CN109742828A - 一种基于ups串联锂电池的均放方法及其电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ups串联锂电池的均放方法及其电路,均放电路用于含有若干电芯的电池组，包括采集电路，控制电路，开关电路，电压放大比较电路，所述的控制电路用以控制所述的开关电路的断开，所述的电压放大比较电路用以控制所述的开关电路的导通。均放方法用于检测电池组的单体电芯的电压，通过控制开关电路对电压过高的单体电芯进行放电，直至所述的单体电芯的电压相互均衡，通过控制开关电路对单体电芯停止放电。本发明能够有效地对锂电池组中出现某几节电池电压过高的情况进行均衡放电修复，让整个电池组中的单体电芯均达到放空状态，能够很好地解决电池组中不一致性的问题，提升电池的使用寿命，具有很好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于锂电池均衡***与控制方式领域，具体涉及一种基于ups串联锂电池的均放方法及其电路。
背景技术
UPS，即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换的***设备。如今社会，UPS电源作为一种重要的电源得到广泛应用。储能装置是UPS的心脏，一般采用锂电池替代。具有充电效率高、能量密度高、体积小、重量轻、对环境友好、使用寿命长等优点。锂电池组作为UPS电源重要组成部件，提高锂电池使用性能变得至关重要。
目前，用于UPS的锂电池组一般采用串联方式，根据UPS对蓄电池电压的需求，电池组采用若干单体电池串联组成。该种方案结构简单，但可靠性较低。
UPS***在进行多次充放电后，使得电芯电压一致性方面无法做到完全一致，出现某几节电芯电压偏高的情况。而且国内锂电池组通常是由多个电芯串并联构成使用，且外部环境的不同使得当电池组在经过多次充放电循环之后不同电芯的的荷电量会产生一定的差异，出现电压不均衡的现象。如果不加以修复这种不均衡的现象，最终将会影响整体的使用性能。而目前市面上使用量最大也是最主流的方案是对电池组中低容量的电芯进行充电。经过大量的测试结果表明，在电池组充电完成后，只有几节电芯的电压是偏高的，大部分的电芯电压都是偏低的，此时如若采用对电池组中低电压的电芯进行充电的方案，将会耗费时间，工作效率低，且成本高不利于量产。
发明内容
本发明针对上述现有产品存在的问题，提供一种节约时间，工作效率高，且成本低、利于量产的基于ups串联锂电池的均放方法及其电路。
一种基于ups串联锂电池的均放方法，
检测电池组的单体电芯的电压，通过控制开关电路对电压过高的单体电芯进行放电，直至所述的单体电芯的电压相互均衡，通过控制开关电路对单体电芯停止放电。
一种基于ups串联锂电池的均放电路，用于含有若干电芯的电池组，包括
采集电路，与所述的电池组中的各个单体电芯相连接，用于检测所述的电芯的电压以得到采样电压；
控制电路，比较所述的采样电压与预设电压的大小，并输出控制信号；
开关电路，用于接收控制信号并控制电芯的放电状态；
电压放大比较电路，用于将所述的采样电压进行放大，并将放大后的电压与基准电压进行比较，形成控制信号；
其中，所述的控制电路用以控制所述的开关电路的断开，所述的电压放大比较电路用以控制所述的开关电路的导通。
作为优选，所述的控制电路的输入端连接所述的采集电路的输出端，所述的控制电路的输出端连接所述的开关电路；
所述的电压放大比较电路的输入端连接所述的采集电路的输出端，所述的电压放大比较电路的输出端连接所述的开关电路。
作为优选，所述的控制电路包括控制芯片，控制芯片通过VDD引脚检测电芯的电压得到采样电压，当所述的采样电压小于预设电压时，所述的控制芯片的DO引脚变为高阻态状态，控制所述的开关电路断开。
作为优选，所述的开关电路包括MOS管，所述的MOS管的G极连接所述的控制电路的输出端与所述的电压放大比较电路的输出端，所述的MOS管的D极和S极连接所述的电芯单体。
作为优选，所述的电压放大比较电路包括运算放大器和比较器，所述的运算放大器的输入端连接所述的采样电压，所述的运算放大器的输出端连接所述的比较器的反相输入端，所述的比较器的同相输入端连接基准电压，所述的比较器的输出端输出控制信号。
采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本申请的技术方案为一种基于ups串联锂电池的均放方法及其电路。它能够有效地对锂电池组中出现某几节电池电压过高的情况进行均衡放电修复，让整个电池组中的单体电芯均达到放空状态（即，单体电芯的电压几乎相等），能够很好地解决电池组中不一致性的问题，提升电池的使用寿命，较好地提高电池电量的利用率。目前市场上大多数的放电均衡电路都是通过电阻放电来设计，而本设计是通过运算放大器，比较器来线性控制MOS管的通断来控制放电，增强了该设计的稳定性和可靠性，且该设计电路在进行放电均衡的时候无需人员值守，电池放到预设值后会自动停止，具有很好的实用性。
附图说明
图1是本发明电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
电池组均衡技术是保障储能***正常运行的关键技术之一。常需将若干锂电池单体电池串并联起来以获得较大的储能容量和较高的功率输出，电池组的储能大小取决于最差一节电池的充放电特性。由于电池制造过程本身具有一定的离散特性，而且随着电池使用时间的增长，电池性能的相互差异更加突出。如果没有对电池进行均衡管理，随着充放电循环进行，单体电池间的不一致性会造成欠充电、过充电和过放电，严重影响电池组的使用性能和寿命，并且会造成严重的安全隐患。所以，需要借助电池管理***，判断单体和电池组状态，优化电池外部参数，增加电池寿命，保护电池。
锂电池组在实际使用过程中，在放电结束后一般都会出现为数不多的几节电芯电压高于其余的电芯电压，导致整组电池组的充放电性能受到影响；目前市面上最主流的做法是对大多数低容量的电芯进行充电处理，或对每个单体电芯配置一个维护电源，这两种方案不是存在浪费能源、就是解决成本过高、体积偏大、而且效率不高。
本申请研发的一种基于UPS串联锂电池的均放电路，其原理是对其中电压偏高的几节电芯进行放电，取代了原有的对电压偏低的电芯进行充电的技术。因在电池组中只有几节电芯的电压是偏高的，大部分的电芯电压都是偏低的，此时如若采用对电池组中低电压的电芯进行充电的方案，将会耗费时间，工作效率低，且成本高不利于量产，所以本发明将更节省时间，工作效率高，成本低且利于量产。
一种基于ups串联锂电池的均放方法，
检测电池组的单体电芯的电压，通过控制开关电路对电压过高的单体电芯进行放电，直至所述的单体电芯的电压相互均衡，通过控制开关电路对单体电芯停止放电。
一种基于ups串联锂电池的均放电路，用于含有若干电芯的电池组，包括
采集电路，与所述的电池组中的各个单体电芯相连接，用于检测所述的电芯的电压以得到采样电压；
控制电路，比较所述的采样电压与预设电压的大小，并输出控制信号；
开关电路，用于接收控制信号并控制电芯的放电状态；
电压放大比较电路，用于将所述的采样电压进行放大，并将放大后的电压与基准电压进行比较，形成控制信号；
其中，所述的控制电路用以控制所述的开关电路的断开，所述的电压放大比较电路用以控制所述的开关电路的导通。
作为优选，所述的控制电路的输入端连接所述的采集电路的输出端，所述的控制电路的输出端连接所述的开关电路；
所述的电压放大比较电路的输入端连接所述的采集电路的输出端，所述的电压放大比较电路的输出端连接所述的开关电路。
更具体地，所述的采集电路包括所述的控制电路中的控制芯片的VDD引脚连接所述的电池组中的电芯单体组成的电路。
如图1所示，作为优选，所述的控制电路包括控制芯片，控制芯片通过VDD引脚检测电芯的电压得到采样电压，当所述的采样电压小于预设电压时，所述的控制芯片的DO引脚变为高阻态状态，控制所述的开关电路断开。所述的控制芯片采用锂电池保护芯片S-8209A，通过VDD引脚来检测到电芯单体电压，当电池进入过放状态时，当VDD电压小于过放电检测电压时，芯片的DO引脚变为高阻态状态，最终控制MOS管断开，以达到停止放电的功能。
如图1所示，作为优选，所述的开关电路包括MOS管，所述的MOS管的G极连接所述的控制电路的输出端与所述的电压放大比较电路的输出端，所述的MOS管的D极和S极连接所述的电芯单体。当S-8209A芯片检测到电芯电压低于2.5v时，由DO引脚变为高阻态，通过三极管控制连接到MOS管的G极，控制MOS管的断开。通过比较器输出的高低电平来控制MOS管的导通。
如图1所示，作为优选，所述的电压放大比较电路包括运算放大器和比较器，所述的运算放大器的输入端连接所述的采样电压，所述的运算放大器的输出端连接所述的比较器的反相输入端，所述的比较器的同相输入端连接基准电压，所述的比较器的输出端输出控制信号。将采样电阻上的采样电压通过运算放大器放大一定的倍数，且将放大器的输出作为比较器的反相输入端，与TL431稳压器产生的基准电压进行比较，通过比较大小输出高低电平来控制MOS的通断，从而来控制放电。
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一种实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于ups串联锂电池的均放方法，其特征在于：
检测电池组的单体电芯的电压，通过控制开关电路对电压过高的单体电芯进行放电，直至所述的单体电芯的电压相互均衡，通过控制开关电路对单体电芯停止放电。
2.一种基于ups串联锂电池的均放电路，用于含有若干电芯的电池组，其特征在于：包括
采集电路，与所述的电池组中的各个单体电芯相连接，用于检测所述的电芯的电压以得到采样电压；
控制电路，比较所述的采样电压与预设电压的大小，并输出控制信号；
开关电路，用于接收控制信号并控制电芯的放电状态；
电压放大比较电路，用于将所述的采样电压进行放大，并将放大后的电压与基准电压进行比较，形成控制信号；
其中，所述的控制电路用以控制所述的开关电路的断开，所述的电压放大比较电路用以控制所述的开关电路的导通。
3.根据权利要求2所述的一种基于ups串联锂电池的均放电路，其特征在于：
所述的控制电路的输入端连接所述的采集电路的输出端，所述的控制电路的输出端连接所述的开关电路；
所述的电压放大比较电路的输入端连接所述的采集电路的输出端，所述的电压放大比较电路的输出端连接所述的开关电路。
4.根据权利要求2所述的一种基于ups串联锂电池的均放电路，其特征在于
所述的控制电路包括控制芯片，控制芯片通过VDD引脚检测电芯的电压得到采样电压，当所述的采样电压小于预设电压时，所述的控制芯片的DO引脚变为高阻态状态，控制所述的开关电路断开。
5.根据权利要求2所述的一种基于ups串联锂电池的均放电路，其特征在于：
所述的开关电路包括MOS管，所述的MOS管的G极连接所述的控制电路的输出端与所述的电压放大比较电路的输出端，所述的MOS管的D极和S极连接所述的电芯单体。
6.根据权利要求2所述的一种基于ups串联锂电池的均放电路，其特征在于：
所述的电压放大比较电路包括运算放大器和比较器，所述的运算放大器的输入端连接所述的采样电压，所述的运算放大器的输出端连接所述的比较器的反相输入端，所述的比较器的同相输入端连接基准电压，所述的比较器的输出端输出控制信号。
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