CN101017986A - 动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法及均衡器 - Google Patents

动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法及均衡器 Download PDF

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Abstract

动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法及均衡器，涉及到动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法及均衡器。本发明解决了动力电池组在充放电过程中，由于电池组中某些单体电池的过压或欠压而影响整个电池组的性能及寿命的问题。本发明通过n个电压测量电路对电池组中的n节单体电池的端电压进行测量，然后通过比较电路对相邻两个单体电池的端电压进行比较，当某一节单体电池的端电压比与其相邻的单体电池的端电压高时，比较电路输出低电平信号给控制电路，控制电路控制对应的放电继电器对端电压偏高的单体电池进行放电降压，进而时刻保证电池组中的各个单体电池的端电压的一致性。本发明可以应用到动力电池组的测试系统或者充放电设备中。

Description

动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法及均衡器
技术领域
本发明涉及到动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法及均衡器。
背景技术
动力电池组指的是能提供强大动力的电池组，它适用于混合动力汽车、电动汽车、便携式电台、移动数据基站等。动力电池组一般是由多节单体电池串联而成，多节单体电池串联后，由于单体电池的化学性能的差异，在使用中常会出现各个单体电池放电不均衡的现象，具体表现为(一)、在放电的时候，有的单体电池的能量会比其它单体电池的低，表现为其端电压比其它单体电池的端电压低，如果继续放电，则在电池组总电压还没有降到保护电压时，出现这些端电压偏低的单体电池的电压已经降到了电压的下限，如果再继续放电就会由于过放而导致此节电池的永久性损坏；(二)、在充电的时候，有的单体电池的能量比其它单体电池的高，表现为其端电压比其它单体电池的端电压高，如果继续充电，则在电池组总的电压还没有达到电压上限时，会出这些端电压偏高的单体电池的端电压已经达到了上限值，如果继续充电，则会导致这些单体电池发生过冲的现象，进而损坏。上述两种情况都会影响整个电池组的性能，甚至会导致整个电池组的损坏。
发明内容
为了解决目前的动力电池组在充放电过程中，由于电池组中某些单体电池的过压或欠压而影响整个电池组的性能及寿命的问题，本发明设计了一种动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法及均衡器。
本发明的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法，步骤为：
A、分别测量电池组中的每节单体电池的端电压；
B、比较相邻单体电池的端电压；
C、当某节单体电池的端电压比与其相邻两节单体电池中的任意一节单体电池的端电压高时，开始对该节单体电池进行放电降压；
D、当该节单体电池的端电压比与其相邻两节单体电池的端电压都低时，停止对该节单体电池的放电降压。
用于实现该方法的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡器，由n个放电降压控制电路组成，所述n个放电降压控制电路分别与动力电池组中每节单体电池相对应。放电降压控制电路由放电继电器、放电电阻、电压测量电路、电压比较电路和控制电路组成；电压测量电路的正向输入端和负向输入端分别与单体电池的正、负极连接，电压测量电路的输出端与电压比较电路的负向输入端连接，电压比较电路的输出端与控制电路中与门的一个输入端连接，比较电路的正向输入端与其相邻的前一节单体电池对应的放电降压控制电路的电压测量电路的输出端连接，控制电路中与门的另一个输入端和控制电路中的反相器的输出端连接，控制电路中的反相器的输入端与其相邻的后一节单体电池对应的放电降压控制电路中的比较电路的输出端连接，控制电路中与门的输出端与放电继电器的控制端连接，放电继电器的常开开关和放电电阻以及单体电池串联在一起形成放电回路。
所述放电继电器，当放电继电器的控制端输入低电平信号时，放电继电器的常开开关闭合，当放电继电器的控制端输入为高电平信号时，放电继电器的常开开关断开。所述比较电路，当比较电路的正向输入端的信号大于其负向输入信号时，比较电路的输出信号为高电平信号，当比较电路的负向输入端的信号高于其正向输入信号时，比较电路输出信号为低电平信号。
本发明能够在动力电池组的充放电的过程中，根据各单体电池的端电压与相邻单体电池的端电压大小情况，随时对电压偏高的单体电池进行放电降压，调整动力电池组中各个单体电池的端电压，使动力电池组中的各个单体电池的端电压保持一致，从而彻底避免了由于电池组中某些单体电池的过压或者欠压而影响整个电池组的性能或寿命。
附图说明
图1是本发明的电路结构示意图，图2是图1中电压测量电路12的电路结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法，步骤为：
A、分别测量电池组中的每节单体电池的端电压；
B、比较相邻单体电池的端电压；
C、当某节单体电池的端电压比与其相邻两节单体电池中的任意一节单体电池的端电压高时，开始对该节单体电池进行放电降压；
D、当该节单体电池的端电压比与其相邻两节单体电池的端电压都低时，停止对该节单体电池的放电降压。
本实施方式的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法，能够在电池组的充电、放电的过程中，时刻保持电池组中各个单体电池的端电压的一致性，进而防止单体电池过压或欠压的情况发生，提高电池组整体的性能和使用寿命。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，用于实现具体实施方式一中所述的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡器，由n个放电降压控制电路1组成，所述n个放电降压控制电路1分别与动力电池组中每节单体电池B相对应。放电降压控制电路1由放电继电器11、放电电阻Rf、电压测量电路12、电压比较电路13和控制电路14组成；电压测量电路12的正向输入端和负向输入端分别与单体电池B的正、负极连接，电压测量电路12的输出端与电压比较电路13的负向输入端连接，电压比较电路13的输出端与控制电路14中与门的一个输入端连接，比较电路13的正向输入端与其相邻的前一节单体电池对应的放电降压控制电路1的电压测量电路12的输出端连接，控制电路14中与门的另一个输入端和控制电路14中的反相器的输出端连接，控制电路14中的反相器的输入端与其相邻的后一节单体电池对应的放电降压控制电路1中的比较电路13的输出端连接，控制电路14中与门的输出端与放电继电器11的控制端连接，放电继电器11的常开开关和放电电阻Rf以及单体电池B串联在一起形成放电回路。
本实施方式中所述的放电继电器11，当放电继电器11的控制端输入低电平信号时，放电继电器11的常开开关闭合，当放电继电器11的控制端输入为高电平信号时，放电继电器11的常开开关断开。
本实施方式中所述的比较电路13，当比较电路13的正向输入端的信号大于其负向输入信号时，比较电路13的输出信号为高电平信号，当比较电路13的负向输入端的信号大于其正向输入信号时，比较电路13输出信号为低电平信号。在实际的比较电路中，存在误差ΔV，即当比较电路13的正向输入端的信号高出其负向输入信号ΔV时，比较电路13的输出信号为高电平信号，当比较电路13的负向输入端的信号高于其正向输入信号ΔV时，比较电路13输出信号为低电平信号。本实施方式中的比较电路13采用LM339集成电路，ΔV小于0.05V。
本实施方式的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡器，将动力电池组中的每节单体电池的端电压与其相邻的前一节和后一节单体电池的端电压进行比较，其中第一节电池和与其相邻的第二节和最后的第n节单体电池的端电压进行比较，当该单体电池的端电压比与其相邻的任意一节单体电池的端电压高时，相应的放电降压控制电路1中的放电继电器11的常开开关闭合，开始给该单体电池放电降压，当该节单体电池的端电压比其相邻的两节单体电池的端电压都低时，相应的放电降压控制电路1中的放电继电器11的常开开关断开，停止对该单体电池的放电降压。
本实施方式的具体工作过程为；当动力电池组中的某一节单体电池的端电压比与其相邻的后一节单体电池的端电压高出ΔV的时候，后一节单体电池对应的比较电路13输出高电平信号，所述高电平信号经该节单体电池对应的控制电路14中的反相器变成低电平信号进入与门，使该控制电路14的输出信号为低电平信号，放电继电器11的常开开关闭合，开始给该节单体电池进行放电降压。当该节单体电池的端电压比与其相邻的前一节单体电池的电压高时，该节电池对应的比较电路13的输出信号为低电平，则控制电路14的输出信号也为低电平信号，使放电继电器11的常开开关闭合，开始给该节单体电池进行放电降压。当该节单体电池的端电压比相邻的前一节电池的端电压低时，同时，该节单体电池的端电压比与其相邻的后一节单体电池的端电压低，则与其对应的比较电路15输出高电平信号，与其相邻的后一节单体电池对应的比较电路15输出为低电平信号，则与该节单体电池对应的控制电路14的输出信号为高电平信号，使放电继电器11的常开开关断开，停止对该节单体电池的放电降压。
本实施方式的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡器，能够将动力电池组中的各个单体电池的端电压的压差维持在[-ΔV，ΔV]之内，达到非常理想的均衡效果。能够最大限度的发挥电池的电气特性，并能够最大限度的维持电池的使用寿命。
具体实施方式三：参见图2说明本实施方式，具体实施方式二中所述的电压测量电路12，由两级运算放大器和八支电阻组成，一级运算放大器6的正向、负向输入端分别通过第一电阻R1、第二电阻R2与单体电池B的正、负极连接，一级运算放大器6的正向输入端通过第四电阻R4与参考电压Vref连接，一级运算放大器6的负向输入端和输出端之间连接有一级反馈电阻R3，一级运算放大器6的输出端通过第五电阻R5与二级运算放大器7的正向输入端连接，二级运算放大器7的正向输入端通过第六电阻R6与电源地连接，二级运算放大器7的负向输入端通过第八电阻R8与参考电压Vref连接，二级运算放大器7的输出端与其负向输入端之间连接有二级反馈电阻R7，二级运算放大器7的输出端与比较电路4的输入端连接。
本实施方式所述的电压测量电路12采用普通运算放大器实现单体电池端电压的采集，主要是通过其输入端的电阻来限制运算放大器输入信号的电流，通过外接的参考电压Vref给运算放大器设置静态工作点，保证运算放大器在工作过程中不会出现失真现象，进而达到抑制高共模电压的效果。
本实施方式中所述的第一电阻R1、第二电阻R2和一级反馈电阻R3的阻值比例为1∶1∶1，均选用高精度的400KΩ的电阻，所述第五电阻R5、第六电阻R6和二级反馈电阻R7的阻值比例为1∶1∶1，均选用高精度的400KΩ的电阻；一级运算放大器6和二级运算放大器7采用LM324。参考电压Vref为6V。
动力电池组是由多节单体电池串联组成的，会产生很高的共模电压，因此在电压测量模块中要能抑制很高的共模电压，一般通常采用的是专用的高共模抑制比运算放大器，本发明中采用普通的运算放大器就可以实现高共模抑制比运算放大，大大降低了产品的成本。

Claims (5)

1、动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法，其特征在于其步骤为：
A、分别测量电池组中的每节单体电池的端电压；
B、比较相邻单体电池的端电压；
C、当某节单体电池的端电压比与其相邻两节单体电池中的任意一节单体电池的端电压高时，开始对该节单体电池进行放电降压；
D、当该节单体电池的端电压比与其相邻两节单体电池的端电压都低时，停止对该节单体电池的放电降压。
2、用于实现权利要求1所述的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡方法的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡器，其特征在于它是由n个放电降压控制电路(1)组成，所述n个放电降压控制电路(1)分别与动力电池组中每节单体电池(B)相对应；放电降压控制电路(1)由放电继电器(11)、放电电阻(Rf)、电压测量电路(12)、电压比较电路(13)和控制电路(14)组成；电压测量电路(12)的正向输入端和负向输入端分别与单体电池(B)的正、负极连接，电压测量电路(12)的输出端与电压比较电路(13)的负向输入端连接，电压比较电路(13)的输出端与控制电路(14)中与门的一个输入端连接，比较电路(13)的正向输入端与其相邻的前一节单体电池对应的放电降压控制电路(1)的电压测量电路(12)的输出端连接，控制电路(14)中与门的另一个输入端和控制电路(14)中的反相器的输出端连接，控制电路(14)中的反相器的输入端与其相邻的后一节单体电池对应的放电降压控制电路(1)中的比较电路(13)的输出端连接，控制电路(14)中与门的输出端与放电继电器(11)的控制端连接，放电继电器(11)的常开开关和放电电阻(Rf)以及单体电池(B)串联在一起形成放电回路。
3、根据权利要求2所述的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡器，其特征在于所述电压测量电路(12)，由两级运算放大器和八支电阻组成，一级运算放大器(6)的正向、负向输入端分别通过第一电阻(R1)、第二电阻(R2)与单体电池(B)的正、负极连接，一级运算放大器(6)的正向输入端通过第四电阻(R4)与参考电压(Vref)连接，一级运算放大器(6)的负向输入端和输出端之间连接有一级反馈电阻(R3)，一级运算放大器(6)的输出端通过第五电阻(R5)与二级运算放大器(7)的正向输入端连接，二级运算放大器(7)的正向输入端通过第六电阻(R6)与电源地连接，二级运算放大器(7)的负向输入端通过第八电阻(R8)与参考电压(Vref)连接，二级运算放大器(7)的输出端与其负向输入端之间连接有二级反馈电阻(R7)，二级运算放大器(7)的输出端与比较电路(13)的输入端连接。
4、根据权利要求3所述的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡器，其特征在于所述的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和一级反馈电阻(R3)的阻值比例为1∶1∶1，所述第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和二级反馈电阻(R7)的阻值比例为1∶1∶1。
5、根据权利要求3所述的动力电池组充放电过程中单体电池电压均衡器，其特征在于所述参考电压(Vref)为6.0V。
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