CN103269108A - 一种电池电量均衡电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池电量均衡电路，包括：电池组、电压采集模块、开关电路模块、能量转移模块和主控制电路模块；所述开关电路模块包括多个组内开关和分别用于驱动对应组内开关的多个驱动电路；所述主控制电路模块用于根据各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量是否均衡，如判断不均衡，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得所述驱动电路控制其对应的组内开关导通/截止，以先通过所述并联的两组能量转移模块实现各个电池子组之间的电量均衡，再通过所述并联的两组能量转移模块分别实现各个电池子组内的各个电池之间的电量均衡，从而实现所有电池之间的电量均衡。本发明所述电池电量均衡电路控制简单，均衡精度高、速度快。

Description

一种电池电量均衡电路

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池电量均衡电路。

背景技术

由于可充电电池具有较好的性价比而广泛地应用于各个类电子产品之中，例如应用于电动车辆中。然而，不论是锂充电电池、铅酸充电电池还是镍氢充电电池，由于工艺条件的限制，使得每个电池之间存在一定的差异，而且对于串联使用的电池组来说，随着串联电池组充放电次数的增加，串联电池组中每个电池的老化程度以及温度不同，使得各个电池的状态可能各个不相同，导致各个电池之间的电压差逐渐增加，从而导致各个电池之间出现电量不均衡现象，使得该串联电池组的寿命缩短。而且，当各个电池之间的电量不均衡达到一定程度时，电量最小的电池上产生的极性反向现象会对该串联电池组造成永久性的损坏。

针对上述问题，现有技术提出了应用于串联电池组的电池均衡器，其工作原理为：采集串联电池组中各个电池的电压，然后将高电压的电池的能量通过储能单元转移到低电压的电池中，进而实现两个或更多电池之间电量的均衡。但是，这种电池均衡器不易控制，还存在均衡精度均不高、均衡速度不快和成本高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种控制简单、均衡精度高、均衡速度快的电池电量均衡电路。

解决本发明技术问题所采用的技术方案：

所述电池电量均衡电路包括：电池组、电压采集模块、开关电路模块、能量转移模块和主控制电路模块；

所述电池组包括多个串联的电池子组，每个电池子组均包括多个串联的电池；

所述电压采集模块采用多个，其数量等于电池组中所有电池的总数，用于实时采集各个电池两端的电压信号，并将所述电压信号发送至主控制电路模块；

所述开关电路模块包括多个组内开关和分别用于驱动对应组内开关的多个驱动电路，所述组内开关的数量是电池组中所有电池总数的两倍至四倍，且每个电池的正极和负极分别与一个或两个组内开关相连；

所述能量转移模块采用并联的两组，每组均包括一个或多个串联的能量转移模块，且该并联的两组能量转移模块的数量相同，所述并联的两组能量转移模块经与各个电池正负极相连的组内开关与各个电池及电池子组并联；

所述主控制电路模块用于根据各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量是否均衡，如判断不均衡，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得所述驱动电路控制其对应的组内开关导通/截止，以先通过所述并联的两组能量转移模块实现各个电池子组之间的电量均衡，再通过所述并联的两组能量转移模块分别实现各个电池子组内的各个电池之间的电量均衡，从而实现所有电池之间的电量均衡。

优选地，所述开关电路模块还包括多个组间开关和分别用于驱动对应组间开关的多个驱动电路，所述组间开关的数量等于电池子组数量减一的二倍，且每两个相邻电池子组的正极经与各自正极相连的组内开关连接在一个组间开关的两端，每两个相邻电池子组的负极经与各自负极相连的组内开关连接在另一个组间开关的两端。

优选地，所述组间/组内开关采用N沟道增强型MOS管或P沟道增强型MOS管；

若所述电池的正极或负极与两个组内开关相连，则该两个组内开关中的一个为N沟道增强型MOS管，另一个为P沟道增强型MOS管，且所述P沟道增强型MOS管的漏极与N沟道增强型MOS管的源极相连。

优选地，所述N沟道增强型MOS管的漏极与源极之间设置有滤波电容和二极管，所述二极管的负极与N沟道增强型MOS管的漏极相连，正极经滤波电容与N沟道增强型MOS管的源极相连；

所述P沟道增强型MOS管的漏极与源极之间设置有滤波电容和二极管，所述二极管的正极与P沟道增强型MOS管的漏极相连，负极经滤波电容与P沟道增强型MOS管的源极相连。

优选地，所述开关电路模块中的驱动电路包括NPN晶体管和PNP晶体管，所述NPN晶体管分别与主控制电路模块和PNP晶体管相连，所述PNP晶体管与一个组间/组内开关相连，以通过主控制电路模块发出的控制信号控制该组间/组内开关导通/截止。

优选地，所述组间/组内开关采用N沟道增强型MOS管；

所述驱动电路还包括基极电阻、偏置电阻、上拉电阻、第一集电极电阻和第二集电极电阻；

所述NPN晶体管的基极通过基极电阻接入主控制电路模块，其发射极接地，其集电极通过第一集电极电阻接入PNP晶体管的基极，所述偏置电阻连接在NPN晶体管的基极与发射极之间；所述PNP晶体管的基极通过上拉电阻接入一电池，其发射极直接接入所述电池，其集电极通过第二集电极电阻接地，并且其集电极还接入所述MOS管的栅极；所述MOS管的源极直接接入所述电池，或通过其它组内开关接入所述电池，其漏极直接接入所述并联的两组能量转移模块，或通过其它组间/组内开关接入所述并联的两组能量转移模块。

优选地，所述组间/组内开关采用P沟道增强型MOS管；

所述驱动电路还包括基极电阻、偏置电阻、上拉电阻、第一集电极电阻和第二集电极电阻；

所述NPN晶体管的基极通过基极电阻接入主控制电路模块，其发射极接地，其集电极通过第一集电极电阻接入PNP晶体管的基极，所述偏置电阻连接在NPN晶体管的基极与发射极之间；所述PNP晶体管的基极通过上拉电阻接入一电池，其发射极直接接入所述电池，其集电极通过第二集电极电阻接入所述电池，并且其集电极还直接接入所述MOS管的栅极；所述MOS管的源极直接接入所述电池，或通过其它组内开关接入所述电池，其漏极直接接入所述并联的两组能量转移模块，或通过其它组间/组内开关接入所述并联的两组能量转移模块。

优选地，每组能量转移模块均包括两个能量转移模块；所述能量转移模块采用极性电容。

优选地，所述极性电容的耐压值为50V，容量为1000μF。

优选地，所述电压采集模块包括电阻R6、电阻R7和电容C5；所述电阻R6的一端与一电池相连，另一端与电阻R7相连；所述电阻R7的一端分别与电阻R6和主控制电路模块相连，另一端接地；所述电容C5并联在电阻R7的两端。

优选地，所述主控制电路模块还用于根据各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量不均衡时，发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得所述驱动电路控制其对应的组内开关导通/截止，以通过所述并联的两组能量转移模块直接将电量较高的电池的电量转移到电量较低的电池上，从而实现所有电池之间的电量均衡。

有益效果：

1）本发明所述电池电量均衡电路可采用自顶向下单向式的电量均衡方法，即先通过所述并联的两组能量转移模块实现各个电池子组之间的电量均衡，再通过所述并联的两组能量转移模块分别实现各个电池子组内的各个电池之间的电量均衡，从而实现所有电池之间的电量均衡。而且，各个电池子组内的多个电池的电量均衡可同时进行且互不干扰，因此与现有技术相比提高了均衡速度和效率，缩短了均衡时间，均衡精度较高。

2）本发明所述电池电量均衡电路还可将自顶向下单向式的电量均衡方法与直接均衡法相结合；所述直接均衡法为，通过所述并联的两组能量转移模块直接将电量较高的电池的电量转移到电量较低的电池上。所述直接均衡法可在自顶向下单向式的电量均衡方法之后采用，即先依次进行组间电量均衡和组内电量均衡，再根据实时采集到的各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量不均衡时，直接将电量较高的电池的电量转移到电量较低的电池上，从而实现所有电池之间的电量均衡，进一步确保了均衡精度。

3）本发明所述电池电量均衡电路易于控制，结构简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例1中电池电量均衡电路的结构示意图；

图2为本发明实施例2中电压采集模块的电路结构示意图；

图3为本发明实施例2中所述组间/组内开关采用N沟道增强型MOS管时与其对应的驱动电路及能量转移模块的电路连接关系示意图；

图4为本发明实施例2中所述组间/组内开关采用P沟道增强型MOS管时与其对应的驱动电路及能量转移模块的电路连接关系示意图；

图5为本发明实施例3中电池与开关电路模块及能量转移模块的电路连接关系示意图。

图中：1－NPN晶体管；2－PNP晶体管；31－N沟道增强型MOS管；32－P沟道增强型MOS管；33－二极管；34－滤波电容；4－能量转移模块；ID-主控制电路模块；R1－基极电阻；R2－偏置电阻；R3－第一集电极电阻；R4－上拉电阻；R5－第二集电极电阻。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明所述电池电量均衡电路作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种电池电量均衡电路，包括：电池组、电压采集模块、开关电路模块、能量转移模块和主控制电路模块。

所述电池组包括多个串联的电池子组，每个电池子组均包括多个串联的电池。

所述电压采集模块采用多个，其数量等于电池组中所有电池的总数，用于实时采集各个电池两端的电压信号，并将所述电压信号发送至主控制电路模块。

所述开关电路模块包括多个组内开关和分别用于驱动对应组内开关的多个驱动电路，所述组内开关的数量是电池组中所有电池总数的两倍至四倍，且每个电池的正极和负极分别与一个或两个组内开关相连。

优选地，所述开关电路模块还包括多个组间开关和分别用于驱动对应组间开关的多个驱动电路，所述组间开关的数量等于电池子组数量减一的二倍，且每两个相邻电池子组的正极经与各自正极相连的组内开关连接在一个组间开关的两端，每两个相邻电池子组的负极经与各自负极相连的组内开关连接在另一个组间开关的两端。所述组间开关能够进一步确保电路的安全性。

需要说明的是，所述组间开关和组内开关即可采用相同的开关器件，也可采用不同的开关器件。

优选地，所述组间/组内开关采用N沟道增强型MOS管或P沟道增强型MOS管，本领域技术人员可根据所述均衡电路的实际电路结构决定选取哪种MOS管；若所述电池的正极或负极与两个组内开关相连，则该两个组内开关中的一个为N沟道增强型MOS管，另一个为P沟道增强型MOS管，且所述P沟道增强型MOS管的漏极与N沟道增强型MOS管的源极相连，这种N沟道增强型MOS管与P沟道增强型MOS管配合使用的方式能够使得电池/电池子组两端的电压更准确地加载到所述并联的两组能量转移模块上，从而能够进行精度更高的均衡。

优选地，所述N沟道增强型MOS管的漏极与源极之间设置有滤波电容34和二极管33，所述二极管33的负极与所述MOS管的漏极相连，正极经滤波电容34与所述MOS管的源极相连（如图3所示）；所述P沟道增强型MOS管的漏极与源极之间设置有滤波电容34和二极管33，所述二极管33的正极与所述MOS管的漏极相连，负极经滤波电容34与所述MOS管的源极相连（如图4所示）。

优选地，所述驱动电路包括NPN晶体管和PNP晶体管，所述NPN晶体管分别与主控制电路模块和PNP晶体管相连，所述PNP晶体管与一个组间/组内开关相连，以通过主控制电路模块发出的控制信号控制该组间/组内开关导通/截止。

所述能量转移模块采用并联的两组，每组均包括一个或多个串联的能量转移模块，且该并联的两组能量转移模块的数量相同，所述并联的两组能量转移模块经与各个电池正负极相连的组内开关与各个电池及电池子组并联。采用并联的两组能量转移模块与只采用一个能量转移模块相比，电量转移的速度更快、质量更高。

优选地，每组能量转移模块均包括两个能量转移模块；所述能量转移模块采用极性电容。

优选地，所述极性电容的耐压值为50V，容量为1000μF。

所述主控制电路模块用于根据各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量是否均衡，如判断不均衡，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得所述驱动电路控制其对应的组内/组间开关导通/截止，以先通过所述并联的两组能量转移模块实现各个电池子组之间的电量均衡（组间电量均衡），即通过所述并联的两组能量转移模块将电量较高的电池子组的电量转移到电量较低的电池子组上，再通过所述并联的两组能量转移模块分别实现各个电池子组内的各个电池之间的电量均衡（组内电量均衡），即通过所述并联的两组能量转移模块将各个电池子组中电量较高的电池的电量转移到该电池子组中电量较低的电池上，从而实现所有电池之间的电量均衡。

优选地，所述主控制电路模块还用于根据各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量不均衡时，发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得所述驱动电路控制其对应的组内开关导通/截止，以通过所述并联的两组能量转移模块直接将电量较高的电池的电量转移到电量较低的电池上（直接均衡法），从而实现所有电池之间的电量均衡。即先依次进行组间电量均衡和组内电量均衡，再根据实时采集到的各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量不均衡时，直接将电量较高的电池的电量转移到电量较低的电池上（所述电量较高的电池与电量较低的电池可能位于同一电池子组内，也可能位于不同电池子组内），从而实现所有电池之间的电量均衡，进一步提高了均衡精度。

所述主控制电路模块可采用现有的单片机电路处理模块。

需要说明的是，由于各个电池子组在进行电量转移的过程中，各个电池子组两端的电压始终是不断变化的，所以当各个电池子组之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）时，即可判断所有电池子组之间的电量达到均衡，否则，判断不均衡。同理，当每个电池子组内的各个电池之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）时，即可判断该电池子组内的所有电池之间的电量达到均衡，否则，判断不均衡；当电池组中各个电池（所述各个电池可能位于同一电池子组，也可能位于不同的电池子组）之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）时，即可判断所有电池之间的电量达到均衡，否则，判断不均衡。

实施例2：

本实施例将结合具体的电路连接关系示意图详细介绍本发明所述电池电量均衡电路中电压采集模块、开关电路模块和能量转移模块的电路结构及连接关系。

如图2所示，所述电压采集模块包括电阻R6、电阻R7和电容C5；所述电阻R6的一端与一电池相连，另一端与电阻R7相连；所述电阻R7的一端分别与电阻R6和主控制电路模块相连，另一端接地；所述电容C5并联在电阻R7的两端。所述电压采集模块用于实时采集所述电池两端的电压信号，并将所述电压信号发送至主控制电路模块ID。

所述驱动电路包括NPN晶体管、PNP晶体管、基极电阻、偏置电阻、上拉电阻、第一集电极电阻和第二集电极电阻，上述元器件的参数及型号可由本领域技术人员根据电路实际情况自行选择。

如图3所示，当所述组间/组内开关采用N沟道增强型MOS管时，所述NPN晶体管1的基极通过基极电阻R1接入主控制电路模块ID，其发射极接地，其集电极通过第一集电极电阻R3接入PNP晶体管2的基极，所述偏置电阻R2连接在NPN晶体管1的基极与发射极之间；所述PNP晶体管2的基极通过上拉电阻R4接入一电池，其发射极直接接入所述电池，其集电极通过第二集电极电阻R5接地，并且其集电极还接入N沟道增强型MOS管31的栅极；N沟道增强型MOS管31的源极直接接入所述电池，或通过其它组内开关接入所述电池（图3中只示出源极直接接入电池的情况，而源极通过其他组内开关接入电池的情况参见图5），其漏极直接接入所述并联的两组能量转移模块，或通过其它组间/组内开关接入所述并联的两组能量转移模块（图3中只示出漏极直接接入所述并联的两组能量转移模块的情况，而漏极通过其他组间/组内开关接入所述并联的两组能量转移模块的情况参见图5；虽然图3中只示出一个能量转移模块4，但其代表的是所述并联的两组能量转移模块）。

如图4所示，当所述组间/组内开关采用P沟道增强型MOS管时，所述NPN晶体管1的基极通过基极电阻R1接入主控制电路模块ID，其发射极接地，其集电极通过第一集电极电阻R3接入PNP晶体管2的基极，所述偏置电阻R2连接在NPN晶体管1的基极与发射极之间；所述PNP晶体管2的基极通过上拉电阻R4接入一电池，其发射极直接接入所述电池，其集电极通过第二集电极电阻R5接入所述电池，并且其集电极还直接接入P沟道增强型MOS管32的栅极；P沟道增强型MOS管32的源极直接接入所述电池，或通过其它组内开关接入所述电池（图4中只示出源极直接接入电池的情况，而源极通过其他组内开关接入电池的情况参见图5），其漏极直接接入所述并联的两组能量转移模块，或通过其它组间/组内开关接入所述并联的两组能量转移模块（图4中只示出漏极直接接入所述并联的两组能量转移模块的情况，而漏极通过其他组间/组内开关接入所述并联的两组能量转移模块的情况参见图5；虽然图4中只示出一个能量转移模块4，但其代表的是所述并联的两组能量转移模块）。

本实施例中的其他结构及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3：

本实施例将通过一个具体的例子详细描述电池电量均衡电路中电池与开关电路模块及能量转移模块的电路连接关系，以及电池电量均衡电路的工作原理。

如图5所示，所述电池电量均衡电路包括2个电池子组，分别为第一电池子组和第二电池子组，每个电池子组包括2个电池，其中第一电池子组包括电池V1和电池V2，第二电池子组包括电池V3和电池V4。

为方便描述，本实施例中，N沟道增强型MOS管用NMOS管表示（在图5中仅用N表示），P沟道增强型MOS管由PMOS管表示（在图5中仅用P表示）。

所述开关电路模块包括10个组内开关和分别用于驱动对应组内开关的驱动电路，所述10个组内开关分别为PMOS管Q1、Q2、Q5和Q7，以及NMOS管Q3、Q4、Q6、Q8-10；还包括2个组间开关和分别用于驱动对应组间开关的驱动电路，所述2个组间开关分别为PMOS管Q11和Q12。

所述PMOS管Q1的源极与电池V4的正极相连，PMOS管Q2的源极与电池V4的负极相连，NMOS管Q3的源极与电池V3的正极相连，NMOS管Q4的源极与电池V3的负极相连，PMOS管Q5的源极与电池V2的正极相连，NMOS管Q6的源极与PMOS管Q5的漏极相连，PMOS管Q7的源极与电池V2的负极相连，NMOS管Q8的源极与PMOS管Q7的漏极相连，NMOS管Q9的源极与电池V1的正极相连，NMOS管Q10的源极与电池V1的负极相连；所述PMOS管Q11的源极分别与PMOS管Q2的漏极、NMOS管Q4的漏极相连，PMOS管Q11的漏极分别与NMOS管Q8的漏极、NMOS管Q10的漏极相连，所述PMOS管Q12的源极分别与PMOS管Q1的漏极、NMOS管Q3的漏极相连，所述PMOS管Q12的漏极分别与NMOS管Q6的漏极、NMOS管Q9的漏极相连。

所述并联的两组能量转移模块分别为第一组能量转移模块和第二组能量转移模块，所述第一组能量转移模块包括电容C1和电容C2，第二组能量转移模块包括电容C3和电容C4，且电容C1和电容C2串联，电容C3和电容C4串联。所述电容C1和电容电容C3的正极分别与PMOS管Q12的漏极相连，电容C2和电容C4的负极分别与PMOS管Q11的漏极相连。

下面，根据图5描述本实施例所述电池电量均衡电路的工作原理：

1）组间电量均衡阶段：

电压采集模块实时采集电池V1-V4两端的电压信号，并将所述电压信号发送至主控制电路模块；所述主控制电路模块根据所述电压信号计算得出第一电池子组两端的电压值（即电池V1两端的电压值和电池V2两端的电压值之和）和第二电池子组两端的电压值（即电池V3两端的电压值和电池V4两端的电压值之和）；若第一电池子组两端的电压值大于第二电池子组两端的电压值，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得各个驱动电路分别控制其对应的PMOS管Q5、NMOS管Q6和NMOS管Q10导通（此时其余MOS管均截止），由第一电池子组对电容C1-C4充电，充电完成后断开PMOS管Q5、NMOS管Q6和NMOS管Q10，再控制PMOS管Q1、NMOS管Q4、PMOS管Q11和PMOS管Q12导通，由电容C1-C4对第二电池子组充电，该过程持续至第一电池子组和第二电池子组之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）为止，然后断开所有MOS管；若第一电池子组两端的电压值小于第二电池子组两端的电压值，则发出控制信号至开关电路模块相应的驱动电路，使得各个驱动电路分别控制其对应的PMOS管Q1、NMOS管Q4、PMOS管Q11和PMOS管Q12导通（此时其余MOS管均截止），由第二电池子组对电容C1-C4充电，充电完成后断开PMOS管Q1、NMOS管Q4、PMOS管Q11和PMOS管Q12，再控制PMOS管Q5、NMOS管Q6和NMOS管Q10导通，由电容C1-C4对第一电池子组充电，该过程持续至第一电池子组和第二电池子组之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）为止，然后断开所有MOS管。此时，各个电池子组之间的电量达到均衡；若第一电池子组两端的电压值等于第二电池子组两端的电压值（即第一电池子组和第二电池子组之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值），则直接进行组内电量均衡。

2）组内电量均衡阶段：

21）第一电池子组内电量均衡阶段：

电压采集模块实时采集电池V1和V2两端的电压信号，并将所述电压信号发送至主控制电路模块；所述主控制电路模块根据所述电压信号计算得出电池V1两端的电压值和电池V2两端的电压值；若电池V1两端的电压值大于电池V2两端的电压值，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得各个驱动电路分别控制其对应的NMOS管Q9和NMOS管Q10导通（此时其余MOS管均截止），由电池V1对电容C1-C4充电，充电完成后断开NMOS管Q9和NMOS管Q10，再控制PMOS管Q5、NMOS管Q6、PMOS管Q7和NMOS管Q8导通，由电容C1-C4对电池V2充电，该过程持续至电池V1和电池V2之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）为止，然后断开所有MOS管；若电池V1两端的电压值小于电池V2两端的电压值，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得各个驱动电路分别控制其对应的PMOS管Q5、NMOS管Q6、PMOS管Q7和NMOS管Q8导通（此时其余MOS管均截止），由电池V2对电容C1-C4充电，充电完成后断开PMOS管Q5、NMOS管Q6、PMOS管Q7和NMOS管Q8，再控制NMOS管Q9和NMOS管Q10导通，由电容C1-C4对电池V1充电，该过程持续至电池V1和电池V2之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）为止，然后断开所有MOS管。若电池V1两端的电压值等于电池V2两端的电压值（即电池V1和电池V2之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值），则第一电池子组内电量均衡完成。此时，第一电池子组内的各个电池之间的电量达到均衡。

22）第二电池子组内电量均衡阶段：

电压采集模块实时采集电池V3和V4两端的电压信号，并将所述电压信号发送至主控制电路模块；所述主控制电路模块根据所述电压信号计算得出电池V3两端的电压值和电池V4两端的电压值；若电池V3两端的电压值大于电池V4两端的电压值，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得各个驱动电路分别控制其对应的NMOS管Q3、NMOS管Q4、PMOS管Q11和PMOS管Q12导通（此时其余MOS管均截止），由电池V3对电容C1-C4充电，充电完成后断开NMOS管Q3和NMOS管Q4，再控制PMOS管Q1和PMOS管Q2导通，由电容C1-C4对电池V4充电，该过程持续至电池V3和电池V4之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）为止，然后断开所有MOS管；若电池V3两端的电压值小于电池V4两端的电压值，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得各个驱动电路分别控制其对应的PMOS管Q1、PMOS管Q2、PMOS管Q11和PMOS管Q12导通（此时其余MOS管均截止），由电池V4对电容C1-C4充电，充电完成后断开PMOS管Q1和PMOS管Q2，再控制NMOS管Q3和NMOS管Q4导通，由电容C1-C4对电池V3充电，该过程持续至电池V3和电池V4之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值（例如0.1v）为止，然后断开所有MOS管。若电池V3两端的电压值等于电池V4两端的电压值（即电池V3和电池V4之间的压差小于预先设定在主控制电路模块内的均衡阈值），则第二电池子组内电量均衡完成。此时，第二电池子组内的各个电池之间的电量达到均衡。

3）直接均衡阶段：

若执行完上述1）和2）阶段之后，主控制电路模块根据电压采集模块发送的各个电池两端的电压信号判断还有电池之间的电量不均衡，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得各个驱动电路分别控制其对应的组内/组间开关导通/截止，以通过所述并联的两组能量转移模块直接将电量较高的电池的电量转移到电量较低的电池上，从而实现所有电池之间的电量均衡，并进一步提高了均衡精度。

本领域技术人员可根据上述工作原理得知本发明所述电池电量均衡电路应用于不同数量的电池子组和/或电池子组中包括不同数量的电池时，如何实现组间电量均衡和组内电量均衡，从而实现所有电池之间的电量均衡。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各个种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电池电量均衡电路，其特征在于，包括：电池组、电压采集模块、开关电路模块、能量转移模块和主控制电路模块；

所述电池组包括多个串联的电池子组，每个电池子组均包括多个串联的电池；

所述电压采集模块采用多个，其数量等于电池组中所有电池的总数，用于实时采集各个电池两端的电压信号，并将所述电压信号发送至主控制电路模块；

所述开关电路模块包括多个组内开关和分别用于驱动对应组内开关的多个驱动电路，所述组内开关的数量是电池组中所有电池总数的两倍至四倍，且每个电池的正极和负极分别与一个或两个组内开关相连；

所述能量转移模块采用并联的两组，每组均包括一个或多个串联的能量转移模块，且该并联的两组能量转移模块的数量相同，所述并联的两组能量转移模块经与各个电池正负极相连的组内开关与各个电池及电池子组并联；

所述主控制电路模块用于根据各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量是否均衡，如判断不均衡，则发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得所述驱动电路控制其对应的组内开关导通/截止，以先通过所述并联的两组能量转移模块实现各个电池子组之间的电量均衡，再通过所述并联的两组能量转移模块分别实现各个电池子组内的各个电池之间的电量均衡，从而实现所有电池之间的电量均衡。

2.根据权利要求1所述的均衡电路，其特征在于，所述开关电路模块还包括多个组间开关和分别用于驱动对应组间开关的多个驱动电路，所述组间开关的数量等于电池子组数量减一的二倍，且每两个相邻电池子组的正极经与各自正极相连的组内开关连接在一个组间开关的两端，每两个相邻电池子组的负极经与各自负极相连的组内开关连接在另一个组间开关的两端。

3.根据权利要求2所述的均衡电路，其特征在于，

所述组间/组内开关采用N沟道增强型MOS管或P沟道增强型MOS管；

若所述电池的正极或负极与两个组内开关相连，则该两个组内开关中的一个为N沟道增强型MOS管，另一个为P沟道增强型MOS管，且所述P沟道增强型MOS管的漏极与N沟道增强型MOS管的源极相连。

4.根据权利要求3所述的均衡电路，其特征在于，

所述N沟道增强型MOS管的漏极与源极之间设置有滤波电容和二极管，所述二极管的负极与N沟道增强型MOS管的漏极相连，正极经滤波电容与N沟道增强型MOS管的源极相连；

所述P沟道增强型MOS管的漏极与源极之间设置有滤波电容和二极管，所述二极管的正极与P沟道增强型MOS管的漏极相连，负极经滤波电容与P沟道增强型MOS管的源极相连。

5.根据权利要求3所述的均衡电路，其特征在于，所述开关电路模块中的驱动电路包括NPN晶体管和PNP晶体管，所述NPN晶体管分别与主控制电路模块和PNP晶体管相连，所述PNP晶体管与一个组间/组内开关相连，以通过主控制电路模块发出的控制信号控制该组间/组内开关导通/截止。

6.根据权利要求5所述的均衡电路，其特征在于，

所述组间/组内开关采用N沟道增强型MOS管；

所述驱动电路还包括基极电阻、偏置电阻、上拉电阻、第一集电极电阻和第二集电极电阻；

所述NPN晶体管的基极通过基极电阻接入主控制电路模块，其发射极接地，其集电极通过第一集电极电阻接入PNP晶体管的基极，所述偏置电阻连接在NPN晶体管的基极与发射极之间；所述PNP晶体管的基极通过上拉电阻接入一电池，其发射极直接接入所述电池，其集电极通过第二集电极电阻接地，并且其集电极还接入所述MOS管的栅极；所述MOS管的源极直接接入所述电池，或通过其它组内开关接入所述电池，其漏极直接接入所述并联的两组能量转移模块，或通过其它组间/组内开关接入所述并联的两组能量转移模块。

7.根据权利要求5所述的均衡电路，其特征在于，

所述组间/组内开关采用P沟道增强型MOS管；

所述驱动电路还包括基极电阻、偏置电阻、上拉电阻、第一集电极电阻和第二集电极电阻；

所述NPN晶体管的基极通过基极电阻接入主控制电路模块，其发射极接地，其集电极通过第一集电极电阻接入PNP晶体管的基极，所述偏置电阻连接在NPN晶体管的基极与发射极之间；所述PNP晶体管的基极通过上拉电阻接入一电池，其发射极直接接入所述电池，其集电极通过第二集电极电阻接入所述电池，并且其集电极还直接接入所述MOS管的栅极；所述MOS管的源极直接接入所述电池，或通过其它组内开关接入所述电池，其漏极直接接入所述并联的两组能量转移模块，或通过其它组间/组内开关接入所述并联的两组能量转移模块。

8.根据权利要求1所述的均衡电路，其特征在于，每组能量转移模块均包括两个能量转移模块；所述能量转移模块采用极性电容。

9.根据权利要求8所述的均衡电路，其特征在于，所述极性电容的耐压值为50V，容量为1000μF。

10.根据权利要求1所述的均衡电路，其特征在于，所述电压采集模块包括电阻R6、电阻R7和电容C5；所述电阻R6的一端与一电池相连，另一端与电阻R7相连；所述电阻R7的一端分别与电阻R6和主控制电路模块相连，另一端接地；所述电容C5并联在电阻R7的两端。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的均衡电路，其特征在于，所述主控制电路模块还用于根据各个电池两端的电压信号判断各个电池之间的电量不均衡时，发出控制信号至开关电路模块中相应的驱动电路，使得所述驱动电路控制其对应的组内开关导通/截止，以通过所述并联的两组能量转移模块直接将电量较高的电池的电量转移到电量较低的电池上，从而实现所有电池之间的电量均衡。

Images