CN103972946A - 一种电池能量均衡电路及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池能量均衡电路及其使用方法，涉及电池技术领域。包括电池***、差分放大驱动模块和均衡模块；电池***分别与差分放大驱动模块和均衡模块连接构成闭合回路，差分放大驱动模块的输出端连接均衡模块的输入端。本发明所要解决的技术问题是提供一种低功耗、均衡时间长、效果明显的压差式电池能量均衡电路。

Description

一种电池能量均衡电路及其使用方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体地说涉及一种电池能量均衡电路。

背景技术

由于可充电电池具有较好的性价比而广泛地应用于各个类电子产品之中。然而，不论是锂充电电池、铅酸充电电池还是镍氢充电电池，由于工艺条件的限制，使得每个电池之间存在一定的差异，而且对于串联使用的电池组来说，随着串联电池组充放电次数的增加，串联电池组中每个电池的老化程度以及温度不同，使得各个电池的状态可能各个不相同，导致各个电池之间的电压差逐渐增加，从而导致各个电池之间出现电量不均衡现象，使得该串联电池组的寿命缩短。而且，当各个电池之间的电量不均衡达到一定程度时，电量最小的电池上产生的极性反向现象会对该串联电池组造成永久性的损坏。

针对上述问题，现有技术提出了应用于串联电池组的电池均衡器，其工作原理为 ：采集串联电池组中各个电池的电压，然后将高电压的电池的能量通过储能单元转移到低电压的电池中，进而实现两个或更多电池之间电量的均衡。但是，这种电池均衡器不易控制，还存在均衡精度均不高、均衡速度不快和成本高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种均衡精度高的压差式电池能量均衡电路。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种电池能量均衡电路，包括电池***、差分放大驱动模块和均衡模块；电池***分别与差分放大驱动模块、均衡模块连接构成闭合回路，差分放大驱动模块的输出端连接均衡模块的输入端。

优选的，所述电池***为两节以上直流电池串联构成的直流电池组，直流电池组的一端接地，另一端负载输出，各直流电池间均引导线连接至差分放大驱动模块。

优选的，所述差分放大驱动模块包括串联在直流电池组两端的匹配电阻和连接在直流电池间的运算放大器，运算放大器外设基本***电路，运算放大器一个输入端采集直流电池间压差，另一输入端采集匹配电阻间的压差，运算放大器的输出端连接均衡模块。

优选的，所述匹配电阻的数量等于直流电池的数量。

优选的，所述匹配电阻的大小相同。

优选的，所述均衡模块包括与电池组高电压端串联的负载电阻和低电压端串联的负载电阻；负载电阻分别串联一个三极管，三极管之间基极串联；三极管基极串联产生的线路引导线一端连接运算放大器的输出端，另一端连接运算放大器测量直流电池间压差的输入端。

本发明还公开了一种根据权利要求1-6中任意一条所述的电池能量均衡电路的使用方法，其特征在于包含如下步骤：

1）电池***与负载电阻组成闭合回路分压产生Vref信号；

2）Vref信号通过运算放大器和匹配电阻构成的线性放大器产生输出信号；

3）直流电池组的某端电压值高过其他端电压时，与其对应连接的三极管导通；

4）与导通三极管对应连接的负载电阻和电池***通过其构成的闭合电路进行电压势能均衡。

本发明的有益效果是：通过均衡模块对电池进行均衡控制，差分放大驱动模块把电池两端的压差转化为线性驱动的电路模块，克服了一般均衡电路将高电压的电池的能量通过储能单元转移到低电压的电池中导致的电池均衡器不易控制、均衡精度不高、均衡速度不快等问题，使均衡时间更长，均衡效果明显，低功耗的运放电路节约了电路消耗，延长了电池的使用寿命。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步描述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成本发明保护范围的限定。

图1为本发明一种电池能量均衡电路的结构示意图；

其中：1.电池***、2.差分放大驱动模块、3.均衡模块。

下面结合附图1详细说明本发明的优选实施方式：一种电池能量均衡电路，包括电池***1、差分放大驱动模块2和均衡模块3；电池***1分别与差分放大驱动模块2和均衡模块3连接构成闭合回路，差分放大驱动模块2的输出端连接均衡模块3的输入端。

电池***1为直流锂电池CELL1、CELL2串联构成的直流电池组，直流电池组的一端接地，一端负载输出，CELL1、CELL2的串联连线上均引导线连接至差分放大驱动模块2。

差分放大驱动模块2包括串联在直流电池组两端的匹配电阻R1/R2和连接在直流电池间的运算放大器U1，运算放大器U1外设R3、R4构成基本***电路，R3/R4=1：100,运算放大器U1一个输入端采集直流电池V1/V2间压差，另一输入端采集匹配电阻R1/R2间的压差，运算放大器U1的输出端连接均衡模块。匹配电阻R1/R2的数量等于直流电池U1/U2的数量，匹配电阻R1/R2的大小相同。这样，差分放大驱动模块2就将电池两端的压差转化为线性驱动，克服了一般均衡电路简单的将高电压的电池的能量通过储能单元转移到低电压的电池中而导致的电池均衡器不易控制、均衡精度不高、均衡速度不快等问题。差分放大驱模块中线性放大器的选择使用节约了电路中的功耗，延长了电池的使用寿命。

均衡模块3包括分别与电池组高电压端和低电压端串联的负载电阻R5/R6，负载电阻串接三极管Q1/Q2，三极管之间采用基极串联的方式连接，基极串联线路引导线连接差分放大驱动模块U1，这样均衡控制模块对电池V1、V2进行均衡控制。均衡模块中三极管的使用，可以控制均衡模块对电路进行均衡，从而使整个电路的均衡效果更加直接、明显。

本发明还公开了一种电池能量均衡电路使用方法，包含如下步骤：电池组的电压V2通过电阻R1\R2分压产生Vref信号，通过低功耗运放U1和R3\R4网络产生线性放大的输出信号，当V2>V1时，输出为高，Q1导通，由R5\Q1构成均衡***。当V2<V1时，输出为低，Q2导通，由R6\Q2构成均衡***。

Vcell2 = V2-V1

Vcell1 = V1- V0

当Vcell2 = Vcell1时，Vout=0

当Vcell2 > Vcell1时，V1< Vref，Vout=H(接近V2)，Q1通，均衡工作，Q2截至，上部均衡。

当Vcell2 < Vcell1时，V1 > Vref, Vout=L(接近V0)，Q2通，Q1截至，下部均衡。

假设两直流电池间的压差为20mv，R1=R2=500KΩ，R4=100R3=10MΩ时，依据电路间的运算公式，得出Vout>2伏（20mv×100=2V）。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电池能量均衡电路，其特征在于：包括电池***、差分放大驱动模块和均衡模块；电池***分别与差分放大驱动模块、均衡模块连接构成闭合回路，差分放大驱动模块的输出端连接均衡模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种电池能量均衡电路，其特征在于：所述电池***为两节以上直流电池串联构成的直流电池组，直流电池组的一端接地，另一端负载输出，各直流电池间均引导线连接至差分放大驱动模块。

3.根据权利要求1所述的一种电池能量均衡电路，其特征在于：所述差分放大驱动模块包括串联在直流电池组两端的匹配电阻和连接在直流电池间的运算放大器，运算放大器外设基本***电路，运算放大器一个输入端采集直流电池间压差，另一输入端采集匹配电阻间的压差，运算放大器的输出端连接均衡模块。

4.根据权利要求3所述的一种电池能量均衡电路，其特征在于：所述匹配电阻的数量等于直流电池的数量。

5.根据权利要求3所述的一种电池能量均衡电路，其特征在于：所述匹配电阻的大小相同。

6.根据权利要求1所述的一种电池能量均衡电路，其特征在于：所述均衡模块包括与电池组高电压端串联的负载电阻和低电压端串联的负载电阻；负载电阻分别串联一个三极管，三极管之间基极串联；三极管基极串联产生的线路引导线一端连接运算放大器的输出端，另一端连接运算放大器测量直流电池间压差的输入端。

7.一种根据权利要求1-6中任意一条所述的电池能量均衡电路的使用方法，其特征在于包含如下步骤：

1）电池***与负载电阻组成闭合回路分压产生Vref信号；

2）Vref信号通过运算放大器和匹配电阻构成的线性放大器产生输出信号；

3）直流电池组的某端电压值高过其他端电压时，与该直流电池组对应连接的三极管导通；

4）与导通三极管对应连接的负载电阻和电池***通过其构成的闭合电路进行电压势能均衡。