CN203233209U - 一种电池组充电均衡控制电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池组充电均衡控制电路，电池组包括至少两个电池单体，该均衡控制电路包括：与电源线相连接、且分别与至少两个电池单体相连接的充电电路；分别与至少两个电池单体相连接的电压检测电路；与电压检测电路相连接的电压比较器；与电压比较器相连接，且与充电电路相连接的控制器；与多个充电电路相连接，且与控制器相连接的均流电路。该电路不仅为充电电路设定了不同的充电模式或充电档位，并根据电池组内电池单体之间的电压对充电情况进行控制，实现电池单体之间更加均衡，而且还可以降低充电速度较快的电池单体的充电速度，以达到电池组内各节电池单体均衡充电的目的。

Description

一种电池组充电均衡控制电路

技术领域

本申请涉及电池组控制技术领域，特别是涉及一种电池组充电均衡控制电路。

背景技术

磷酸铁锂电池是近几年新发展起来的新型二次电源，其主要优点在于输入输出功率大、工作温度范围宽、无记忆效应、长达2000次以上的超长寿命绿色环保以及浮充特性出众等特点，广泛应用于电动汽车和储能电站领域。

但磷酸铁锂电池在高倍率充放电时，实际比容量低，所以尽管磷酸铁锂电池有上述多项优点，但应用在后备电源领域，特别是变电站的站用后备电源领域时，优势却不明显，不能有效地进行磷酸铁锂电池的浅充浅放，容易出现高倍率充放的情况，从而不能有效地维持磷酸铁锂电池的物理特性和化学特性。

当某一电池的物体特性和化学特性产生变化后，电池组中电池个体之间就会差异，长期如此将导致某些电池出现过放电的现象。在进行充电过程也是一样，如果不考虑电池单体之间的差异情况而进行充电，可能会导致单节电池出现过度充电的情况。单节电池如果长期过放电或者是过充电，其电池容量将会减小，使用寿命将会缩短，整组电池的一致性就会受到破坏，从而缩短电池组的寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种电池组充电均衡控制电路，以实现电池组中各电池单体可以均衡充电。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种电池组充电均衡控制电路，所述电池组包括至少两个电池单体，该均衡控制电路包括：

输入端与电源线相连接、输出端分别与至少两个所述电池单体相连接的充电电路；

输入端分别与至少两个所述电池单体相连接，用于采集至少两个所述电池单体的电压的电压检测电路；

输入端与所述电压检测电路的输出端相连接，用于计算至少两个所述电池单体的平均电压，并将所述平均电压与预设电压阈值进行比较得到第一比较结果，且将至少两个所述电池单体的电压两两进行比较，并得到第二比较结果的电压比较器；

输入端与所述电压比较器相连接，输出端与充电电路相连接，用于根据所述第一比较结果控制所述充电电路的充电电压以及充电电流的大小，并且根据所述第二比较结果生成均流信号的控制器；

与多个所述充电电路相连接，且与所述控制器相连接，用于根据所述均流信号控制多个所述充电电路的充电电流大小的均流电路。

优选地，所述电压比较器包括：

用于将所述平均电压与第一预设电压阈值、第二预设电压阈值进行比较得到第一比较结果的第一电压比较器；

用于将至少两个所述电池单体的电压两两进行比较得到第二比较结果的第二电压比较器。

优选地，所述控制器包括：

输入端与第一电压比较器、第二电压比较器的输出端相连接，用于当所述平均电压小于所述第一预设电压阈值时控制所述充电电压等于第一预设电压阈值，或者，当所述平均电压位于大于等于第一预设电压阈值、且小于第二预设电压阈值之间时控制所述充电电压等于第二预设电压阈值；或者，当所述平均电压等于所述第二预设电压阈值时控制所述充电电压等于第一电压阈值的电压控制电路；

输入端与第一电压比较器、第二电压比较器的输出端相连接，用于当所述平均电压小于所述第一预设电压阈值时控制所述充电电路的充电电流在0.1C～0.2C之间，或者当所述平均电压大于等于所述第一预设电压阈值时控制所述充电电路的充电电流为0.01C的电流控制电路；

与所述电压比较器相连接，用于判断某一个电池单体的电压是否高于所述电池组内其他电池单体的第一比较器；

与所述第一比较器相连接，用于当某一个电池单体的电压是否高于所述电池组内其他电池单体时，生成均流信号的第一触发器。

优选地，所述第一预设电压阈值为3.42V，所述第二预设电压阈值为3.6V。

优选地，进一步包括：与所述电压检测电路相连接，用于但所述平均电压小于第一预设电压阈值、且充电电流在0.1C～0.2C之间时，生成第一延时指令并发送给所述电压检测电路，或者，当所述平均电压大于等于第一预设电压阈值且小于第二预设电压阈值、且充电电流在0.01C时，生成第二延时指令并发送给所述电压检测电路；或者，当述平均电压等于第二预设电压阈值时，生成第三延迟指令并发送给所述电压检测电路的延时控制器。

优选地，所述第一延迟指令和第二延迟指令中的延迟时间为0～1小时，所述第三延迟指令中的延长时间为0.5～24小时。

优选地，所述均流电路包括多个电阻和多个切换开关，其中：

每个所述充电电路均串联有至少一个电阻，并且每个电阻均与一个切换开关构成一个分流支路；

每个切换开关的控制端与所述控制器相连接，所述均流信号内包含有开关信号，所述切换开关受所述均流信号中开关信号所控制。

优选地，所述控制器还包括：

与所述电压比较器相连接，用于判断所述电池组内的电池组单体的电压差值是否小于预设阈值的第二比较器；

与所述第二比较器相连接，用于当所述电池组内的电池组单体的电压差值小于预设阈值时，生成切换开关恢复信号并发送给所述均流电路的第二触发器。

由以上技术方案，可见，本申请实施例提供的该基于改变充电模式的电池组充电均衡控制电路，首先采集充电过程中电池组内所有电池单体的电压，然后计算所有电池单体的平均电压，并且将计算得到的平均电压与预设电压阈值进行比较，根据比较得到的不同的结果，改变充电电路的充电电压以及充电电流，即相当于为充电电路设定了不同的充电模式或充电档位，进而可以根据电池组内电池单体之间的电压对充电情况进行控制，实现电池单体之间更加均衡。同时，还可以判断出电池组内是否出现充电速度较快的电池单体，并且生成均流信号并发送给均流电路，由均流电路来控制出现充电速度较快的电池单体的充电电流。进而可以降低这个异常的电池单体的充电速度，以达到电池组内各节电池单体均衡充电的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电池组充电均衡控制电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的比较器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的控制器的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种电池组充电均衡控制电路的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的控制器的另一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

图1为本申请实施例提供的一种电池组充电均衡控制电路的结构示意图。

该控制电路用于对电池组的充电过程进行控制，以使得电池组内的各电池单体实现均衡充电，对于电池组而言，包括至少两个电池单体。图1中100为电池组，200为电池单体，300为与电池组充电的电源线。

如图1所示，该控制电路包括：包括：充电电路1、电压检测电路2、电压比较器3、控制器4和均流电路5。

所述充电电路1的输入端与电源线300相连接，所述充电电路1的输出端分别与至少两个所述电池单体200相连接，充电电路1的作用是将电源线300上的电压降压、电流限流后对电池单体进行充电，充电电路1在具体实现时，通常可以为降压限流电路。另外，在本申请实施例中，每个电池单体200可以分别配置一个充电电路1。

电压检测电路2的输入端分别与至少两个所述电池单体200相连接，输出端与所述电压比较器3相连接。电压检测电路2的作用是采集至少两个所述电池单体200的电压，并将采集到的电压发送给电压比较器3。

电压比较器3用于计算至少两个所述电池单体200的平均电压，将所述平均电压与预设电压阈值进行比较得到第一比较结果，并将第一比较结果发送给所述控制器4。另外电压比较器3还用于将至少两个所述电池单体的电压两两进行比较得到第二比较结果，并将第二比较结果发送给所述控制器4

如图2所示，为本申请实施例提供的比较器的结构示意图，图中，比较器3包括：第一电压比较器31和第二电压比较器32，其中：

第一电压比较器31的输出端分别与电压控制电路43、电流控制电路44的输入端相连接，第一电压比较器31用于将所述平均电压与第一预设电压阈值、第二预设电压阈值进行比较；

第二电压比较器32用于将至少两个所述电池单体的电压两两进行比较。

控制器4与电压比较器3相连接，一方面，控制器4可以根据第一比较结果，控制充电电路的充电电压和充电电流的大小；另一方面，控制器4还可以根据第二比较结果，当某一个电池单体的充电速度较快时，该电池单体的电压将会高于其他电池单体，进而生成均流信号，并将均流信号发送给均流电路5。

如图3所示，为本申请实施例提供的控制器的结构示意图，图中，控制器4包括：电压控制电路41、电流控制电路42、第一比较器43和第一触发器44。

比较器3的输出端分别与电压控制电路41、电流控制电路42的输入端相连接；电压控制电路41、电流控制电路42的输出端分别与充电电路1相连接，并且电压控制电路41、电流控制电路42用于控制充电电路1的充电电压和充电电流的大小。

当所述平均电压小于所述第一预设电压阈值时，所述电压控制电路控制所述充电电路的充电电压等于第一预设电压阈值，所述电流控制电路且充电电流在0.1C～0.2C之间（这里C的意思是指蓄电池的总容量，以600mAh的电池为例，0.01C即为6mA）；

并且，当所述平均电压大于等于第一预设电压阈值、且小第二预设电压阈值时，所述电压控制电路控制所述充电电路的充电电压等于第二预设电压阈值，所述电流控制电路且充电电流为0.01C；

另外，当所述平均电压等于第二预设电压阈值时，所述电压控制电路控制所述充电电路的充电电压等于第一预设电压阈值，所述电流控制电路且充电电流为0.01C。

在某一个具体实施例中，所述第一预设电压阈值为3.42V，所述第二预设电压阈值为3.6V。

这样在整个充电过程中，在整个充电过程中，先采用3.42V电压上限值和0.1C～0.2C的限流值给电池组充电，即先采用低压大限流的常充模式对电池组进行充电，可以对电池组进行快速充电；当平均单体电压到3.42V后，将充电电流减小，当充电电流减小到0.01C后，用0.01C电流对电池进行补充充电，即采用高压小限流的补充模式给电池组进行充电；当补充至电池单体的平均电压达到3.6V后，将充电电压降为3.42V，这样就可以使得磷酸铁锂电池充电电压在3.42V～3.6V时，使得电池电压呈上翘特性。所以这种通过改变充电模式的方法，可以先大电流充电，然后再小电流充电，可以使得电池单体之间均衡性较好，尤其是对与磷酸铁锂电池这种平台期长的电池，在电池组的长期运行过程中，可以减少或延迟电池单体之间容量不一致的问题，提高电池组的质量。

第一比较器43与所述电压比较器3相连接，用于判断某一个电池单体的电压是否高于所述电池组内其他电池单体；而第一触发器44与所述第一比较器43相连接，用于当某一个电池单体的电压是否高于所述电池组内其他电池单体时，生成均流信号，并将均流信号发送给均流电路5。在具体实施时，第一触发器44可以为电平触发器等。

均流电路5与多个充电电路1相连接，均流电路5的作用是根据均流信号控制多个充电电路的充电电流大小，进而对充电速度较快的电池单体的充电速度进行控制。在本申请实施例中，均流电路5可以单独设置，也可以位于多个充电电路1中。

在具体实施例时，均流电路5可以包括多个电阻和多个切换开关的网络，其中，每个充电电路1中可以穿了有至少一个电阻，每个电阻可以与一个切换开关构成一个分流支路，这里电阻的作用是进行限流，而切换开关的作用是控制电阻是否接入到充电电路中。切换开关可以为继电器等点控制开关，切换开关的控制端与控制器相连接，另外，控制器生成的均流信号内包含有开关信号，并且切换开关受所述均流信号中开关信号所控制开启或关闭。

此外，上述描述的是针对某一个充电速度较快的电池单体进行控制，此外，当多个电池单体均出现异常时，此时控制器可以生成用于同时对多个异常的电池单体进行控制的均流信号。

由以上技术方案，可见，本申请实施例提供的该基于改变充电模式的电池组充电均衡控制电路，首先采集充电过程中电池组内所有电池单体的电压，然后计算所有电池单体的平均电压，并且将计算得到的平均电压与预设电压阈值进行比较，根据比较得到的不同的结果，改变充电电路的充电电压以及充电电流，即相当于为充电电路设定了不同的充电模式或充电档位，进而可以根据电池组内电池单体之间的电压对充电情况进行控制，实现电池单体之间更加均衡。同时，还可以判断出电池组内是否出现充电速度较快的电池单体，并且生成均流信号并发送给均流电路，由均流电路来控制出现充电速度较快的电池单体的充电电流。进而可以降低这个异常的电池单体的充电速度，以达到电池组内各节电池单体均衡充电的目的。

实施例二：

为了避免频繁检测电池组单体电压而带来能量损耗，在本申请其他实施例中，还可以在不同模式充电过程中，设定检测的间隔时间。

图4为本申请实施例提供的另一种基于改变充电模式的电池组充电均衡控制电路的结构示意图。

如图4所示，该充电均衡控制电路还可以包括：延时控制器6，延时控制器4与电压检测电路2相连接，用于控制电压检测电路的检测间隔。

当平均电压小于第一预设电压阈值、且充电电流在0.1C～0.2C之间时，生成第一延时指令并发送给所述电压检测电路，控制所述电压检测电路2延迟第一预设时间后，再检测电池单体的电压。

当平均电压大于等于第一预设电压阈值、且小于第二预设电压阈值、且充电电流在0.01C时，生成第二延时指令并发送给所述电压检测电路，控制所述电压检测电路2延迟第二预设时间后，再检测电池单体的电压。

另外，当平均电压等于第二预设电压阈值时，生成第三延时指令，并发送给所述电压检测电路，控制所述电压检测电路2延迟第三预设时间后，再检测电池单体的电压

与所述充电电路相连接，用于但所述平均电压小于第一预设电压阈值、且充电电流在0.1C～0.2C之间时，，或者，但所述平均电压大于等于第一预设电压阈值且小于第二预设电压阈值、且充电电流在0.01C时，；或者，当述平均电压等于第二预设电压阈值时，生成第三延迟指令并发送给所述充电电路的延时控制器6。

在某一个具体实施例中，第一延迟指令和第二延迟指令中的延迟时间为0～1小时，所述第三延迟指令中的延长时间为0.5～24小时。

实施例三：

在上述实施例一中，可以对出现充电速度较快的电池单体的充电情况进行调节，但当调节完成后，该电池单体的充电情况将会趋于正常，此时如果仍然采取分流措施，将会再次导致该电池单体的充电速度低于其他电池单体。

为此，在本申请实施例中，如图5所示，该控制电路中的控制器3还可以包括：第二比较器45和第二触发器46，其中：

第二比较器45与所述电压比较器3相连接，用于判断所述电池组内的电池组单体的电压差值是否小于预设阈值，这里预设阈值是考虑到单体之间的差异性而设置，即允许电池单体之间存在的较小差值；

第二触发器46与所述第二比较器45相连接，用于当所述电池组内的电池组单体的电压差值小于预设阈值时，生成切换开关恢复信号并发送给所述均流电路5，以实现将第一触发器44触发后改变的切换开关进行恢复。

以上对本申请所提供的一种电池组充电均衡控制电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

需要说明的是，在本文中，诸如“大于”或“超过”或“高于”或“小于”或“低于”等之类的关系描述，均可以理解为“大于且不等于”或“小于且不等于”，也可以理解为“大于等于”或“小于等于”，而不一定要求或者暗示必须为限定的或固有的一种情况。

另外，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，以上所述仅仅是本申请技术方案的一部分优选具体实施方式，使本领域技术人员能够充分理解或实现本申请，而不是全部的实施例，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，基于以上实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理，不做出创造性劳动前提下，还可以做出多种显而易见的修改和润饰，通过这些修改和润饰所获得的所有其他实施例，都可以应用于本申请技术方案，这些都不影响本申请的实现，都应当属于本申请的保护范围。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电池组充电均衡控制电路，所述电池组包括至少两个电池单体，其特征在于，该均衡控制电路包括：

输入端与电源线相连接、输出端分别与至少两个所述电池单体相连接的充电电路；

输入端分别与至少两个所述电池单体相连接，用于采集至少两个所述电池单体的电压的电压检测电路；

输入端与所述电压检测电路的输出端相连接，用于计算至少两个所述电池单体的平均电压，并将所述平均电压与预设电压阈值进行比较得到第一比较结果，且将至少两个所述电池单体的电压两两进行比较，并得到第二比较结果的电压比较器；

输入端与所述电压比较器相连接，输出端与充电电路相连接，用于根据所述第一比较结果控制所述充电电路的充电电压以及充电电流的大小，并且根据所述第二比较结果生成均流信号的控制器；

与多个所述充电电路相连接，且与所述控制器相连接，用于根据所述均流信号控制多个所述充电电路的充电电流大小的均流电路。

2.根据权利要求1所述的均衡控制电路，其特征在于，所述电压比较器包括：

用于将所述平均电压与第一预设电压阈值、第二预设电压阈值进行比较得到第一比较结果的第一电压比较器；

用于将至少两个所述电池单体的电压两两进行比较得到第二比较结果的第二电压比较器。

3.根据权利要求2所述的均衡控制电路，其特征在于，所述控制器包括：

输入端与第一电压比较器、第二电压比较器的输出端相连接，用于当所述平均电压小于所述第一预设电压阈值时控制所述充电电压等于第一预设电压阈值，或者，当所述平均电压位于大于等于第一预设电压阈值、且小于第二预设电压阈值之间时控制所述充电电压等于第二预设电压阈值；或者，当所述平均电压等于所述第二预设电压阈值时控制所述充电电压等于第一电压阈值的电压控制电路；

输入端与第一电压比较器、第二电压比较器的输出端相连接，用于当所述平均电压小于所述第一预设电压阈值时控制所述充电电路的充电电流在0.1C～0.2C之间，或者当所述平均电压大于等于所述第一预设电压阈值时控制所述充电电路的充电电流为0.01C的电流控制电路；

与所述电压比较器相连接，用于判断某一个电池单体的电压是否高于所述电池组内其他电池单体的第一比较器；

与所述第一比较器相连接，用于当某一个电池单体的电压是否高于所述电池组内其他电池单体时，生成均流信号的第一触发器。

4.根据权利要求3所述的均衡控制电路，其特征在于，所述第一预设电压阈值为3.42V，所述第二预设电压阈值为3.6V。

5.根据权利要求4所述的均衡控制电路，其特征在于，进一步包括：与所述电压检测电路相连接，用于但所述平均电压小于第一预设电压阈值、且充电电流在0.1C～0.2C之间时，生成第一延时指令并发送给所述电压检测电路，或者，当所述平均电压大于等于第一预设电压阈值且小于第二预设电压阈值、且充电电流在0.01C时，生成第二延时指令并发送给所述电压检测电路；或者，当述平均电压等于第二预设电压阈值时，生成第三延迟指令并发送给所述电压检测电路的延时控制器。

6.根据权利要求5所述的均衡控制电路，其特征在于，所述第一延迟指令和第二延迟指令中的延迟时间为0～1小时，所述第三延迟指令中的延长时间为0.5～24小时。

7.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述均流电路包括多个电阻和多个切换开关，其中：

每个所述充电电路均串联有至少一个电阻，并且每个电阻均与一个切换开关构成一个分流支路；

每个切换开关的控制端与所述控制器相连接，所述均流信号内包含有开关信号，所述切换开关受所述均流信号中开关信号所控制。

8.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述控制器还包括：

与所述电压比较器相连接，用于判断所述电池组内的电池组单体的电压差值是否小于预设阈值的第二比较器；

与所述第二比较器相连接，用于当所述电池组内的电池组单体的电压差值小于预设阈值时，生成切换开关恢复信号并发送给所述均流电路的第二触发器。

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