CN103248077B - 电池均衡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池均衡电路，其包括第一电池单元、第二电池单元、检流电阻、均衡电感、第一控制开关、第二控制开关和反馈控制电路。其中，该第一电池单元和该第二电池单元串联，该第一电池单元、该检流电阻、该均衡电感和该第一控制开关相互电性连接以形成第一回路，而该第二电池单元、该检流电阻、该均衡电感和该第二控制开关相互电性连接以形成第二回路，该反馈控制电路并联于该检流电阻以侦测该检流电阻的电压降，并发出控制信号分别至该第一控制开关和该第二控制开关以在该第一回路和该第二回路之间进行切换，从而使均衡电流基本恒定。

Description

电池均衡电路
技术领域
本发明涉及电池管理技术，特别是涉及一种应用于电池管理系统的电池均衡电路。
背景技术
当今，一个电池组通常包括几个相互串联的电池单元，由于每个电池单元在充电状态、阻抗和温度特性等各方面的差异，会造成这些电池单元之间的不均衡。这种不均衡现象将使得整个电池组的容量减小、寿命缩短。因此，在电池组中需要应用电池均衡电路对其进行调节，以保持电池组的容量，延长电池组的寿命。
图1为现有的一种电池均衡电路的示意图。如图1所示，现有的电池均衡电路100是基于电感而设计的有源均衡电路，其包括电池单元110、电池单元120、电感130、控制开关140和控制开关150。其中，电池单元110、电感130和控制开关140形成第一回路，而电池单元120、电感130和控制开关150形成第二回路。控制开关140和控制开关150以一对相互互补的脉冲宽度调制(pulse-widthmodulation，PWM)信号来控制以轮流地开启和关闭，通过调节PWM信号的占空比，可以调节控制均衡电流的大小，从而利用电感130而将电池单元110中的能量转移到电池单元120中，或者将电池单元120中的能量转移到电池单元110中。
现有的电池均衡电路100结构简单且可以提供较大的均衡电流，但是由于均衡电流会受到多方面因素的影响，例如温度变化、电池单元电压变化、器件差异、线路电阻等等，因此即使PWM信号的占空比不变，均衡电流仍会有很大的差异，使得整个电路的均衡效果不理想。此外，在某些情况下，现有的电池均衡电路100中的均衡电流可能会超出器件的额定值，从而造成风险。因此，为了改善上述问题，迫切需要发展出新的电池均衡电路。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的电池均衡电路所存在的缺陷，而提供一种新的电池均衡电路，其可使均衡电流相对恒定。
本发明提供一种电池均衡电路，该电池均衡电路包括第一电池单元、第二电池单元、检流电阻、均衡电感、第一控制开关、第二控制开关和反馈控制电路，其中，该第一电池单元和该第二电池单元串联，该第一电池单元、该检流电阻、该均衡电感和该第一控制开关相互电性连接以形成第一回路，而该第二电池单元、该检流电阻、该均衡电感和该第二控制开关相互电性连接以形成第二回路，该反馈控制电路并联于该检流电阻以侦测该检流电阻的电压降，并发出控制信号分别至该第一控制开关和该第二控制开关以在该第一回路和该第二回路之间进行切换，从而使均衡电流基本恒定。
优选地，该反馈控制电路包括基准电压源和滞回比较器，其中该基准电压源用于提供基准电压且其电性连接该检流电阻的第一端和该滞回比较器的负输入端，该滞回比较器的正输入端电性连接该检流电阻的第二端，而该滞回比较器的输出端作为该反馈控制电路的输出端以输出该控制信号。
优选地，该反馈控制电路为基于误差比较器的脉冲宽度调制(PWM)控制电路或者脉冲频率调制(PFM)控制电路。
优选地，该第一控制开关和该第二控制开关分别为NMOS管和肖特基二极管。
优选地，该第一控制开关和该第二控制开关分别为PMOS管和肖特基二极管。
优选地，该第一控制开关和该第二控制开关分别为NMOS管和PMOS管。
优选地，该第一电池单元和该第二电池单元分别通过该检流电阻而电性连接至该均衡电感。
优选地，该均衡电感通过该检流电阻而分别电性连接至该第一控制开关和该第二控制开关。
综上所述，本发明的电池均衡电路可利用反馈控制电路来采集检流电阻上的电压降，从而自动调节控制信号的占空比，从而使得其均衡电流基本恒定，以使得整个电池均衡电路达到最佳的均衡效果，且避免了均衡电流超出器件额定值得风险，从而克服现有的电池均衡电路所存在的缺陷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有的一种电池均衡电路的示意图；
图2为本发明一较佳实施例所揭示的电池均衡电路的示意图；
图3为图2所示的电池均衡电路的具体示意图；
图4为图3所示的滞回比较器的原理示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电池均衡电路其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如下。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
图2为本发明一较佳实施例所揭示的电池均衡电路的示意图。如图2所示，本发明的电池均衡电路200也是基于电感而设计的有源均衡电路，其包括第一电池单元210、第二电池单元220、检流电阻230、均衡电感240、第一控制开关250、第二控制开关260和反馈控制电路270。
其中第一电池单元210与第二电池单元220串联在一起，且第一电池单元210、检流电阻230、均衡电感240和第一控制开关250形成第一回路，而第二电池单元220、检流电阻230、均衡电感240和第二控制开关260形成第二回路。反馈控制电路270并联于检流电阻230以侦测检流电阻230的电压降，并发出控制信号分别至第一控制开关250和第二控制开关260以在第一回路和第二回路之间进行切换，从而将检流电阻230上的电压降控制在一个固定值附近，从而使其均衡电流基本恒定。
图3为图2所示的电池均衡电路的具体示意图。如图3所示，反馈控制电路270包括基准电压源271和滞回比较器272。其中，基准电压源271用于提供基准电压VREF，且其电性连接检流电阻230的第一端和滞回比较器272的负输入端，而滞回比较器272的正输入端电性连接检流电阻230的第二端，且滞回比较器272的输出端作为反馈控制电路270的输出端以输出控制信号CS。
此外，在本实施例中，第一控制开关250和第二控制开关260可分别以NMOS管和肖特基二极管而实现，其接收滞回比较器272的输出端所输出的控制信号CS的控制，从而或者导通第一回路，或者导通第二回路，以在第一回路和第二回路之间进行切换。
图4为图3所示的滞回比较器的原理示意图。以下将具体地介绍本发明的电池均衡电路的工作原理。请一并参阅图2-4，当检流电阻230的第二端上的电压上升时，直至上升至滞回比较器272的正阈值电压+VHYS时，也就是说，滞回比较器272的正输入端上的电压上升至滞回比较器272的正阈值电压+VHYS时，检流电阻230上的电压降为-VREF+VHYS，滞回比较器272的输出端所输出的控制信号CS切换为正极性，因此作为控制开关的NMOS管250导通，则第一电池单元210、检流电阻230、均衡电感240和作为控制开关的NMOS管250所形成的第一回路导通。
然后，检流电阻230的第二端上的电压下降，直至下降至滞回比较器272的负阈值电压-VHYS时，也就是说，滞回比较器272的正输入端上的电压下降至滞回比较器272的负阈值电压-VHYS时，检流电阻230上的电压降为-VREF-VHYS，滞回比较器272的输出端所输出的控制信号CS切换至负极性，因此作为控制开关的NMOS管250截止，即第一回路截止；而此时作为控制开关的肖特基二极管260导通，均衡电感240中的电流可通过肖特基二极管260续流，则第二电池单元220、检流电阻230、均衡电感240和作为控制开关的肖特基二极管260所形成的第二回路导通。
上述过程不断地循环，即第一回路和第二回路交替地导通，从而使电能在第一电池单元210和第二电池单元220之间进行转移。此外，检流电阻230上的电压降或者为-VREF+VHYS以导通第一回路，或者为-VREF-VHYS以导通第二回路，且基准电压源271所提供的基准电压-VREF远远大于滞回比较器272的阈值电压VHYS，因此反馈控制电路270可将检流电阻230上的电压降大致稳定在固定值VREF附近，而流经检流电阻230和均衡电感240的均衡电流大致恒定在VREF/R，其中R为检流电阻230的电阻值。
因此，本发明的电池均衡电路200可利用反馈控制电路270来采集检流电阻230上的电压降，从而自动调节控制信号CS的占空比，从而使得其均衡电流基本恒定，以使得整个电池均衡电路200达到最佳的均衡效果，且避免了均衡电流超出器件额定值的风险，从而克服现有的电池均衡电路所存在的缺陷。
虽然在上述实施例中反馈控制电路270以滞回比较控制的方法来实现，但是本领域技术人员可以理解的是，本发明的反馈控制电路270也可以利用基于误差放大器所构成的脉冲宽度调制(PWM)控制电路或者脉冲频率调制(PFM)控制电路来实现。另，本发明的第一控制开关250和第二控制开关260也可以采用PMOS管和肖特基二极管而实现，或者采用NMOS管和PMOS管而实现。
此外，虽然在上述实施例中检流电阻230是设置在均衡电感240的左边，即第一电池单元210和第二电池单元220是通过检流电阻230而电性连接均衡电感240，但是本领域技术人员可以理解的是，本发明的检流电阻230也可以设置在均衡电感240的右边，即均衡电感240通过检流电阻230而分别电性连接至第一控制开关250和第二控制开关260。
通过上述方式，本发明的电池均衡电路可利用反馈控制电路来采集检流电阻上的电压降，从而自动调节控制信号的占空比，从而使得其均衡电流基本恒定，以使得整个电池均衡电路达到最佳的均衡效果，且避免了均衡电流超出器件额定值的风险，从而克服现有的电池均衡电路所存在的缺陷。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (4)

1.一种电池均衡电路，其特征在于：该电池均衡电路包括第一电池单元、第二电池单元、检流电阻、均衡电感、第一控制开关、第二控制开关和反馈控制电路，其中，该第一电池单元和该第二电池单元串联，该第一电池单元、该检流电阻、该均衡电感和该第一控制开关相互串联在一起以形成第一回路，而该第二电池单元、该检流电阻、该均衡电感和该第二控制开关相互串联在一起以形成第二回路，该第一电池单元和该第二电池单元分别通过该检流电阻而电性连接至该均衡电感，该反馈控制电路并联于该检流电阻以侦测该检流电阻的电压降，并发出控制信号分别至该第一控制开关和该第二控制开关以在该第一回路和该第二回路之间进行切换，从而使均衡电流基本恒定；该反馈控制电路包括基准电压源和滞回比较器，其中该基准电压源用于提供基准电压VREF且其电性连接该检流电阻的第一端和该滞回比较器的负输入端，该滞回比较器的正输入端电性连接该检流电阻的第二端，而该滞回比较器的输出端作为该反馈控制电路的输出端以输出该控制信号；该滞回比较器提供第一阈值电压+VHYS和第二阈值电压-VHYS，该第一阈值电压与该第二阈值电压的大小相同，极性不同；当该检流电阻的第二端上的电压上升，直至上升至该滞回比较器的该第一阈值电压时，该滞回比较器的输出端所输出的该控制信号导通该第一控制开关以使该第一回路导通；当该检流电阻的第二端上的电压下降，直至下降至该滞回比较器的该第二阈值电压时，该滞回比较器的输出端所输出的该控制信号截止该第一控制开关以使该第一回路截止，该滞回比较器所提供的该第一阈值电压和该第二阈值电压的大小远小于该基准电压VREF，以使得该反馈控制电路将该检流电阻上的电压降稳定在该基准值VREF附近，使流经检流电阻和均衡电感的均衡电流基本恒定在VREF/R，其中R为检流电阻的电阻值。
2.如权利要求1所述的电池均衡电路，其特征在于：该第一控制开关和该第二控制开关分别为NMOS管和肖特基二极管。
3.如权利要求1所述的电池均衡电路，其特征在于：该第一控制开关和该第二控制开关分别为PMOS管和肖特基二极管。
4.如权利要求1所述的电池均衡电路，其特征在于：该第一控制开关和该第二控制开关分别为NMOS管和PMOS管。
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