CN103730935B - 一种实现锂电池电能一致的均衡电路 - Google Patents

一种实现锂电池电能一致的均衡电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现锂电池电能一致的均衡电路，该均衡电路包括多个串联的锂电池组成的电池组，还包括：电源隔离电路、均衡电容、电容开关电路和脉冲电路，电源隔离电路和所述锂电池相连；每两个相邻的锂电池设置一个均衡电容用作两个锂电池之间的电能转移使电能平衡，每个电池设置一个电容开关电路，相邻两个锂电池的电容开关电路配合控制均衡电容的连接方式使两个锂电池之间电能流动直到趋于一致，所述脉冲电路向所述电容开关电路输出脉冲实现对均衡电容的控制。为两个锂电池设置电容，为电容设置电容开关电路接收脉冲控制电能通过电容在锂电池之间流动，达到电池均衡，在实现均衡，延长电池使用寿命的同时，还免除了电能的浪费，节约能源。

Description

一种实现锂电池电能一致的均衡电路
技术领域
本发明涉及锂电池电能均衡领域，尤其涉及一种实现锂电池电能一致的均衡电路。
背景技术
近年来，越来越多的产品采用锂离子电池做为主要电源，主要是由于锂离子电池具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点。
但是在串联电池组，虽然通过单体电池的电流相同，但是其容量不同，电池的放电深度也会不同，容量大的总会浅充浅放，而容量小的总会过充过放，这就造成容量大的衰减缓慢、寿命延长；容量小的衰减加快，寿命缩短，两者之间的差异会越来越大，而且除了容量方面的差异，充放电速度的差异，对温度的敏感度，都在使用过程中对各个电池单体的寿命产生不同的影响。而电池组的使用寿命是由整组的容量取决于最小的那节单体电池。而这种单体电池的个体差异在生产的过程中可以尽量接近，但是这种差异是无法消除的，故在电池的使用和充放电过程中需要调节电池均衡。
现有技术有通过增加电阻使较快的单体电池减慢充放电速度，从而达到一致，这种方法无谓地消耗了电能，造成了浪费。
发明内容
本发明提出了一种为相邻两个锂电池设置电容，通过电容调节相邻两个锂电池之间的电能，在免除电能浪费的情况下实现锂电池电能一致的均衡电路。
为实现上述设计，本发明采用以下技术方案：
一种实现锂电池电能一致的均衡电路，包括多个串联的锂电池组成的电池组，还包括：电源隔离电路、均衡电容、电容开关电路和脉冲电路，所述电源隔离电路和所述锂电池相连；每两个相邻的锂电池设置一个均衡电容用作两个锂电池之间的电能转移使电能平衡，每个电池设置一个电容开关电路，相邻两个锂电池的电容开关电路配合控制均衡电容的连接方式使两个锂电池之间电能流动直到趋于一致，所述脉冲电路向所述电容开关电路输出脉冲实现对均衡电容的控制。
其中，所述电容开关电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、光电耦合器U2、光电耦合器U3、三极管Q1、三极管Q2、MOS管M1和MOS管M2，所述电阻R3的一端接+5V，另一端和光电耦合器U2的引脚1相连；光电耦合器U2的引脚2接脉冲信号JHA，引脚4和三极管Q1的基极、电阻R1的一端相连；三极管Q1的集电极和电阻R2的一端、MOS管M1的栅极相连；电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端接到第一输出端子；MOS管M1的源极和MOS管M2的漏极接到第二输出端子，MOS管M1的漏极和对应锂电池的正极相连；电阻R4的另一端和三极管Q2的基极、光电耦合器U3的引脚4相连；电阻R5的另一端和三极管Q2的集电极、MOS管M2的栅极相连；光电耦合器U3的引脚1和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接+5V，光电耦合器U3的引脚2接脉冲信号JHB；光电耦合器U2的引脚3、光电耦合器U3的引脚3、三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极和MOS管M2的源极均和对应的锂电池的负极相连；电池组正极的第一个锂电池对应的电容开关电路的第一输出端子和电源隔离电路相连；其他锂电池对应的电容开关电路的第一输出端子，和电池组正极的第一个锂电池的正极相连；所述均衡电容的正极和对应的两个锂电池中靠近电池组正极的锂电池的电容开关电路的第二输出端子相连，均衡电容的负极和对应的两个锂电池中靠近电池组负极的锂电池的电容开关电路的第二输出端子相连。
其中，所述脉冲信号JHA和脉冲信号JHB的驱动波形设置有死区时间。
其中，所述电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5的阻值均为5.1KΩ；电阻R3、电阻R6的阻值均为1KΩ，MOS管M1、MOS管M2的型号均为AO3400。
其中，所述电源隔离电路包括型号为B0505的芯片U1、电容C2、电容C3；所述电容C3的正极、芯片U1的引脚1均接+5V；电容C3的负极、芯片U1的引脚2均接地；芯片U1的引脚5和电容C2的负极、电池组中正极的第一个锂电池的正极相连；芯片U1的引脚7和电容C2的正极、电池组中正极的第一个锂电池的电容开关电路的第一输出端子相连。
其中，所述电容C2和电容C3的参数均为10V/100μF。
其中，所述脉冲电路的脉冲信号由STM32F107单片机生成。
本发明的有益效果在于：为两个锂电池设置电容，为电容设置电容开关电路，通过向电容开关电路发送脉冲控制电能通过电容在两个锂电池之间流动，达到电池均衡，在实现均衡，延长电池使用寿命的同时，还免除了电能的浪费，节约了能源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种实现锂电池电能一致的均衡电路的电路原理图。
图2是本发明实施例提供的一种实现锂电池电能一致的均衡电路的电容开关电路的控制脉冲的波形图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，其是本发明实施例提供的一种实现锂电池电能一致的均衡电路的电路原理图和电容开关电路的控制脉冲的波形图。本电路主要用于电池组的使用过程中调节电池均衡。在本实施例中为了使电路图表述清晰，提供的电池组只有两节锂电池，而在实际的运用中，更多的情况下是两节以上的锂电池，当有更多节锂电池时，只需将第二节锂电池及其对应的控制电路、均衡电容继续延伸即可得到更多节锂电池的均衡电路。如图所示，一种实现锂电池电能一致的均衡电路，包括多个串联的锂电池组成的电池组，还包括：电源隔离电路、均衡电容、电容开关电路和脉冲电路，所述电源隔离电路和所述锂电池相连；每两个相邻的锂电池设置一个均衡电容用作两个锂电池之间的电能转移使电能平衡，每个电池设置一个电容开关电路，相邻两个锂电池的电容开关电路配合控制均衡电容的连接方式使两个锂电池之间电能流动直到趋于一致，所述脉冲电路向所述电容开关电路输出脉冲实现对均衡电容的控制。
优选地，所述电容开关电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、光电耦合器U2、光电耦合器U3、三极管Q1、三极管Q2、MOS管M1和MOS管M2，所述电阻R3的一端接+5V，另一端和光电耦合器U2的引脚1相连；光电耦合器U2的引脚2接脉冲信号JHA，引脚4和三极管Q1的基极、电阻R1的一端相连；三极管Q1的集电极和电阻R2的一端、MOS管M1的栅极相连；电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端接到第一输出端子；MOS管M1的源极和MOS管M2的漏极接到第二输出端子，MOS管M1的漏极和对应锂电池的正极相连；电阻R4的另一端和三极管Q2的基极、光电耦合器U3的引脚4相连；电阻R5的另一端和三极管Q2的集电极、MOS管M2的栅极相连；光电耦合器U3的引脚1和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接+5V，光电耦合器U3的引脚2接脉冲信号JHB；光电耦合器U2的引脚3、光电耦合器U3的引脚3、三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极和MOS管M2的源极均和对应的锂电池的负极相连；电池组正极的第一个锂电池对应的电容开关电路的第一输出端子和电源隔离电路相连；其他锂电池对应的电容开关电路的第一输出端子，和电池组正极的第一个锂电池的正极相连；所述均衡电容的正极和对应的两个锂电池中靠近电池组正极的锂电池的电容开关电路的第二输出端子相连，均衡电容的负极和对应的两个锂电池中靠近电池组负极的锂电池的电容开关电路的第二输出端子相连。
进一步地，所述脉冲信号JHA和脉冲信号JHB的驱动波形设置有死区时间。
进一步地，所述电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5的阻值均为5.1KΩ；电阻R3、电阻R6的阻值均为1KΩ，MOS管M1、MOS管M2的型号均为AO3400。
优选地，所述电源隔离电路包括型号为B0505的芯片U1、电容C2、电容C3；所述电容C3的正极、芯片U1的引脚1均接+5V；电容C3的负极、芯片U1的引脚2均接地；芯片U1的引脚5和电容C2的负极、电池组中正极的第一个锂电池的正极相连；芯片U1的引脚7和电容C2的正极、电池组中正极的第一个锂电池的电容开关电路的第一输出端子相连。
进一步地，所述电容C2和电容C3的参数均为10V/100μF。
优选地，所述脉冲电路的脉冲信号由STM32F107单片机生成。
当然，STM32F107单片机只是一种实施方案，其他单片机亦可实现该功能，例如STL215。
如图2中所示的JHA和JHB的脉冲，两个脉冲分别输出电容开关电路的两个光电耦合器的引脚2，通过两个MOS管控制均衡电容是否连通通及连通后的电流方向，在图1中，在不断的调节中实现对两节锂电池的均衡，如果是有多节的锂电池，相邻的两个锂电池之间都会有区域均衡的趋势，如本来是三节锂电池A、B和C，本来A、B、C之间的都不一样，但是均衡电容会将A和B、B和C之间的电能进行无损转移，此时的B将作为一个桥梁，直到A、B、C之间都达到均衡。为了避免MOS管出现直通，会引起电路烧毁，所述脉冲信号JHA和脉冲信号JHB的驱动波形设置有死区时间。
综上所述，本发明中的均衡电路，为两个锂电池设置电容，为电容设置电容开关电路，通过向电容开关电路发送脉冲控制电能通过电容在两个锂电池之间流动，达到电池均衡，在实现均衡，延长电池使用寿命的同时，还免除了电能的浪费，节约了能源。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种实现锂电池电能一致的均衡电路，包括多个串联的锂电池组成的电池组，其特征在于，还包括：电源隔离电路、均衡电容、电容开关电路和脉冲电路，所述电源隔离电路和所述锂电池相连；每两个相邻的锂电池设置一个均衡电容用作两个锂电池之间的电能转移使电能平衡，每个锂电池设置一个电容开关电路，相邻两个锂电池的电容开关电路配合控制均衡电容的连接方式使两个锂电池之间电能流动直到趋于一致，所述脉冲电路向所述电容开关电路输出脉冲实现对均衡电容的控制；
其中，所述电容开关电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、光电耦合器U2、光电耦合器U3、三极管Q1、三极管Q2、MOS管M1和MOS管M2，所述电阻R3的一端接+5V，另一端和光电耦合器U2的引脚1相连；光电耦合器U2的引脚2接脉冲信号JHA，引脚4和三极管Q1的基极、电阻R1的一端相连；三极管Q1的集电极和电阻R2的一端、MOS管M1的栅极相连；电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端接到所述电容开关电路的第一输出端子；MOS管M1的源极和MOS管M2的漏极接到所述电容开关电路的第二输出端子，MOS管M1的漏极和对应锂电池的正极相连；电阻R4的另一端和三极管Q2的基极、光电耦合器U3的引脚4相连；电阻R5的另一端和三极管Q2的集电极、MOS管M2的栅极相连；光电耦合器U3的引脚1和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接+5V，光电耦合器U3的引脚2接脉冲信号JHB；光电耦合器U2的引脚3、光电耦合器U3的引脚3、三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极和MOS管M2的源极均和对应的锂电池的负极相连；电池组正极的第一个锂电池对应的电容开关电路的第一输出端子和电源隔离电路相连；其他锂电池对应的电容开关电路的第一输出端子，和电池组正极的第一个锂电池的正极相连；所述均衡电容的正极和对应的两个锂电池中靠近电池组正极的锂电池的电容开关电路的第二输出端子相连，均衡电容的负极和对应的两个锂电池中靠近电池组负极的锂电池的电容开关电路的第二输出端子相连。
2.根据权利要求1所述的一种实现锂电池电能一致的均衡电路，其特征在于，所述脉冲信号JHA和脉冲信号JHB的驱动波形设置有死区时间。
3.根据权利要求1所述的一种实现锂电池电能一致的均衡电路，其特征在于，所述电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5的阻值均为5.1KΩ；电阻R3、电阻R6的阻值均为1KΩ，MOS管M1、MOS管M2的型号均为AO3400。
4.根据权利要求1所述的一种实现锂电池电能一致的均衡电路，其特征在于，所述电源隔离电路包括型号为B0505的芯片U1、电容C2、电容C3；所述电容C3的正极、芯片U1的引脚1均接+5V；电容C3的负极、芯片U1的引脚2均接地；芯片U1的引脚5和电容C2的负极、电池组中正极的第一个锂电池的正极相连；芯片U1的引脚7和电容C2的正极、电池组中正极的第一个锂电池的电容开关电路的第一输出端子相连。
5.根据权利要求4所述的一种实现锂电池电能一致的均衡电路，其特征在于，所述电容C2和电容C3的参数均为10V/100μF。
6.根据权利要求1所述的一种实现锂电池电能一致的均衡电路，其特征在于，所述脉冲电路的脉冲信号由STM32F107单片机生成。
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