CN109786863A - 一种锂电池组电压平衡修复电路及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池组电压平衡修复电路及修复方法，包括一个主控MCU单元，主控MCU单元连接一数码显示屏、操控按键、散热风扇。主控MCU单元连接有电池组的总电压测量电路和单串电芯电压测量电路，总电压测量电路连接有总电压测量切换电路，总电压测量电路连接有总放电接口，总放电接口连接电池组、电压档位切换电路及放电电阻，放电电阻连接总放电电路。单串电芯电压测量电路连接有多路继电器切换电路，每个继电器并联有一个单串电芯放电电路。每串放电电路都连接有一个低电压检测电路，低电压检测电路和单串放电路都有连接到排线插座接口。通过排线插座接口与电池组的排线插头对插连接，放电完毕之后，再进行平衡充电实现平衡修复。

Description

一种锂电池组电压平衡修复电路及修复方法

技术领域

本发明涉及锂电池组相关电路技术领域，特别是涉及一种锂电池组电压平衡修复电路及修复方法。

背景技术

锂电池组都是由多串电芯通过串联和并联组合而成的，对电芯的一致性要求很高，尽管生产厂家做了电芯的配对，但锂电池组在长时间的使用过程中都会产生每串电池的电压不一致，会影响电池组整体的充电和放电能力，导致给电池组的输出的能量会下降，从而也影响电池组的使用寿命。市面上锂电池组压差的维修办法，都是使用直流电源给电压低的电芯直接充电，这样的修复比较费时费人工，精度也很难控制，或者直接更换电压值和容量都一样的电芯再组合，维修的办法都比较复杂。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种锂电池组电压平衡修复电路及修复方法，对因电芯压差造成电性能下降的锂电池组，能够在不拆卸和更换电芯结构的情况下高精度自动修复压差，修复过程省时省力，不需要过多的人为干预。

本发明所采用的技术方案是：一种锂电池组电压平衡修复电路，其特征是，其包括一个主控MCU单元，主控MCU单元连接一数码显示屏、操控按键、散热风扇。所述主控MCU单元连接有电池组的总电压测量电路，总电压测量电路连接有总电压测量切换电路，总电压测量电路连接有总放电接口，总放电接口连接电池组、电压档位切换电路及放电电阻，放电电阻连接总放电电路，总放电电路连接有第一光耦控制电路，第一光耦控制电路连接主控MCU单元。

所述主控MCU单元连接多个继电器切换电路，对应每个继电器切换电路连接有一串电芯放电电路，每一单串电芯放电电路连接有低电压检测电路，低电压检测电路连接有排线插座接口，所述排线插座接口连接多串电芯组成的电池组。

所述每一单串电芯放电电路连接启停驱动电路，启停驱动电路连接第二光耦控制电路，第二光耦控制电路连接主控MCU单元。

所述低电压检测电路连接有单串电芯放电完成反馈电路、总放电第电压反馈电路，且单串电芯放电完成反馈电路、总放电第电压反馈电路连接第二光耦控制电路。

所述每一继电器切换电路连接有充电电路，充电电路连接电源电路、单串电芯电压测量电路，单串电芯电压测量电路连接每一继电器切换电路，继电器切换电路切换至对每一串电芯充电。

上面所述的锂电池组电压平衡修复电路的修复方法，包括以下步骤：

步骤一：操控按键启动修复电路，进行电池组总电压放电，放电电流根据电池容量大小进行调节，通过电压档位切换电路，分为五个电流档位2A、4A、6A、8A、10A电流放电；

步骤二：每一单串电芯连接的低电压检测电路，检测每一单串电芯的电压，当步骤一电池组总电压放电过程中，低电压检测电路检测的某一串电芯放电后电压低于保护值时，则步骤一自动停止整组电池组的放电，进入步骤三单串电芯并行放电；

步骤三：组成电池组的每一单串电芯通过排线插座接口连接，每一单串电芯都有对应单串电芯放电电路，对应每一单串电芯放电电路连接有低电压检测电路，主控MCU单元控制启动单串电芯放电电路，当某一串电芯先放电至低电压保护值，即该串电芯放电自动停止，其它单串电芯放电电路继续放电，直至全部电芯均放电至低电压保护值，通过低电压检测电路、第二光耦控制电路连接主控MCU单元输出单串电芯并行放电完成，然后进入步骤四充电电路；

步骤四：充电电路启动，继电器切换电路切换至对每一单串电芯进行充电，主控MCU单元通过单串电芯电压测量电路测量寻找电池组中最高电压值，该最高电压值作为其它电芯充电的电压参考值，自动将其它电压低的电芯充电至电压参考值；

步骤五：完成电池组电压平衡修复，通过主控MCU单元反馈至数码显示屏或声音提示。

本发明一种锂电池组电压平衡修复电路，主要创新包括其修复方式，采用先对电池组整体放电，放电电流可根据电池容量大小进行调节，分为5个电流档位2A、4A、6A、8A、10A，容量大的电池则可以选择最大10A电流放电，让电池尽快的把电量放掉；在放电过程中当某串电芯的电压低到保护值时则自动停止整组放电，此时，其它串的电芯电压可能还很高，不利于平衡修复，电路***会自动进入单串并行放电模式。放电完毕之后，再进行平衡充电，在不拆卸和更换电芯结构的情况下高精度自动修复压差，修复过程总放电--电压检测--单串并行放电--电压检测--电芯充电，修复过程省时省力，不需要过多的人为干预，还可以通过总放电的办法，人为判断电池组有没有虚焊或者电芯损坏的情况。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

图2为主控MCU单元电路结构图。

图3为总电压测量电路及总电压测量切换电路结构图。

图4为针对16串电池的第14-16串电芯对应继电器切换充放电电路结构图。

图5为总放电电压档位切换电路结构图。

图6为总放电电路结构图。

图7为单串电芯并行放电电路的第1-3串电芯并行放电电路结构图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实例来说明本发明，这里的示意性实例仅用于更清楚的解释本发明，而不作为对本发明的应用限定。

附图1，作为本发明的电路原理框图，一种锂电池组电压平衡修复电路，包括一个主控MCU单元，主控MCU单元连接一数码显示屏、操控按键、散热风扇。主控MCU单元连接有电池组的总电压测量电路，总电压测量电路连接有总电压测量切换电路，总电压测量电路连接有总放电接口，总放电接口连接电池组、电压档位切换电路及放电电阻，放电电阻连接总放电电路，总放电电路连接有第一光耦控制电路，第一光耦控制电路连接主控MCU单元。

所述主控MCU单元连接多个继电器切换电路，对应每个继电器切换电路连接有一串电芯放电电路，每一单串电芯放电电路连接有低电压检测电路，低电压检测电路连接有排线插座接口，所述排线插座接口连接多串电芯组成的电池组。

所述每一单串电芯放电电路连接启停驱动电路，启停驱动电路连接第二光耦控制电路，第二光耦控制电路连接主控MCU单元。

所述低电压检测电路连接有单串电芯放电完成反馈电路、总放电第电压反馈电路，且单串电芯放电完成反馈电路、总放电第电压反馈电路连接第二光耦控制电路。

所述每一继电器切换电路连接有充电电路，充电电路连接电源电路、单串电芯电压测量电路，单串电芯电压测量电路连接每一继电器切换电路，继电器切换电路切换至对每一串电芯充电。

本实施例所述的锂电池组电压平衡修复电路的修复方法，包括以下步骤：

步骤一：操控按键启动修复电路，进行电池组总电压放电，放电电流根据电池容量大小进行调节，通过电压档位切换电路，分为五个电流档位2A、4A、6A、8A、10A电流放电；

步骤二：每一单串电芯连接的低点压检测电路，检测每一单串电芯的电压，当步骤一电池组总电压放电过程中，低电压检测电路检测的某一串电芯放电后电压低于压保护值时，则步骤一自动停止整组电池组的放电，进入步骤三单串电芯并行放电；

步骤三：组成电池组的每一单串电芯通过排线插座接口连接，每一单串电芯都有对应单串电芯放电电路，对应每一单串电芯放电电路连接有低电压检测电路，主控MCU单元控制启动单串电芯放电电路，当某一串电芯先放电至低电压保护值，即该串电芯放电自动停止，其它单串电芯放电电路继续放电，直至全部电芯均放电至低电压保护值，通过低电压检测电路、第二光耦控制电路连接主控MCU单元输出单串电芯并行放电完成，然后进入步骤四充电电路；

步骤四：充电电路启动，继电器切换电路切换至对每一单串电芯进行充电，主控MCU单元通过单串电芯电压测量电路测量寻找电池组中最高电压值，该最高电压值作为其它电芯充电的电压参考值，自动将其它电压低的电芯充电至电压参考值；

步骤五：完成电池组电压平衡修复，通过主控MCU单元反馈至数码显示屏或声音提示。

以下是结合具体电路结构图作为本实施例的电路结构公开实施例。

请参照附图2，本实施例所述的主控MCU单元电路结构，附图3为总电压测量电路及总电压测量切换电路，图中电容C57引脚分别连接到继电器的公共引脚7、8脚，常闭引脚3接到放电电路的地线，常闭引脚4通过电阻R333接到总电压输入端，静态时，电压可通过R333给C57充电；常开引脚1接到MCU的地线，2脚接到电压测量的采样电路R329、VR1、R330，当继电器吸合时，继电器的3、4脚触点断开，7脚和1脚接通，8脚和2脚接通，电容C57给采样电路放电，电路P16把采样的信号输入到MCU读取数据。

如附图4所示为针对16串电池的第14-16串电芯对应继电器切换充放电电路结构，电压档位选择是由于放电范围比较宽，电压从12V-60V、电流从2A-10A，为了避免放电时瞬间电流过大烧坏零件，所以设置了多个放电负载，主控MCU单元根据电压的高低选择相应档位的负载放电。本设备共有5个档位的电路单元，5个档位对应电压级别为12V、24V、36V、48V、60V。图中J17、J18、J19、J20、J21为档位选择的继电器，Q110、Q111、Q112、Q113、Q114为驱动继电器的三极管，三极管的基极分别通过电阻R310、R311、R312、R313、R314连接到MCU相应管脚；VCC为电压输入端，分别连接5个继电器的第2脚，由于放电负载连接在继电器的常开引脚第5脚，所以常态下VCC是不与负载接通的，只有MCU先获取电压参数作判断之后，再输出相应档位的控制信号使得继电器吸合，VCC连通负载，经过放电电路进行放电。

如附图5所示总放电电压档位切换电路结构，由于总放电电路的地线不能与主控MCU单元主板的地线相通，所以采用U36光耦作隔离控制，MCU输出的脉冲信号经R367到U36的1、2脚，信号经过内部光电偶合，U36的15脚输出占空比相同的信号到比较器U35-A的3脚，当比较器3脚的电平比2脚高则1脚输出较高的电平脉冲信号，此时Q115导通，RL1连接负载电阻，放电电流经过Q115、R315、R317构成回路，电流在R315、R317并联电阻两端形成采样电压值，此电压幅度很小，要经过U35-B放大，放大的信号经过D139、C62滤波处理变成直流电平，电平再经过Q117射随放大，经过R324限流电阻输入到U36第5脚，经过光耦的线性偶合之后，U36第11脚输出随输入线性变化的电压值给MCU，再由MCU控制输出的占空比大小来调整放电电流。

电路的供电是取自电池组的电压，经过降压电路稳压之后给该电路供电，电路中R325连接电源到U36的3脚的作用是上电检测，当电池接上时就有电流通过，U36的第13脚就有高电平信号输出给MCU，MCU得到信号便开启飞电容的电路测量电压。

如附图6所示为总放电电路结构图，由于每串电芯对地的电位高低都不同，要测量出每串电芯的电压或者充电，就需要有专门点对点的切换电路连接到每串电芯的正负极，本案中采用继电器做电路切换，每个继电器对应一串电芯，当哪一串的继电器吸合就测量或充电哪一串的电芯。

附图6是以第14-16串切换电路作说明，J14、J15、J16为继电器，Q14、Q15、Q16为驱动继电器工作的三极管，三极管的基极通过电阻R14、R15、R16分别与MCU相应的管脚连接，二极管D14、D15、D16的作用是吸收反电动势脉冲。电路F7、B14、F8、B16分别连接到第14、15、16串电芯的排线插座电路，即F7和B14通过电池排线插座连接到电池组的第14串电芯，B14和F8连接到第15串电芯，F8和B16连接到第16串电芯。所有继电器的1脚连接在一起接到主板的地线，2脚也连接在一起接到DC3.7的电路上，DC3.7连接两部分电路：一是连接到电压测量的采样电路R29、VR2、R30，采样值经过电路P15传送到MCU读取数据；二是连接到充电电路，修复电芯压差时就要通过此电路给需要充电的电芯充电。 由于继电器的1、2脚为常开引脚，所以每串电芯与1、2是不连通的，只有在继电器吸合时才与电芯正负极接通。

附图7为单串电芯并行放电电路，以单串并行放电电路的第1、2串电芯放电电路作为举例，，图中B1与地线之间的电路为第1 串电芯放电电路，B2与B1之间的电路为第2串电芯放电电路，B1接第1串电芯的正极，B2接第2串电芯的正极，B1相对于B2是负极，依次方式叠加每串单元电路，直至到第16串。

1-16串的放电单元电路原理是相同的，在此以第1串的电路做说明。Q21、R36、R37、Q22、R40、C8、D21、R41、R38、D19构成闭环的开、关电路，作用是单独锁定该放电电路的工作状态，不受其它单元电路的影响；BQ1连接放电启动控制电路，只要瞬间低电平即可开启该电路；BT1连接停止放电的控制电路（停止信号有两方面：一是人为操作的停止信号，另一方面是低压保护电路发出的信号），当BT1的电平被拉低时，Q22停止导通，致使Q21也停止输出，放电电路就停止了工作。

BD1连接放电LED指示灯，放电的时候LED亮起；BL1连接放电反馈电路，放电时为高电平输出，放完电后则为低电平。

图7中R34、D18、U2-A、R32、Q20、C7、C33、Q19、R39构成恒流放电的电路。D181为U2-A的3脚提供基准电压，R39为电流采样电阻，Q20为Q19提供足够的偏置电流，使Q19线性导通，输出的电流经过采样电阻R39时产生压降，比较器U2-A把采样电压与基准电压作比较，自动调整比较器1脚输出的电压值来控制放电电流恒定。

通过本发明技术的实施，实现对锂电池组电压平衡修复，能够在不拆卸和更换电芯结构的情况下高精度自动修复压差，修复过程总放电--电压检测--单串并行放电--电压检测--电芯平衡充电，修复过程省时省力，不需要过多的人为干预，还可以通过总放电的办法，人为判断电池组有没有虚焊或者电芯损坏的情况。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。而对于属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种锂电池组电压平衡修复电路，其特征在于，包括：

一个主控MCU单元，主控MCU单元连接一数码显示屏、操控按键、散热风扇；

所述主控MCU单元连接有电池组的总电压测量电路，总电压测量电路连接有总电压测量切换电路，总电压测量电路连接有总放电接口，总放电接口连接电池组、电压档位切换电路及放电电阻，放电电阻连接总放电电路，总放电电路连接有第一光耦控制电路，第一光耦控制电路连接主控MCU单元；

所述主控MCU单元连接多个继电器切换电路，对应每个继电器切换电路连接有一串电芯放电电路，每一单串电芯放电电路连接有低电压检测电路，低电压检测电路连接有排线插座接口，所述排线插座接口连接多串电芯组成的电池组；

所述每一单串电芯放电电路连接启停驱动电路，启停驱动电路连接第二光耦控制电路，第二光耦控制电路连接主控MCU单元；

所述低电压检测电路连接有单串电芯放电完成反馈电路、总放电低电压反馈电路，且单串电芯放电完成反馈电路、总放电低电压反馈电路连接第二光耦控制电路；

所述每一继电器切换电路连接有充电电路，充电电路连接电源电路、单串电芯电压测量电路，单串电芯电压测量电路连接每一继电器切换电路，继电器切换电路切换至对每一串电芯充电。

2.一种锂电池组电压平衡修复电路的修复方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：操控按键启动修复电路，进行电池组总电压放电，放电电流根据电池容量大小进行调节，通过电压档位切换电路，分为五个电流档位2A、4A、6A、8A、10A电流放电；

步骤二：每一单串电芯连接的低电压检测电路，检测每一单串电芯的电压，当步骤一电池组总电压放电过程中，低电压检测电路检测的某一串电芯放电后电压低于保护值时，则步骤一自动停止整组电池组的放电，进入步骤三单串电芯并行放电；

步骤三：组成电池组的每一单串电芯通过排线插座接口连接，每一单串电芯都有对应单串电芯放电电路，对应每一单串电芯放电电路连接有低电压检测电路，主控MCU单元控制启动单串电芯放电电路，当某一串电芯先放电至低电压保护值，即该串电芯放电自动停止，其它单串电芯放电电路继续放电，直至全部电芯均放电至低电压保护值，通过低电压检测电路、第二光耦控制电路连接主控MCU单元输出单串电芯并行放电完成，然后进入步骤四充电电路；

步骤四：充电电路启动，继电器切换电路切换至对每一单串电芯进行充电，主控MCU单元通过单串电芯电压测量电路测量寻找电池组中最高电压值，该最高电压值作为其它电芯充电的电压参考值，自动将其它电压低的电芯充电至电压参考值；

步骤五：完成电池组电压平衡修复，通过主控MCU单元反馈至数码显示屏或声音提示。