CN105789715A - 一种共用开关阵列的电池采样均衡电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种共用开关阵列的电池采样均衡电路。它包括：电池组，飞电容采样电路，反激式均衡电路和开关阵列；反激式均衡电路原边同名端接电池组高电压端，异名端通过MOS管Q接地；反激式均衡电路副边通过开关S3、S4连接到开关阵列上；飞电容采样电路电容C1一端连接到开关阵列上，另一端通过开关S1，S2连接到ADC上；本发明能实现飞电容采样电路和反激式均衡电路开关阵列分时复用，减少电路开关数量、控制逻辑复杂度及制造成本。

Description

一种共用开关阵列的电池采样均衡电路

技术领域

本发明型涉及电池管理***领域，尤其涉及一种共用开关阵列的电池采样均衡电路，实现了飞电容采样电路和反激式均衡电路开关阵列分时复用，减少了电路开关数量及制造成本，降低了控制逻辑复杂度。

背景技术

随着世界经济的飞速发展和人民生活水平的日益提高，全世界汽车保有量正在日益增多，汽车数量的急剧增加带来了严重的环境问题；研究表明，近几年来大气污染物中，73.5％的碳氢化合物、63.4％的一氧化碳和46％的氮氧化合物来自于汽车尾气。

鉴于严重的环境问题和能源危机，世界各国正在大力调整能源结构，新能源汽车正是能源结构调整重要的领域之一。新能源电动汽车的发展面临着三大关键技术难题：整车控制器、电机控制器和电池管理***；电压检测和电池均衡是电池管理***中重要的两个研究领域，但目前通用解决方案是，采用飞电容采样来实现电压采集功能，采用主动均衡实现电池均衡，如凌特尔特公司的LTC3300芯片能够实现电池组进行基于变压器的双向主动电荷平衡。

这些方案虽然能够解决电池组采样均衡功能，但是这些芯片及***电路成本很高，同时采样电路和均衡电路开关阵列数量庞大，不利于低成本实现和控制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种共用开关阵列的电池采样均衡电路，减少了电池管理***开关数量，降低了制造成本。

为达到以上目的，本发明采用下述技术方案：

一种共用开关阵列的电池采样均衡电路，包括电池组，飞电容采样电路，反激式均衡电路和开关阵列，反激式均衡电路原边同名端接电池组高电压端，异名端通过MOS管Q接地；反激式均衡电路副边通过开关S3、S4连接到开关阵列上；飞电容采样电路电容C1一端连接到开关阵列上，另一端通过开关S1，S2连接到ADC上。

进一步地，所述的开关阵列包括开关K₁--K_2n，开关阵列中开关K_2m-1，K_2m；m<＝n左侧连接到电池单元Bm上，右侧连接到采样电容C1上；开关阵列由MCU输出信号控制。

进一步地，所述的飞电容采样电路电容C1一端连接到开关S1上，另一端连接到开关S2上；开关S1另一端连接到ADC负极，开关S2另一端连接到ADC正极。

进一步地，所述的反激式均衡电路变压器M副边异名端连接到二极管D1一端，二极管D1另一端连接到均衡电容C2一端，均衡电容C2另一端连接到变压器M副边同名端上；均衡电容C2一端连接到均衡开关S3上，另一端连接到均衡开关S4上；均衡开关S3、S4另一端连接到开关阵列上。反激式均衡电路原边MOS管Q漏极接到变压器M原边同名端上，源极接地，栅极接PWM波输入。

由于电池在均衡过程中，某些电池单元会有补偿电流流过，而其他电池没有，如果在均衡时进行电压采样，补偿电流在电池内阻上的电压将严重影响采样精度，因此，在电池管理***工作过程中，电池采样和电池均衡在时间上必须分开进行。本发明就是利用电池采样、电池均衡不能同时进行的特点，将开关阵列分时给二者使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过开关阵列的复用，飞电容采样和电池均衡共用一组开关阵列，大大减少了开关数量，减轻了软件控制复杂度，减小了电路面积及制造成本。

附图说明

图1为本发明使用的一种共用开关阵列的电池采样均衡电路的每节电池双开关的开关阵列电路图；图2为本发明使用的一种共用开关阵列的电池采样均衡电路的每节电池单开关和极性选择开关阵列电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明。

实施例一：

参见图1，一种共用开关阵列的电池采样均衡电路，包括电池组1，飞电容采样电路2，反激式均衡电路3和开关阵列4，所述反激式均衡电路3原边同名端接电池组1高电压端，异名端通过MOS管Q接地；反激式均衡电路3副边通过开关S3、S4连接到开关阵列4上；所述飞电容采样电路2电容C1一端连接到开关阵列4上，另一端通过开关S1，S2连接到ADC上。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：

所述的开关阵列4包括开关K₁--K_2n，开关阵列4中开关K_2m-1和K_2m，m<＝n，左侧连接到电池单元Bm上，右侧连接到采样电容C1上。

实施例三：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：

所述的飞电容采样电路2电容C1一端连接到开关S1上，另一端连接到开关S2上；开关S1另一端连接到ADC负极，开关S2另一端连接到ADC正极。

实施例四：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：

所述的反激式均衡电路3变压器M副边异名端连接到二极管D1一端，二极管D1另一端连接到均衡电容C2一端，均衡电容C2另一端连接到变压器M副边同名端上；均衡电容C2一端连接到均衡开关S3上，另一端连接到均衡开关S4上；均衡开关S3、S4另一端连接到开关阵列4上；反激式均衡电路3原边MOS管Q漏极接到变压器M原边同名端上，源极接地，栅极接PWM波输入。

实施例五：

本实施例与实施例二基本相同，特别之处是：

参见图1，示出了一种共用开关阵列的电池采样均衡电路；当进行电池电压采样时，首先，断开均衡开关S3、S4，断开开关阵列所有开关K₁--K_2n，断开采样开关S1、S2；其次，闭合开关K₁、K₂一段时间T1(T1为电容C1充电时间)；再次，断开采样开关K₁、K₂，闭合开关S1、S2；最后，驱动ADC对电容C1进行采样计算，完成电池单元B1的电压采样；重复以上步骤，完成对所有电池单元的电压采样。当进行电池均衡时，首先，断开采样开关S1、S2，断开开关阵列所有开关K₁--K_2n，断开均衡开关S3、S4；其次，根据电压采样结果，对电压最低电池Bi进行能量补充，闭合开关K_2i-1，K_2i，闭合均衡开关S3、S4；最后，启动反激式均衡电路，保持上述开关状态一段时间T2(T2为均衡时间)，完成电池均衡操作。

参见图1，示出了一种每节电池单开关极性选择开关阵列电路图；相比图1，开关阵列4中电池选择开关为K₁--K_n+1；S1--S4为电压采样极性选择开关，用来保持电池对电容充电时，保持电压上正下负；S5--S8为电池均衡极性选择开关，用来保证均衡电流从电池正向流入。当电池进行电压采样时，首先，断开开关阵列所有开关(K₁--K_n+1，S1--S8)；其次，闭合电池选择开关K₁，K₂，电压采样极性开关S2、S3，让电池单元B1对采样电容C1充电时间T1(T1为到内容C1充电时间)；最后，驱动ADC对电容C1进行采样计算；重复以上步骤，完成对所有电池单元的电压采样。当进行电池均衡时，首先，断开开关阵列所有开关；其次，根据电压采样结果，对电压最低电池Bi进行能量补充，闭合开关K_i，K_i+1以及对应的均衡极性开关(奇数节电池闭合S6和S7，偶数节电池闭合S5和S8)；最后，启动反激式均衡电路，保持上述开关状态一段时间T2(T2为均衡时间)，完成电池均衡操作。

实施例六：

本实施例与实施例三基本相同，特别之处是：

所述的飞电容采样电路2使用采样电容C1进行高压隔离采样，为了保证采样精度，需要计算电容充电时间T1，假设采样精度要求万分之一，T1计算如式(1)所示：

$U_c=(1-{10}^{-4})*U_{Bi}=(1-e^{-\frac{t}{\mathrm{\&tau;}}})*U_{Bi},$

T1≥(ln10⁴)τ＝9.3τ,

τ＝2RC(1)

其中：U_c表示电容上的电压，τ表示充电回路时间常数，U_Bi第i节电池的电压，R为飞电容充电回路总电阻，C表示飞电容C1值。

Claims (4)

1.一种共用开关阵列的电池采样均衡电路，包括电池组（1），飞电容采样电路（2），反激式均衡电路（3）和开关阵列（4），其特征在于：所述反激式均衡电路（3）原边同名端接电池组（1）高电压端，异名端通过MOS管Q接地；反激式均衡电路（3）副边通过开关S3、S4连接到开关阵列（4）上；所述飞电容采样电路（2）电容C1一端连接到开关阵列（4）上，另一端通过开关S1，S2连接到ADC上。

2.根据权利要求1所述的共用开关阵列的电池采样均衡电路，其特征在于：所述的开关阵列（4）包括开关K₁--K_2n，开关阵列（4）中开关K_2m-1和K_2m，m<=n，左侧连接到电池单元Bm上，右侧连接到采样电容C1上。

3.根据权利要求1所述的共用开关阵列的电池采样均衡电路，其特征在于：所述的飞电容采样电路（2）电容C1一端连接到开关S1上，另一端连接到开关S2上；开关S1另一端连接到ADC负极，开关S2另一端连接到ADC正极。

4.根据权利要求1所述的共用开关阵列的电池采样均衡电路，其特征在于：所述的反激式均衡电路（3）变压器M副边异名端连接到二极管D1一端，二极管D1另一端连接到均衡电容C2一端，均衡电容C2另一端连接到变压器M副边同名端上；均衡电容C2一端连接到均衡开关S3上，另一端连接到均衡开关S4上；均衡开关S3、S4另一端连接到开关阵列（4）上；反激式均衡电路（3）原边MOS管Q漏极接到变压器M原边同名端上，源极接地，栅极接PWM波输入。