CN111697666A - 一种均衡充电电路及均衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种均衡充电电路及均衡方法，该装置中包括并联在所述的充放电保护电路两端的限流充电电路，主处理器在充放电保护电路过充保护时控制限流充电电路工作，使充电电流低于被动均衡电流。该方法中，在进行过流保护以后，还采用被动均衡电流对电池充电。本发明只需要增加一路小于100mA的限流充电电路即可达到每节电芯充满的目的，成本低廉。

Description

一种均衡充电电路及均衡方法
技术领域
本发明涉及锂电池充放电保护电路领域，特别是一种均衡充电电路及均衡方法。
背景技术
锂电池作为一种高能量密度的可重复充电电池，在储能***中大量应用。由于锂电池电芯的特点，需要避免电芯过充或过放。在一组串联的锂电池中，单节电池过充就需要停止充电，可能造成其他电池充不满，久而久之，电池组性能劣化，容量下降。因此，为了保护锂电池，在充放电时需要进行均衡。
现在的均衡方法有两种：
一种是采用被动均衡，如图1所示，在电池两端并联电阻，当该电芯电压高的时候，接通电阻，给电容放电。
被动均衡过程如下：
1>在充电时，B2电压过高，超过均衡电压限制，则导通开关S2，通过电流I2给B2放电，达到均衡的目的；
2>由于被动均衡是能量耗散型均衡，I2一般小于100mA；
3>一般充电电流I都远远大于1A(比如100Ah的电池组，最小充电电流也是10A)，I2比I小很多，B2仍会很快充到过充保护，整组电池停止充电，造成其他电池充不满。
可见，被动均衡的方式均衡效果差，几乎难以起到均衡的效果。
一种是主动均衡，通过设计变换器，将电池能量通过电力电子变换器的方式进行转移，这种方法效果更好一些，但成本高昂。
目前，主动均衡的方法很多，都是通过电力电子开关器件，设计复杂的电路和控制逻辑，达到能量转换的目的，如图2所示，是一种单体到组的均衡方式，如图3所示是一种组到单体的均衡方式，如图4所示是一种双向均衡方式，如图5所示是一种飞镀电容方式，这些主动均衡方式，基本上都将串联电池中充电过高的部分的能量电容、电感等能量元件吸收后对其它充电不足的电池进行充电，克服被动均衡中用电阻吸收造成能量损耗的不足。但是由于其成本高昂，控制复杂，目前仍没有一种简单可靠、成本可控同时效果不错的均衡方法。
发明内容
本发明针对目前均衡充电电路的上述不足，提供一种均衡充电电路及均衡方法。在充电时，能够通过一种简单、安全和低成本的方法，保证电池组能每单节电池都充满，达到均衡充电的效果。
本发明实现其技术目的技术方案是：一种均衡充电电路，包括并联在电池组中单体电池两端的被动均衡电路和设置在电池组充、放电回路中的充放电保护电路，所述的被动均衡电路和充放电保护电路由主处理器控制；还包括并联在所述的充放电保护电路两端的限流充电电路，主处理器在充放电保护电路过充保护时控制限流充电电路工作，使充电电流低于被动均衡电流。
进一步的，上述的均衡充电电路中：所述的充放电保护电路包括设置在充放电回路上D极相连的MOS管Q1和MOS管Q2、二极管D1、二极管D2，所述的MOS管Q1和MOS管Q2的G极由主处理器控制，二极管D1并联在MOS管Q1的D－S极之间，二极管D2并联在MOS管Q2的D－S极之间，二极管D1和二极管D2的P极分别与MOS管Q1和MOS管Q2的S极相连。
进一步的，上述的均衡充电电路中：所述的充放电保护电路包括由主处理器控制的继电器K1和继电器K2以及二极管D1、二极管D2；所述的继电器K1和继电器K2串连接入充放电回路中，二极管D1、二极管D2分别设置在继电器K1和继电器K2的两端，阴极相连。
进一步的，上述的均衡充电电路中：所述的限流充电电路包括由主处理器控制是否吸合的继电器K3和电阻R1，继电器K3与电阻R串连经后并联到所述的充放电保护电路，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
进一步的，上述的均衡充电电路中：所述的限流充电电路包括由主处理器控制是否吸合的继电器K3和电阻R1，继电器K3与电阻R串连经后并联到所述的充放电保护电路中的过充保护开关两端，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
进一步的，上述的均衡充电电路中：包括MOS管Q3和MOS管Q4、二极管D3、二极管D4、电阻R1，所述的MOS管Q3和MOS管Q4的D极相连，G极接受主处理器控制，两个S极分别接充放电保护电路的两端，二极管D3和二极管D4分别设置在MOS管Q3和MOS管Q4的D－S极两端，二极管D3和二极管D4阴极相连，电阻R1设置在MOS管Q3和MOS管Q4串联的电路中，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
进一步的，上述的均衡充电电路中：包括MOS管Q3、二极管D3、电阻R1，所述的MOS管Q3的G极接受主处理器控制，二极管D3设置在MOS管Q3的D－S极之间，二极管D3的阳极接MOS管Q3的S极；MOS管Q3的D、S极并联到所述的充放电保护电路中的过充保护开关两端，电阻R1串连在MOS管Q3的S、D任意一端，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
本发明还提供了一种上述的均衡充电电路的均衡充电方法，该方法包括：
正常充电时，充放电保护电路导通，被动均衡不启动，限流充电电路不工作；
当串联电池组中单节电芯达到均衡电压时，该被动均衡启动，为该节电芯放电；
当该电芯被继续充高，充到过充保护点时，充放电保护电路工作，其中的过充保护开关断开，限流充电电路工作，限制充电电流低于被动均衡电流；保持小电流给电池充电，直到每节电池都达到充满的状态。
本发明只需要增加一路小于100mA的限流充电电路即可达到每节电芯充满的目的，成本低廉。
每节电芯均能小电流充满，均衡效果好。
电路简单、控制简单、安全可靠。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
附图1是被动均衡电路原理图。
附图2是一种单体到组的均衡方式电路原理图。
附图3是一种组到单体的均衡方式电路原理图。
附图4是一种双向均衡方式电路原理图。
附图5是一种飞镀电容方式的均衡方式电路原理图。
附图6是本发明的均衡充电电路原理图。
附图7是本发明的充放电保护电路实施例1原理图。
附图8是本发明的充放电保护电路实施例2原理图。
附图9是本发明充的限流充电电路实施例1原理图。
附图10是本发明充的限流充电电路实施例2原理图。
附图11是本发明充的限流充电电路实施例3原理图。
附图12是本发明充的限流充电电路实施例4原理图。
具体实施方式
实施例1，本实施例是一种均衡充电电路，如图6所示：包括并联在电池组中单体电池两端的被动均衡电路和设置在电池组充、放电回路中的充放电保护电路，所述的被动均衡电路和充放电保护电路由主处理器控制；还包括并联在所述的充放电保护电路两端的限流充电电路，主处理器在充放电保护电路过充保护时控制限流充电电路工作，使充电电流低于被动均衡电流。
充电过程如下：
1)电池串联后的正负极分别为B+和B-。
2)电池包的输出为B+和P-，B-要经过保护电路能输出作为P-。实践上，也可以在B+要经过保护电路能输出作为P+。
3)正常充电时，充放电保护电路导通，被动均衡不启动，限流充电电路不工作；
4)当单节电芯达到均衡电压时，被动均衡启动，为该节电芯放电；
5)当该电芯被继续充高，充到过充保护点时，充放电保护电路中，充电保护电路工作，不允许充电，同时限流充电电路工作，限制该充电电流低于被动均衡电流；保持小电流给电池充电，直到每节电池都达到充满的状态；
本实施例中，充放电保护电路和限流充电电路均有多种形式。
首先充放电保护电路如图7所示，是一种对顶MOS模式，MOS管Q1、MOS管Q2两个MOS管分别是充电保护MOS管和放电保护MOS管。
具体的充放电保护电路如图7所示，包括设置在充放电回路上D极相连的MOS管Q1和MOS管Q2、二极管D1、二极管D2，所述的MOS管Q1和MOS管Q2的G极由主处理器控制，二极管D1并联在MOS管Q1的D－S极之间，二极管D2并联在MOS管Q2的D－S极之间，二极管D1和二极管D2的P极分别与MOS管Q1和MOS管Q2的S极相连。
充放电保护电路还可以采用继电器加二极管模式，K1、K2两个继电器分别是充电继电器和放电继电器。如图8所示：这种方式充放电保护电路包括由主处理器控制的继电器K1和继电器K2以及二极管D1、二极管D2；所述的继电器K1和继电器K2串连接入充放电回路中，二极管D1、二极管D2分别设置在继电器K1和继电器K2的两端，阴极相连。
限流充电电路也有多种方式。是一种继电器加串联限流电阻，如图9和图10所示，该方式选择合适的电阻值，限制电流一定小于被动均衡电流。具体的电路如图9所示：限流充电电路包括由主处理器控制是否吸合的继电器K3和电阻R1，继电器K3与电阻R串连经后并联到所述的充放电保护电路，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
如图10所示：限流充电电路包括由主处理器控制是否吸合的继电器K3和电阻R1，继电器K3与电阻R串连经后并联到所述的充放电保护电路中的过充保护开关两端，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
MOS管加串联限流电阻如图11和图12所示，MOS管工作在完全导通和完全关断两种模式，选择合适的电阻值，限制电流一定小于被动均衡电流；
如图11所示，包括MOS管Q3和MOS管Q4、二极管D3、二极管D4、电阻R1，所述的MOS管Q3和MOS管Q4的D极相连，G极接受主处理器控制，两个S极分别接充放电保护电路的两端，二极管D3和二极管D4分别设置在MOS管Q3和MOS管Q4的D－S极两端，二极管D3和二极管D4阴极相连，电阻R1设置在MOS管Q3和MOS管Q4串联的电路中，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
如图12所示：包括MOS管Q3、二极管D3、电阻R1，所述的MOS管Q3的G极接受主处理器控制，二极管D3设置在MOS管Q3的D－S极之间，二极管D3的阳极接MOS管Q3的S极；MOS管Q3的D、S极并联到所述的充放电保护电路中的过充保护开关两端，电阻R1串连在MOS管Q3的S、D任意一端，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。

Claims (8)

1.一种均衡充电电路，包括并联在电池组中单体电池两端的被动均衡电路和设置在电池组充、放电回路中的充放电保护电路，所述的被动均衡电路和充放电保护电路由主处理器控制；其特征在于：还包括并联在所述的充放电保护电路两端的限流充电电路，主处理器在充放电保护电路过充保护时控制限流充电电路工作，使充电电流低于被动均衡电流。
2.根据权利要求1所述的均衡充电电路，其特征在于：所述的充放电保护电路包括设置在充放电回路上D极相连的MOS管Q1和MOS管Q2、二极管D1、二极管D2，所述的MOS管Q1和MOS管Q2的G极由主处理器控制，二极管D 1并联在MOS管Q 1的D－S极之间，二极管D 2并联在MOS管Q 2的D－S极之间，二极管D 1和二极管D 2的P极分别与MOS管Q 1和MOS管Q 2的S极相连。
3.根据权利要求1所述的均衡充电电路，其特征在于：所述的充放电保护电路包括由主处理器控制的继电器K1和继电器K2以及二极管D1、二极管D2；所述的继电器K1和继电器K2串连接入充放电回路中，二极管D1、二极管D2分别设置在继电器K1和继电器K2的两端，阴极相连。
4.根据权利要求2或3所述的均衡充电电路，其特征在于：所述的限流充电电路包括由主处理器控制是否吸合的继电器K3和电阻R1，继电器K 3与电阻R串连经后并联到所述的充放电保护电路，所述的电阻R 1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
5.根据权利要求2或3所述的均衡充电电路，其特征在于：所述的限流充电电路包括由主处理器控制是否吸合的继电器K3和电阻R1，继电器K 3与电阻R串连经后并联到所述的充放电保护电路中的过充保护开关两端，所述的电阻R1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
6.根据权利要求2或3所述的均衡充电电路，其特征在于：包括MOS管Q 3和MOS管Q 4、二极管D 3、二极管D 4、电阻R 1，所述的MOS管Q 3和MOS管Q 4的D极相连，G极接受主处理器控制，两个S极分别接充放电保护电路的两端，二极管D 3和二极管D 4分别设置在MOS管Q 3和MOS管Q 4的D－S极两端，二极管D 3和二极管D 4阴极相连，电阻R 1设置在MOS管Q 3和MOS管Q 4串联的电路中，所述的电阻R 1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
7.根据权利要求2或3所述的均衡充电电路，其特征在于：包括MOS管Q 3、二极管D 3、电阻R 1，所述的MOS管Q 3的G极接受主处理器控制，二极管D 3设置在MOS管Q 3的D－S极之间，二极管D 3的阳极接MOS管Q 3的S极；MOS管Q 3的D、S极并联到所述的充放电保护电路中的过充保护开关两端，电阻R 1串连在MOS管Q 3的S、D任意一端，所述的电阻R 1阻值选择限制电流小于被动均衡电流时的电阻。
8.一种根据权利要求1所述的均衡充电电路的均衡充电方法，其特征在于：包括：
正常充电时，充放电保护电路导通，被动均衡不启动，限流充电电路不工作；
当串联电池组中单节电芯达到均衡电压时，该被动均衡启动，为该节电芯放电；
当该电芯被继续充高，充到过充保护点时，充放电保护电路工作，其中的过充保护开关断开，限流充电电路工作，限制充电电流低于被动均衡电流；保持小电流给电池充电，直到每节电池都达到充满的状态。
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