CN104734308A - 一种蓄电池组在线均充控制电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池组在线均充控制电路及控制方法，该电路每个单体蓄电池的正、负极各通过一个MOSFET场效应管与直流母线L1或直流母线L2连接，MOSFET场效应管还通过驱动电路与寄存器的输出端连接，寄存器的输入端与所述主控芯片MCU连接；直流母线L1、L2分别连接有线性光耦、减法器连接、A/D转换电路以及主控芯片MCU，直流母线L1与直流母线L2之间还设有DC/DC转换电路。本发明利用单体电池端电压检测电路与均充电路共用直流母线，能实现蓄电池组在线均充功能，减少MCU的IO端口使用数量，且减少了多路开关对电压信号的影响，并降低现有均充控制电路硬件成本，减少控制板占用面积。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其涉及电动汽车以及电网储能的一种电池组管理控制领域的蓄电池组在线均充控制电路及控制方法。
背景技术
目前，蓄电池被广泛的应用于工业生产和人们生活的各个领域，尤其是电动汽车以及电网储能的一种蓄电池组在线均充控制技术。为了得到高功率、高电压，必须将电池串并联使用，但各个电池单体的参数不一致，导致了电池充放电性能的不一致。为了使得各个单体电池充放电的容量趋于一致，延长电池组使用寿命，需要对每个单体电池进行管理，而管理的核心是如何对单体电池电压进行在线检测并实现单体电池之间的互充，由于电动汽车或电网储能串联的电池很多，电压较高，目前均采用单独的检测电路与单独的均充控制电路，造成控制板使用元件多，成本高，占用面积大。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种将蓄电池组中单体电池电压检测电路与均充控制电路尽量共用元件，降低硬件成本，减小电路板占用面积的蓄电池组在线均充控制电路及控制方法。
技术方案：本发明所述的一种蓄电池组在线均充控制电路，包括由若干蓄电池串联组成的蓄电池组，直流母线L1、L2，若干MOSFET场效应管，驱动电路，寄存器，DC/DC转换电路，线性光耦，减法器，A/D转换电路以及主控芯片MCU，所述每个单体蓄电池的正、负极各通过一个MOSFET场效应管与直流母线L1或直流母线L2连接，所述MOSFET场效应管还通过驱动电路与所述寄存器的输出端连接，所述寄存器的输入端与所述主控芯片MCU连接；所述直流母线L1、L2分别通过线性光耦与所述减法器连接，所述减法器输出通过，A/D转换电路与所述主控芯片MCU连接，所述直流母线L1与直流母线L2之间还设有DC/DC转换电路。
作为优化，所述每个单体蓄电池的正、负极分别与所述MOSFET场效应管的源极连接，所述述MOSFET场效应管的漏极与直流母线L1或直流母线L2连接。
作为优化，所述MOSFET场效应管的漏极与所述驱动电路连接。
作为优化，所述驱动电路包括八组对应八个MOSFET管的驱动电路，每组驱动电路包括开通驱动与关断驱动两部分，均采用光耦隔离放大电路与寄存器连接。
作为优化，所述寄存器采用74LS595芯片。
作为优化，所述寄存器的串行数据输入端、移位时钟控制端和输出锁存器控制端与主控芯片MCU的三个管脚相连。
作为优化，所述主控芯片MCU采用单片机组成的最小电路构成，包括电源电路、时钟电路和复位电路。主控芯片MCU任意三个IO口即可控制一片74ls595。在蓄电池组单体电池较多时，可多个74LS595共用IO口控制其串行数据输入端、移位时钟控制端和输出锁存器控制端，每个芯片的使能端单独用一个IO口控制,节省IO口使用数量。
本发明还公开了一种蓄电池组在线均充控制电路的控制方法，该控制方法包括电池端电压检测以及均衡充电两种工作模式：
电池端电压检测：将某一单体电池正负极所连接到直流母线L1、L2的MOSFET管打开，其他MOSFET管关断，停止DC/DC电路工作，即可进行单体电池端电压检测；
均衡充电：将一组电池中端电压最高的单体电池正极所连接到直流母线L1的MOSFET管打开，端电压最低的单体电池正极所连接到直流母线L2的MOSFET管打开，其他MOSFET管关断，开启DC/DC电路工作，即可进行两节单体电池之间的均衡充电，可在线均充，不影响电池组对外供电或外部对电池组充电；
上述两种工作模式的具体控制过程包括如下步骤：
（1）开始先向寄存器发送0X03指令；
（2）检测第一节电池电压， 然后将发送的数据变量左移一位，检测第二电池电压，以此类推，直至改组电池电压全部检测完毕；
（3）主控芯片MCU比较出电压最高电池与电压最低电池，并发送相应数据值给寄存器；
（4）寄存器打开相应的MOSFET场效应管，并将最高电压电池连接至直流母线L1，最低电压电池连接至直流母线L2；
（5）通过DC/DC转换电路调节电压后实现在线均充。
有益效果：本发明利用单体电池端电压检测电路与均充电路共用直流母线，采用74LS595替代多路开关，能实现蓄电池组在线均充功能，减少MCU的IO端口使用数量，且检测蓄电池电压时，使用MOSFET管连接至直流母线，不经过多路开关，减少了多路开关对电压信号的影响，并降低现有均充控制电路硬件成本，减少控制板占用面积。
附图说明
图1为本发明的控制电路原理图；
图2为现有技术的蓄电池均充控制电路框图；
图3为本发明检测、均充控制子程序流程图。
具体实施方式
如图1所示的一种蓄电池组在线均充控制电路，包括由若干蓄电池（Bn,Bn+1…）串联组成的蓄电池组，直流母线L1、L2，若干MOSFET场效应管(Qm,Qm+1…)，驱动电路，寄存器74LS595，DC/DC转换电路，线性光耦，减法器，A/D转换电路以及主控芯片MCU，所述每个单体蓄电池的正、负极各通过一个MOSFET场效应管与直流母线L1或直流母线L2连接，所述MOSFET场效应管还通过驱动电路与所述寄存器的输出端连接，所述寄存器的输入端与所述主控芯片MCU连接；所述直流母线L1、L2分别通过线性光耦与所述减法器连接，所述减法器输出通过，A/D转换电路与所述主控芯片MCU连接，所述直流母线L1与直流母线L2之间还设有DC/DC转换电路。
作为上述技术方案的进一步优化，所述每个单体蓄电池的正、负极分别与所述MOSFET场效应管的源极连接，所述述MOSFET场效应管的漏极与直流母线L1或直流母线L2连接。每八个MOSFET场效应管的漏极与所述驱动电路连接。所述驱动电路包括八组对应八个MOSFET管的驱动电路，每组驱动电路包括开通驱动与关断驱动两部分，均采用光耦隔离放大电路与74LS595之间的连接。所述寄存器的串行数据输入端、移位时钟控制端和输出锁存器控制端与主控芯片MCU的三个管脚相连。所述主控芯片MCU可采用任意型号单片机组成的最小电路构成，包括电源电路、时钟电路和复位电路。主控芯片MCU任意三个IO口即可控制一片74ls595。在蓄电池组单体电池较多时，可多个74LS595共用IO口控制其串行数据输入端、移位时钟控制端和输出锁存器控制端，每个芯片的使能端单独用一个IO口控制,节省IO口使用数量。
图2为现有技术使用的蓄电池均充控制电路框图。如图所示，蓄电池正负极将信号送至多路开关，由多路开关选择性将某一单体电池电压信号经减法器送至AD转换电路，由AD转换电路转换后送至MCU读取检测电池电压。找出最高电压电池与最低电压电池后，MCU通过另一多路开关，控制相应的MOSFET管，将两电池经直流母线L1、L2、DC/DC电路进行均充。
相比较于图2，图1中本发明采用74LS595控制MOSFET，选择将某一电池端电压信号送至直流母线L1、L2，直流母线将信号经线性光耦送至减法器，再经AD转换送至MCU检测电池电压。通过测量多个电池电压，比较出最高电压电池与最低电压电池，将二者正极端所连接MOSFET打开，最高电压电池连接至L1，最低电压电池连接至L2，通过DC/DC电路调节电压后实现在线均充。
图3为本发明检测、均充控制子程序流程图。本发明的蓄电池组在线均充控制电路的控制方法，该控制方法包括电池端电压检测以及均衡充电两种工作模式：
电池端电压检测：将某一单体电池正负极所连接到直流母线L1、L2的MOSFET管打开，其他MOSFET管关断，停止DC/DC电路工作，即可进行单体电池端电压检测；
均衡充电：将一组电池中端电压最高的单体电池正极所连接到直流母线L1的MOSFET管打开，端电压最低的单体电池正极所连接到直流母线L2的MOSFET管打开，其他MOSFET管关断，开启DC/DC电路工作，即可进行两节单体电池之间的均衡充电，可在线均充，不影响电池组对外供电或外部对电池组充电；
上述两种工作模式的具体控制过程如图3包括如下步骤：
（1）开始先向寄存器发送0X03指令；
（2）检测第一节电池电压， 然后将发送的数据变量左移一位，检测第二电池电压，以此类推，直至改组电池电压全部检测完毕；
（3）主控芯片MCU比较出电压最高电池与电压最低电池，并发送相应数据值给寄存器；
（4）寄存器打开相应的MOSFET场效应管，并将最高电压电池连接至直流母线L1，最低电压电池连接至直流母线L2；
（5）通过DC/DC转换电路调节电压后实现在线均充。
本发明将蓄电池的正负极分别接在直流母线L1和L2上，L1、L2之间通过可控制通断的DC/DC电路相连。该电路既可检测单体蓄电池端电压，又可进行均衡充电。采用75LS595控制MOSFET管通断，将信号引入直流母线，再由直流母线将电能信号送入减法器、AD转换电路和主控芯片MCU进行检测。无需经过多路开关，直接将蓄电池端电压信号经MOSFET送至直流母线，由直流母线将电压信号经线性光耦、减法器送至AD转换电路，减小了多路开关对电压信号的影响。
本发明利用单体电池端电压检测电路与均充电路共用直流母线，采用74LS595替代多路开关，能实现蓄电池组在线均充功能，减少MCU的IO端口使用数量，且检测蓄电池电压时，使用MOSFET管连接至直流母线，不经过多路开关，减少了多路开关对电压信号的影响，并降低现有均充控制电路硬件成本，减少控制板占用面积。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种蓄电池组在线均充控制电路，其特征在于：包括由若干蓄电池串联组成的蓄电池组，直流母线L1、L2，若干MOSFET场效应管，驱动电路，寄存器，DC/DC转换电路，线性光耦，减法器，A/D转换电路以及主控芯片MCU，所述每个单体蓄电池的正、负极各通过一个MOSFET场效应管与直流母线L1或直流母线L2连接，所述MOSFET场效应管还通过驱动电路与所述寄存器的输出端连接，所述寄存器的输入端与所述主控芯片MCU连接；所述直流母线L1、L2分别通过线性光耦与所述减法器连接，所述减法器输出通过，A/D转换电路与所述主控芯片MCU连接，所述直流母线L1与直流母线L2之间还设有DC/DC转换电路。
2.根据权利要求1所述的一种蓄电池组在线均充控制电路，其特征在于：所述每个单体蓄电池的正、负极分别与所述MOSFET场效应管的源极连接，所述述MOSFET场效应管的漏极与直流母线L1或直流母线L2连接。
3.根据权利要求1所述的一种蓄电池组在线均充控制电路，其特征在于：所述MOSFET场效应管的漏极与所述驱动电路连接。
4.根据权利要求1或3所述的一种蓄电池组在线均充控制电路，其特征在于：所述驱动电路包括八组对应八个MOSFET管的驱动电路，每组驱动电路包括开通驱动与关断驱动两部分，均采用光耦隔离放大电路与寄存器连接。
5.据权利要求1所述的一种蓄电池组在线均充控制电路，其特征在于：所述寄存器采用74LS595芯片。
6.据权利要求1或5所述的一种蓄电池组在线均充控制电路，其特征在于：所述寄存器的串行数据输入端、移位时钟控制端和输出锁存器控制端与主控芯片MCU的三个管脚相连。
7.据权利要求1所述的一种蓄电池组在线均充控制电路，其特征在于：所述主控芯片MCU采用单片机组成的最小电路构成，包括电源电路、时钟电路和复位电路。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种蓄电池组在线均充控制电路的控制方法，其特征在于：该控制方法包括电池端电压检测以及均衡充电两种工作模式：
电池端电压检测：将某一单体电池正负极所连接到直流母线L1、L2的MOSFET管打开，其他MOSFET管关断，停止DC/DC电路工作，即可进行单体电池端电压检测；
均衡充电：将一组电池中端电压最高的单体电池正极所连接到直流母线L1的MOSFET管打开，端电压最低的单体电池正极所连接到直流母线L2的MOSFET管打开，其他MOSFET管关断，开启DC/DC电路工作，即可进行两节单体电池之间的均衡充电，可在线均充，不影响电池组对外供电或外部对电池组充电；
上述两种工作模式的具体控制过程包括如下步骤：
（1）开始先向寄存器发送0X03指令；
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（3）主控芯片MCU比较出电压最高电池与电压最低电池，并发送相应数据值给寄存器；
（4）寄存器打开相应的MOSFET场效应管，并将最高电压电池连接至直流母线L1，最低电压电池连接至直流母线L2；
（5）通过DC/DC转换电路调节电压后实现在线均充。
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