CN109245198A - 电池电压均衡电路及电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池电压均衡电路，包括：均衡模块，包括多个均衡单元，多个均衡单元与多个电池模块的输出端一一电连接；开关模块，包括多个开关单元，多个开关单元一一电连接于多个均衡单元与多个电池模块之间；控制模块，与各个均衡单元以及各个开关单元电连接，以控制各个均衡单元的工作状态以及各个开关单元的开关状态；其中，当电池组的其中一个或多个电池模块的电压高于其他电池模块的电压时，控制模块控制与电压较高的电池模块连接的开关单元导通，并同时开启与电压较高的电池模块连接的均衡单元，以对电压较高的电池模块的电压进行均衡控制。本发明还公开一种电源装置。本发明提高了均衡的安全性。

Description

电池电压均衡电路及电源装置

技术领域

本发明涉及电池电压均衡技术领域，尤其涉及一种电池电压均衡电路及电源装置。

背景技术

现有的电源装置通常采用将多个单体电池(电芯)串联的方式来提高输出电压。由于由多个单体电池组成的电池组在长期使用过程中，伴随使用环境的差异性，会造成单体电池之间容量、内阻及自放电率的不一致，从而导致单体电池之间的电压不相等。为了减少单体电池间电压的不一致性，通常会采用均衡的方法来对多个单体电池进行电压均衡，以提高电池组的输出性能。

然而，现有的均衡方法中，将均衡单元与对应的单体电池直接相连，进而导致当均衡单元异常时，对应的单体电池会过度放电，影响均衡的安全性。

发明内容

本发明实施例公开一种电池电压均衡电路及电源装置，能够提高电池均衡时的安全性，且能够对电池模块进行双重保护。

本发明实施例公开的一种电池电压均衡电路，用于对电池组的多个电池模块的电压进行均衡控制，所述电池电压均衡电路包括：

均衡模块，包括多个均衡单元，所述多个均衡单元与所述多个电池模块的输出端一一电连接；

开关模块，包括多个开关单元，所述多个开关单元一一电连接于所述多个均衡单元与所述多个电池模块之间；

控制模块，与各个均衡单元以及各个开关单元电连接，用于控制各个均衡单元的工作状态以及各个开关单元的开关状态；

其中，当所述电池组的其中一个或多个电池模块的电压高于其他电池模块的电压时，所述控制模块控制与电压较高的电池模块连接的开关单元导通，并同时开启与所述电压较高的电池模块连接的均衡单元，以对所述电压较高的电池模块的电压进行均衡控制。

本发明实施例公开的电源装置，包括：电池组，所述电池组包括多个电池模块以及如上所述的电池电压均衡电路，所述电池电压均衡电路与所述电池组相连，用于对所述电池组的多个电池模块的电压进行均衡控制。

本发明的电池电压均衡电路及电源装置，通过将开关单元设置在相应的均衡单元与相应的电池模块之间，可在相应的均衡单元出现故障而未能及时停止均衡工作时，控制模块可以通过控制对应的开关单元截止来断开均衡单元与对应的电池模块之间的电连接，进而使得相应的电池模块停止对相应的均衡单元继续放电，从而为电池模块的均衡提供了双重保护，提高了电池电压均衡电路及电源装置的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中的电池电压均衡电路的原理框图。

图2为本发明另一实施例中的电池电压均衡电路的原理框图。

图3为本发明另一实施例中的的电池电压均衡电路的原理框图。

图4为本发明一实施例中的电池电压均衡电路的电路原理图。

图5为本发明一实施例中的电源装置的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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。

当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，其为本发明一实施例中的电池电压均衡电路100的原理框图。所述电池电压均衡电路100用于对电池组900进行电压均衡控制。其中，所述电池组900包括多个相连的电池模块910，在本实施方式中，所述多个电池模块910串联后组成电池组10，进而提高电池组10的输出电压。

可以理解，依据具体的设计不同，电池组900包括的电池模块910的数量也不相同，例如，若需要电池组900输出的电压较高时，则可以将较多数量的电池模块910串联，若需要电池组900输出较低的电压时，则将数量较少的电池模块910串联即可，具体的电池模块11的数量在此不做限定。

进一步地，每个电池模块910可以包括一个单体电池，也可以由多节单体电池并联组成，进而可以提高电池组900的输出电流。在本实施方式中，所述单体电池优选的为重量轻、节能且环保的锂离子电池。

所述电压均衡电路100包括均衡模块10、开关模块20以及控制模块30。所述均衡模块10包括多个均衡单元11，所述多个均衡单元11与所述多个电池模块910的输出端一一电连接。亦即，所述均衡单元11的数量与所述电池模块910的数量相同，且一一对应。

所述开关模块20包括多个开关单元21，所述多个开关单元21一一电连接于所述多个均衡单元11与所述多个电池模块910之间。亦即，所述开关单元21的数量分别与所述电池模块910及所述均衡单元11的数量相同且一一对应。

所述控制模块30与各个均衡单元11以及各个开关单元21电连接，以控制各个均衡单元11的工作状态以及各个开关单元21的开关状态。其中，所述开关状态包括开关单元21的导通与截止状态。当所述均衡单元11工作时，且对应的开关单元21处于导通状态时，其可对对应的电池模块910进行均衡控制。

具体地，当所述电池组900的其中一个或多个电池模块910的电压高于其他电池模块910的电压时，所述控制模块30控制与电压较高的电池模块910连接的开关单元21导通，并同时开启与所述电压较高的电池模块910连接的均衡单元11，以对所述电压较高的电池模块910的电压进行均衡控制。其中，当所述均衡单元11在开启(处于工作状态)时，对应的电池模块910进行放电。

进一步地，在本实施方式中，所述控制模块30用于在所述电池组900的充电过程中控制所述均衡模块10对电压较高的电池模块910的电压进行均衡控制。例如，当对电池组900进行充电时，若某一个电池模块910的电压较高，则控制相应的均衡单元11开始工作，直至较高电压的电池模块11与其他电池模块11的电压相等时，控制对应的均衡单元11停止工作。亦即，对电压较高的电池模块910边充电边放电，使电压较高的电池模块910的充电速度低于其他电池模块910的充电速度，从而达到在充电过程中将电压较高的电池模块910的电压调节到与其他电池模块910的电压保持一致的状态。

需要说明的是，由于锂离子蓄电池的个体存在差异，加上其使用环境也不尽相同，造成了各电池模块910电量的不平衡，这种不平衡会随着电池的使用周期的增加变得越来越大，将严重影响电池组900的使用寿命。因此，为了延长电池组900的使用寿命，锂离子蓄电池在使用过程中，需要进行均衡控制，使各电池的电量尽可能相同。

因此，本实施例中所公开的电池电压均衡电路100，由于设置有均衡模块10，当控制模块30检测到某一个或多个电池模块910的电压不均衡时，可以控制相应的均衡单元11工作以对相应的电池模块910进行均衡，进而能够提高多个电池模块910之间的一致性，从而提高电池组900的使用寿命。

可以理解，所述控制模块30可以是MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。

本发明所公开的电池电压均衡电路100，通过将开关单元21设置在相应的均衡单元11与相应的电池模块910之间，可在相应的均衡单元11出现故障而未能及时停止均衡工作时，控制模块30可以通过控制对应的开关单元21截止来断开均衡单元11与对应的电池模块910之间的电连接，进而使得相应的电池模块910停止对相应的均衡单元11继续放电，从而为电池模块910的电压均衡提供了双重保护，提高了电池电压均衡电路100的安全性。

请再参阅图2，其为本发明另一实施例提供的电池电压均衡电路100的原理框图。与前述实施例不同的是，本实施例中公开的电池电压均衡电路100还包括分压模块40。所述分压模块40包括串联的多个分压单元41，所述多个分压单元41的其中一端还分别与所述多个电池模块910的输出端一一电连接，所述多个开关单元21还一一电连接于所述多个分压单元41与所述多个电池模块910之间；所述控制模块30还与多个所述分压单元41中的其中一个分压单元41的其中一端电连接，所述控制模块30用于通过各个分压单元41采集各个相应电池模块910的电压。

进一步地，各个均衡单元11电连接于对应的开关单元21与对应的分压单元41之间的连接节点。

具体地，所述多个分压单元41依次首尾相连以组成分压模块40，亦即，多个分压单元41为串联关系。每个开关单元21的一端与对应的电池模块910相连，且另一端与对应的分压单元41相连。其中，所述控制模块30通过控制某一个开关单元21导通且控制其他开关单元21截止，并通过与导通的开关单元21对应的所述分压单元41采集与导通的开关单元21相对应的电池模块910的电压。如此，所述控制模块30通过依次控制不同的开关单元21导通，进而依次检测每个电池模块910的电压。

本发明实施例所公开的电池电压均衡电路100，通过设置包括多个开关单元21的开关模块20以及包括多个依次相连的多个分压单元41的分压模块40，进而使得控制模块30通过控制对应的开关单元21的导通或者截止来检测每个电池模块910对应的电压，由于每个电池模块910的电压采集都通过分压模块40，进而使得检测每个电池模块910的电压时的分压的偏差和方向相同，从而将对每个电池模块910检测时的误差抵消，提高了检测精度。

请再参阅图3，其为本发明另一实施例提供的电压电池检测电路100的原理框图。所述电池电压均衡电路100还包括滤波模块50。所述滤波模块50连接于所述其中一个分压单元41的其中一端和所述控制模块30之间，用于对经所述分压模块40分压后的电池电压进行滤波，以使得所述控制模块30接收到纯净稳定的电压，进而有利于进一步提高电压检测的精度。

请再参阅入4，其为本发明一实施例公开的电池电压均衡电路100的电路原理图。每个电池模块910包括单体电池(电芯)，且所述单体电池包括正极及负极。其中，单体电池的正极对应所述电池模块910的输出端。在本实施方式中，单体电池为锂离子电池，且电压在3.7V左右。需要说明的是，在其他实施方式中，单体电池的类型和电压并不局限于此。

每个开关单元21包括第一电子开关Q1、第二电子开关Q2、第三电子开关Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4，所述第一电子开关Q1的控制端通过所述第一电阻R1与所述控制模块40相连，且所述第一电子开关Q1的控制端还通过所述第二电阻R2接地；所述第一电子开关Q1的第一连接端接地；所述第一电子开关Q1的第二连接端通过所述第三电阻R3分别与所述第二电子开关Q2的控制端及所述第三电子开关Q3的控制端相连；所述第二电子开关Q2的第一连接端与对应的单体电池的正极相连，且所述第二电子开关Q2的第二连接端与所述第三电子开关Q3的第一连接端相连；所述第三电子开关Q3的第二连接端分别与对应的分压单元31及对应的均衡单元11相连；所述第四电阻R4的控制端分别与所述第二电子开关Q2的第二连接端及所述第三电子开关Q3的第一连接端相连，且所述第四电阻R4的第一连接端分别与所述第二电子开关Q2的控制端及所述第三电子开关Q3的控制端相连。

需要说明的是，本实施例中公开的第一电阻R1～第四电阻R4并不是必须存在的，具体的可以依据电路的设计需求而省略，例如，第三电阻R3可以省略，使得所述第一电子开关Q1的第二连接端直接和所述第二电子开关Q2的控制端及所述第三电子开关Q3的控制端相连。

此外，所述开关单元21还可以只包括一个电子开关，例如，当所述开关单元21只包括第一电子开关Q1时，所述第一电子开关Q1的控制端与所述控制模块30相连，所述第一电子开关Q1的第一连接端与对应的电池模块910的输出端连接，所述第一电子开关Q1的第二连接端与对应的均衡单元11相连。此时，第一电子开关Q1可以配置为MOS场效应管。

具体地，在一个实施例中，所述第一电子开关Q1的控制端、第一连接端及第二连接端分别对应NPN型三极管的基极、发射极与集电极。所述第二电子开关Q2的控制端、第一连接端及第二连接端分别对应P型MOS场效应管的栅极、漏极与源极。所述第三电子开关Q3的控制端、第一连接端及第二连接端分别对应P型MOS场效应管的栅极、源极与漏极。在其他实施方式中，所述第一电子开关Q1～所述第三电子开关Q3还可以为包括三端的其他电子开关，例如，IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、BJT(双极型三极管)及继电器等。

此外，在一个实施例中，每个开关单元21还包括第一二极管D1及第二二极管D2。所述第一二极管D1的阳极与所述第二电子开关Q2的第一连接端相连，且所述第一二极管D1的阴极与所述第二电子开关Q2的第二连接端相连。所述第二二极管D2的阳极与所述第三电子开关Q3的第二连接端相连，且所述第二二极管D2的阴极与所述第三电子开关Q3的第一连接端相连。因此，在该实施例中，所述开关单元21为双向阻断开关，进一步提高了电路的安全性。

可以理解，在其他实施方式中，所述第二二极管D1与所述第二二极管D2还可以为所述第二电子开关Q2及所述第三电子开关Q3寄生/自带的二极管。

在一个实施例中，所述分压单元40包括分压电阻RF。所述分压电阻RF的控制端与所述第三电子开关Q3的第二连接端相连，且所述分压电阻RF的第一连接端接地或者与前一级分压电阻RF的控制端相连。

需要说明的是，多个单体电池串联时，位于串联电路中最靠近总负极(电池组900的负极)的单体电池为第一级，以此类推，当有N节单体电池串联时，最靠近总正极(电池组900的正极)的单体电池为第N级。当分压电阻RF对应的是串联的单体电池中的第一级单体电池时，所述分压电阻RF的第一连接端接地，当所述当分压电阻RF对应的是其他级单体电池时，所述分压电阻RF的第一连接端与前一级分压电阻RF的控制端相连，进而由多个分压电阻RF依次相连而组成分压模块40。

在一些实施例中，每个均衡单元11包括第四电子开关Q4、第五电子开关Q5、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及均衡电阻RJ。所述第四电子开关Q4的控制端通过所述第五电阻R5与所述控制模块40相连，且所述第四电子开关Q4的控制端还通过所述第六电阻R6接地；所述第四电子开关Q4的第一连接端接地；所述第四电子开关Q4的第二连接端通过所述第七电阻R7与对应的开关单元21相连，且所述第四电子开关Q4的第二连接端还与所述第五电子开关Q5的控制端相连；所述第五电子开关Q5的第一连接端通过所述均衡电阻RJ接地或者与前一级的均衡单元11的第五电子开关Q5的第二连接端相连，所述第五电子开关Q5的第二连接端与所述开关单元21相连。

需要说明的是，本实施方式中的多个均衡单元11的连接方式与多个分压电阻RF的连接方式类似，在此不再赘述，因此，通过多个均衡单元11依次相连组成均衡模块10。

在一些实施方式中，所述均衡单元11还包括第三二极管D3，所述第三二极管D3的阳极与所述第五电子开关Q5的第一连接端相连，所述第三二极管D3的阴极与所述第五电子开关Q5的第二连接端相连。

具体地，在一个实施方式中，所述第四电子开关Q4的控制端、第一连接端及第二连接端分别对应NPN型三极管的基极、发射极与集电极。所述第五电子开关Q5的控制端、第一连接端与第二连接端分别对应P型MOS场效应管的栅极、漏极与源极。

可以理解，在其他实施方式中，第五电阻R5～第七电阻R7可以依据具体的设计而省略。此外，当均衡单元11对应第一级单体电池时，均衡单元11中的第四电子开关Q4也可以省略，此时，将第五电子开关Q5对应的配置成N型MOS场效应管即可。

此外，在一个实施例中，所述滤波模块60包括滤波电阻RL及滤波电容C。所述滤波电阻RL的第一链接端与所述开关单元21相连，所述滤波电阻RL的第二连接端与所述控制模块40相连，且还通过所述滤波电容C接地。

具体地，所述电池电压均衡电路100的工作原理如下：

当需要检测第一级单体电池的电压时，所述控制模块30输出第一电平信号以控制所述第一电子开关Q1导通，进而使得所述第二电子开关Q2及所述第三电子开关Q3的栅极为低电平，从而使得所述第二电子开关Q2及所述第三电子开关Q3导通，亦即，此时与第一级单体电池对应的开关单元21导通，第一级单体电池的电压输出到对应的分压单元31上，控制模块40通过分压模块40进行电压采集并依据计算得出对应的单体电池的电压。以此类推，控制模块40依次控制其他单体电池对应的开关单元21导通，且其他单体电池对应的开关单元21截止，进而实现对每一级单体电池电压的检测。在本实施方式中，第一电平信号为高电平信号，可以理解，在其他实施方式中，所述第一电平信号还可以是低电平信号，具体的，可以依据电路设计而进行确定。

当控制模块40检测到某一级单体电池电压过高需要均衡时，所述控制模块40输出第一电平信号控制所述第四电子开关Q4导通，进而使得所述第五电子开关Q5导通，对应的单体电池通过均衡电阻RJ放电，亦即，单体电池的电压通过对应的均衡电阻RJ转化为热量消耗掉，当控制模块40检测到对应的单体电池均衡完毕时(均衡的单体电池的电压与其他电压相同)，发出第二电平信号，进而使得所述第五电子开关Q5截止。

需要说明的是，本发明实施例中，将均衡单元11设置于开关单元21与分压单元31之间，当均衡单元11中的第四电子开关Q4或者第五电子开关Q5因故障无法关断时，还可以通过控制开关单元21断开来阻止对应的单体电池继续放电，进而避免了因均衡单元11故障而导致单体电池的电量全部放完的情况放生，对电路多了一重保护。

请再参阅图5，本发明一实施例还提供一种电源装置200，所述电源装置包括电池组900及上述任一实施例所述的电池电压均衡电路100。所述电池组900与所述电池电压均衡电路100相连以对电池组900进行均衡控制。

本发明所提供的电源装置200，由于采用上述任一实施方式的电池电压均衡电路100，能够避免因均衡单元11故障而导致电池模块910的电量全部放完的情况放生，对电路多了一重保护，提高了安全性。

以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池电压均衡电路，用于对电池组的多个电池模块的电压进行均衡控制，其特征在于，所述电池电压均衡电路包括：

均衡模块，包括多个均衡单元，所述多个均衡单元与所述多个电池模块的输出端一一电连接；

开关模块，包括多个开关单元，所述多个开关单元一一电连接于所述多个均衡单元与所述多个电池模块之间；

控制模块，与各个均衡单元以及各个开关单元电连接，用于控制各个均衡单元的工作状态以及各个开关单元的开关状态；

其中，当所述电池组的其中一个或多个电池模块的电压高于其他电池模块的电压时，所述控制模块控制与电压较高的电池模块连接的开关单元导通，并同时开启与所述电压较高的电池模块连接的均衡单元，以对所述电压较高的电池模块的电压进行均衡控制。

2.如权利要求1所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述均衡单元在开启时对相应的电池模块进行放电。

3.如权利要求1或2所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述控制模块用于在所述电池组的充电过程中控制所述均衡模块对电压较高的电池模块的电压进行均衡控制。

4.如权利要求1所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述电池电压均衡电路还包括分压模块，所述分压模块包括串联的多个分压单元，所述多个分压单元的其中一端还分别与所述多个电池模块的输出端一一电连接，所述多个开关单元还一一电连接于所述多个分压单元与所述多个电池模块之间；

所述控制模块还与多个所述分压单元中的其中一个分压单元的其中一端电连接，所述控制模块用于通过各个分压单元采集各个相应电池模块的电压。

5.如权利要求4中所述的电池电压均衡电路，其特征在于，各个所述分压单元均包括一分压电阻，多个分压电阻串联，各个分压电阻的其中一端还与相应的电池模块的输出端电连接，多个分压电阻中的其中一个分压电阻的所述其中一端还与所述控制模块电连接，所述控制模块通过控制某一个开关单元导通且控制其他开关单元截止，并通过与导通的开关单元对应的所述分压电阻采集与导通的开关单元相对应的电池模块的电压。

6.如权利要求4或5所述的电池电压均衡电路，其特征在于，各个均衡单元电连接于对应的开关单元与对应的分压单元之间的连接节点。

7.如权利要求1-4任意一项所述的电池电压均衡电路，其特征在于，当所述控制模块检测到所述电压较高的电池模块的电压与其他电池模块的电压相等时，所述控制模块控制对应的均衡单元停止工作。

8.如权利要求5所述的电池电压均衡电路，其特征在于，所述电池电压均衡电路还包括滤波模块；

所述滤波模块连接于所述其中一个分压单元的所述其中一端和所述控制模块之间，用于对经所述分压模块分压后的电池电压进行滤波。

9.如权利要求1所述的电池电压均衡电路，其特征在于，各个开关单元包括第一电子开关所述第一电子开关的控制端与所述控制模块相连，所述第一电子开关的第一连接端与对应的电池模块的输出端相连，且所述第一电子开关的第二连接端与相应的均衡单元相连。

10.一种电源装置，其特征在于，包括：

电池组，所述电池组包括多个电池模块；以及

权利要求1-9中任意一项所述的电池电压均衡电路，所述电池电压均衡电路与所述电池组相连，用于对所述电池组的多个电池模块的电压进行均衡控制。