CN106602656B - 基于平均电压的空间锂电均衡模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于平均电压的空间锂电均衡模块；其特征在于：至少包括：电池单体采样电路、电池平均电压采样电路、双基准反馈电路、比较电路、以及使能控制电路；电池单体采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、以及型号为AD620的第一放大器芯片；电池平均电压采样电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、以及型号为AD620的第二放大器芯片；双基准反馈电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、以及第一稳压管；比较电路包括比较器；使能控制电路包括第十三电阻、第十四电阻、三极管、第二稳压管、以及隔离二极管。本发明通过硬件电路，实现自主硬件均衡和各节单体电池均衡。

Description

基于平均电压的空间锂电均衡模块
技术领域
本发明涉及卫星电源技术领域，特别是涉及一种基于平均电压的空间锂电均衡模块。
背景技术
锂离子蓄电池组均衡模块是空间电源的重要组成部分，能够保护空间用锂离子蓄电池组，防止电池因单体电压差异过大对电池本身造成损坏，从而延长锂离子蓄电池组的使用寿命。均衡充电是长寿命卫星用锂离子电池均衡管理的一项必不可少的关键技术。
目前，国内卫星均衡单元使用软件均衡技术，不仅需要单独的微处理器电路进行处理，而且需要复杂的软件算法，产品成本高，均衡效果一般。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于平均电压的空间锂电均衡模块，该基于平均电压的空间锂电均衡模块通过硬件电路，实现自主硬件均衡功能，实现各节单体电池均衡。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种基于平均电压的空间锂电均衡模块，电池组由多个电池单体串联组成；其特征在于：至少包括：
电池单体采样电路，所述电池单体采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、以及型号为AD620的第一放大器芯片；电池单体的正极依次通过第一电阻、第二电阻接地；电池单体的负极依次通过第三电阻、第四电阻接地；电池单体的正极通过第一电阻与第一放大器芯片的第三引脚电连接；电池单体的负极通过第三电阻与第一放大器芯片的第二引脚电连接；第一放大器芯片的输出端子为电池单体采样电路的输出端子；
电池平均电压采样电路，所述电池平均电压采样电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、以及型号为AD620的第二放大器芯片；电池组的正极依次通过第五电阻、第六电阻接地；电池组的负极依次通过第七电阻、第八电阻接地；电池组的正极通过第五电阻与第二放大器芯片的第三引脚电连接；电池组的负极通过第七电阻与第二放大器芯片的第二引脚电连接；第二放大器芯片的输出端子为电池平均电压采样电路的输出端子；
双基准反馈电路，所述双基准反馈电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、以及第一稳压管；所述电池平均电压采样电路的输出端子依次通过第九电阻、第十一电阻、第十二电阻与12V直流电源端子电连接；12V直流电源端子依次通过第十二电阻、第十一电阻、第十电阻接地；12V直流电源端子依次通过第十二电阻、第一稳压管接地；
比较电路，所述比较电路包括比较器；所述电池单体采样电路的输出端子与比较器的一个比较端子电连接；所述电池平均电压采样电路的输出端子与比较器的另一个比较端子电连接；
使能控制电路，所述使能控制电路包括第十三电阻、第十四电阻、三极管、第二稳压管、以及隔离二极管；所述比较器的输出端子通过稳压电阻与隔离二极管的正极电连接；所述三极管的集电极与隔离二极管的正极电连接；所述三极管的发射极接地；所述三极管的基极通过第十三电阻与使能控制端电连接；所述三极管的基极依次通过第十四电阻、第二稳压管与隔离二极管的正极电连接；隔离二极管的负极为空间锂电均衡模块的输出端子。
进一步：所述第一放大器芯片的增益
本发明具有的优点和积极效果是：
通过采用上述技术方案：
1.本发明采用基于平均电压的硬件均衡方式实现自主均衡功能，电路简单，成本低，均衡效果好；
2.本发明能够根据每节单体电池电压与整组电池平均电压对电池进行均衡控制；
3.本发明通过双基准反馈电路提供两种反馈基准，使得均衡开启和关断阈值设定为不同值；
4.本发明通过三极管使能控制电路控制均衡电路输出，对硬件电路的工作与否进行控制。
附图说明
图1是本发明优选实施例的电路框图；
图2是本发明优选实施例中电池单体采样电路的电路图；
图3是本发明优选实施例中电池平均电压采样电路的电路图；
图4是本发明优选实施例的整体电路图；
图5是本发明优选实施例的均衡控制曲线。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1至图5，一种基于平均电压的空间锂电均衡模块，电池组由多个电池单体串联组成；包括：
电池单体采样电路，所述电池单体采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、以及型号为AD620的第一放大器芯片；电池单体的正极依次通过第一电阻R1、第二电阻R2接地；电池单体的负极依次通过第三电阻R3、第四电阻R4接地；电池单体的正极通过第一电阻R1与第一放大器芯片的第三引脚电连接；电池单体的负极通过第三电阻R3与第一放大器芯片的第二引脚电连接；第一放大器芯片的输出端子为电池单体采样电路的输出端子；
电池平均电压采样电路，所述电池平均电压采样电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、以及型号为AD620的第二放大器芯片；电池组的正极依次通过第五电阻R5、第六电阻R6接地；电池组的负极依次通过第七电阻R7、第八电阻R8接地；电池组的正极通过第五电阻R5与第二放大器芯片的第三引脚电连接；电池组的负极通过第七电阻R7与第二放大器芯片的第二引脚电连接；第二放大器芯片的输出端子为电池平均电压采样电路的输出端子；
双基准反馈电路，所述双基准反馈电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、以及第一稳压管D1；所述电池平均电压采样电路的输出端子依次通过第九电阻R9、第十一电阻R11、第十二电阻R12与12V直流电源端子电连接；12V直流电源端子依次通过第十二电阻R12、第十一电阻R11、第十电阻R10接地；12V直流电源端子依次通过第十二电阻R12、第一稳压管D1接地；
比较电路，所述比较电路包括比较器；所述电池单体采样电路的输出端子与比较器的一个比较端子电连接；所述电池平均电压采样电路的输出端子与比较器的另一个比较端子电连接；
使能控制电路，所述使能控制电路包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、三极管、第二稳压管D2、以及隔离二极管D3；所述比较器的输出端子通过稳压电阻与隔离二极管D3的正极电连接；所述三极管的集电极与隔离二极管D3的正极电连接；所述三极管的发射极接地；所述三极管的基极通过第十三电阻R13与使能控制端电连接；所述三极管的基极依次通过第十四电阻R14、第二稳压管D2与隔离二极管D3的正极电连接；隔离二极管D3的负极为空间锂电均衡模块的输出端子；作为优选，隔离二极管D3的型号为2CK75E。
在上述优选实施例中，电池单体采样电路的输出电压大于电池平均电压采样电路的输出电压。
电池单体采样电路由精密薄膜电阻网络进行分压后，进入一个运算放大器，放大器增益设置为电阻网络分压比例的倒数使得运放输出电压为电池电压，其中：R1、R2、R3、R4、RG依次为第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、电阻RG的阻值；见图2。
所述电池平均电压采样电路：由精密薄膜电阻网络进行分压后，进入一个运算放大器，放大器增益设置为电阻网络分压比例的倒数再除以电池组单体数量使得运放输出为电池组平均电压，其中：R5、R6、R7、R4依次为第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8的阻值，N为电池组中电池单体的数量；见图3。
所述使能控制电路：由一个三极管与两个电阻组成，当控制端输入为高电平时，三极管导通，硬件均衡电路输出端被钳制为一个三极管集电极和发射极之间的压降(约0.3V)，不能对后级电路进行控制。当控制端输入为低电平时，三极管截止，硬件均衡电路不受其影响。同时输出端对地接一个稳压管，可以根据后级电路要求输出不同电平值信号。
所述双基准反馈电路和比较电路，设定两个基准V1和基准V2，当单体电池电压低于平均电池电压时，提供均衡开启基准(见图4)，其中R9为第九电阻的阻值，RB为电阻RB的阻值；VREF1为均衡开启基准电压；V平均为电池平均电压采样电路的输出电压；提供均衡关断基准(见图4)。VREF2为均衡关断基准电压；VD1为第一稳压管两端的电压；
所述比较电路：当单体电池电压大于VREF1时，硬件均衡电路输出高电平；当单体电池已经处于分流状态时，单体电池电压低于VREF2时，硬件均衡电路输出低电平。
所述发明实例，设置D1为1N4568(稳压值为6.4V)，R1为180k，R4为1k，R2为4.7k，R3为5.1k，D2为1N4625(稳压值为5.1V)，为当电池组平均电压为4V时，经计算，VREF1应为4.022V，VREF2应为4.005V，模块输出高电平约为5.1V，低电平约为0.2V。
采用外置稳压源分别模拟平均电压和单体电压，设置平均电压为4.0V，单体电压自4.0V缓慢上调至4.03V，然后缓慢下降至4.0V，检测均衡模块输出电压，结果见附图5，与预期结果一致。
测得比较器输出电压与单体电池电压关系如附图5所示，证实本发明能够实现自主硬件控制。
a)当电池电压低于VREF1时，“均衡电路”不启动；
b)在充电过程中，若某节电池电压高于VREF1，“均衡电路”输出高电平，分流一部分充电电流，从而减小对电池“过充”的可能性；
c)当电池电压经过分流逐渐降低，电池电压低于VREF2时，均衡电路输出低电平。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种基于平均电压的空间锂电均衡模块，电池组由多个电池单体串联组成；其特征在于：至少包括
电池单体采样电路，所述电池单体采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、以及型号为AD620的第一放大器芯片；电池单体的正极依次通过第一电阻、第二电阻接地；电池单体的负极依次通过第三电阻、第四电阻接地；电池单体的正极通过第一电阻与第一放大器芯片的第三引脚电连接；电池单体的负极通过第三电阻与第一放大器芯片的第二引脚电连接；第一放大器芯片的输出端子为电池单体采样电路的输出端子；
电池平均电压采样电路，所述电池平均电压采样电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、以及型号为AD620的第二放大器芯片；电池组的正极依次通过第五电阻、第六电阻接地；电池组的负极依次通过第七电阻、第八电阻接地；电池组的正极通过第五电阻与第二放大器芯片的第三引脚电连接；电池组的负极通过第七电阻与第二放大器芯片的第二引脚电连接；第二放大器芯片的输出端子为电池平均电压采样电路的输出端子；
双基准反馈电路，所述双基准反馈电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、以及第一稳压管；所述电池平均电压采样电路的输出端子依次通过第九电阻、第十一电阻、第十二电阻与12V直流电源端子电连接；12V直流电源端子依次通过第十二电阻、第十一电阻、第十电阻接地；12V直流电源端子依次通过第十二电阻、第一稳压管接地；
比较电路，所述比较电路包括比较器；所述电池单体采样电路的输出端子与比较器的一个比较端子电连接；所述电池平均电压采样电路的输出端子与比较器的另一个比较端子电连接；
使能控制电路，所述使能控制电路包括第十三电阻、第十四电阻、三极管、第二稳压管、以及隔离二极管；所述比较器的输出端子通过稳压电阻与隔离二极管的正极电连接；所述三极管的集电极与隔离二极管的正极电连接；所述三极管的发射极接地；所述三极管的基极通过第十三电阻与使能控制端电连接；所述三极管的基极依次通过第十四电阻、第二稳压管与隔离二极管的正极电连接；隔离二极管的负极为空间锂电均衡模块的输出端子。
2.根据权利要求1所述基于平均电压的空间锂电均衡模块，其特征在于：所述第一放大器芯片的增益
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