CN109755996A - 混合均衡电路及菊花链通信混合均衡电池均衡控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了混合均衡电路，用于控制电池组里面若干电芯的均衡，包括与若干电芯对应连接的若干均衡单元、与若干所述均衡单元电连接的模拟前端管理模块，以及采样电阻，所述采集电路接于均衡单元的负极和电池组负极之间，采集若干所述均衡单元的均衡电流并输送至模拟前端管理模块，模拟前端管理模块向均衡单元的开关管输出对应的PWM信号以控制均衡单元的开关管通断，并依据所述均衡电流反馈控制PWM信号的周期以使得均衡电流恒定。本发明检测均衡电流并反馈控制均衡单元中开关管的导通周期，以使得均衡电流恒定。本发明还公开了菊花链通信混合均衡电池均衡控制装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池管理技术领域，尤其涉及一种混合均衡电路及混合均衡电池均衡控制装置。
背景技术
电池组的不一致性需要使用均衡技术进行维护，现有均衡技术包括被动均衡及主动均衡。被动均衡只能放电消耗能量，可以同时开启多路均衡，控制简单及成本低。主动均衡为能量转移方式，不能同时开启多路均衡，控制复杂及成本高。两种均衡方式各有利弊，因此出现了混合均衡方式。
然而，现有的混合均衡方式中，往往只采集整个电池的电压、电流以及充放电电流来控制均衡电路中的开关管通断，整个过程中，并不能确定均衡电流的大小，更不能保证均衡电流恒定，均衡效果不好。
故，急需一种可解决上述问题的均衡电路及均衡控制系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合均衡电路，可同时实现主动均衡、被动均衡，且在主动均衡时，可精准检测均衡电流并反馈控制以保持均衡电流恒定。
为了实现上有目的，本发明公开了混合均衡电路，用于控制电池组里面若干电芯的均衡，还包括采样电阻，每一所述均衡单元包括第一开关、能量转换电路和第二开关，所述能量转换电路的第一侧和第二侧耦合，所述第一开关与所述能量转换电路的第一侧串联后接于对应所述电芯的正极和负极之间，所述第二开关和所述能量转换电路的第二侧串联后一端接电池组正极和所述采样电阻之间，所述采样电阻的另一端接电池组负极，以采集若干所述均衡单元的均衡电流并将所述均衡电流输送至所述模拟前端管理模块，所述模拟前端管理模块向所述第一开关和第二开关输出对应的PWM信号以控制所述第一开关和第二开关通断，并依据所述均衡电流反馈控制所述PWM信号的周期以使得均衡电流恒定。
与现有技术相比，本发明将采集电阻设于能量转换电路的次级和电池组总负极之间，以采集主动均衡时的均衡电流，依据均衡电流反馈控制第一开关和第二开关的导通周期，形成一个闭环的控制链，可以实时快速调节PWM信号的占空比，始终控制均衡电流恒定。再者，本发明可以控制模拟前端管理模块关闭所有的第二开关，对应控制第一开关的通断以实现被动均衡，还可以主动控制同一均衡单元中的第一开关、第二开关对应导通关闭，以实现主动均衡，从而完成混合均衡。
较佳地，所述模拟前端管理模块在所述均衡电流超出预设阈值时停止输出PWM信号，直至所述均衡电流不超出预设阈值。
较佳地，所述模拟前端管理模块包括电流比较单元和PWM信号输出接口，所述模拟前端管理模块依据所述PWM信号输出接口输出所述PWM信号，所述电流比较单元一端接所述采样电阻，另一端接所述PWM信号输出接口，并在所述均衡电流大于预设值时控制所述PWM信号输出接口停止输出PWM信号，直至所述均衡电流小于预设值。
较佳地，所述能量转换电路为反激变压器。
较佳地，所述模拟前端管理模块接若干所述电芯以采集若干所述电芯的电信号，依据所述电信号生成对应的PWM信号以控制若干所述均衡单元中第一开关和第二开关的通断。
具体地，所述模拟前端管理模块在任一所述电芯进行主动充电均衡时，控制所述电芯的第二开关和第一开关依次导通预设时间后断开，且第一开关和第二开关禁止同时导通；所述模拟前端管理模块在任一所述电芯进行主动放电均衡时，控制所述电芯的第一开关和第二开关依次导通预设时间后断开，且第一开关和第二开关禁止同时导通。
更具体地，所述模拟前端管理模块在所述电芯进行主动充电均衡时，控制所述第二开关断开的同时控制所述第一开关闭合，所述模拟前端管理模块在所述电芯进行主动放电均衡时，控制所述第一开关断开的同时控制所述第二开关闭合。
较佳地，所述模拟前端管理模块还依据外部的控制信号控制所述混合均衡电路中所有均衡单元的第二开关断开，并依据所述电信号控制一个或多个所述均衡单元导通。
较佳地，每一所述均衡单元还包括限流电阻，所述限流电阻串联于所述第一开关和能量转换电路的第一侧所在支路，限流电阻有效限制了最大开启电流，可以允许全部电池组中多个电芯对应的均衡单元的第一开关导通，以实现多路被动均衡，不会导致电池短路。
较佳地，所述混合均衡电路还包括保险丝和双向TVS管，所述保险丝串接于所述电池组的正极和若干所述均衡单元之间，所述双向TVS管连接于所述电池组的正极和地之间。
本发明还公开了一种菊花链通信混合均衡电池均衡控制装置，包括主控模块和若干所述混合均衡电路，所述混合均衡电路如上所述，若干所述混合均衡电路通过菊花链通信方式依次级联后与所述主控模块相连，所述主控模块管理若干所述混合均衡电路。
附图说明
图1是本发明所述菊花链通信混合均衡电池均衡控制装置的结构框图。
图2是本发明所述混合均衡电路的部分结构框图。
图3是本发明所述混合均衡电路的部分电路图。
图4是所述模拟前端管理模块的接线图。
图5是本发明所述模拟前端管理模块的部分结构框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
参考图1，本发明还公开了一种菊花链通信混合均衡电池均衡控制装置100，包括主控模块30和若干混合均衡电路10，若干混合均衡电路20通过菊花链通信方式依次级联后与主控模块10相连，主控模块10管理若干混合均衡电路，若干混合均衡电路20将检测到的电信号和均衡信息输送至上一级混合均衡电路20，直至输送至主控模块30，主控模块30发出控制信号并通过菊花链通信线路输送至对应混合均衡电路10中。
参考图1至图4，混合均衡电路10用于控制电池组20里面若干电芯(B1-B6)的均衡，包括与若干电芯(B1-B6)对应连接的若干均衡单元11、与若干均衡单元11电连接的模拟前端管理模块12，以及采样电阻RS。参考图3，每一均衡单元11包括第一开关Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)、能量转换电路T1(T2、T3、T4、T5或T6)和第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)，能量转换电路T1(T2、T3、T4、T5或T6)的第一侧和第二侧耦合，第一开关Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)与能量转换电路T1(T2、T3、T4、T5或T6)的第一侧串联后接于对应电芯B1(B2、B3、B4、B5或B6)的正极和负极之间，第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)和能量转换电路T1(T2、T3、T4、T5或T6)的第二侧串联后一端接电池组20正极，另一端通过采样电阻RS接电池组20负极，采样电阻RS采集若干均衡单元11的均衡电流Is并将均衡电流Is输送至模拟前端管理模块12，模拟前端管理模块12向第一开关Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)和第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)输出对应的PWM信号以控制Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)和第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)通断，并依据均衡电流Is控制PWM信号的周期以使得均衡电流Is恒定。其中，模拟前端管理模块12分别通过端口e1-e6分别接第一开关Q1-Q6，通过端口n1-n6分别接第二开关QS1-QS6。在本实施例中，每一电池组20内具有6个电芯，当然，每一电池组20内也可以具有其他数目的电芯，例如2、3、4、5、8等等数目，且每一电池组20内电芯数目可以不等，其具体设置有技术人员依据实际需要选定。
其中，模拟前端管理模块在均衡电流Is超出预设阈值时停止输出PWM信号PS，在均衡电流Is不超出预设阈值时恢复PWM信号PS的输出，从而使得均衡电流Is恒定。
参考图5，模拟前端管理模块12包括电流比较单元21和PWM信号输出接口22，模拟前端管理模块12依据PWM信号输出接口22输出PWM信号PS，电流比较单元21一端接采样电阻RS，另一端接PWM信号输出接口，并在均衡电流Is大于预设值时控制PWM信号输出接口33停止输出PWM信号PS，直至均衡电流Is小于预设值。在本实施例中，PWM信号输出接口22为PWM锁存器的复位端。
其中，能量转换电路T1-T6为反激变压器。
参考图4，模拟前端管理模块12接若干电芯B1-B6以采集若干电芯B1-B6的电信号，依据电信号生成对应的PWM信号PS以控制若干均衡单元11中第一开关Q1-Q6和第二开关QS1-QS6的通断。
具体地，模拟前端管理模块12在任一电芯B1(B2、B3、B4、B5或B6)进行主动充电均衡时，控制电芯B1(B2、B3、B4、B5或B6)的第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)和第一开关Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)依次导通预设时间后断开，且Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)和第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)禁止同时导通；模拟前端管理模块12在任一电芯B1(B2、B3、B4、B5或B6)进行主动放电均衡时，控制电芯B1(B2、B3、B4、B5或B6)的Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)和第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)依次导通预设时间后断开，且Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)和第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)禁止同时导通。当然，模拟前端管理模块12可同时控制多组电芯进行主动充放电均衡。
更具体地，模拟前端管理模块12在电芯B1(B2、B3、B4、B5或B6)进行主动充电均衡时，控制第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)断开的同时控制第一开关闭合，模拟前端管理模块12在电芯B1(B2、B3、B4、B5或B6)进行主动放电均衡时，控制第一开关Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)断开的同时控制第二开关QS1(QS2、QS3、QS4、QS5或QS6)闭合。
其中，模拟前端管理模块12还可以控制电池组20内的多个电芯进行被动均衡，还依据主控模块10输入的控制信号控制混合均衡电路10中所有均衡单元11的第二开关QS1-QS6断开，并依据电芯B1＝B6的电信号控制一个或多个均衡单元11导通。
其中，每一均衡单元11还包括限流电阻R1(R2、R3、R4、R5或R6)，限流电阻R1(R2、R3、R4、R5或R6)串联于第一开关Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)和能量转换电路T1(T2、T3、T4、T5或T6)的第一侧线圈所在支路。具体地，限流电阻R1(R2、R3、R4、R5或R6)串联于第一开关Q1(Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)和能量转换电路T1(T2、T3、T4、T5或T6)之间。
较佳地，混合均衡电路还包括保险丝F1和双向TVS管ZD1，保险丝F1串接于电池组20的正极和若干均衡单元11之间，即保险丝F1串接在均衡主回路上，双向TVS管ZD1连接于电池组20的正极和地之间。
参考图2，详细描述本发明进行主动充电均衡的过程：
当单体电池B1的单体电压(或SOC)小于一阈值K1，需要充电主动均衡时，则模拟前端管理模块12向第二开关QS1输入PWM信号控制第二开关QS2周期导通，可以是特定占空比如50％等等，可依据采集的电流信号Is进行PWM信号的占空比调节。当第二开关QS1导通，形成续流回路“B6+”→F1→T1→QS1→RS→“B1-”，即能量转换电路T1第二侧线圈将B6+能量进行存储，由于能量转换电路T1的同名端特性，第一开关Q1被反向截止，R1无电流流过；当第二开关QS1关断时，能量转换电路T1第二侧线圈存储的能量传递至能量转换电路T1第一侧线圈，形成续流回路：T1→“B1+”→“B1-”→Q1→R1。优选地，当第二开关QS1关闭时，可同步打开第一开关Q1进行同步整流，提高均衡效率。保险丝F1起到防止过流作用，而限流电阻R1则起到限流作用。以此类推，可同时控制第二开关中多个开关周期通断，从而控制对应多个单体电池进行充电均衡。
当单体电池B3的单体电压(或SOC)高于一阈值K2，而其它单体电池的单体电压(或SOC)之间差异小于阈值K3，需要放电主动均衡时，则模拟前端管理模块12向第一开关Q3输入PWM信号控制第一开关Q3周期导通，可以是特定占空比如50％。当第一开关Q3导通，形成续流回路“B3+”→T3→R3→Q3→“B3-”，即能量转换电路T3第一侧线圈将B3+能量进行存储，由于能量转换电路T3的同名端特性，第二开关QS3被反向截止，RS无电流流过；当第一开关Q3关断时，能量转换电路T3第一侧线圈存储的能量传递至能量转换电路T3第二侧线圈，形成续流回路：T3→F1→“B6+至B1的电池组”→RS→QS3。优选地，当第一开关Q3关闭时，可同步打开第二开关QS1进行同步整流，提高均衡效率。保险丝F1起到防止过流作用，而限流电阻R3则起到限流作用。以此类推，可控制其余单体电池进行放电主动均衡。
继续参考图3，当需要开启被动均衡时，第二开关QS1～QS6处于关断状态，此时能量转换电路T1～T6线圈处于低导通阻抗；第一开关Q1～Q6被按需使能导通。如单体电池B2、B4及B5的单体电压(或SOC)均高于阈值K4，需要被动均衡，则模拟前端管理模块12分别控制e2、e4及e5输出高电平，从而第一开关Q2、Q4及Q5导通，电池B2、B4及B5实现同时开启被动均衡。其他通道，如此类推，不再赘述。
其中，模拟前端管理模块12依据电信号生成PWM信号，并将生成PWM信号输送至对应均衡电路中第一开关和第二开关以控制第一开关和第二开关通断，其具体技术方案，已为本领域技术人员所公知，在此不予详述。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (11)
1.一种混合均衡电路，用于控制电池组里面若干电芯的均衡，包括与若干电芯对应连接的若干均衡单元、与若干所述均衡单元电连接的模拟前端管理模块，其特征在于：还包括采样电阻，每一所述均衡单元包括第一开关、能量转换电路和第二开关，所述能量转换电路的第一侧和第二侧耦合，所述第一开关与所述能量转换电路的第一侧串联后接于对应所述电芯的正极和负极之间，所述第二开关和所述能量转换电路的第二侧串联后一端接电池组正极和所述采样电阻之间，所述采样电阻的另一端接电池组负极，以采集若干所述均衡单元的均衡电流并将所述均衡电流输送至所述模拟前端管理模块，所述模拟前端管理模块向所述第一开关和第二开关输出对应的PWM信号以控制所述第一开关和第二开关通断，并依据所述均衡电流反馈控制所述PWM信号的周期以使得均衡电流恒定。
2.如权利要求1所述的混合均衡电路，其特征在于：所述模拟前端管理模块在所述均衡电流超出预设阈值时停止输出PWM信号，直至所述均衡电流不超出预设阈值。
3.如权利要求2所述的混合均衡电路，其特征在于：所述模拟前端管理模块包括电流比较单元和PWM信号输出接口，所述模拟前端管理模块依据所述PWM信号输出接口输出所述PWM信号，所述电流比较单元一端接所述均衡电流，另一端接所述PWM信号输出接口，并在所述均衡电流大于预设值时控制所述PWM信号输出接口停止输出PWM信号，直至所述均衡电流小于预设值。
4.如权利要求1所述的混合均衡电路，其特征在于：所述能量转换电路为反激变压器。
5.如权利要求1所述的混合均衡电路，其特征在于：所述模拟前端管理模块接若干所述电芯以采集若干所述电芯的电信号，依据所述电信号生成对应的PWM信号以控制若干所述均衡单元中第一开关和第二开关的通断。
6.如权利要求5所述的混合均衡电路，其特征在于：所述模拟前端管理模块在任一所述电芯进行主动充电均衡时，控制所述电芯的第二开关和第一开关依次导通预设时间后断开，且第一开关和第二开关禁止同时导通；所述模拟前端管理模块在任一所述电芯进行主动放电均衡时，控制所述电芯的第一开关和第二开关依次导通预设时间后断开，且第一开关和第二开关禁止同时导通。
7.如权利要求6所述的混合均衡电路，其特征在于：所述模拟前端管理模块在所述电芯进行主动充电均衡时，控制所述第二开关断开的同时控制所述第一开关闭合，所述模拟前端管理模块在所述电芯进行主动放电均衡时，控制所述第一开关断开的同时控制所述第二开关闭合。
8.如权利要求1所述的混合均衡电路，其特征在于：所述模拟前端管理模块还依据外部的控制信号控制所述混合均衡电路中所有均衡单元的第二开关断开，并依据所述电信号控制一个或多个所述均衡单元导通。
9.如权利要求1所述的混合均衡电路，其特征在于：每一所述均衡单元还包括限流电阻，所述限流电阻串联于所述第一开关和能量转换电路的第一侧所在支路。
10.如权利要求1所述的混合均衡电路，其特征在于：还包括保险丝和双向TVS管，所述保险丝串接于所述电池组的正极和若干所述均衡单元之间，所述双向TVS管连接于所述电池组的正极和地之间。
11.一种菊花链通信混合均衡电池均衡控制装置，其特征在于：包括主控模块和若干所述混合均衡电路，所述混合均衡电路如权利要求1-10所述，若干所述混合均衡电路通过菊花链通信方式依次级联后与所述主控模块相连，所述主控模块管理若干所述混合均衡电路。
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