CN106300550A - 一种锂电池能量转移式大电流的均衡电路及均衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池能量转移式大电流的均衡电路及均衡控制方法，均衡电路包括均衡电源，MCU控制单元和均衡控制单元；均衡电源的输入端连接车载蓄电池，均衡电源的输出端连接至均衡控制单元的第一输入端，均衡控制单元的第二输入端连接MCU控制单元，均衡控制单元的输出端连接锂电池组；均衡电源当实施均衡时为锂电池组内的单节电池充电；MCU控制单元发出控制指令给均衡控制单元提供控制电平；均衡控制单元根据控制电平将均衡电源输出到锂电池组内需要充电的单节电池上。本发明能够提供5A均衡电流，更大的均衡电流可加快锂电池充电速度，提高均衡系统的工作效率；均衡电流具备自动补偿功能，当电池电压接近上限时，均衡电流会自动降低，避免锂电池出现过充问题。

Description

一种锂电池能量转移式大电流的均衡电路及均衡控制方法

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，更具体地，涉及一种锂电池能量转移式大电流的均衡电路及均衡控制方法。

背景技术

近年来，电动汽车行业发展迅速，锂电池凭借其优良的性能，成为各种电动汽车的理想动力源。锂电池由于其化学因素特性，同一锂电池组内的不同单节电池亦存在一致性的差异，此差异主要表现在内阻和容量的差异，随着时间推移和温度变化，在锂电池组充/放电过程中单节电池间电压会出现差异，同时此差异会相互影响并导致差异被放大。在使用过程中，电压最低的单节电池会造成短板效应，使得锂电池组的利用率降低，同时易造成电池过放电的问题，降低了其使用寿命。

为了补偿单节电池的差异性，需要使用均衡管理系统，使锂电池组摆脱短板效应，提高锂电池利用率及使用寿命。为更好的补偿锂电池组的短板效应，使用高效率、高可靠性的均衡管理系统显得尤为重要。

均衡管理系统可分为被动均衡与主动均衡两种，被动均衡通过给电池放电达到均衡效果，能量损失大，且均衡电流小。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种锂电池能量转移式大电流的均衡电路，旨在解决现有技术中被动均衡所产生的均衡电流小，效果差以及发热的弊端。

本发明提供了一种锂电池能量转移式大电流的均衡电路，包括：均衡电源，MCU控制单元和均衡控制单元；所述均衡电源的输入端用于连接车载蓄电池，所述均衡电源的输出端连接至所述均衡控制单元的第一输入端，所述均衡控制单元的第二输入端连接所述MCU控制单元，所述均衡控制单元的输出端用于连接锂电池组；所述均衡电源用于当实施均衡时为锂电池组内的单节电池充电；所述MCU控制单元用于给所述均衡控制单元提供控制电平；所述均衡控制单元用于根据所述控制电平将均衡电源输出到锂电池组内需要充电的单节电池上。

更进一步地，所述均衡电源包括：PWM控制器、尖峰吸收电路、变压器PT、光耦OPTO、电流环运放OP1、电压环运放OP2、MOS管、电阻RSTART、电阻RSS1、电阻RSS2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻ROPTO、电阻RUP、电阻RDOWN、电容CFB、电容CBULK、电容CAUX、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和二极管DAUX；所述变压器PT包括四个绕组W1、W2、W3、W4，第一绕组W1的异名端作为均衡电源输入端VIN，第一绕组W1的同名端连接至MOS管的漏极，第二绕组W2的同名端连接至二极管DAUX的阳极，第二绕组W2的异名端接地，第三绕组W3的同名端连接至二极管D1的阳极，第三绕组W3的异名端接地，第四绕组W4的同名端连接至二极管D2的阳极，第四绕组W4的异名端接地；尖峰吸收电路的一端连接第一绕组W1的异名端，尖峰吸收电路的另一端连接第一绕组W1的同名端；电容CBULK的一端连接至第一绕组W1的异名端，电容CBULK的另一端接地；PWM控制器的GATE端连接至MOS管的栅极，PWM控制器的CS端连接至MOS管的源极，MOS管的源极还通过电阻RSS1接地，PWM控制器的电源端VCC连接至二极管DAUX的阴极，PWM控制器的反馈端FB通过电容CFB接地，电容CAUX的一端通过电阻RSTART连接至第一绕组W1的异名端，电容CAUX的另一端接地；二极管D1的阴极作为均衡电源输出端正极VB+，电容C1的一端连接至二极管D1的阴极，电容C1的另一端接地；电阻RSS2的一端接地，另一端作为均衡电源输出端负极VB-；二极管D2的阴极连接电源VDD，电容C2的一端连接至二极管D2的阴极，电容C2的另一端接地；电流环运放OP1的正相输入端连接第一参考电压VREF1，电流环运放OP1的反相输入端连接至电阻RSS2的另一端，电流环运放OP1的输出端通过电阻R1连接至二极管D3的阴极，电流环运放OP1的输出端还通过依次串联的电容C3和电阻R3连接至电阻RSS2的另一端；电压环运放OP2的正相输入端连接第二参考电压VREF2，电压环运放OP2的输出端通过电阻R2连接至二极管D4的阴极，电压环运放OP2的输出端还通过依次串联的电容C4和电阻R4连接至电压环运放OP2的反相输入端；电阻RUP和电阻RDOWN依次串联连接在二极管D1的阴极与地之间，电阻RUP和电阻RDOWN的串联连接端连接至电压环运放OP2的反相输入端；光耦OPTO中二极管的阳极通过电阻ROPTO连接至电源VDD，光耦OPTO中二极管的阴极连接至二极管D3的阳极和二极管D4的阳极；光耦OPTO中三极管的集电极连接至PWM控制器的反馈端FB，光耦OPTO中三极管的发射极接地。

在本发明中，通过均衡电源(PSU)反馈控制，使输出为恒流模式，充电时锂电池电压接近上限值时，通过电源反馈调节输出电流自动降低，当锂电池电压达到上限值，则输出电流变为0，通过闭环反馈方式实现均衡电流的自动补偿，并可防止锂电池过充。

更进一步地，所述MCU控制单元输出的控制电平为方波脉冲信号，通过调节方波脉冲信号的占空比来调节均衡电流的大小。其中，均衡控制单元(BCU)通过对作为开关电路的光MOS管连接方式进行设计，利用其反向电流截止特性，在均衡过程中可防止单节锂电池出现误动作的问题。均衡控制单元(BCU)利用光MOS管内阻的正温度系数特性进行电路设计，改变光MOS漏源极电压，使均衡电流可实现闭环反馈调节，实现光MOS管温度补偿功能。均衡电流为脉宽可调节方波，MCU控制单元所输出的控制电平为方波脉冲信号，通过调节脉冲信号的占空比来调节均衡电流的大小。

更进一步地，均衡控制单元包括：极性控制电路和锂电池端口选择电路，所述极性控制电路控制开关导通或关闭，并通过所述锂电池端口选择电路使均衡电源输出连接到能量亏损的单体电芯上，且极性对应正确。

更进一步地，所述极性控制电路包括：结构相同的第一光MOS器件K1、第二光MOS器件K2、第三光MOS器件K3和第四光MOS器件K4；所述第一光MOS器件K1包括二极管和MOS管，且所述第一光MOS器件K1中二极管的阳极和所述第二光MOS器件K2中二极管的阳极均连接至电源，所述第一光MOS器件K1中二极管的阴极用于连接所述MCU控制单元输出的高电平控制信号NPSWITCH1，所述第二光MOS器件K2中二极管的阴极用于连接所述MCU控制单元输出的低电平控制信号NPSWITCH2，所述第一光MOS器件K1中MOS管的漏极与所述第二光MOS器件K2中MOS管的漏极均连接至所述均衡电源的VB+端；所述第一光MOS器件K1中MOS管的源极用于连接均衡母线的奇数端，所述第二光MOS器件K2中MOS管的源极用于连接均衡母线的偶数端；所述第三光MOS器件K3中二极管的阳极和所述第四光MOS器件K4中二极管的阳极均连接至电源，所述第三光MOS器件K3中二极管的阴极用于连接所述MCU控制单元输出的高电平控制信号NPSWITCH1，所述第四光MOS器件K4中二极管的阴极用于连接所述MCU控制单元输出的低电平控制信号NPSWITCH2，所述第三光MOS器件K3中MOS管的漏极与所述第四光MOS器件K4中MOS管的漏极均连接至所述均衡电源的VB-端；所述第三光MOS器件K3中MOS管的源极用于连接均衡母线的偶数端，所述第四光MOS器件K4中MOS管的源极用于连接均衡母线的奇数端。

更进一步地，所述锂电池端口选择电路包括：n个第一端口选择单元和n个第二端口选择单元；所述第一端口选择单元连接在单体电池的正极与均衡母线的偶数端之间，所述第二端口选择单元连接在单体电池的负极与均衡母线的奇数端之间；均衡单体电池时，当均衡母线极性为奇数端+、偶数端-时，连接在所述单体电池正极的第一端口选择单元和连接在所述单体电池负极的第二端口选择单元导通，其它的(2n-2)个端口选择单元均截止，该单体电池开始充电，且奇数端为+5V，偶数端为0V；其中，2n为单体电池的个数；n为大于等于1的正整数；

本发明还提供了一种锂电池能量转移式大电流的均衡控制方法，包括下述步骤：

(1)主机通过CAN总线实时汇总所有单体电池电压数据；

(2)根据电压数据获得单体最低电压所对应的电池ID号，并分析该节电池属于哪个采集模块管辖；

(3)主机通过CAN总线向所述采集模块中的MCU控制单元发送用于控制对应采集模块对所述单体电池进行均衡的均衡控制信号；

(4)均衡控制单元根据MCU控制单元发送的均衡控制信号驱动相应电池通道的光MOS开关以及极性控制开关工作；

(5)MCU控制单元根据主机指令调整光MOS开关管占空比，调节均衡电流的大小；

(6)当均衡时间到时，主机发送停止均衡命令，MCU控制单元断开所有均衡开关，并返回至步骤(1)。

本发明具有如下技术优点：(1)可以提供5A均衡电流，更大的均衡电流可加快锂电池充电速度，提高均衡系统的工作效率。(2)充电电压上下限，单节电池压差可通过软件设定与调节。(3)均衡电流具备自动补偿功能，当电池电压接近上限时，均衡电流会自动降低，避免锂电池出现过充问题。(4)主动均衡模式，能量损失仅受电源的转换效率影响，损失能量约为总能量的18％。

附图说明

图1为本发明实施例提供的锂电池能量转移式大电流的均衡电路的原理框图；

图2为本发明实施例提供的锂电池能量转移式大电流的均衡电路中均衡电源(PSU)的原理图；

图3为本发明实施例提供的锂电池能量转移式大电流的均衡电路中均衡电源与锂电池连接的等效电路图；

图4为本发明实施例提供的锂电池能量转移式大电流的均衡电路中均衡控制单元极性控制电路的原理图；

图5为本发明实施例提供的锂电池能量转移式大电流的均衡电路中均衡控制单元与MCU控制端的连接电路；

图6为本发明实施例提供的锂电池能量转移式大电流的均衡电路中均衡控制单元锂电池端口选择电路的原理图；

图7为本发明实施例提供的光MOS通态阻抗温度曲线；

图8为本发明实施例提供的MCU控制电平与均衡电流波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出的电路可以应用于主动均衡，给电池充电，能量损失仅受电源的转换效率影响，且均衡电流相对更大。

本发明提供一种锂电池能量转移式大电流均衡电路，对锂电池组内的单节电池电压实施均衡，补偿由于单节电池特性差异造成的短板效应。图1示出了本发明实施例提供的一种锂电池能量转移式大电流的均衡电路的原理框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

锂电池能量转移式大电流的均衡电路包括：均衡电源(PSU)，MCU控制单元(MCU)和均衡控制单元(BCU)；其中，均衡电源的输入端用于连接车载蓄电池，均衡电源的输出端连接至均衡控制单元的第一输入端，均衡控制单元的第二输入端连接MCU控制单元，均衡控制单元的输出端用于连接锂电池组。

均衡电源用于当实施均衡时为锂电池组内的单节电池充电，提供电能量；MCU控制单元用于发出控制指令，给均衡控制单元提供控制电平；均衡控制单元用于接收MCU的控制电平，执行均衡任务，将均衡电源5V/5A输出连接到锂电池组内需要充电的单节电池上。

在本发明实施例中，图2示出了均衡电源(PSU)的电路原理图，均衡电源包括：PWM控制器、尖峰吸收电路、变压器PT、光耦OPTO、电流环运放OP1、电压环运放OP2、MOS管、电阻RSTART、电阻RSS1、电阻RSS2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻ROPTO、电阻RUP、电阻RDOWN、电容CFB、电容CBULK、电容CAUX、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和二极管DAUX。

其中，变压器PT包括四个绕组W1、W2、W3、W4，第一绕组W1的异名端作为均衡电源输入端VIN，第一绕组W1的同名端连接至MOS管的漏极，第二绕组W2的同名端连接至二极管DAUX的阳极，第二绕组W2的异名端接地，第三绕组W3的同名端连接至二极管D1的阳极，第三绕组W3的异名端接地，第四绕组W4的同名端连接至二极管D2的阳极，第四绕组W4的异名端接地；

尖峰吸收电路的一端连接第一绕组W1的异名端，尖峰吸收电路的另一端连接第一绕组W1的同名端；电容CBULK的一端连接至第一绕组W1的异名端，电容CBULK的另一端接地。

PWM控制器的GATE端连接至MOS管的栅极，PWM控制器的CS端连接至MOS管的源极，MOS管的源极还通过电阻RSS1接地，PWM控制器的电源端VCC连接至二极管DAUX的阴极，PWM控制器的反馈端FB通过电容CFB接地，电容CAUX的一端通过电阻RSTART连接至第一绕组W1的异名端，电容CAUX的另一端接地。

二极管D1的阴极作为均衡电源输出端正极VB+，电容C1的一端连接至二极管D1的阴极，电容C1的另一端接地；电阻RSS2的一端接地，另一端作为均衡电源输出端负极VB-；二极管D2的阴极连接电源VDD，电容C2的一端连接至二极管D2的阴极，电容C2的另一端接地。

电流环运放OP1的正相输入端连接第一参考电压VREF1，电流环运放OP1的反相输入端连接至电阻RSS2的另一端，电流环运放OP1的输出端通过电阻R1连接至二极管D3的阴极，电流环运放OP1的输出端还通过依次串联的电容C3和电阻R3连接至电阻RSS2的另一端。

电压环运放OP2的正相输入端连接第二参考电压VREF2，电压环运放OP2的输出端通过电阻R2连接至二极管D4的阴极，电压环运放OP2的输出端还通过依次串联的电容C4和电阻R4连接至电压环运放OP2的反相输入端。

电阻RUP和电阻RDOWN依次串联连接在二极管D1的阴极与地之间，电阻RUP和电阻RDOWN的串联连接端连接至电压环运放OP2的反相输入端。

光耦OPTO中二极管的阳极通过电阻ROPTO连接至电源VDD，光耦OPTO中二极管的阴极连接至二极管D3的阳极和二极管D4的阳极；光耦OPTO中三极管的集电极连接至PWM控制器的反馈端FB，光耦OPTO中三极管的发射极接地。

在本发明实施例中，VIN为均衡电源输入端，从车载12V/24V蓄电池取直流电，VB+与VB-为均衡电源输出端，输出电压定义为VB＝5V，作为动力电池均衡时的能量来源，输出恒流点定义为ILIMIT＝5A。

均衡电源拓扑架构为隔离反激式的DC/DC变换器，PT为变压器，W1、W2、W3、W4为PT的4个绕组，W1为原边绕组，W3为副边绕组，W2、W4为辅助绕组，分别给PWM控制器与运放OP1、OP2供电。

MOSFET为高频开关功率器件，RSS1对原边峰值电流进行采样。D1为副边整流肖特基二极管，C1为输出滤波电容。OP2为电压环运放，RUP、RDOWN对输出电压进行采样，R4、C4为电压环补偿电路，R2为OP2输出端限流电阻，D4防止OP2对OP1输出端形成电流倒灌。OP1为电流环运放，RSS2对输出电流进行采样，R3、C3为电流环补偿电路，R1为OP1输出端限流电阻，D3防止OP1对OP2输出端形成电流倒灌。

运放OP1、OP2分别对电压与电流值采样，与各自的基准电压进行比较，并通过调整运放的输出电压而改变光耦OPTO的IF电流大小。光耦做隔离反馈时，通常让其工作在线性区，光耦传输比CTR＝IC/IF，故OPTO的IC电流跟随IF比例变化，最终改变PWM控制器FB电压值。PWM控制器采集FB电压，与CS脚采集电流信号进行内部比较后，对GATE脚占空比进行调节，完成电压/电流闭环调节的工作。

在本发明实施例中，均衡电源具有如下工作模式：

(1)恒压模式：当空载时或者输出电流IO小于5A时，OP1不工作，OP2参与闭环反馈，均衡电源工作在恒压状态，输出电压由OP2决定，此时VB为5V，表达式如下：

(2)恒流模式：当输出电流IO达到5A时，OP1参与反馈，OP2不工作，均衡电源工作在恒流状态，输出电压由OP1决定，为保证IO不大于ILIMIT并恒定在5A，此时VB跟随锂电池电压变化而等比例降低，ILIMIT设定表达式如下：

在本发明实施例中，均衡电源中均衡电流的自动补偿功能：充电时均衡电源与锂电池连接的等效电路图见图3，负载为锂电池，锂电池开路电压为VBAT，电池内阻为r，均衡控制单元用作开关的光MOS器件共6颗，其压降总和为VDROP，均衡电源输出电压为VB，则均衡时的充电电流Ib表达式如下：VBAT电压范围：2.5～3.7V，VDROP约为1.3V，VB为5V，电池内阻r为10mΩ。VB与VDROP为固定值，VBAT为变量，则充电电流Io受内阻r影响，故当VBAT等于3.65V时：

当VBAT在2.5V～3.64V之间时，Ib大于5A，均衡电源受ILIMIT的限制，通过恒流反馈机制使得Ib＝ILIMIT＝5A；当VBAT在3.66～3.69V之间时，由于VBAT的抬高，Ib会逐步减小，向恒压模式过渡；当VBAT为3.7V时，Ib减小为0A，均衡电源完全进入恒压模式。故3.65V为恒压/恒流模式切换的临界点，利用电池内阻r对Ib的限制，在VBAT大于3.65V时让均衡电源逐步切换至恒压模式，实现均衡电流的自动补偿。

一个锂电池组有12个单节电池：BAT1～BAT12，由均衡控制单元进行控制，将均衡电源的输出VB+/VB-连接到电压最低的单节电池，完成均衡任务。

均衡控制单元包括极性控制电路和锂电池端口选择电路，极性控制电路的作用是为了在均衡极性对接上保证电源输出与电池正负极正确对应，防止短路故障发生，如图4电路右半部分所示；锂电池端口选择电路的作用是为了将所需要均衡的单体电池通道闭合，而其余通道断开，如图5和图6电路所示。图6为图5的简化示意图，省略了光MOS检测端控制电路，显示更为直观，其“奇数端”和“偶数端”与图4中所示“奇数端”和“偶数端”具有对应连接关系。

图4右半部分为均衡控制单元的极性控制电路，极性控制电路包括：K1、K2、K3、K4为用作开关功能的光MOS器件，NPSWITCH1、NPSWITCH2为高低电平控制光MOS的通断，连至光MOS中二极管阴极端，此电平由MCU控制单元提供。奇数端与偶数端为均衡母线，连接至后级锂电池端口选择电路。通过控制NPSWITCH1、NPSWITCH2的电平状态，改变均衡母线奇数端与偶数端的极性。当NPSWITCH1置低、NPSWITCH2置高时，K1与K3导通，K2与K4截止，均衡母线的奇数端极性为“+”，偶数端极性为“-”，给奇数节电池均衡充电；当NPSWITCH1置高、NPSWITCH2置低时，K2与K4导通，K1与K3截止，均衡母线的偶数端极性为“+”，奇数端极性为“-”，给偶数节电池均衡充电。

图5为均衡控制单元与MCU控制端的连接电路，MCU提供高低控制电平CB0～CB12，分别控制光MOS开关KB0～KB12。KB0连接锂电池BAT1负极，KB1～KB12分别连接BAT1～BAT12的正极。

图6为均衡控制单元锂电池端口选择的等效电路，供电来源为均衡母线的奇数端与偶数端。

执行均衡任务时，MCU送出控制电平，NPSWITCH1、NPSWITCH2控制均衡母线的极性，CB0～CB12打开需要均衡的电池端口，完成一次均衡。例如：均衡BAT1时，NPSWITCH1置低、NPSWITCH2置高，母线极性：奇数端+、偶数端-，CB0与CB1置低，KB0与KB1被打开，BAT1开始充电。均衡BAT2时，NPSWITCH1置高、NPSWITCH2置低，母线极性：偶数端+、奇数端-，CB1与CB2置低，KB1与KB2被打开，BAT2开始充电，以此类推。

防止反向电流误动作功能：光MOS开关内部有2个串接的MOS管，其体内二极管以共源极方式连接，极性相反。如果有任意方向的电流，体内二极管状态一定是一个导通，另一个截止，故可以防止截止状态的光MOS，因为体内二极管导通造成反向电流误动作，此误动作通常易发生在被充电电池的上下相邻两节电池上，从而导致短路故障发生。

本发明还提供了一种锂电池能量转移式大电流的均衡控制方法，包括下述步骤：

(1)主机通过CAN总线实时汇总所有单体电池电压数据；

(2)根据电压数据获得单体最低电压所对应的电池ID号，并分析该节电池属于哪个采集模块管辖；

(3)主机通过CAN总线向所述采集模块中的MCU控制单元发送用于控制对应采集模块对所述单体电池进行均衡的均衡控制信号；

(4)均衡控制单元根据MCU控制单元发送的均衡控制信号驱动相应电池通道的光MOS开关以及极性控制开关工作；

(5)MCU控制单元根据主机指令调整光MOS开关管占空比，调节均衡电流的大小；

(6)当均衡时间到时，主机发送停止均衡命令，MCU控制单元断开所有均衡开关，并返回至步骤(1)。

为了便于说明，现举例说明：均衡BAT11时，均衡母线极性为奇数端+、偶数端-，KB10、KB11被打开，其余光MOS开关截止，BAT11开始充电，此时奇数端、BAT11正极为+5V，偶数端、BAT11为0V。KB12b端的体内二极管可让由BAT11正极流向BAT12负极、KB12a端体内二极管的反向电流截止。KB9a端的体内二极管可让由奇数端流向BAT10负极、KB9b端的反向电流截止。

KB0～KB12光MOS管的温度补偿功能：本电路所用光MOS的通态阻抗为正温度系数，随着温度的升高，通态阻抗正比例变大，其温度特效曲线见图7，而充电电流流过光MOS会形成压降。

执行均衡任务时，6颗同样型号的光MOS与锂电池形成串联关系，其等效电路图见图3，6颗光MOS的压降总和即为VDROP，其计算方式如下：

VDROP＝VDROP1+VDROP2+VDROP3+VDROP4+VDROP5+VDROP6

将光MOS通态阻抗定义为Rdson，则单颗光MOS压降为充电电流经过Rdson造成，且6颗光MOS特性一致，则VDROP计算方式可转换如下：VDROP＝Ib*Rdson*6；根据上式可知，当Ib为定量时，VDROP与光MOS通态阻抗Rdson成正比例关系，故当光MOS温度升高到一定值时会因为Rdson的升高而导致VDROP变大。

根据充电电流的计算公式：受锂电池内阻r的限制，当VB-(VDROP+VBAT)≤0.05V时，均衡电源向恒压模式跨越，Ib由5A逐步减小，假设VBAT为固定值，VDROP为变量，则由于光MOS温度上升，会导致VDROP变大，当满足(VDROP+VBAT)≥4.95V时，均衡电源向恒压模式跨越，Ib由5A逐步减小。

MCU控制单元输出两部分控制信号：NPSWITCH1、NPSWITCH2，控制均衡母线极性；CB0～CB12连接到电池端口选择电路。

均衡电流脉宽调节功能：MCU控制电平与均衡电流波形图见图8，CB0～CB12为周期为1.25s的方波信号，CBx置高的时候，Ib无输出，CBx置低的时候Ib有输出。则均衡电流平均值计算如下：根据软件设定，方波信号占空比范围在0～100％可调，故可通过方波占空比设定调节均衡电流平均值。

本发明具有如下技术优点：(1)提供5A均衡电流，更大的均衡电流可加快锂电池充电速度，提高均衡系统的工作效率。(2)充电电压上下限，单节电池压差可通过软件设定与调节。(3)均衡电流具备自动补偿功能，当电池电压接近上限时，均衡电流会自动降低，避免锂电池出现过充问题。(4)主动均衡模式，能量损失仅受电源的转换效率影响，损失能量约为总能量的18％。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂电池能量转移式大电流的均衡电路，其特征在于，包括：均衡电源，MCU控制单元和均衡控制单元；

所述均衡电源的输入端用于连接车载蓄电池，所述均衡电源的输出端连接至所述均衡控制单元的第一输入端，所述均衡控制单元的第二输入端连接所述MCU控制单元，所述均衡控制单元的输出端用于连接锂电池组；

所述均衡电源用于当实施均衡时为锂电池组内的单节电池充电；所述MCU控制单元用于给所述均衡控制单元提供控制电平；所述均衡控制单元用于根据所述控制电平将均衡电源输出到锂电池组内需要充电的单节电池上。

2.如权利要求1所述的均衡电路，其特征在于，所述均衡电源包括：PWM控制器、尖峰吸收电路、变压器PT、光耦OPTO、电流环运放OP1、电压环运放OP2、MOS管、电阻RSTART、电阻RSS1、电阻RSS2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻ROPTO、电阻RUP、电阻RDOWN、电容CFB、电容CBULK、电容CAUX、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和二极管DAUX；

所述变压器PT包括四个绕组W1、W2、W3、W4，第一绕组W1的异名端作为均衡电源输入端VIN，第一绕组W1的同名端连接至MOS管的漏极，第二绕组W2的同名端连接至二极管DAUX的阳极，第二绕组W2的异名端接地，第三绕组W3的同名端连接至二极管D1的阳极，第三绕组W3的异名端接地，第四绕组W4的同名端连接至二极管D2的阳极，第四绕组W4的异名端接地；

所述尖峰吸收电路的一端连接第一绕组W1的异名端，尖峰吸收电路的另一端连接第一绕组W1的同名端；电容CBULK的一端连接至第一绕组W1的异名端，电容CBULK的另一端接地；

所述PWM控制器的GATE端连接至MOS管的栅极，PWM控制器的CS端连接至MOS管的源极，MOS管的源极还通过电阻RSS1接地，PWM控制器的电源端VCC连接至二极管DAUX的阴极，PWM控制器的反馈端FB通过电容CFB接地，电容CAUX的一端通过电阻RSTART连接至第一绕组W1的异名端，电容CAUX的另一端接地；

所述二极管D1的阴极作为均衡电源输出端正极VB+，电容C1的一端连接至二极管D1的阴极，电容C1的另一端接地；电阻RSS2的一端接地，另一端作为均衡电源输出端负极VB-；二极管D2的阴极连接电源VDD，电容C2的一端连接至二极管D2的阴极，电容C2的另一端接地；

所述电流环运放OP1的正相输入端连接第一参考电压VREF1，电流环运放OP1的反相输入端连接至电阻RSS2的另一端，电流环运放OP1的输出端通过电阻R1连接至二极管D3的阴极，电流环运放OP1的输出端还通过依次串联的电容C3和电阻R3连接至电阻RSS2的另一端；

所述电压环运放OP2的正相输入端连接第二参考电压VREF2，电压环运放OP2的输出端通过电阻R2连接至二极管D4的阴极，电压环运放OP2的输出端还通过依次串联的电容C4和电阻R4连接至电压环运放OP2的反相输入端；

所述电阻RUP和电阻RDOWN依次串联连接在二极管D1的阴极与地之间，电阻RUP和电阻RDOWN的串联连接端连接至电压环运放OP2的反相输入端；

所述光耦OPTO中二极管的阳极通过电阻ROPTO连接至电源VDD，光耦OPTO中二极管的阴极连接至二极管D3的阳极和二极管D4的阳极；光耦OPTO中三极管的集电极连接至PWM控制器的反馈端FB，光耦OPTO中三极管的发射极接地。

3.如权利要求1或2所述的均衡电路，其特征在于，所述MCU控制单元输出的控制电平为方波脉冲信号，通过调节方波脉冲信号的占空比来调节均衡电流的大小，从而使均衡过程受控制。

4.如权利要求1或2所述的均衡电路，其特征在于，所述均衡控制单元包括：极性控制电路和锂电池端口选择电路，所述极性控制电路控制开关导通或关闭，并通过所述锂电池端口选择电路使均衡电源输出连接到能量亏损的单体电芯上，且极性对应正确。

5.如权利要求4所述的均衡电路，其特征在于，所述极性控制电路包括：结构相同的第一光MOS器件K1、第二光MOS器件K2、第三光MOS器件K3和第四光MOS器件K4；

所述第一光MOS器件K1包括二极管和MOS管，且所述第一光MOS器件K1中二极管的阳极和所述第二光MOS器件K2中二极管的阳极均连接至电源，所述第一光MOS器件K1中二极管的阴极用于连接所述MCU控制单元输出的高电平控制信号NPSWITCH1，所述第二光MOS器件K2中二极管的阴极用于连接所述MCU控制单元输出的低电平控制信号NPSWITCH2，所述第一光MOS器件K1中MOS管的漏极与所述第二光MOS器件K2中MOS管的漏极均连接至所述均衡电源的VB+端；所述第一光MOS器件K1中MOS管的源极用于连接均衡母线的奇数端，所述第二光MOS器件K2中MOS管的源极用于连接均衡母线的偶数端；

所述第三光MOS器件K3中二极管的阳极和所述第四光MOS器件K4中二极管的阳极均连接至电源，所述第三光MOS器件K3中二极管的阴极用于连接所述MCU控制单元输出的高电平控制信号NPSWITCH1，所述第四光MOS器件K4中二极管的阴极用于连接所述MCU控制单元输出的低电平控制信号NPSWITCH2，所述第三光MOS器件K3中MOS管的漏极与所述第四光MOS器件K4中MOS管的漏极均连接至所述均衡电源的VB-端；所述所述第三光MOS器件K3中MOS管的源极用于连接均衡母线的偶数端，所述第四光MOS器件K4中MOS管的源极用于连接均衡母线的奇数端。

6.如权利要求4所述的均衡电路，其特征在于，所述锂电池端口选择电路包括：n个第一端口选择单元和n个第二端口选择单元；所述第一端口选择单元连接在单体电池的正极与均衡母线的偶数端之间，所述第二端口选择单元连接在单体电池的负极与均衡母线的奇数端之间；均衡单体电池时，当均衡母线极性为奇数端+、偶数端-时，连接在所述单体电池正极的第一端口选择单元和连接在所述单体电池负极的第二端口选择单元导通，其它的(2n-2)个端口选择单元均截止，该单体电池开始充电，且奇数端为+5V，偶数端为0V；

其中，2n为单体电池的个数；n为大于等于1的正整数。

7.一种锂电池能量转移式大电流的均衡控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)主机通过CAN总线实时汇总所有单体电池电压数据；

(2)根据电压数据获得单体最低电压所对应的电池ID号，并分析该节电池属于哪个采集模块管辖；

(3)主机通过CAN总线向所述采集模块中的MCU控制单元发送用于控制对应采集模块对所述单体电池进行均衡的均衡控制信号；

(4)均衡控制单元根据MCU控制单元发送的均衡控制信号驱动相应电池通道的光MOS开关以及极性控制开关工作；

(5)MCU控制单元根据主机指令调整光MOS开关管占空比，调节均衡电流的大小；

(6)当均衡时间到时，主机发送停止均衡命令，MCU控制单元断开所有均衡开关，并返回至步骤(1)。