CN114597981A - 电压平衡电路及其充电时平衡电池电压的方法 - Google Patents

电压平衡电路及其充电时平衡电池电压的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电压平衡电路及其充电时平衡电池电压的方法，包括一电池模块，电池模块包括有复数电池串联；一分压模块包括有复数泄放电阻，每一泄放电阻皆与每一电池并联而设；一侦测模块包括有复数热敏电阻及一微控制器，每一热敏电阻皆设置在每一泄放电阻的旁边，每一热敏电阻皆与微控制器相连；及一控制模块包括有复数开关、一模拟前端组件，每一开关皆与每一泄放电阻串联，且与每一电池并联，每一开关皆与模拟前端组件相连接，模拟前端组件与微控制器相连接，所述微控制器能实时计算出所述热敏电阻的温度值，进而将温度的信息传送给所述模拟前端组件以控制开关。

Description

电压平衡电路及其充电时平衡电池电压的方法
技术领域
本发明为提供电压平衡电路及其充电时平衡电池电压的方法，尤指一种能在复数电池同时进行充电时，实时调整每一电池的充电电压的电压平衡电路。
背景技术
***衡功能，当有电池芯已充满电，会被视为整组电池组已充饱电。然而实际上，其中会有某几个电池芯处于尚未充饱电的状态。放电时，当有电池芯电量归零时，则会视为电池组放光电，然而实际上，其中会有某几个电池还没有完全放电。故需要在电池组中加上电压均衡管理***来平衡各电池充电时的电压状况。
现有的电压均衡管理***，是将每一电池另外并联接一泄放电阻，如此较高电压的电池能在充电的过程中，藉由一部分的电压进入泄放电阻进行放电，以降低进入电池中的电压。
然而，由于电流流进泄放电阻时，电能会转化为热能消耗，故泄放电阻的温度会持续上升。当温度过高时，容易影响或损害到其他组件。
因此，有必要提供一种电压平衡电路，得以实时地控制泄放电阻的放电状况，以使复数电池在充电时，能不断地平衡电压且控制泄放电组的温度。
发明内容
本發明的目的在于提供一种电动载具中的充电结构，尤其是涉及一种能同时对复数个电池模块进行充电，且能避免电流从高电量的电池模块回流至低电量的电池模块中的供电结构。
为实现上述目的，本發明公开一种电压平衡电路，其特征在于：包括一电池模块，与一外接电源连接以对所述电池模块进行充电，所述电池模块包括有复数电池串联；一分压模块，包括有复数泄放电阻，每一所述泄放电阻皆与每一所述电池并联而设；一侦测模块，包括有复数热敏电阻、复数固定电阻及一微控制器，每一所述热敏电阻皆设置在每一所述泄放电阻的旁边，每一所述热敏电阻皆与每一所述固定电阻串联，所述固定电阻接地，所述微控制器与所述热敏电阻及所述固定电阻并联；及一控制模块，包括有复数开关、一模拟前端组件，每一所述开关皆与每一所述泄放电阻串联，且与每一所述电池并联，所述开关在未进行分流时与所述泄放电阻成断路状态，每一所述开关皆与所述模拟前端组件相连接，所述模拟前端组件与所述微控制器相连接，所述微控制器能藉由所述热敏电阻的电阻值改变，实时计算出所述热敏电阻的温度值，进而将温度的信息传送给所述模拟前端组件，所述模拟前端组件中设定有温度的上、下限值。
作为进一步的改进，复数所述电池分为一第一电池及至少一第二电池，复数所述泄放电阻分为一第一泄放电阻及至少一第二泄放电阻，复数所述开关分为一第一开关及至少一第二开关，所述第一电池与所述第一泄放电阻并联，所述第一泄放电阻与所述第一电池的回路之间设有一所述第一开关，所述第一电池、所述第一泄放电阻及所述第一开关形成一可开关的分流电路回路，所述第一开关与所述模拟前端组件相连；所述第二电池与所述第二泄放电阻并联，所述第二泄放电阻与所述第二电池的回路之间设有一所述第二开关，所述第二电池、所述第二泄放电阻及所述第二开关形成一可开关的分流电路回路，所述第二开关与所述模拟前端组件相连。
作为进一步的改进，所述第一电池的负极连接一第一节点，所述第一节点与所述第一开关之间连接有一第二节点，所述第二节点与所述模拟前端组件之间连接有一第三节点，所述第一开关延伸一电路与所述第三节点相连。
作为进一步的改进，所述第二节点与所述第三节点之间还连接有至少一第一电阻。
作为进一步的改进，所述第二电池的正极与所述第一节点相连接，所述第二泄放电阻的一端与所述第二节点相连接，另一端与所述第二开关相连接，所述第二电池的负极连接有一第四节点，所述第四节点与开关之间连接有一第五节点，所述第五节点与所述模拟前端组件之间连接有一第六节点，所述第六节点延伸一电路与所述第二开关相连接。
作为进一步的改进，所述第五节点与所述第六节点之间设有至少一第二电阻。
作为进一步的改进，新增设的第二电池正极是与前述的第二开关相连接，新增设的第二泄放电阻与前述的第六节点相连接。
作为进一步的改进，所述开关为一种MOSFET开关。
为实现上述目的，一种电压平衡电路充电时平衡电池电压的方法，其特征在于：当复数所述电池开始进行充电时，所述平衡电池电压的方法包括以下步骤：A. 模拟前端组件侦测每一所述电池的电压状况；B. 所述模拟前端组件会给予电压高于最低电压的所述电池所连接的开关一讯号；C. 所述开关与泄放电组导通，部分电压进入所述泄放电阻，所述泄放电阻持续升温；D. 热敏电阻因所述泄放电阻持续的温度变化，而持续改变电阻阻值；E. 微控制器持续计算出所述热敏电阻的温度值，并将温度值持续发送给所述模拟前端组件；F.当温度值超过所述模拟前端组件中所设定的上限值时，会发送讯号给所述开关以断开所述开关及所述泄放电阻，所述泄放电阻开始降温；G. 当温度值低于所述模拟前端组件中所设定的上限值且该所述电池的电压高于当前最低电压的所述电池时，所述模拟前端组件会发送讯号给所述开关以导通所述开关与所述泄放电阻，而所述泄放电阻会开始升温；H. 电池模块在充电完成前，持续重复步骤F及步骤G；I. 充电完成。
作为进一步的改进，执行步骤G时，若温度值低于所述模拟前端组件中所设定的上限值且该所述电池的电压等于当前最低电压的所述电池时，所述模拟前端组件不会发送讯号给所述开关进行导通。
如上所述，本发明电压平衡电路能藉由所设置的热敏电阻实时感测泄放电阻的温度变化，实时切换开关与泄放电阻之间的导通或断开状态。如此能持续地平衡每一电池的电压状况。以使低电压状态的电池能完全充电。
附图说明
图1为本发明电压平衡电路之***方块图。
图2为本发明电压平衡电路之电路图。
图3为本发明电压平衡电路中侦测模块的电路图。
图4为本发明电压平衡电路中部分的电路图。
图5为本发明电压平衡电路中第一开关及第二开关皆呈断开状态电流流动方向时的电路图。
图6为本发明电压平衡电路中第一开关呈导通状态电流流动方向时的电路图。
图7为本发明电压平衡电路中第一开关呈导通状态而第二开关呈断开状态电流流动方向时的电路图。
图8为本发明电压平衡电路中第一开关及第二开关皆呈导通状态电流流动方向时的电路图。
图9为本发明电压平衡电路中第一开关呈断开状态而第二开关呈导通状态电流流动方向时的电路图。
图10为本发明电压平衡电路之平衡复数电池充电时的电压方法的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的目的和功效，以下结合具体实施例并配合附图予以详细说明。
请参阅图1至图4，本发明电压平衡电路100包括有一电池模块1、一分压模块2、一侦测模块3及一控制模块4。
电池模块1与一外接电源连接以对电池模块1进行充电。电池模块1包括有复数电池11串联。
分压模块2包括有复数泄放电阻21，每一泄放电阻21皆与每一电池11并联而设。分压模块2能使得进入电池11的电流会有部分进入泄放电阻21。如此能对电池模块1进行分流。
侦测模块3包括有复数热敏电阻31、复数固定电阻32及一微控制器33(Microcontroller Unit；MCU)。每一热敏电阻31皆设置在每一泄放电阻21的旁边。以感测泄放电阻21的温度变化。每一热敏电阻31皆与每一固定电阻32串联，固定电阻32接地。微控制器33与热敏电阻31及固定电阻32并联，以读取内部电源7对热敏电阻31及固定电阻32的分压值获得温度讯号。
热敏电阻31具有电阻值随温度的变化而改变的特性。固定电阻32具有固定的电阻值。微控制器33藉由撷取内部电源7对固定电阻32及热敏电阻31的分压值，进而计算出热敏电阻31的温度值。具体地，由于固定电阻32为一固定的电阻值，故当热敏电阻31随温度的变化会产生电阻值的改变，微控制器33能藉由电阻值的改变实时计算出热敏电阻31的温度值。
控制模块4包括有复数开关41、一模拟前端组件42(Analog Front End； AFE)。该开关41为一种MOSFET开关。该MOSFET开关能藉由接收讯号以进入导通或断开的状态。每一开关41皆与每一泄放电阻21串联，且与每一电池11并联。如此当充电电压进入电池11时，会有部分电压进入泄放电阻21。开关41平时与泄放电阻21成断路状态。故平时电池11进行充电时，为充电电流完整的电流对电池11进行充电。每一开关41皆与模拟前端组件42相连接。模拟前端组件42也与微控制器33相连接，当微控制器33计算出热敏电阻31的温度值时，会将该温度值传输给模拟前端组件42。模拟前端组件42中设定有温度的上、下限值。当接收到的温度抵达下限值时，且符合启动平衡装置，会使开关41与泄放电阻21接通。当接收到的温度抵达上限值时，会使开关41与泄放电阻21断开。
当电池模块1开始进行充电时，模拟前端组件42会侦测每一电池11的电压状况，以找出当前电压最低的电池11。模拟前端组件42再以当前电压最低的电池11为基准，而电压高于该最低电压的电池11，模拟前端组件42会给与其所连接的开关41一讯号，使得开关41与泄放电阻21导通以对该电池11进行分流。如此在充电的过程中，最低电压的电池11能得到完整的充电电流，而电压高于该最低电压的电池11会由于开关41与泄放电阻21的导通，导致部分电流进入泄放电阻21，从而得到较低的充电电流。如此能逐渐将每一电池的电压平衡，避免最低电压的电池11在复数电池11同时充电的情况下，电压无法充满的情况。
当电流流过泄放电阻21时，泄放电阻21将电能转化为热能消耗，使得泄放电阻21会持续发热，导致泄放电阻21的温度不断升高。该温度若是过高会影响到其他的组件。
故藉由将热敏电阻31设置于泄放电阻21的旁边。当泄放电阻21的温度升高时，该温度即会传导至热敏电阻31，使得热敏电阻31因受热而改变电阻值。而微控制器33会持续计算出内部电源7对热敏电阻31及固定电阻32的分压值获得热敏电阻31的温度值，并将温度值持续发送讯号给模拟前端组件42，模拟前端组件42即会判断是否超过超过所设定的上限值，当温度值超过所设定的上限值时，会发送讯号给开关41以断开开关41及泄放电阻21，以停止分流，此时部分电流即不会进入泄放电阻21，流进该电池11的电流回归完全，而泄放电阻21会开始降温。
当泄放电阻21的温度开始降温时，热敏电阻31受到温度降低而改变电阻值。微控制器33会持续计算出内部电源7对热敏电阻31及固定电阻32的分压值获得热敏电阻31的温度值，并将温度值持续发送讯号给模拟前端组件42，模拟前端组件42即会判断是否超过低于所设定的下限值，当温度值低于所设定的上限值且该电池11的电压高于当前最低电压的电池11时，会发送讯号给开关41以导通开关41与泄放电阻21，此时部分电流即会进入泄放电阻21，以进行分流，而泄放电阻21会开始升温。如此能持续地平衡每一电池的电压状况。以使低电压状态的电池能充满。
请参阅图10，当复数所述电池开始进行充电时，所述平衡电压的方法包括以下步骤：
S801： 模拟前端组件侦测每一电池的电压状况；
S802：所述模拟前端组件会给予电压高于最低电压的所述电池所连接的所述开关一讯号；
S803： 所述开关与泄放电组导通，部分电压进入泄放电阻，所述泄放电阻持续升温；
S804：热敏电阻因泄放电阻持续的温度变化，而持续改变电阻阻值；
S805：微控制器持续计算出热敏电阻的温度值，并将温度值持续发送给模拟前端组件；
S806：当温度值超过模拟前端组件中所设定的上限值时，会发送讯号给开关以断开开关及泄放电阻，泄放电阻开始降温；
S807：当温度值低于模拟前端组件中所设定的上限值且该电池的电压高于当前最低电压的电池时，模拟前端组件会发送讯号给开关以导通开关与泄放电阻，而泄放电阻会开始升温；
S808：复数在充电完成前，持续重复步骤S806及步骤S807；
S809：充电完成。
执行步骤S807时，若温度值低于模拟前端组件中所设定的上限值且该电池的电压等于当前最低电压的电池时，模拟前端组件不会发送讯号给开关进行导通。
请参阅图3至图5，本发明的实施例中，复数电池11分为一第一电池111及至少一第二电池112。复数泄放电阻21分为一第一泄放电阻211及至少一第二泄放电阻212。复数开关41分为一第一开关411及至少一第二开关412。
第一电池111与第一泄放电阻211并联，第一泄放电阻211与第一电池111的回路之间设有一第一开关411，第一电池111、第一泄放电阻211及第一开关411形成一可开关的分流电路回路。第一开关411与模拟前端组件42相连。
第一电池111的负极连接一第一节点51，第一节点51与第一开关411之间连接有一第二节点52，第二节点52与模拟前端组件42之间连接有一第三节点53，第一开关411延伸一电路与第三节点53相连。第二节点52与第三节点53之间还连接有至少一第一电阻61。第一电阻61具有稳定模拟前端组件42及第一开关411间之讯号传输的作用。
第一泄放电阻211能使得电路产生分流的效果，当第一开关411接通以将第一泄放电阻211及第二节点52接通时，会形成一分流的回路。当外接电源对第一电池111进行充电时，电流会往第一电池111进入，并且会分出一部分的电流往第一泄放电阻211的方向进入，如此能降低流往第一电池111的电流。此时，第一泄放电阻211会受到电流流过的影响，而产生热能，使得第一泄放电阻211的温度上升。
第二电池112与第二泄放电阻212并联，第二泄放电阻212与第二电池112的回路之间设有一第二开关412，第二电池112、第二泄放电阻212及第二开关412形成一可开关的分流电路回路，第二开关412与模拟前端组件42相连。
第二电池112的正极与第一节点51相连接，第二泄放电阻212的一端与第二节点52相连接，另一端与第二开关412相连接。第二电池112的负极连接有一第二开关54，第二开关54与开关之间连接有一第五节点55，第五节点55与模拟前端组件42之间连接有一第六节点56，第六节点56延伸一电路与第二开关412相连接，第五节点55与第六节点56之间设有至少一第二电阻62。第二电阻62具有稳定模拟前端组件42及第二开关412间之讯号传输的作用。
当设有两个第二电池112、两个第二泄放电阻212及两个第二开关412时，其组成及连结方式大致上与上述的连结方式相同，不同的地方在于，新增设的第二电池112正极是与前述的第二开关412相连接。新增设的第二泄放电阻212与前述的第六节点56相连接。
当设有复数第二电池112、复数第二泄放电阻212及复数第二开关412时，其组成及连结方式与上述设有两个第二电池112、两个第二泄放电阻212及两个第二开关412时的连结方式相同。
热敏电阻31设置于第一泄放电阻211及每一第二泄放电阻212的旁边。热敏电阻31的一端与一内部电源7连接，热敏电阻31的另一端连接有一第七节点57。第七节点57延伸一电路与微控制器33相连。第七节点57延伸另一电路与固定电阻32相连。固定电阻32的另一端接地。
续参阅图5，第一开关411及每一第二开关412平时与第一泄放电阻211及每一第二泄放电阻212皆处于断路状态，使得每一分流电路回路平时不导通。此时，充电的电流仅会流过串联的第一电池111及至少一第二电池112以进行充电。
请参阅图6，当第一开关411与第一泄放电阻211处于导通状态时，第一泄放电阻211、第一开关411及第一电池111成为并联的状态。此时充电的电流不仅往第一电池111进入，还会分出一部分往第一泄放电阻211进入，如此能降低流往第一电池111的充电电流，使得第一电池111受到较低充电电流的充电。
请参阅图7，若是第二开关412与第二泄放电阻212呈断开状态时，一部分流往第一泄放电阻211的电流，会依序经过第一泄放电阻211、第一开关411、第二节点52及第一节点51，并在第一节点51处与流过第一电池111的大部分电流汇集，再往第二电池112的电路方向进入，此时第二电池112受到完整的充电电流以进行充电。
请参阅图8，若是第二开关412与第二泄放电阻212接通时，一部分进入第一泄放电阻211的电压，会依序经过第一泄放电阻211、第一开关411及第二节点52后，依序往第二泄放电阻212及第二开关412进入。流经第一电池111的大部分电流，会经过第一节点51后，往第二电池112进入。
续参阅图5，当第一开关411与第一泄放电阻211呈断开状态时，充电的电流会完全进入到第一电池111中进行完全电压的充电。完整的充电电压再经过第一节点51往第二电池112进入。若是第二开关412与第二泄放电阻212呈断开状态时，充电电流会完全进入到第二电池112中进行完全电压的充电。
请参阅图9，若是第二开关412与第二泄放电阻212呈接通状态时，第二泄放电阻212、第二开关412及第二电池112成为并联的状态。此时充电的电流不仅往第二电池112进入，还会分出一部分往第二泄放电阻212进入，如此能降低进入第二电池112的充电电流，使得第二电池112受到较低充电电流的充电。
当设有复数第二电池112、复数第二泄放电阻212及复数第二开关412时，其中的第二开关412及第二泄放电阻212是呈断开或接通状态，则电流的流动方式与上述相同。
承上所述，本发明电压平衡电路100能藉由所设置的热敏电阻31实时感测泄放电阻21的温度变化，实时切换开关41与泄放电阻21之间的导通或断开状态。如此能持续地平衡每一电池11的电压状况。以使低电压状态的电池11能完全充电。

Claims (10)

1.一种电压平衡电路，其特征在于：包括一电池模块，与一外接电源连接以对所述电池模块进行充电，所述电池模块包括有复数电池串联；一分压模块，包括有复数泄放电阻，每一所述泄放电阻皆与每一所述电池并联而设；一侦测模块，包括有复数热敏电阻、复数固定电阻及一微控制器，每一所述热敏电阻皆设置在每一所述泄放电阻的旁边，每一所述热敏电阻皆与每一所述固定电阻串联，所述固定电阻接地，所述微控制器与所述热敏电阻及所述固定电阻并联；及一控制模块，包括有复数开关、一模拟前端组件，每一所述开关皆与每一所述泄放电阻串联，且与每一所述电池并联，所述开关在未进行分流时与所述泄放电阻成断路状态，每一所述开关皆与所述模拟前端组件相连接，所述模拟前端组件与所述微控制器相连接，所述微控制器能藉由所述热敏电阻的电阻值改变，实时计算出所述热敏电阻的温度值，进而将温度的信息传送给所述模拟前端组件，所述模拟前端组件中设定有温度的上、下限值。
2.如权利要求1所述的电压平衡电路，其特征在于：复数所述电池分为一第一电池及至少一第二电池，复数所述泄放电阻分为一第一泄放电阻及至少一第二泄放电阻，复数所述开关分为一第一开关及至少一第二开关，所述第一电池与所述第一泄放电阻并联，所述第一泄放电阻与所述第一电池的回路之间设有一所述第一开关，所述第一电池、所述第一泄放电阻及所述第一开关形成一可开关的分流电路回路，所述第一开关与所述模拟前端组件相连；所述第二电池与所述第二泄放电阻并联，所述第二泄放电阻与所述第二电池的回路之间设有一所述第二开关，所述第二电池、所述第二泄放电阻及所述第二开关形成一可开关的分流电路回路，所述第二开关与所述模拟前端组件相连。
3.如权利要求2所述的电压平衡电路，其特征在于：所述第一电池的负极连接一第一节点，所述第一节点与所述第一开关之间连接有一第二节点，所述第二节点与所述模拟前端组件之间连接有一第三节点，所述第一开关延伸一电路与所述第三节点相连。
4.如权利要求3所述的电压平衡电路，其特征在于：所述第二节点与所述第三节点之间还连接有至少一第一电阻。
5.如权利要求3所述的电压平衡电路，其特征在于：所述第二电池的正极与所述第一节点相连接，所述第二泄放电阻的一端与所述第二节点相连接，另一端与所述第二开关相连接，所述第二电池的负极连接有一第四节点，所述第四节点与开关之间连接有一第五节点，所述第五节点与所述模拟前端组件之间连接有一第六节点，所述第六节点延伸一电路与所述第二开关相连接。
6.如权利要求5所述的电压平衡电路，其特征在于：所述第五节点与所述第六节点之间设有至少一第二电阻。
7.如权利要求5所述的电压平衡电路，其特征在于：新增设的第二电池正极是与前述的第二开关相连接，新增设的第二泄放电阻与前述的第六节点相连接。
8.如权利要求1所述的电压平衡电路，其特征在于：所述开关为一种MOSFET开关。
9.一种电压平衡电路充电时平衡电池电压的方法，其特征在于：当复数所述电池开始进行充电时，所述平衡电池电压的方法包括以下步骤：A. 模拟前端组件侦测每一所述电池的电压状况；B. 所述模拟前端组件会给予电压高于最低电压的所述电池所连接的开关一讯号；C. 所述开关与泄放电组导通，部分电压进入所述泄放电阻，所述泄放电阻持续升温；D. 热敏电阻因所述泄放电阻持续的温度变化，而持续改变电阻阻值；E. 微控制器持续计算出所述热敏电阻的温度值，并将温度值持续发送给所述模拟前端组件；F.当温度值超过所述模拟前端组件中所设定的上限值时，会发送讯号给所述开关以断开所述开关及所述泄放电阻，所述泄放电阻开始降温；G. 当温度值低于所述模拟前端组件中所设定的上限值且该所述电池的电压高于当前最低电压的所述电池时，所述模拟前端组件会发送讯号给所述开关以导通所述开关与所述泄放电阻，而所述泄放电阻会开始升温；H. 电池模块在充电完成前，持续重复步骤F及步骤G；I. 充电完成。
10.如权利要求9所述的电压平衡电路充电时平衡电池电压的方法，其特征在于：执行步骤G时，若温度值低于所述模拟前端组件中所设定的上限值且该所述电池的电压等于当前最低电压的所述电池时，所述模拟前端组件不会发送讯号给所述开关进行导通。
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