CN110289651A - 小电流单体均衡执行电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小电流单体均衡执行电路，本发明的小电流单体均衡执行电路，其一端与蓄电池组单体m的正、负线相连，一端与单体均衡指令相连。所述小电流单体均衡执行电路包括NPN三极管Q1、Q3；PNP三极管Q2；功率耗散电阻R1；电阻R2、R3、R4、R5、R6。本发明一方面实现了通过单一通道进行均衡控制的目的，另一方面通过主执行电路三极管Q1与辅助执行电路三极管Q2，实现均衡指令处于高电平时，只需提供不超过1mA驱动电流，即可达到驱动该均衡执行电路的目的。本发明的电路装配及工艺流程简单，器件选型均为常规元器件，易于工程实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种小电流单体均衡执行电路。
背景技术
针对航天器用锂离子蓄电池组，与地面用锂离子蓄电池组维护不同，一般无法对蓄电池组进行在轨更换，而且航天器在轨时间一般1年以上，甚至有的航天器在轨多达15～18年。因此，有必要对蓄电池组的各单体进行均衡管理，保证蓄电池组各组成单体的一致性，提高蓄电池组的使用寿命。
例如，CN106532151A公布的一种锂离子蓄电池单体均衡执行装置，该装置采用继电器作为主控制开关，同时由功率耗散电阻决定均衡电流大小。但该均衡执行装置需要两条均衡通断控制指令，当单体数量增加时，均衡指令通道成倍增长。此外，继电器为机械开关器件，开关动作次数有限，一般为数万次，在轨工作过程中，特别在航天器寿命末期，均衡开关动作频繁，继电器触点易发生粘连故障，因此在轨使用受限。
又如，CN202454688U公布的一种通过MOS管实现锂电池单体均衡的装置，该装置采用PMOS作为主控制开关，但无功率耗散电阻。均衡电流大小靠PMOS管的放大区进行控制。均衡导通时，产生的功耗均由PMOS管承担，而且PMOS为电压驱动型，PMOS管的选型困难，工程实现困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小电流单体均衡执行电路。
为解决上述问题，本发明提供一种小电流单体均衡执行电路，包括：
功率耗散电阻R1和三极管Q1，其中，单体输入正线与所述功率耗散电阻R1的一端相连，所述功率耗散电阻R1的另一端与三极管Q1的集电极C相连，所述三极管Q1的发射极E与所述单体输入负线相连，组成单体均衡主执行电路；
电阻R3和三极管Q2，其中，所述单体输入正线与所述三极管Q2的发射极E相连，三极管Q2的集电极C与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另外一端与所述三极管Q1的基极B相连，三极管Q1的集电极C与所述单体输入负线相连，组成单体均衡辅助执行电路，为所述单体均衡主执行电路提供驱动电流；
电阻R5、电阻R6和三极管Q3，其中，所述三极管Q2的基极B与所述电阻R5的一端相连，所述电阻R5的另一端与所述三极管Q3的集电极C相连，三极管Q3的发射极E与蓄电池组地线相连，三极管Q3的基极B与所述电阻R6的一端相连，组成三极管Q2的驱动电路，所述电阻R6的另一端与单体均衡指令相连；
电阻R2和电阻R4，其中，所述电阻R2的一端与所述三极管Q1的发射极E连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3和所述三极管Q1的基极B的公共端连接；所述电阻R4的一端与所述三极管Q2的发射极连接，所述电阻R4的另一端与电阻R5和所述三极管Q2的基极B的公共端连接。
进一步的，在上述小电流单体均衡执行电路中，所述三极管Q1、Q3分别为NPN三极管。
进一步的，在上述小电流单体均衡执行电路中，所述三极管Q2为PNP三极管。
进一步的，在上述小电流单体均衡执行电路中，所述功率耗散电阻R1的取值决定单体均衡电流大小，实际单体的均衡大小比流经所述功率耗散电阻R1的电流要大，二者的比例大小由三极管Q1的放大倍数hFE决定。
进一步的，在上述小电流单体均衡执行电路中，当所述单体均衡指令的信号处于高电平时，对应所述三极管Q3导通，驱动辅助执行电路三极管Q2导通，进而驱动单体均衡主执行电路中三极管Q1导通，对应均衡单体通过功率耗散电阻R1进行放电。
进一步的，在上述小电流单体均衡执行电路中，当所述单体均衡指令的信号处于低电平时，对应所述三极管Q3截止，三极管Q3的集电极C处于高阻状态，因此三极管Q2的发射极E与基极B两端由电阻R4提供相同电位，驱动辅助执行电路三极管Q2截止，从而Q1的基极B与发射极E由电阻R2提供相同电位，驱动单体均衡主执行电路中三极管Q1截止，对应均衡单体两端无通路。
与现有技术相比，本发明的小电流单体均衡执行电路，其一端与蓄电池组单体m的正、负线相连，一端与单体均衡指令相连。所述小电流单体均衡执行电路包括NPN三极管Q1、Q3；PNP三极管Q2；功率耗散电阻R1；电阻R2、R3、R4、R5、R6。所述NPN三极管Q1为均衡主通路控制开关，根据均衡电流大小，选择合适的三极管；所述功率耗散电阻R1，决定单体均衡电流大小；所述PNP三极管Q2为Q1提供驱动电流，同时该部分驱动电流只流经需要进行均衡的单体m，避免单体m均衡的同时，造成单体1～单体m-1均有驱动电流过大的问题；所述NPN三极管Q3为PNP三极管Q2提供驱动电流，根据电阻R5确定所需的驱动电流。本发明一方面实现了通过单一通道进行均衡控制的目的，另一方面通过主执行电路三极管Q1与辅助执行电路三极管Q2，实现均衡指令处于高电平时，只需提供不超过1mA驱动电流，即可达到驱动该均衡执行电路的目的。本发明的电路装配及工艺流程简单，器件选型均为常规元器件，易于工程实现。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种小电流单体均衡执行电路的基本原理图；
图2是本发明一实施例的一种小电流单体均衡执行电路的一个变种的基本原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种小电流单体均衡执行电路，包括：
功率耗散电阻R1和三极管Q1，其中，单体输入正线与所述功率耗散电阻R1的一端相连，所述功率耗散电阻R1的另一端与三极管Q1的集电极C相连，所述三极管Q1的发射极E与所述单体输入负线相连，组成单体均衡主执行电路；
电阻R3和三极管Q2，其中，所述单体输入正线与所述三极管Q2的发射极E相连，三极管Q2的集电极C与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另外一端与所述三极管Q1的基极B相连，三极管Q1的集电极C与所述单体输入负线相连，组成单体均衡辅助执行电路，为所述单体均衡主执行电路提供驱动电流；
电阻R5、电阻R6和三极管Q3，其中，所述三极管Q2的基极B与所述电阻R5的一端相连，所述电阻R5的另一端与所述三极管Q3的集电极C相连，三极管Q3的发射极E与蓄电池组地线相连，三极管Q3的基极B与所述电阻R6的一端相连，组成三极管Q2的驱动电路，所述电阻R6的另一端与单体均衡指令相连；
电阻R2和电阻R4，其中，所述电阻R2的一端与所述三极管Q1的发射极E连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3和所述三极管Q1的基极B的公共端连接；所述电阻R4的一端与所述三极管Q2的发射极连接，所述电阻R4的另一端与电阻R5和所述三极管Q2的基极B的公共端连接。
在此，本发明的小电流单体均衡执行电路，其一端与蓄电池组单体m的正、负线相连，一端与单体均衡指令相连。所述小电流单体均衡执行电路包括NPN三极管Q1、Q3；PNP三极管Q2；功率耗散电阻R1；电阻R2、R3、R4、R5、R6。所述NPN三极管Q1为均衡主通路控制开关，根据均衡电流大小，选择合适的三极管；所述功率耗散电阻R1，决定单体均衡电流大小；所述PNP三极管Q2为Q1提供驱动电流，同时该部分驱动电流只流经需要进行均衡的单体m，避免单体m均衡的同时，造成单体1～单体m-1均有驱动电流过大的问题；所述NPN三极管Q3为PNP三极管Q2提供驱动电流，根据电阻R5确定所需的驱动电流。本发明一方面实现了通过单一通道进行均衡控制的目的，另一方面通过主执行电路三极管Q1与辅助执行电路三极管Q2，实现均衡指令处于高电平时，只需提供不超过1mA驱动电流，即可达到驱动该均衡执行电路的目的。本发明的电路装配及工艺流程简单，器件选型均为常规元器件，易于工程实现。
本发明的小电流单体均衡执行电路一实施例中，所述三极管Q1、Q3分别为NPN三极管。
本发明的小电流单体均衡执行电路一实施例中，所述三极管Q2为PNP三极管。
在此，采用NPN三极管Q1作为单体均衡的主执行电路；根据功率耗散电阻R1阻值的选取，确定所需的均衡电流大小，一般均衡电流不大于2A。PNP三极管Q2为三极管Q1提供驱动电流，为单体均衡的辅助执行电路。同时，单体均衡通、断只需要一个指令信号，当所述均衡指令为高电平时，所对应单体处于均衡导通状态；当所述均衡指令为低电平时，所对应单体处于均衡断开状态。
本发明的小电流单体均衡执行电路一实施例中，所述功率耗散电阻R1的取值决定单体均衡电流大小，同时考虑到，单体均衡辅助执行电路也会通过电流，实际单体的均衡大小比流经电阻R1的电流要大，二者的比例大小由三极管Q1的放大倍数hFE决定。
本发明的小电流单体均衡执行电路一实施例中，当所述单体均衡指令的信号处于高电平时，对应所述三极管Q3导通，驱动辅助执行电路三极管Q2导通，进而驱动主执行电路Q1导通，对应均衡单体通过功率耗散电阻R1进行放电，最终达到均衡导通的目的。
本发明的小电流单体均衡执行电路一实施例中，当所述单体均衡指令的信号处于低电平时，对应所述三极管Q3截止，三极管Q3的集电极C处于高阻状态，因此三极管Q2的发射极E与基极B两端由电阻R4提供相同电位，驱动辅助执行电路三极管Q2截止，从而Q1的基极B与发射极E由电阻R2提供相同电位，驱动单体均衡主执行电路中三极管Q1截止，对应均衡单体两端无通路，最终达到均衡关断的目的。
实施例一
参见图1，采用NPN三极管Q1作为单体均衡的主执行电路；根据功率耗散电阻R1阻值的选取，确定所需的均衡电流大小，一般均衡电流不大于2A。PNP三极管Q2为三极管Q1提供驱动电流，为单体均衡的辅助执行电路。同时，单体均衡通、断只需要一个指令信号，当所述均衡指令为高电平时，所对应单体处于均衡导通状态；当所述均衡指令为低电平时，所对应单体处于均衡断开状态。
所述单体输入正线与所述功率耗散电阻R1的一端相连；所述电阻R1的另一端与三极管Q1的集电极C相连；三极管Q1的发射极E与所述单体输入负线相连，组成单体均衡主执行电路。
所述单体输入正线与所述三极管Q2的发射极E相连；三极管Q2的集电极C与所述电阻R3的一端相连，电阻R3的另外一端与所述三极管Q1的基极B相连；三极管Q1的集电极C与所述单体输入负线相连，组成单体均衡辅助执行电路，主要为主执行电路提供驱动电流。
所述三极管Q2的基极B与所述电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与所述三极管Q3的集电极C相连，三极管Q3的发射极E与蓄电池组地线相连，三极管Q3的基极B与所述电阻R6的一端相连，组成三极管Q2的驱动电路。
所述功率耗散电阻R1的取值可决定单体均衡电流大小，同时考虑到，单体均衡辅助执行电路也会通过电流，实际单体的均衡大小比流经电阻R1的电流要大，二者的比例大小由三极管Q1的放大倍数hFE决定。
所述电阻R2、R4为一般可靠性设计电阻，保证均衡指令为低电平时，分别保证三极管Q1、Q2可靠截止。
实施例二
本实施例的一种小电流单体均衡执行电路及实现方法的一个变种的基本原理图，参见图2，采用PNP三极管Q1作为单体均衡的主执行电路；根据功率耗散电阻R1阻值的选取，确定所需的均衡电流大小，一般均衡电流不大于2A。PNP三极管Q2为PNP三极管Q1提供驱动电流，为单体均衡的辅助执行电路。同时，单体均衡通、断只需要一个指令信号，当所述均衡指令为高电平时，所对应单体处于均衡导通状态；当所述均衡指令为低电平时，所对应单体处于均衡断开状态。
所述单体输入负线与所述功率耗散电阻R1的一端相连；所述电阻R1的另一端与三极管Q1的集电极C相连；三极管Q1的发射极E与所述单体输入正线相连，组成单体均衡主执行电路。
所述单体输入负线与所述三极管Q2的集电极C相连；三极管Q2的发射极C与所述电阻R3的一端相连，电阻R3的另外一端与所述三极管Q1的基极B相连；三极管Q1的发射极E与所述单体输入正线相连，组成单体均衡辅助执行电路，主要为所述单体均衡主执行电路提供驱动电流。
所述三极管Q2的基极B与所述电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与所述三极管Q3的集电极C相连，三极管Q3的发射极E与蓄电池组地线相连，三极管Q3的基极B与所述电阻R6的一端相连，组成三极管Q2的驱动电路。
所述功率耗散电阻R1的取值可决定单体均衡电流大小，同时考虑到，单体均衡辅助执行电路也会通过电流，实际单体的均衡大小比流经电阻R1的电流要大，二者的比例大小由三极管Q1的放大倍数hFE决定。
所述电阻R2、R4为一般可靠性设计电阻，保证均衡指令为低电平时，分别保证三极管Q1、Q2可靠截止。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种小电流单体均衡执行电路，其特征在于，包括：
功率耗散电阻R1和三极管Q1，其中，单体输入正线与所述功率耗散电阻R1的一端相连，所述功率耗散电阻R1的另一端与三极管Q1的集电极C相连，所述三极管Q1的发射极E与所述单体输入负线相连，组成单体均衡主执行电路；
电阻R3和三极管Q2，其中，所述单体输入正线与所述三极管Q2的发射极E相连，三极管Q2的集电极C与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另外一端与所述三极管Q1的基极B相连，三极管Q1的集电极C与所述单体输入负线相连，组成单体均衡辅助执行电路，为所述单体均衡主执行电路提供驱动电流；
电阻R5、电阻R6和三极管Q3，其中，所述三极管Q2的基极B与所述电阻R5的一端相连，所述电阻R5的另一端与所述三极管Q3的集电极C相连，三极管Q3的发射极E与蓄电池组地线相连，三极管Q3的基极B与所述电阻R6的一端相连，组成三极管Q2的驱动电路，所述电阻R6的另一端与单体均衡指令相连；
电阻R2和电阻R4，其中，所述电阻R2的一端与所述三极管Q1的发射极E连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3和所述三极管Q1的基极B的公共端连接；所述电阻R4的一端与所述三极管Q2的发射极连接，所述电阻R4的另一端与电阻R5和所述三极管Q2的基极B的公共端连接。
2.如权利要求1所述的小电流单体均衡执行电路，其特征在于，所述三极管Q1、Q3分别为NPN三极管。
3.如权利要求1所述的小电流单体均衡执行电路，其特征在于，所述三极管Q2为PNP三极管。
4.如权利要求1所述的小电流单体均衡执行电路，其特征在于，所述功率耗散电阻R1的取值决定单体均衡电流大小，实际单体的均衡大小比流经所述功率耗散电阻R1的电流要大，二者的比例大小由三极管Q1的放大倍数hFE决定。
5.如权利要求1所述的小电流单体均衡执行电路，其特征在于，当所述单体均衡指令的信号处于高电平时，对应所述三极管Q3导通，驱动单体均衡辅助执行电路中的三极管Q2导通，进而驱动单体均衡主执行电路中的三极管Q1导通，对应均衡单体通过功率耗散电阻R1进行放电。
6.如权利要求1所述的小电流单体均衡执行电路，其特征在于，当所述单体均衡指令的信号处于低电平时，对应所述三极管Q3截止，三极管Q3的集电极C处于高阻状态，因此三极管Q2的发射极E与基极B两端由电阻R4提供相同电位，驱动单体均衡主执行电路中的三极管Q2截止，从而三极管Q1的基极B与发射极E由电阻R2提供相同电位，驱动单体均衡主执行电路中的三极管Q1截止，对应均衡单体两端无通路。
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