一种主动均衡电路论文和设计-杨东进

全文摘要

本实用新型公开了一种主动均衡电路，该主动均衡电路包括：电压采集电路、电池监测芯片、电源隔离电路和电压均衡电路，电压采集电路的输入端和电池模块连接，电压采集电路的输出端和电池监测芯片的输入端连接，电压采集电路用于采集电池模块的电压，电池监测芯片的输出端和单片机连接，电源隔离电路的输入端和外部电源连接，电源隔离电路的输出端和电压均衡电路的输入端连接，电源隔离电路将外部电源和电池模块进行隔离，电压均衡电路的输出端和电池模块连接，电压均衡电路为欠压电池充电。本实用新型通过采用外部隔离电源方式对电压过低电池单元补电，提高了均衡效率，且避免了电池单元均衡过程中频繁充放电，提高了电池寿命。

主设计要求

1.一种主动均衡电路，其特征在于，所述主动均衡电路包括：电压采集电路、电池监测芯片、电源隔离电路和电压均衡电路；所述电压采集电路的输入端和电池模块连接，所述电压采集电路的输出端和所述电池监测芯片的输入端连接，所述电压采集电路用于采集电池模块的电压；所述电池监测芯片的输出端和单片机连接；所述电源隔离电路的输入端和外部电源连接，所述电源隔离电路的输出端和所述电压均衡电路的输入端连接，所述电源隔离电路将所述外部电源和所述电池模块进行隔离；所述电压均衡电路的输出端和所述电池模块连接，所述电压均衡电路为欠压电池充电。

设计方案

1.一种主动均衡电路，其特征在于，所述主动均衡电路包括：电压采集电路、电池监测芯片、电源隔离电路和电压均衡电路；

所述电压采集电路的输入端和电池模块连接，所述电压采集电路的输出端和所述电池监测芯片的输入端连接，所述电压采集电路用于采集电池模块的电压；

所述电池监测芯片的输出端和单片机连接；

所述电源隔离电路的输入端和外部电源连接，所述电源隔离电路的输出端和所述电压均衡电路的输入端连接，所述电源隔离电路将所述外部电源和所述电池模块进行隔离；

所述电压均衡电路的输出端和所述电池模块连接，所述电压均衡电路为欠压电池充电。

2.根据权利要求1所述的一种主动均衡电路，其特征在于，所述电池模块由多个电池单元串联。

3.根据权利要求2所述的一种主动均衡电路，其特征在于，所述电压采集电路含有多个单体电池电压采集电路，各所述单体电池电压采集电路分别和各所述电池单元连接，用于采集各电池单元的电压；

所述电压均衡电路含有多个单体电池电压均衡电路，各所述单体电池电压均衡电路分别和各所述电池单元连接，为欠压电池单元充电。

4.根据权利要求1所述的一种主动均衡电路，其特征在于，所述电源隔离电路包括：光电耦合器、第一电源模块、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述光电耦合器的输入端和所述单片机连接，所述光电耦合器的第一输出端和所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端和所述第一电源模块的控制端连接，所述光电耦合器用于控制所述第一电源模块的通断状态；

所述第一电源模块的输入端依次连接所述光电耦合器的第二输出端、所述第一电容的正极和所述外部电源的正极；所述第一电源模块的接地端依次连接所述第一电容的负极、第二电阻的一端和所述外部电源的负极；所述第一电源模块的输出端和所述电压均衡电路的输入端连接；

所述第二电阻的另一端和所述第一电阻的另一端共同和所述第一电源模块的控制端连接。

5.根据权利要求3所述的一种主动均衡电路，其特征在于，所述单体电池电压均衡电路包括：反相器、第二电源模块、电池充电芯片、第三电阻、第二电容、第三电容和第四电容；

所述反相器的输入端和所述单片机连接，所述反相器的输出端和所述电池充电芯片的使能端连接，所述反相器用于控制所述电池充电芯片的通断状态；

所述电池充电芯片的负极经过所述第三电阻和所述电池充电芯片的充电电流大小设置端连接；所述电池充电芯片的输出端依次连接所述第二电容的一端和所述电池单元正极；所述电池充电芯片的输入端依次连接所述第四电容的一端、所述第三电容的一端和所述第二电源模块的输出端；

所述第二电源模块零伏端依次连接所述第三电容的另一端、所述第四电容的另一端、所述第二电容的另一端和所述电池单元负极；所述第二电源模块的输入端和所述电源隔离电路的输出端连接。

6.根据权利要求1所述的一种主动均衡电路，其特征在于，所述电池监测芯片型号为BQ76PL455A。

7.根据权利要求5所述的一种主动均衡电路，其特征在于，所述电池充电芯片型号为MCP73812。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电池均衡技术领域，特别是涉及一种主动均衡电路。

背景技术

随着国内外新能源汽车相关技术创新步伐的加快，如何有效解决电池一致性问题，成为新能源汽车产业健康发展的关键，在实际应用中，因电池组间的差异，电池组中的某一单体电池率先失效，将会形成“多诺米效应”，致使整个电池组整体失效，因此使电池均衡对于动力电池组寿命、整车安全性等方面就显得尤为重要，电池均衡通常是指对电池组内单体电池的差异通过外部均衡电路进行均衡，达到消除电池不一致的目的。

然而，现有的主动均衡方案局限相邻电池单元的均衡，若一组电池中，电压最高电池单元和电压最低的电池单元间隔多个电池单元，则需通过中间电池单元多次充放电转移电量，均衡效果较差，并且通过电压较高电池单元放电，转移电量给电压较低电池单元充电，导致电池单元频繁充放电，不利于电池循环寿命。

发明内容

针对上述技术的不足，本实用新型的目的是提供一种主动均衡电路，避免电池单元均衡过程中频繁充放电，提高均衡效率，有利于电池循环寿命。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种主动均衡电路，所述主动均衡电路包括：电压采集电路、电池监测芯片、电源隔离电路和电压均衡电路；

所述电池监测芯片的输出端和单片机连接；

所述电压均衡电路的输出端和所述电池模块连接，所述电压均衡电路为欠压电池充电。

可选的，所述电池模块由多个电池单元串联。

可选的，所述电压采集电路含有多个单体电池电压采集电路，各所述单体电池电压采集电路分别和各所述电池单元连接，用于采集各电池单元的电压；

所述电压均衡电路含有多个单体电池电压均衡电路，各所述单体电池电压均衡电路分别和各所述电池单元连接，为欠压电池单元充电。

可选的，所述电源隔离电路包括：光电耦合器、第一电源模块、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述第二电阻的另一端和所述第一电阻的另一端共同和所述第一电源模块的控制端连接。

可选的，所述单体电池电压均衡电路包括：反相器、第二电源模块、电池充电芯片、第三电阻、第二电容、第三电容和第四电容；

所述反相器的输入端和所述单片机连接，所述反相器的输出端和所述电池充电芯片的使能端连接，所述反相器用于控制所述电池充电芯片的通断状态；

可选的，所述电池监测芯片型号为BQ76PL455A。

可选的，所述电池充电芯片型号为MCP73812。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型通过采用外部隔离电源方式给电池单元补电，针对性对电压过低电池单元补电，提高了均衡效率，且避免了电池单元均衡过程中频繁充放电，提高了电池寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一种主动均衡电路的结构示意图；

图2(a)为本实用新型实施例单体电池采集电路的结构示意图；

图2(b)为本实用新型实施例电池监测芯片结构示意图；

图3为本实用新型实施例电源隔离电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例单体电池电压均衡电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种主动均衡电路，避免电池单元均衡过程中频繁充放电，提高均衡效率，有利于电池寿命。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例一种主动均衡电路的结构示意图，如图1所示，该主动均衡电路包括：电压采集电路101、电池监测芯片102、电源隔离电路 103和电压均衡电路104，电压采集电路101的输入端和电池模块105连接，电压采集电路101的输出端和电池监测芯片102的输入端连接，电压采集电路 101用于采集电池模块105的电压，电池监测芯片102的输出端和单片机106 连接，电源隔离电路103的输入端和外部电源107连接，电源隔离电路103 的输出端和电压均衡电路104的输入端连接，电源隔离电路103将外部电源 107和电池模块105进行隔离，电压均衡电路104的输出端和电池模块105连接，电压均衡电路104为欠压电池充电。

电池模块105由多个电池单元串联，电压采集电路101含有多个单体电池电压采集电路，各单体电池电压采集电路分别和各电池单元连接，用于采集各电池单元的电压，电压均衡电路104含有多个单体电池电压均衡电路，各单体电池电压均衡电路分别和各电池单元连接，为欠压电池单元充电。

本实施例中使用的电池监测芯片型号为BQ76PL455A，采用16个电池单元，电池单元串联，图2(a)为本实用新型实施例单体电池采集电路的结构示意图，图2(b)为本实用新型实施例电池监测芯片结构示意图，参见图2 (a)和图2(b)，电压采集电路包括：电池监测芯片U1、17个单体电池采集电路、二极管、电阻和电容。

BAT0连接第一个电池单元的负极，BAT1-BAT16依次连接第1个至第16 个电池单元的正极，BATS0-BATS16依次连接第1个至第17个电池监测芯片 U1的监测端。BAT0和二极管D17的阳极连接，BAT16和二极管D17的阴极连接。

本实施例中有17个单体电池采集电路，以其中2个为例进行论述，剩余的15个单体电池采集电路与上述2个组成结构相同，在此不一一论述。

第一单体电池采集电路包括：电阻R6和电容C6，BAT0和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端依次连接电容C6的一端和BATS0，电容C6的另一端和BAT0连接；

第二单体电池采集电路包括：电阻R7和电容C7，BAT1和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端依次连接电容C7的一端和BATS1，电容C7的另一端和BAT0连接；

第一单体电池采集电路和第二单体电池采集电路通过二极管D1连接，具体连接关系：电容C6的一端和BATS0共同和二极管D1的阳极连接，电容 C7的一端和BATS1共同和二极管D1的阴极连接。

图3为本实用新型实施例电源隔离电路的结构示意图，该电源隔离电路包括：光电耦合器U3、第一电源模块U2、外部电源J7、第一电阻R1、第二电阻R2、电阻R5和第一电容C1。

光电耦合器U3的第一输入端经过电阻R5和单片机的第一使能端连接，光电耦合器U3的第二输入端接地，光电耦合器U3的第一输出端和第一电阻 R1的一端连接，第一电阻R1的另一端和第一电源模块U2的控制端连接，光电耦合器U3用于控制第一电源模块U2的通断状态。

第一电源模块U2的输入端依次连接光电耦合器的第二输出端、第一电容 C1的正极和外部电源J7的正极连接，第一电源模块的接地端依次连接第一电容C1的负极、第二电阻R2的一端和外部电源J7的负极，第一电源模块的输出端和每个单体电池电压均衡电路的输入端连接。

第二电阻R2的另一端和第一电阻R1的另一端共同和第一电源模块U2 的控制端连接。

本实施例中采用电源隔离电路，避免电压均衡电路工作时，对其他电池和电源产生影响。

图4为本实用新型实施例单体电池电压均衡电路的结构示意图，本实施例中有16个单体电池电压均衡电路，以其中1个为例进行论述，剩余的15个单体电池电压均衡电路与上述组成结构相同，在此不一一论述。如图4所示，该单体电池电压均衡电路包括：反相器U5、第二电源模块U4、电池充电芯片 U6、第三电阻R3、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，反相器U5的输入端和单片机连接，反相器U5的输出端和电池充电芯片U6的使能端连接，反相器U5用于控制电池充电芯片U6的通断状态。

电池充电芯片U6的负极经过第三电阻R3和电池充电芯片U6的充电电流大小设置端连接，电池充电芯片U6的输出端依次连接第二电容C2的一端和电池单元正极，电池充电芯片U6的输入端依次连接第四电容C4的一端、第三电容C3的一端和第二电源模块U4的输出端，第二电源模块U4零伏端依次连接第三电容C3的另一端、第四电容C4的另一端、第二电容C2的另一端和电池单元负极，第二电源模块U4的输入端和第一电源模块U2的输出端连接。

实施例主动均衡电路的工作原理：

本实施例中，外部电源J7接入24V直流电源，第一电源模块U2的型号为URB2405YMD-10WR3，将外部24V电源转换为5V，为第二电源模块U4 提供5V电源。

第二电源模块U4的型号为IB0505LS-1W，为电池充电芯片U6提供5V隔离电源。

反相器U5采用单路施密特触发器反相器，型号为SN74LV1G14DBV，控制电池充电芯片U6是否为电池单元充电。

电池充电芯片U6为锂离子\/锂聚合物充电管理控制器，型号为MCP73812，可对电池单元充电。

通过电池监测芯片U1和电压采集电路，可以采集电池模块内每个电池单元的电压，如检测到第N个电池单元欠压，需要对该电池单元进行补电，则单片机将第一使能端(ISO_+5V_CTL端口)置高电平，则光电耦合器U3闭合，光电耦合器U3的第一输出端(Pin6)输出高电平，第一电源模块U2的使能端有效，继而第一电源模块U2隔离电源工作，将外部接入的24V电源隔离转化为 5V，即Pin3脚输出ISO_+5V，继而为第二电源模块U4提供直流电源输入，并经隔离后输出5V电源，为电池充电芯片U6提供电源。

同时单片机将第二使能端(Kn端口)置低电平，反相器U5的输入端，即 Pin2输入低电平，反相器U5的输出端即Pin4输出高电平，则电池充电芯片U6 的使能端有效，电池充电芯片U6工作，电池充电芯片U6的输出端即Pin3输出对电池单元进行充电。

本实施例采用了双冗余控制，若电池充电芯片U6控制失效，可通过关闭第一电源模块U2来保证安全。

本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

设计图

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