CN105896663B - 一种电池均衡管理器的采样均流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池均衡管理器的采样均流电路，该电路包括n个采样均流单元，采样均流单元包括采样电路和均流电路，采样电路包括蓄电池单体正极采样分压电阻及蓄电池单体负极采样分压电阻；第i个采样均流单元与第i个电池单体连接；其中第i个电池单体正极采样分压电阻的一端连接第i个电池单体的正极Vcelli+，另一端连接电池组负极Vcell‑，其由两个串联电阻Ri1和Ri3构成；第i个蓄电池单体负极采样分压电阻的一端连接第i个电池单体的负极Vcelli‑，另一端连接电池组负极Vcell‑，其由两个串联电阻Ri2和Ri4构成；第i个均流电路为均流电阻Ri0，均流电阻Ri0并联于第i个电池单体的正负极之间。本发明具有电路简单、采样精度高、漏电流差异小、成本低等优点。

Description

一种电池均衡管理器的采样均流电路
技术领域
本发明涉及一种电池均衡管理器的采样均流电路，属于电源管理技术领域。
技术背景
电池组均衡电路用于保证各单体电池充电电压均衡，使单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证各单体电池在航天器寿命期间不受过应力冲击而发生损坏。若不进行均衡充电控制，随充放电循环的增加，各单体电池电压差异会逐渐变大，导致其寿命大大缩短。
目前电池均衡管理电路中，电池单体电压的采样电路采用的是电阻分压采样，见专利申请《一种用于航天器的锂离子电池组的均衡充电管理器》(201310128544.1)及文章《航天器锂离子蓄电池组均衡电路研究》，航天器工程，vol.21,No.1,73页。这种均衡管理器通过比较整组电池的电压平均值及单体电池电压实现对蓄电池的均衡控制。该均衡管理器采用的电阻分压采样电路，存在着各电池单体采样漏电流不一致的局限，各个单体上的采样漏电流大小不同，采样漏电流差异引起电池电压偏差增大，造成单体电压不均衡。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种应用于电池均衡管理器的采样均流电路，本发明具有电路简单、采样精度高、漏电流差异小、成本低等优点。
实现本发明的技术方案如下：
一种电池均衡管理器的采样均流电路，其适用的电池组共有n个电池单体，该电路包括n个采样均流单元，所述采样均流单元包括采样电路和均流电路，所述采样电路包括蓄电池单体正极采样分压电阻及蓄电池单体负极采样分压电阻；第i个采样均流单元与第i个电池单体连接，i＝1，2…n；其中
第i个电池单体正极采样分压电阻的一端连接第i个电池单体的正极Vcelli+，另一端连接电池组负极Vcell-，其由两个串联电阻Ri1和Ri3构成；第i个蓄电池单体负极采样分压电阻的一端连接第i个电池单体的负极Vcelli-，另一端连接电池组负极Vcell-，其由两个串联电阻Ri2和Ri4构成；
第i个均流电路为均流电阻Ri0，均流电阻Ri0并联于第i个电池单体的正负极之间；
R10＝0(i＝1)
所述电阻Ri1和Ri3之间的引出线作为第i个电池单体正采样输出端，Ri2和Ri4之间的引出线作为第i个电池单体负采样输出端。
进一步地，本发明所述采样均流单元还包括调理电路，所述调理电路主要由电源保护电路和输出保护电路；
第i个电源保护电路包括AD采样芯片，限流电阻Ri7和Ri8，去耦电容Ci1、Ci2、Ci3和Ci4；所述AD采样芯片的+VDD端连接两条支路，一条支路通过电阻Ri8连接电源V+，另一支路依次通过去耦电容Ci3和Ci4连接Vcell-；所述AD采样芯片的-VSS端连接两条支路，一条支路通过电阻Ri7连接电源V-，过另一支路依次通过去耦电容Ci1和Ci2连接Vcell-；AD采样芯片的+IN端连接Ri1和Ri3之间的引出线，AD采样芯片的-IN端连接电阻Ri2和Ri4之间的引出线；AD采样芯片的OUT端连接输出保护电路；
第i个输出保护电路包括限流电阻Ri9，滤波电容Ci5和Ci6，嵌位二极管Di1；电阻Ri9一端连接AD采样的输出端OUT，电阻Ri9的另一端分别连接二极管Di1的负极和电容Ci5，二极管Di1的正极连接电池组低电位端Vcell-，电容Ci5串联电容Ci6，Ci6另一端连接电池组低电位端Vcell-；电阻Ri9的另一端作为电池单体的采样输出端。
进一步地，本发明所述采样电路还包括采样限流电阻Ri5和Ri6，所述Ri5连接于Ri1和Ri3之间的引出线上，所述Ri6连接于Ri2和Ri4之间的引出线上。
有益效果
第一，本发明均流电阻用于补偿由采样电路造成的采样漏电流，通过均流电阻的补偿作用使多个单体蓄电池采样漏电流大小相同，减小漏电流差异对电池电压的影响，避免因采样漏电流造成的电池单体电压不均衡。
第二，本发明设置调理电路包括电源保护电路和输出保护电路；电源保护电路设置了限流电阻，去耦电容，去耦电容采用两个串联使用，避免单个电容短路的影响；输出保护电路由限流电阻、滤波电容和嵌位二极管组成，滤波电容采取两个串联使用，避免单个电容短路的影响，输出保护电路反并联嵌位二极管，当采样电路故障输出，嵌位二极管导通输出电压嵌位，保护后级电路正常工作。
第三，本发明电路简单，采样精度高，电路可靠性高、成本低。
附图说明
图1是本发明的电池组采样均流电路结构原理图；
图2是本发明采样漏电流示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种电池均衡管理器的采样均流电路(如图1所示)，每个电池单体的采样均流电路均包括采样电路、均流电路和调理电路。电池组共有n个单体，图1中电池组的采样均流电路包含电池单体1至电池单体n的采样均流电路。其中，电池组的低电位端为电池单体1的低电位端Vcell-，电池组的高电位端为电池单体n的最高电位端Vcell+。以下以电池单体n为例进行说明。
采样电路包括蓄电池单体正极采样分压电阻Rn1和Rn3、蓄电池单体负极采样分压电阻Rn2和Rn4、采样限流电阻Rn5和Rn6，其中：
电阻Rn1的一端连接单体电池高电位端Vcell+，电阻Rn1的另一端串联电阻Rn3后与电池组的低电位Vcell-端连接，即第一节单体的低电位端；
电阻Rn2的一端连接单体电池低电位端Vcelln-，电阻Rn2的另一端串联电阻Rn4后与电池组的低电位Vcell-端连接，即第一节单体的低电位端；
电阻Rn1和Rn3之间的引出线与Rn5相连，Rn5的另一端连接AD采样电路的正极输入端；
电阻Rn2和Rn4之间的引出线与Rn6相连，Rn6的另一端连接AD采样电路的负极输入端。
均流电路为均流电阻Rn0，均流电阻用于补偿由采样电路造成的采样漏电流，通过均流电阻的补偿作用使多个单体蓄电池采样漏电流大小相同，减小漏电流差异对电池电压的影响；
均流电阻Rn0的一端连接单体电池高电位端Vcell+，电阻Rn0的另一端连接单体电池低电位端Vcelln-。
调理电路包括电源保护电路和输出保护电路。电源保护电路设置了限流电阻Rn7和Rn8，去耦电容Cn1，Cn2，Cn3，Cn4，去耦电容采用两个串联使用，避免单个电容短路的影响；输出保护电路由限流电阻Rn9、滤波电容Cn5和Cn6和嵌位二极管Dn1组成，滤波电容采取两个串联使用，避免单个电容短路的影响，输出保护电路反并联嵌位二极管，当采样电路故障输出，嵌位二极管导通输出电压嵌位，保护后级电路正常工作，其中：
电阻Rn7的一端连接电源V-，另一端串联电容Cn1，电容Cn1的另一端串联电容Cn2，Cn2的另一端连接电池组低电位端Vcell-；
电阻Rn7与电容Cn1之间的引出线与AD采样电路的负电源端-Vss相连；
电阻Rn8的一端连接电源V+，另一端串联电容Cn3，电容Cn3的另一端串联电容Cn4，Cn4的另一端连接电池组低电位端Vcell-；
电阻Rn8与电容Cn3之间的引出线与AD采样电路的正电源端+VDD相连；
电阻Rn9一端连接AD采样的输出端OUT，电阻Rn9的另一端分别连接二极管Dn1的负极和电容Cn5，二极管Dn1的正极连接电池组低电位端Vcell-，电容Cn5串联电容Cn6，Cn6另一端连接电池组低电位端Vcell-。
n节电池单体组成的蓄电池组，电池单体1采样电流最大，不补偿采样电阻，对单体2-单体n补偿后使采样漏电流与单体1保持一致。对于单体2采样电路的补偿电阻R20至单体n采样电路的补偿电阻Rn0由下式得到：
如图2所示，以下对补偿电阻的设计进行简单说明：
设电池单体电压为Vbat
第1节单体：
负端采样电流
正端采样电流
第2节单体：
负端采样电流
正端采样电流
第n节单体：
负端采样电流
正端采样电流
第1节单体的总采样漏电流大小为：
I10＝I12+I21+I22+...+In1+In2
第2节单体的总采样漏电流大小为：
I20＝I22+...+In1+In2
第n节单体的总采样漏电流大小为：
In0＝In2
第1节单体的采样漏电流最大，不补偿采样电阻；第2至第n节单体补偿后
采样漏电流大小与第1节一致，减小采样漏电流差异对电池电压的影响。
第2节单体需要补偿的采样漏电流：
I2b＝I10-I20＝I12+I21
第n节单体需要补偿的采样漏电流：
Inb＝I10-In0＝I12+I21+I22+...+In1
补偿电阻大小为单体电压除于需补偿的采样漏电流；
第2节单体补偿电阻：
第i节单体补偿电阻：
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电池均衡管理器的采样均流电路，其适用的电池组共有n个电池单体，其特征在于，该电路包括n个采样均流单元，所述采样均流单元包括采样电路和均流电路，所述采样电路包括蓄电池单体正极采样分压电阻及蓄电池单体负极采样分压电阻；第i个采样均流单元与第i个电池单体连接，i＝1，2…n；其中
第i个蓄电池单体正极采样分压电阻的一端连接第i个电池单体的正极Vcelli+，另一端连接电池组负极Vcell-，其由两个电阻Ri1和Ri3串联构成；第i个蓄电池单体负极采样分压电阻的一端连接第i个电池单体的负极Vcelli-，另一端连接电池组负极Vcell-，其由两个电阻Ri2和Ri4串联构成；
第i个均流电路为均流电阻Ri0，均流电阻Ri0并联于第i个电池单体的正负极之间；
R10＝0
所述电阻Ri1和Ri3之间的引出线作为第i个电池单体正采样输出端，Ri2和Ri4之间的引出线作为第i个电池单体负采样输出端；
所述采样均流单元还包括调理电路，所述调理电路主要由电源保护电路和输出保护电路组成；
第i个电源保护电路包括AD采样芯片，限流电阻Ri7和Ri8，去耦电容Ci1、Ci2、Ci3和Ci4；所述AD采样芯片的+VDD端连接两条支路，一条支路通过电阻Ri8连接电源V+，另一支路依次通过去耦电容Ci3和Ci4连接电池组负极Vcell-；所述AD采样芯片的-VSS端连接两条支路，一条支路通过电阻Ri7连接电源V-，另一支路依次通过去耦电容Ci1和Ci2连接电池组负极Vcell-；AD采样芯片的+IN端连接Ri1和Ri3之间的引出线，AD采样芯片的-IN端连接电阻Ri2和Ri4之间的引出线；AD采样芯片的OUT端连接输出保护电路；
第i个输出保护电路包括限流电阻Ri9，滤波电容Ci5和Ci6，嵌位二极管Di1；电阻Ri9一端连接AD采样的输出端OUT，电阻Ri9的另一端分别连接二极管Di1的负极和电容Ci5，二极管Di1的正极连接电池组负极Vcell-，电容Ci5串联电容Ci6，Ci6另一端连接电池组负极Vcell-；电阻Ri9的另一端作为电池单体的采样输出端。
2.根据权利要求1所述一种电池均衡管理器的采样均流电路，其特征在于，所述采样电路还包括采样限流电阻Ri5和Ri6，所述Ri5连接于Ri1和Ri3之间的引出线上，所述Ri6连接于Ri2和Ri4之间的引出线上。
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