开启单元电池放电。
优选地，当所有单元电池充电饱和或充电结束时，所述光耦隔离控制电路驱动一第三三极管（V3)导通，从而关断所述第一三极管（V2），进一步关断所述振荡电路，停止单元电池放电。
优选地，所述饱和放电电能反馈电路中包括一反激式变压器（T1）。
优选地，所述基准电压为3.8V。
本发明对于现有技术的有益效果在于：本发明所公开的动力电池组充电均衡电路可精确地控制单元模块的饱和电压和放电电流，先饱和的电池单元能量反馈给电池组，并且先饱和的单元电池脉冲瞬间放电，改善了单元电池的J.A.MAS可充电曲线，从而改善整个串联电池组的寿命。本发明的动力电池组电路结构简单、安全可靠、成本低廉。
附图说明
附图1为本发明的均衡电路原理框架示意图；
附图2为本发明的均衡电路的拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
参阅图1及图2，本发明的动力电池组充电均衡电路包括：正5V电源电路，输入的单元电池电压通过N1构成的5V非隔离电压转换器升压为5V，即，形成前述正5V电源电路，其为电路中的各控制电路的电源电压供电；采样比较器，其由N2构成，用于对输入的单元电池电压与基准电压进行比较，其中该基准电压为由上述正5V电源电路提供的3.8V电压，当该采样比较器获得输入的单元电池电压高于该基准电压（3.8V）的信息时，输出一有效电平信号，在该实施例中，该有效电平信号为一高电平信号，当输入的单元电池电压低于该基准电压时，则继续充电；开关电路，其用于在接收到采样比较器输出的有效电平信号后，开通5V供电电源，给振荡电路提供电源；振荡电路，其用于在接收到开关电路开通5V供电电源后，输出一振荡信号；饱和放电电能反馈电路，包括一反激式变压器T1，其用于在接收到振荡电路输出的振荡信号后，驱动单元电池电压放电电路，并将该单元电池电压转换出的电能反馈至动力电池组；光耦隔离控制电路，其用于接收CPU发送的关断控制信号，当所有单元电池充电饱和后或充电结束时，向开关电路输出一有效电平信号，使得开关电路关断5V供电电源，进而关断振荡电路。
继续参阅图1及图2，在本发明的该优选实施例中，开关电路包括一第一三极管V2，当输入的单元电池电压高于3.8V的基准电压时，采样比较器输出一高电平信号，驱动该第一三极管V2导通，向振荡电路提供5V电源，在振荡电路接收到5V电源后，输出一振荡信号，驱动一第二三极管V5导通,再驱动一功率MOSFET V6，在饱和放电电能反馈电路在接收到该振荡信号后，驱动输入的单元电池放电，并将单元电池转换出的电能反馈至动力电池组。主控CPU随机监测各单元电池电压，当所有单元电池充电饱和或充电结束时，光耦隔离控制电路驱动一第三三极管V3导通，从而关断第一三极管V2，进一步关断振荡电路，停止单元电池向动力电池组放电。
本发明的动力电池组充电均衡电路，通过设计5V电源来保证控制电路的供电，设计采样比较电路来控制饱和放电，设计振荡电路来控制放电频率和放电电流，设计饱和放电电能反馈电路来控制放电电能和馈电回路电流，设计光耦隔离控制电路来保证在所有单元电池充电饱和后或电池组充电结束后及时隔离控制单元电池停止放电；其中振荡频率的计算公式为：
f=1/(4*ln2*R*C)
式中，R=R8，C=C4=C5；
而单元电池的平均饱和放电电流：I f =3.8/2πfL;式中，f为方波振荡频率，L为反激式变压器T1的初级电感值，可参阅图2。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种动力电池组充电均衡电路，其特征在于包括：
具有第一输入端以及第二输入端和第一输出端以及第二输出端的单元电池，多个单元电池相串联组成动力电池组，每个单元电池的第一输入端与外部充电源相连；
采样比较器，与所述单元电池的第一输出端相连，用于将单元电池的电压值与基准电压进行比较，当单元电池电压低于或等于基准电压时，所述采样比较器不能输出有效电平信号；当单元电池电压高于基准电压时，所述采样比较器输出一有效电平信号；
具有第一输入端以及第二输入端和输出端的开关电路和驱动电源，所述开关电路将从其第一输入端和第二输入端输入的电平信号转换为控制驱动电源的开启信号或断开信号，当驱动电源接收到开启信号时，驱动电源供电；当驱动电源接收到断开信号后，驱动电源断电；所述开关电路的第一输入端与所述采样比较器相连，所述开关电路接收到所述采样比较器输出的所述有效电平信号并将其转换为一开启信号，驱动电源供电；
振荡电路，驱动电源供电后，振荡电路输出振荡信号，驱动电源断电后，振荡电路停止输出振荡信号；
具有第一输入端以及第二输入端和输出端的饱和放电电能反馈电路，所述饱和放电电能反馈电路的第一输入端与所述单元电池的第二输出端相连，所述饱和放电电能反馈电路的第二输入端与振荡电路相连，所述饱和放电电能反馈电路用于在接收到所述振荡电路输出的所述振荡信号后，驱动所述单元电池放电，所述饱和放电电能反馈电路的输出端与所述动力电池组中电压未达到标准电压的单元电池的第二输入端相连，所述饱和放电电能反馈电路用于将所述单元电池放出的电能反馈至动力电池组中未达到标准电压的单元电池；
主控CPU，其用于监测各单元电池电压，并将监测的结果发送给光耦隔离控制电路；
光耦隔离控制电路，当所述主控CPU监测到每个单元电池处于基准电压时，其向所述开关电路的第二输入端输出无效的电平信号，所述开关电路的第二输入端在接收到无效的电平信号后将其转换为断开信号，驱使驱动电源断电。
2.根据权利要求1所述的动力电池组充电均衡电路，其特征在于：所述开关电路包括一第一三极管（V2）,当单元电池电压高于基准电压时，所述采样比较器输出一高电平信号，驱动所述第一三极管（V2）导通，进一步向所述振荡电路开通电源供电5V。
3.根据权利要求2所述的动力电池组充电均衡电路，其特征在于：当所有单元电池充电饱和或充电结束时，所述光耦隔离控制电路驱动一第三三极管（V3)导通，从而关断所述第一三极管（V2），进一步关断所述振荡电路，停止单元电池放电。
4.根据权利要求1所述的动力电池组充电均衡电路，其特征在于：所述饱和放电电能反馈电路中包括一反激式变压器（T1）。
5.根据权利要求1所述的动力电池组充电均衡电路，其特征在于：所述基准电压为3.8V。
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