CN103779938A - 电池组用充电均衡电路、方法及放电均衡电路、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组用充电均衡电路、方法及放电均衡电路、方法，该充电均衡电路，包括：电池电压检测单元，用于检测电池组的每块电池的电压值；主控制器，用于接收来自电池电压检测单元的检测结果，并根据检测结果生成控制信号给使能控制单元；使能控制单元，用于根据控制信号驱动充电均衡控制单元在电池组充电时对电池组的电池进行均衡充电。在充电过程中，通过检测电池组中各电池的电压值，控制电池组中电压值最高的电池给电压值最低的电池经电容进行充电，达到了充电过程中均衡控制的目的，既避免电池组充电过程中个别电池的过充，降低了电池组对各单体电池一致性要求高的依赖，并提高了充电效率。

Description

电池组用充电均衡电路、方法及放电均衡电路、方法

技术领域

本发明涉及电池组维护领域，特别地，涉及一种电池组用充电均衡电路、方法及放电均衡电路、方法。

背景技术

当今，一个动力电池组通常包括多节相互串联的电池单元，广泛的应用于混合动力车、电动汽车的工地。由于电池在加工制造过程中所使用的材质不均，及每个电池单元在使用过程中的充电状态、端电压、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，在动力电池组中需要应用电池均衡电路对其进行调节，以保持动力电池组的容量，延长电池组的寿命。

而现今串联电池组中由于木桶定律的局限，确切的说是整个电池组的放电容量局限于最低容量的单体电池，当一个单体电池达到下限电压，至整个电池组都不能供电，且单个电池的过充电或者过放电亦会影响整个电池组的使用寿命，大大的限制了电池组的使用效率，同时电池组性能对电池一致性依赖高，造成动力电池的使用局限。

发明内容

本发明目的在于提供一种电池组用充电均衡电路、方法及放电均衡电路、方法，以解决现有技术中动力电池组对单体电池的一致性要求高且电池组在充电过程中容易导致过充导致不均衡及放电过程中容易受木桶定律的限制导致使用效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种电池组用充电均衡电路，用于对电池组充电时进行均衡控制，包括：电池电压检测单元、充电均衡控制单元、使能控制单元及主控制器；

电池电压检测单元，用于检测电池组的每块电池的电压值并将检测结果传递给主控制器；

主控制器，用于接收来自电池电压检测单元的检测结果，并根据检测结果中电压值最高的电池和电压值最低的电池的信息生成控制信号给使能控制单元；其中，控制信号用于控制电池组中电压值最高的电池给电压值最低的电池充电；

使能控制单元，用于根据控制信号驱动充电均衡控制单元在电池组充电时对电池组的电池进行均衡充电。

进一步地，充电均衡控制单元包括电容模块及开关切换模块，开关切换模块受使能控制单元的使能信号控制，用于将电池组中电压值最高的电池与电压值最低的电池连接至电容模块，以使得电压值最高的电池经电容模块对电压值最低的电池均衡充电。

进一步地，开关切换模块包括多组控制开关，每组控制开关与电池组中的单个电池对应，用于将该电池的正极、负极分别连接至电容模块的两端。

进一步地，主控制器经控制局域网CAN与电池电压检测单元及使能控制单元连接，主控制器设有人机交互单元，用于显示充电过程中电池组各电池的电压信息。

根据本发明的另一方面，提供一种电池组用放电均衡电路，用于对电池组放电时进行均衡控制，包括：电池电压检测单元、放电均衡控制单元、使能控制单元及主控制器；

电池电压检测单元，用于检测电池组的每块电池的电压值并将检测结果传递给主控制器；

主控制器，用于接收来自电池电压检测单元的检测结果，并根据检测结果中电压值最低的电池的信息生成控制信号给使能控制单元；其中，控制信号用于控制电池组中电压值最低的电池在电池组放电时被剔除；

使能控制单元，用于根据控制信号驱动放电均衡控制单元在电池组放电时剔除电池组中电压值最低的电池。

进一步地，放电均衡控制单元包括用于设置在电池组的电池问的多组控制开关，每组控制开关包括用于控制相邻电池间的串联连接第一开关、第二开关，及用于短接电池的正负极的第三开关；第一开关、第二开关分别串接于对应的电池的正极端、负极端。

进一步地，主控制器经控制局域网CAN与电池电压检测单元及使能控制单元连接，主控制器设有人机交互单元，用于显示放电过程中电池组各电池的电压信息和/或用于提示失效电池的提示信息。

根据本发明的另一方面，还提供一种电池组用充电均衡方法，用于对电池组充电时进行均衡控制，包括：

对电池组进行充电，检测电池组中各电池的电压值；

判断电池组是否需要进行均衡充电，通过比较电池组中电压值最高的电池与电压值最低的电池问的电压差值是否超过预设阈值来判断，若超过则进行均衡充电；

通过电容将电池组中电压值最高的电池对电压值最低的电池进行均衡充电。

根据本发明的另一方面，还提供一种电池组用放电均衡方法，用于对电池组放电时进行均衡控制，包括：

对电池组进行放电，检测电池组中各电池的电压值；

判断电池组是否需要进行均衡放电，通过比较电池组中电压值最低的电池是否低于预设阈值来判断，若是则判断该电压值最低的电池为失效电池并予以剔除。

进一步地，该电池组用放电均衡方法还包括：

根据判断出的失效电池，生成提示信息以提醒用户更换失效电池。

本发明具有以下有益效果：

本发明电池组用充电均衡电路及方法，在充电过程中，通过检测电池组中各电池的电压值，并根据各电池的电压检测结果生成控制信号，控制电池组中电压值最高的电池给电压值最低的电池经电容进行充电，达到了充电过程中均衡控制的目的，既避免电池组充电过程中个别电池的过充，降低了电池组对各单体电池一致性要求高的依赖，并提高了充电效率，并避免了电池组中各电池间的不均衡导致的容量小、寿命短的缺陷。

本发明电池组用放电均衡电路及方法，在放电过程中，通过检测电池组中各电池的电压值，并根据检测结果中电压值最低的电池生成控制信号，控制电池组中电压值最低的电池在失效的情况下被剔除，有效解决了电池组中失效的单体电池对电池组整体使用效能的影响，大大提高了电池组的整体性能及使用寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例一电池组用充电均衡电路的结构示意图；

图2是本发明优选实施例二电池组用放电均衡电路的结构示意图；

图3是本发明优选实施例三电池组用均衡控制电路的结构示意图；

图4是本发明优选实施例四电池组用充电均衡方法的流程示意图；以及

图5是本发明优选实施例五电池组用放电均衡方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一

参照图1，本发明的优选实施例一提供一种电池组用充电均衡电路，用于对电池组充电时进行均衡控制。该电池组用充电均衡电路包括：主控制器101、电池电压检测单元102、使能控制单元103、及充电均衡控制单元104。其中，电池电压检测单元102，用于检测电池组的每块电池的电压值并将检测结果传递给主控制器101；主控制器101，用于接收来自电池电压检测单元102的检测结果，并根据检测结果中电压值最高的电池和电压值最低的电池的信息生成控制信号给使能控制单元103；其中，控制信号用于控制电池组中电压值最高的电池给电压值最低的电池充电；使能控制单元103，用于根据控制信号驱动充电均衡控制单元104在电池组充电时对电池组的电池进行均衡充电。本实施例中，电池电压检测单元102选用检测电池电压的检测芯片，如MICREL公司推出的MIC2755芯片，且电池电压检测单元102对电池组中的各个电池的电压值进行检测，各单体电池对应有编码信息，主控制器101通过接收来自电池电压检测单元102的检测结果，即可获得电池组中各单体电池对应的电压信息。主控制器101生成控制信号经使能控制单元103转换成使能信号，使能控制单元103输出的使能信号驱动充电均衡控制单元104，使得电池组中电压值最高的电池对电压值最低的电池进行充电，从而实现充电过程中的在线均衡充电。本实施例中，电压值最高的电池先将电能输出给电容，再经电容放电给电压值低的电池，实现电能在电压值最高的电池与电压值最低的电池问的转移。

根据本实施例，在充电过程中，通过检测电池组中各电池的电压值，并根据各电池的电压检测结果生成控制信号，控制电池组中电压值最高的电池给电压值最低的电池经电容进行充电，达到了充电过程中均衡控制的目的，既避免电池组充电过程中个别电池的过充，降低了电池组对各单体电池一致性要求高的依赖，并提高了充电效率，并避免了电池组中各电池问的不均衡导致的容量小、寿命短的缺陷。

优选地，本实施例中，充电均衡控制单元104包括电容模块及开关切换模块，开关切换模块受使能控制单元103的使能信号控制，用于将电池组中电压值最高的电池与电压值最低的电池连接至电容模块，以使得电压值最高的电池经电容模块对电压值最低的电池均衡充电。其中，电压值最高的电池先对电容模块进行充电，电容模块再对电压值最低的电池进行充电，实现电能的在线转移。优选地，开关切换模块包括多组控制开关，每组控制开关与电池组中的单个电池对应，用于将该电池的正极、负极分别连接至电容模块的两端。本实施例中，控制开关可选用三极管、晶闸管等开关控制管。

优选地，本实施例中，主控制器101经控制局域网CAN与电池电压检测单元102及使能控制单元103连接。CAN具有完善的通信协议，且是具有通信速率高、容易实现、性价比高等优点的现场总线，本实施例中并不对具体的通信方式做限定。为了使得主控制器101能够直观显示充电过程中各电池的电压状态，主控制器101设有人机交互单元，用于显示充电过程中电池组各电池的电压信息。本实施例中，人机交互单元可选用液晶显示屏、触摸屏等。

实施例二

参照图2，本发明实施例二提供一种电池组用放电均衡电路，用于对电池组放电时进行均衡控制，即剔除电池组放电过程中的失效电池，以免电池组的整体性能因单体电池失效而受损。该电池组用放电均衡电路包括：主控制器201、电池电压检测单元202、使能控制单元203、放电均衡控制单元204。其中，电池电压检测单元202，用于检测电池组的每块电池的电压值并将检测结果传递给主控制器201；主控制器201，用于接收来自电池电压检测单元202的检测结果，并根据检测结果中电压值最低的电池的信息生成控制信号给使能控制单元203；其中，控制信号用于控制电池组中电压值最低的电池在电池组放电时被剔除；使能控制单元203，用于根据控制信号驱动放电均衡控制单元204在电池组放电时剔除电池组中电压值最低的电池。本实施例中，电池电压检测单元202选用检测电池电压的检测芯片，如MI CREL公司推出的MIC2755芯片，且电池电压检测单元202对电池组中的各个电池的电压值进行检测，各单体电池对应有编码信息，主控制器201通过接收来自电池电压检测单元202的检测结果，即可获得电池组中各单体电池对应的电压信息。本实施例中，放电均衡控制单元204包括用于设置在电池组的电池间的多组控制开关，每组控制开关包括用于控制相邻电池间的串联连接第一开关、第二开关，及用于短接电池的正负极的第三开关。其中，第一开关、第二开关分别串接于对应的电池的正极端、负极端。本实施例中，控制开关可选用三极管、晶闸管等开关控制管。主控制器201根据接收的检测结果，判断出电压值最低的电池，并生成控制信号给使能控制单元203，使能控制单元203生成使能信号给放电均衡控制单元204，放电均衡控制单元204将串接在电压值最低的电池的正极端的第一开关和串接在电压值最低的电池的负极端的第二开关断开，并将短接电池的正负极的第三开关导通，使得电压值最低的电池在电池组中被剔除，从而实现了电池组中电压值最低的电池在失效的情况下被剔除。

根据本实施例，在放电过程中，通过检测电池组中各电池的电压值，并根据检测结果中电压值最低的电池生成控制信号，控制电池组中电压值最低的电池在失效的情况下被剔除，有效解决了电池组中失效的单体电池对电池组整体使用效能的影响，大大提高了电池组的整体性能及使用寿命。

优选地，本实施例中，主控制器201经控制局域网CAN与电池电压检测单元202及使能控制单元203连接。CAN具有完善的通信协议，且是具有通信速率高、容易实现、性价比高等优点的现场总线，本实施例中并不对具体的通信方式做限定。为了使得主控制器201能够直观显示放电过程中更电池的电压状态，主控制器201设有人机交互单元，用于显示放电过程中电池组各电池的电压信息和/失效电池的提示信息。本实施例中，人机交互单元可选用液晶显示屏、触摸屏等。

实施例三

参照图3，本发明实施例三提供了一种电池组用均衡控制电路，包括实施例一提及的充电均衡电路及实施例二提及的放电均衡电路，本实施例既解决了充电过程中的电池不均衡问题，又解决了放电过程中因单体电池失效降低电池组使用效能的问题。参照图3，本实施例中，该均衡控制电路包括：

主控制器301、电池电压检测单元302、均衡控制及剔除控制单元303、充电均衡控制单元304、放电均衡控制单元305。其中，主控制器301经CAN306与电池电压检测单元302和均衡控制及剔除控制单元303相连。本实施例中，电池电压检测单元302与实施例一中的电池电压检测单元102和实施例二中的电池电压检测单元202相同，在此不再赘述，不同在于，本实施例中，充电均衡控制单元304和放电均衡控制单元305共用均衡控制及剔除控制单元303。

参照图3，本实施例以四块单体电池构成的电池组为例，当然，本实施例并不限定单体电池的数目，其他实施例中，可以串联五块甚至更多的单体电池。本实施例的均衡充放电过程如下：

电池组充电时，电池电压检测单元302实时检测电池组中电池B1-B4的电压值，主控制器301接收来自电池电压检测单元302的检测结果后，获得了电池组中各单体电池B1-B4对应的电压信息，当电压值最高的单体电池与电压值最低的单体电池间的电压差值超过预设阈值时，即启动均衡充电控制。下面以电压值最高的电池为B2，电压值最低的电池为B1来举例说明：主控制器301根据检测结果中电压值最高的电池B2和电压值最低的电池B1生成第一控制信号给均衡控制及剔除控制单元303，均衡控制及剔除控制单元303将控制开关Q14、Q18导通给电容C1，并在电容C1充满电后将Q14、Q18关闭，然后将控制开关Q13、Q17导通，以将电容C1的电量转移给需要均衡充电的电池B1中。均衡完成后，再次对电池组充电并同时检测电池电压以判断是否需要再次均衡，若需要，则重复上述的均衡充电过程，如此循环，以达到电池组的各电池均衡充满电的状态。

电池组放电时，电池电压检测单元302实时检测电池组中电池B1-B4的电压值，主控制器301接收来自电池电压检测单元302的检测结果后，获得了电池组中各单体电池B1-B4对应的电压信息，当检测到单体电池的电压过低时，如，电压值最低的电池低于预设阈值时，则判断该电压值最低的电池为失效电池，起动剔除控制，以满足均衡放电的目的。以失效电池为B1来举例，主控制器301根据电压值最低的电池B1失效生成第二控制信号给均衡控制及剔除控制单元303，均衡控制及剔除控制单元303生成使能信号使得串接在电池B1负极端的控制开关Q1和串接在电池B1正极端的控制开关Q2截止，控制开关Q3导通，以短接电池B1的正极、负极，将电池B1从电池组中剔除，让整个电池组在降低很少电压下继续放电工作。同时主控制器301将通过人机交互单元提醒用户及时更换失效电池B1。

实施例四

参照图4，实施例四公开了一种电池组用充电均衡方法，用于对电池组充电时进行均衡控制，具体包括：

判断是否需要对电池组进行充电，当电池组的电量未充满时，继续进行电池充电步骤，否则结束充电；对电池组进行充电，检测电池组中各电池的电压值；

对电池组进行充电，并对电池组的各电池进行电池电压检测；

判断电池组是否需要进行均衡充电，通过比较电池组中电压值最高的电池与电压值最低的电池间的电压差值是否超过预设阈值来判断，若超过则进行均衡充电；

通过电容将电池组中电压值最高的电池对电压值最低的电池进行均衡充电。本实施例中，以电压值最高的电池为B2，电压值最低的电池为B1来举例，先将控制开关Q14、Q18导通给电容C1，并在电容C1充满电后将Q14、Q18关闭，然后将控制开关Q13、Q17导通，以将电容C1的电量转移给需要均衡充电的电池B1中，延长一段时问后，将控制开关Q13、Q17截止；

返回判断是否需要对电池组进行充电的步骤，若需要，则重复上述的均衡充电过程，如此循环，以达到电池组的各电池均衡充满电的状态。

实施例五

参照图5，实施例五公开了一种电池组用放电均衡方法，用于对电池组放电时进行均衡控制，包括：

对电池组进行放电，检测电池组中各电池的电压值；

判断电池组是否需要进行均衡放电，通过比较电池组中电压值最低的电池是否低于预设阈值来判断，若是则判断该电压值最低的电池为失效电池并予以剔除。以失效电池为B1来举例，将串接在电池B1负极端的控制开关Q1和串接在电池B1正极端的控制开关Q2截止，控制开关Q3导通，以短接电池B1的正极、负极，将电池B1从电池组中剔除，让整个电池组在降低很少电压下继续放电工作。

优选地，该电池组用放电均衡方法还包括：

根据判断出的失效电池，生成提示信息以提醒用户更换失效电池。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池组用充电均衡电路，其特征在于，包括：电池电压检测单元、充电均衡控制单元、使能控制单元及主控制器；

所述电池电压检测单元，用于检测所述电池组的每块电池的电压值并将检测结果传递给所述主控制器；

所述主控制器，用于接收来自所述电池电压检测单元的所述检测结果，并根据所述检测结果中电压值最高的电池和电压值最低的电池的信息生成控制信号给所述使能控制单元；其中，所述控制信号用于控制电池组中电压值最高的电池给电压值最低的电池充电；

所述使能控制单元，用于根据所述控制信号驱动所述充电均衡控制单元在电池组充电时对电池组的电池进行均衡充电。

2.根据权利要求1所述的电池组用充电均衡电路，其特征在于，

所述充电均衡控制单元包括电容模块及开关切换模块，所述开关切换模块受所述使能控制单元的使能信号控制，用于将电池组中电压值最高的电池与电压值最低的电池连接至所述电容模块，以使得所述电压值最高的电池经所述电容模块对所述电压值最低的电池均衡充电。

3.根据权利要求2所述的电池组用充电均衡电路，其特征在于，

所述开关切换模块包括多组控制开关，每组控制开关与电池组中的单个电池对应，用于将该电池的正极、负极分别连接至所述电容模块的两端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电池组用充电均衡电路，其特征在于，

所述主控制器经控制局域网CAN与所述电池电压检测单元及使能控制单元连接，所述主控制器设有人机交互单元，用于显示充电过程中电池组各电池的电压信息。

5.一种电池组用放电均衡电路，其特征在于，包括：电池电压检测单元、放电均衡控制单元、使能控制单元及主控制器；

所述电池电压检测单元，用于检测所述电池组的每块电池的电压值并将检测结果传递给所述主控制器；

所述主控制器，用于接收来自所述电池电压检测单元的所述检测结果，并根据所述检测结果中电压值最低的电池的信息生成控制信号给所述使能控制单元；其中，所述控制信号用于控制电池组中电压值最低的电池在电池组放电时被剔除；

所述使能控制单元，用于根据所述控制信号驱动所述放电均衡控制单元在电池组放电时剔除电池组中电压值最低的电池。

6.根据权利要求5所述的电池组用放电均衡电路，其特征在于，

所述放电均衡控制单元包括用于设置在所述电池组的电池间的多组控制开关，每组控制开关包括用于控制相邻电池间的串联连接第一开关、第二开关，及用于短接电池的正负极的第三开关；所述第一开关、第二开关分别串接于对应的电池的正极端、负极端。

7.根据权利要求5或者6所述的电池组用放电均衡电路，其特征在于，

所述主控制器经控制局域网CAN与所述电池电压检测单元及使能控制单元连接，所述主控制器设有人机交互单元，用于显示放电过程中电池组各电池的电压信息和/或用于提示失效电池的提示信息。

8.一种电池组用充电均衡方法，用于对电池组充电时进行均衡控制，其特征在于，包括：

对电池组进行充电，检测电池组中各电池的电压值；

判断电池组是否需要进行均衡充电，通过比较电池组中电压值最高的电池与电压值最低的电池间的电压差值是否超过预设阈值来判断，若超过则进行均衡充电；

通过电容将电池组中电压值最高的电池对电压值最低的电池进行均衡充电。

9.一种电池组用放电均衡方法，用于对电池组放电时进行均衡控制，其特征在于，包括：

对电池组进行放电，检测电池组中各电池的电压值；

判断电池组是否需要进行均衡放电，通过比较电池组中电压值最低的电池是否低于预设阈值来判断，若是则判断该电压值最低的电池为失效电池并予以剔除。

10.根据权利要求9所述的电池组用放电均衡方法，其特征在于，还包括：

根据判断出的失效电池，生成提示信息以提醒用户更换失效电池。

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