CN103066648A

CN103066648A - 一种电池主动均衡电路

Info

Publication number: CN103066648A
Application number: CN2012105459645A
Authority: CN
Inventors: 杨文荣; 湛俊逸; 李露露; 李志洲
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池主动均衡电路。该电路主要运用在电池管理***，每一个电池模块有一套均衡电路，每套均衡电路包含四个并行的充电均衡电路单元，每个单元包括：反激式开关电源电路，驱动电路，吸收电路。其中，控制芯片对单节电池电量信号进行分析处理，输出PWM信号，控制均衡电路，决定对某节锂电池的充电与否，当PWM输出高电平时，初级线圈储存能量，当PWM输出为低电平时，能量有初级线圈转移到次级线圈，来对单节锂电池进行充电，这样就可以实现对单体锂电池的主动均衡。本发明可靠性高，易于实施，控制简单，对单体电池均衡效率较高，提高了锂离子电池串的使用寿命，降低了电动汽车的的成本。

Description

一种电池主动均衡电路

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车电池均衡电路，特别是涉及一种电池主动均衡电路。

背景技术

电动汽车作为无污染、节约能源的新型交通工具，已经成为全球汽车产业未来发展和竞争的交点，而目前影响电动汽车推广的主要因素包括动力电池的安全性和使用成本问题，延长电池的使用寿命是降低使用成本的有效途径之一。

为确保电池性能良好，延长电池寿命，必须对电池进行合理有效的管理和控制，我们需要设计出一套电池管理***，对电池进行合理的充放电管理。在电池管理***中，均衡电路又是其关键部分。所以，为了保证电池的使用寿命，充电均衡电路是极其重要的。

充电均衡电路分为耗散型和非耗散型两种。主动均衡电路属于非耗散型，将电池串电压给某单节欠压电池进行充电，由于电池欠压的状况发生较多，所以这种充电机制在电动汽车中有更大的吸引力。

发明内容

本发明的目的在于解决锂离子电池串充电均衡问题，提供一种电池主动均衡电路，运用反激式开关电源电路，采用电感作为储能元件，通过开关信号，由锂离子电池组整体向单体电池进行充电均衡。

为达到上述目的，本发明的构思是：通过检测模块来检测每节锂电池的电池电压，将检测到的信号传递给控制芯片，根据接收到的信号控制芯片会产生PWM信号来控制开关管的开通或者关断，从而通过均衡电路使锂电池工作在正常电压范围内。***连接框图如图1所示，整个***由中央控制单元，均衡模块，监控模块以及电池组组成，每4个电池组成一个电池串，通过监控模块和均衡模块对电池管理充放电，组成一个电池管理模块，N个电池管理模块又构成一个电池管理***，每个电池管理模块之间通过CAN总线通信，最总将数据传递给中央控制单元，中央控制单元控制整个电池管理***的运行。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种电池主动均衡电路，其特征在于：由四个并行均衡电路单元组成，每个均衡电路单元由反激式开关电源电路连接驱动电路和吸收电路构成；其中：

所述的反激式开关电源电路中的一个变压器T1初级线圈分别连接串联电池电压总线P+和地，该反激式开关电源电路输出端连接单体电池，所述反激式开关电源的一个开关管Q2输入端连接驱动电路的输出端。

所述的驱动电路的输入端连接微控制器提供的PWM信号，该驱动电路的输出端连接所述反激式开关电源电路中开关管Q2的基极。

所述的反激式开关电源电路，其特征在于由变压器T1、开关管Q2、电容C5以及电阻R6组成，初级线圈L1异名端与开关管Q2相连，同名端和串联电池电压总线P+相连；次级线圈L2异名端连接二极管D2正极，异名端连接负载电容C3的一端，二极管D2的负极与负载电容C3一端相连；开关管一端接地，另一端与初级线圈L1异名端相连；电容C5连接串联电池电压总线和地；电阻R6一端连接开关管Q2的基极，另一端接地。

所述的反激式开关电源电路，其特征在于利用线圈来储存能量，转移能量，这种结构使得输入输出电气隔离、电压升降范围宽、可靠性高、易于多路输出。

所述的反激式开关电源电路，其特征在于开关管导通期间，能量储存在初级线圈中，开关管关断期间，能量转移到次级线圈，通过电容存储能量，向负载供电。

所述的反激式开关电源电路，其特征在于初级线圈向次级线圈能量转移过程中，会发生漏感现象，所以，在线圈初级和次级都引入了所述的吸收电路。

所述的反激式开关电源电路，其特征在于次级线圈输出端连接了滤波电容，使电压保持稳定，对单体锂电池充电。

所述的反激式开关电源电路，其特征在于使用了NMOS管作为开关管，通过控制开关管的导通与关断来储存或者转移能量，能够对电池进行主动均衡，防止过压或者欠压发生。

所述的吸收电路，其特征在于由二极管D1、电容C1、电阻R2和电阻R1组成，二极管正极连接初级线圈L1的异名端，负极连接电阻R1和R2的一端，电容C1一端连接电阻R2另一端连接电阻R1，电阻R2一端连接二极管负极，另一端连接电容C1，电阻R1一端连接二极管负极，另一端连接电容C1。

所述的吸收电路，其特征在于消耗初级线圈的漏感这部分能量，避免其影响其它电路正常工作，当开关管关断时，漏感释放，二极管D1导通，电容C1充电，然后二极管D1截止，电容C通过电阻R1和R2放电。

所述的驱动电路，其特征在于有点PNP管Q3、NPN三极管Q1、电阻R4、电阻R5和电容C4组成，三极管Q1集电极连接5V电源线，发射极与Q3发射极相连，基极连接电阻R4、R5一端相连;三极管Q3发射极与Q1发射极相连，集电极接地，基极与电阻R4、R5一端相连；电阻R4一端连接R5、三极管Q1、Q3的基极，另一端连接PWM信号线；电阻R5一端与R4、三极管Q1、Q3基极相连，另一端与三极管Q1、Q3发射极相连。

所述的驱动电路，其特征在于结构简单，开关速度快，驱动能力强，使得开关管在PWM低压信号下能够正常导通。当PWM输出为高电平时，三极管NPN导通，三极管PNP截至，NMOS开关管导通，驱动电压由5V提供，加大驱动能力；PWM输出为低电平时，三极管NPN截至，NMOS开关管关断。

本发明与现有技术相比较，具有如下实质性特点和显著性优点：

1.与以往的均衡电路不同，初级线圈并联的均衡电路电感之间不会相互影响，电路可靠性更高，性能更好。

2.通过监测电路来传输锂电池信号给控制芯片来控制整个均衡电路，易于实施，控制简单。

3.所述均衡电路，通过整个电池组电压给某节锂电池进行均衡充电，均衡效率较高。

4.所述均衡电路，不会过多损耗锂电池串的能量，主动均衡即自动将能量转移到欠压的单节电池中。

附图说明

附图1电池管理***连接框图。

附图2 电池组主动充电均衡模块框图。

附图3 充电均衡单元电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

如图2所示，电池主动均衡电路由四个并行均衡电路单元组成，每个单元包括：反激式开关电源电路（1），驱动电路（3），吸收电路（2），如图3所示，其中：所述的反激式开关电源电路（1）的初级线圈L1分别连接串联电池电压总线P+和地，该反激式开关电源电路（1）输出端连接单体电池，所述反激式开关电源（1）的开关管Q2输入端连接驱动电路（3）的输出端。

所述的驱动电（3）的输入端连接微控制器提供的PWM信号，该驱动电路（3）的输出端连接所述NMOS开关管Q2的基极。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述的反激式开关电源电路（1），其特征在于由变压器T1、开关管Q2、电容C5以及电阻R6组成，初级线圈L1异名端与开关管Q2相连，同名端和串联电池电压总线P+相连；次级线圈L2异名端连接二极管D2正极，异名端连接负载电容C3的一端，二极管D2的负极与负载电容C3一端相连；开关管一端接地，另一端与初级线圈L1异名端相连；电容C5连接串联电池电压总线和地；电阻R6一端连接开关管Q2的基极，另一端接地。

所述的反激式开关电源电路（1）利用线圈来储存能量，转移能量，这种结构使得输入输出电气隔离、电压升降范围宽、可靠性高、易于多路输出。

所述的反激式开关电源电路（1）中，开关管导通期间，能量储存在初级线圈中，开关管关断期间，能量转移到次级线圈，通过电容存储能量，向负载供电。

所述的反激式开关电源电路（1）中，初级线圈L1向次级线圈能量转移过程中，会发生漏感现象，所以，在线圈初级和次级都引入了所述的吸收电路。

所述的反激式开关电源电路（1）中，次级线圈L2输出端连接了滤波电容，使电压保持稳定，对单体锂电池充电。

所述的反激式开关电源电路（1）中，使用了NMOS管作为开关管，通过控制开关管的导通与关断来储存或者转移能量，能够对电池进行主动均衡，防止过压或者欠压发生。

反激式开关电源电路组成的充电均衡电路的工作原理：

通过监测电路对四节锂电池的单体电池电压进行测量，所得信号通过ADC传到控制芯片，控制芯片对信号进行分析处理，输出PWM信号，控制均衡电路，决定对某节锂电池的充电与否，当PWM输出高电平时，初级线圈储存能量，当PWM输出为低电平时，能量有初级线圈转移到次级线圈，来对单节锂电池进行充电，实现了对单节锂电池的主动均衡。

实施例三：

本实施例与实施例二基本相同，特别之处是：

所述吸收电路（2）由二极管D1、电容C1、电阻R2和电阻R1组成，二极管正极连接初级线圈L1的异名端，负极连接电阻R1和R2的一端，电容C1一端连接电阻R2另一端连接电阻R1，电阻R2一端连接二极管负极，另一端连接电容C1，电阻R1一端连接二极管负极，另一端连接电容C1；当开关管Q2关断时，漏感释放，二极管D1导通，电容C1充电，然后二极管D1截止，电容C通过电阻R1和R2放电。

实施例四：

本实施例与实施例三基本相同，其特别之处是：

所述驱动电路由PNP三极管Q3、NPN三极管Q1、电阻R4、电阻R5和电容C4组成，三极管Q1集电极连接5V电源线，发射极与Q3发射极相连，基极连接电阻R4、R5一端相连;三极管Q3发射极与Q1发射极相连，集电极接地，基极与电阻R4、R5一端相连；电阻R4一端连接R5、三极管Q1、Q3的基极，另一端连接PWM信号线；电阻R5一端与R4、三极管Q1、Q3基极相连，另一端与三极管Q1、Q3发射极相连；当PWM输出为高电平时，三极管NPN导通，三极管PNP截至，NMOS开关管导通，驱动电压由5V提供，加大驱动能力；PWM输出为低电平时，三极管NPN截至，NMOS开关管关断。

上述实例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电池主动均衡电路，其特征在于：由四个并行均衡电路单元组成，每个均衡电路单元由反激式开关电源电路（1）连接驱动电路（3）和吸收电路（2）构成；其中：

所述的反激式开关电源电路（1）中的一个变压器T1初级线圈分别连接串联电池电压总线P+和地，该反激式开关电源电路输出端连接单体电池，所述反激式开关电源（1）的一个开关管Q2输入端连接驱动电路的输出端；

所述的驱动电路（3）的输入端连接微控制器提供的PWM信号，该驱动电路的输出端连接所述反激式开关电源电路（1）中开关管Q2的基极。

2.根据权利要求1所述的电池主动均衡电路，其特征在于：所述反激式开关电源电路（1）由变压器T1、开关管Q2、电容C5以及电阻R6组成，初级线圈L1异名端与开关管Q2相连，同名端和串联电池电压总线P+相连；次级线圈L2异名端连接二极管D2正极，异名端连接负载电容C3的一端，二极管D2的负极与负载电容C3一端相连；开关管Q2一端接地，另一端与初级线圈L1异名端相连；电容C5连接串联电池电压总线和地；电阻R6一端连接开关管Q2的基极，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的电池主动均衡电路，其特征在于：所述吸收电路由二极管D1、电容C1、电阻R2和电阻R1组成，二极管正极连接初级线圈L1的异名端，负极连接电阻R1和R2的一端，电容C1一端连接电阻R2另一端连接电阻R1，电阻R2一端连接二极管负极，另一端连接电容C1，电阻R1一端连接二极管负极，另一端连接电容C1；当开关管Q2关断时，漏感释放，二极管D1导通，电容C1充电，然后二极管D1截止，电容C通过电阻R1和R2放电。

4.根据权利要求1所述的电池主动均衡电路，其特征在于：所述驱动电路由PNP三极管Q3、NPN三极管Q1、电阻R4、电阻R5和电容C4组成，三极管Q1集电极连接5V电源线，发射极与Q3发射极相连，基极连接电阻R4、R5一端相连;三极管Q3发射极与Q1发射极相连，集电极接地，基极与电阻R4、R5一端相连；电阻R4一端连接R5、三极管Q1、Q3的基极，另一端连接PWM信号线；电阻R5一端与R4、三极管Q1、Q3基极相连，另一端与三极管Q1、Q3发射极相连；当PWM输出为高电平时，三极管NPN导通，三极管PNP截至，NMOS开关管导通，驱动电压由5V提供，加大驱动能力；PWM输出为低电平时，三极管NPN截至，NMOS开关管关断。