CN110808624B - 一种锂电池平衡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池平衡电路，应用于多个锂电池串联组成的锂电池组，包括触发电路、驱动电路以及与锂电池数目相同且与对应锂电池连接的电压能量转换电路；所述触发电路用于产生周期性的触发信号；所述驱动电路用于根据所述触发信号输出驱动信号；所述电压能量转换电路用于根据所述驱动信号和对应连接锂电池的电压，触发对应锂电池连接的电压能量转换电路工作，以实现电压平衡；其效果是：通过设有的触发电路进行周期性的采样，并利用与对应锂电池连接的电压能量转换电路，使电压达到平衡，实现电池均衡，进而使得电池的使用寿命得到了延长，减少了电能的浪费，节约了能源。

Description

一种锂电池平衡电路
技术领域
本发明涉及锂电池保护技术领域，具体涉及一种锂电池平衡电路。
背景技术
近年来，锂电池以其轻便、高能量密度、无污染等特点，在各行业得到了广泛应用，通常是将多节锂电池组成锂电池组进行使用，但在锂电池组的使用过程中由于各单体电芯的内阻和自耗电的不同，会造成各个电芯的电压不平衡从而影响整个电池组的容量，并且对电池组的寿命有严重的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池平衡电路，以克服现有技术中锂电池组在使用过程中因电压不一致对其使用寿命有严重影响的缺陷。
为实现上述设计，本发明采用以下技术方案：
一种锂电池平衡电路，应用于多个锂电池串联组成的锂电池组，包括触发电路、驱动电路以及与锂电池数目相同且与对应锂电池连接的电压能量转换电路；
所述触发电路用于产生周期性的触发信号；
所述驱动电路用于根据所述触发信号输出驱动信号；
所述电压能量转换电路用于根据所述驱动信号和对应连接锂电池的电压，触发对应锂电池连接的电压能量转换电路工作，以实现电压平衡。
优选的，所述触发电路采用PWM产生电路。
优选的，所述驱动电路的个数与所述锂电池的数目相同。
优选的，所述驱动电路采用MOS管驱动电路，所述MOS管驱动电路中的MOS驱动芯片的型号为EG2104。
优选的，每一个所述电压能量转换电路均包括由MOS管组成的开关单元和一个电容组；
所述开关单元包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；所述第一MOS管的漏极分别与对应所述驱动电路、所述电容组的一端和第二MOS管的源极连接，所述第一MOS管的栅极分别与对应所述驱动电路和第三MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的源极通过共用电容C30与锂电池组的负极连接，所述第三MOS管的漏极分别与所述电容组的另一端和所述第四MOS管的源极连接，所述第四MOS管的栅极分别与对应所述驱动电路和第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极均与对应锂电池的负极连接，所述第四MOS管的漏极与对应锂电池的正极连接。
优选的，每个转换子电路中开关单元内的第三MOS管的源极均通过所述共用电容C30与锂电池组的负极连接。
优选的，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均采用NMOS管。
优选的，所述电容组通过两个电容并联而成。
优选的，所述两个电容中，其中一个电容采用固态电容。
优选的，所述的一种锂电池平衡电路，还包括电池欠压保护电路，所述电池欠压保护电路的输入端与所述第四MOS管的漏极连接，所述电池欠压保护电路的输出端均分别与各MOS驱动芯片中的SD引脚连接。
采用上述技术方案，具有以下优点：本发明提出的一种锂电池平衡电路，通过设有的触发电路进行周期性的采样，并利用与对应锂电池连接的电压能量转换电路，使电压达到平衡，实现电池均衡，进而使得电池的使用寿命得到了延长，减少了电能的浪费，节约了能源。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种锂电池平衡电路的系统结构图；
图2为本发明实施例中触发电路的结构示意图；
图3为本发明实施例中驱动电路所提供的驱动芯片的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种锂电池平衡电路的部分结构示意图；
图5为本发明实施例提供的应用测试曲线图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参考图1所示，本发明实施例提供了一种锂电池平衡电路，应用于多个锂电池串联组成的锂电池组，包括触发电路、驱动电路以及与锂电池数目相同且与对应锂电池连接的电压能量转换电路；
所述触发电路用于产生周期性的触发信号；
所述驱动电路用于根据所述触发信号输出驱动信号；
所述电压能量转换电路用于根据所述驱动信号和对应连接锂电池的电压，触发对应锂电池连接的电压能量转换电路工作，以实现电压平衡。
具体地，实施时，所述触发电路、驱动电路和电压能量转换电路顺次连接，本实施例中，所述驱动电路的个数与所述锂电池的数目相同，在本实施例中提供的锂电池组由四节锂电池组成，而在实际的运用中，不对其锂电池的数量做限制，当有更多节锂电池时，只需将驱动电路和电压能量转换电路的数量进行相应增加。
进一步地，所述触发电路采用PWM产生电路，所述PWM产生电路包括SE8533和Sn74lvclg14芯片及其外围电路，图中A点为与所述驱动电路的连接点，具体连接参照图2所示。
所述驱动电路采用MOS管驱动电路，所述MOS管驱动电路中的MOS驱动芯片的型号为EG2104，每个驱动电路的连接结构相同，本实施例以其中一个进行说明，参照图3所示，EG2104的电源由锂电池提供，第一、第四引脚与锂电池连接，第二引脚与PWM产生电路连接(即图2中所示意的A点)，电源引脚通过一二极管后与第八、第六引脚连接，并且第八、第六引脚之间设置一电容，第五、第六和第七引脚分别与对应的电压能量转换电路连接。
每一个所述电压能量转换电路均包括由MOS管组成的开关单元和一个电容组；由于各个电压能量转换电路的连接结构相同，本实施例以其中一个进行说明，参照图4所示。
所述开关单元包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；所述第一MOS管的漏极分别与对应所述驱动电路、所述电容组的一端和第二MOS管的源极连接，所述第一MOS管的栅极分别与对应所述驱动电路和第三MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的源极通过共用电容C30与锂电池组的负极连接，所述第三MOS管的漏极分别与所述电容组的另一端和所述第四MOS管的源极连接，所述第四MOS管的栅极分别与对应所述驱动电路和第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极均与对应锂电池的负极连接，所述第四MOS管的漏极与对应锂电池的正极连接；图4中可以看出，由于电池是串联而成，因此，锂电池B1的正极与锂电池B2的负极连接，以此类推，本领域技术人员应当清楚。
其中，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均采用NMOS管，即开关单元通过四个NMOS管组成，所述电容组通过两个电容并联而成；所述两个电容中，其中一个电容采用固态电容，利用固态电容的体积小、容量大、低内阻的特性；每个转换子电路中开关单元内的第三MOS管的源极均通过所述共用电容C30与锂电池组的负极连接。
需要说明的是，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管并不是指特定的MOS管编号，对本申请而言，存在四个转换子电路，Q1至Q4为一个转换子电路中的开关单元，Q1至Q4分别对应所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；Q5至Q8为另一个转换子电路中的开关单元，Q5对应为第一MOS管，Q6对应为第二MOS管，Q7对应为第三MOS管，Q8对应为第四MOS管；以此类推，本领域技术人员应当清楚，在此不再赘述。
进一步地，从附图中还可看出，各级联的锂电池之间还设置有另一电容组，其组成结构与前述的电容组相同，同样地，还设有保护装置，例如，熔断器；具体连接结构如图4所示，在此不做赘述。
在其他实施例中，所述的一种锂电池平衡电路，还包括电池欠压保护电路，所述电池欠压保护电路的输入端与所述第四MOS管的漏极连接，所述电池欠压保护电路的输出端均分别与各MOS驱动芯片中的SD引脚(即第三引脚)连接，具体连接结构参见图4所示，即U7芯片的设置，U7是电压监控芯片，低于设定的电压工作阀值会让驱动电路停止工作，进入低功耗休眠状态，防止电池电量被耗尽报废；这样在欠压时不进行工作，对锂电池进行保护，从而延长相应的使用寿命。
本发明在工作时：
EG2104的第二引脚是PWM信号输入引脚，自带死区控制，IN高电平，HO＝1，LO＝0；IN低电平，HO＝0，LO＝1；
EG2104的第三引脚是使能信号输入引脚，高电平有效。
工作原理简述：
当IN为高电平时(即EG2104的第二引脚，下面的含义与其一样)，Q1,Q3截止，Q2,Q4导通B1电池给C2充电至等电位；
当IN为高电平时，Q5,Q7截止，Q6,Q8导通B2电池给C6充电至等电位；
当IN为高电平时，Q9,Q11截止，Q10,Q12导通B3电池给C10充电至等电位；
当IN为高电平时，Q13,Q15截止，Q14,Q16导通B4电池给C14充电至等电位；
当IN为低平时，Q2,Q4截止，Q1,Q3导通C2等效于与C30并联；
当IN为低平时，Q6,Q8截止，Q5,Q7导通C6等效于与C30并联；
当IN为低平时，Q10,Q12截止，Q9,Q11导通C10等效于与C30并联；
当IN为低平时，Q14,Q16截止，Q13,Q15导通C14等效于与C30并联；
当IN为低平时，综上所述，等效于带有各自电池电压的电容C2,C6,C10,C14与C30动态并联平衡电压，如此反复。
由于锂电池使用过程中，随着循环次数增多，串联电池组的单体电压公差会逐渐变大，导致BMS提前检测到电池过放或者过充电压出现从而进入保护状态，让电池续航时间变短，而本方案也可以缓解电池出现这种情况。
采用上述方案，通过设有的触发电路进行周期性的采样，并利用与对应锂电池连接的电压能量转换电路，使电压达到平衡，实现电池均衡，进而使得电池的使用寿命得到了延长，减少了电能的浪费，节约了能源。
为了更加直观体现本发明的效果，参照图5所示，申请人给出了一种具体应用的测试曲线图。图5中的相关说明，如下表所示：
应用时，由于电池循环次数增加，电池容量衰减速度不一致，导致电池的电压已经严重失衡，电池木桶效应会让电池充电BMS系统检测到电池提前进入过充保护，实际上只是其中一个电池充满，或者让BMS系统检测到电池进入过放保护状态，实际上是其中一个电压较低的电池过放引起的，采用本发明的方案后经过一定时间，每个电池电压到达均衡，减少电池组木桶效应引起的容量衰减问题，进而实现延长电池组服役使用寿命。
最后需要说明的是，上述描述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电池平衡电路，应用于多个锂电池串联组成的锂电池组，其特征在于，包括触发电路、驱动电路以及与锂电池数目相同且与对应锂电池连接的电压能量转换电路；
所述触发电路用于产生周期性的触发信号；
所述驱动电路用于根据所述触发信号输出驱动信号；
所述电压能量转换电路用于根据所述驱动信号和对应连接锂电池的电压，触发对应锂电池连接的电压能量转换电路工作，以实现电压平衡；
其中，所述电压能量转换电路均包括由MOS管组成的开关单元和一个电容组；
所述开关单元包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；
所述第一MOS管的漏极分别与对应所述驱动电路、所述电容组的一端和第二MOS管的源极连接，
所述第一MOS管的栅极分别与对应所述驱动电路和第三MOS管的栅极连接，
所述第三MOS管的源极通过共用电容C30与锂电池组的负极连接，所述第三MOS管的漏极分别与所述电容组的另一端和所述第四MOS管的源极连接，
所述第四MOS管的栅极分别与对应所述驱动电路和第二MOS管的栅极连接，
所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极均与对应锂电池的负极连接，所述第四MOS管的漏极与对应锂电池的正极连接；
每个转换子电路中开关单元内的第三MOS管的源极均通过所述共用电容C30与锂电池组的负极连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池平衡电路，其特征在于，所述触发电路采用PWM产生电路。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池平衡电路，其特征在于，所述驱动电路的个数与所述锂电池的数目相同。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池平衡电路，其特征在于，所述驱动电路采用MOS管驱动电路，所述MOS管驱动电路中的MOS驱动芯片的型号为EG2104。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池平衡电路，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均采用NMOS管。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池平衡电路，其特征在于，所述电容组通过两个电容并联而成。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池平衡电路，其特征在于，所述两个电容中，其中一个电容采用固态电容。
8.根据权利要求5至6中任一所述的一种锂电池平衡电路，其特征在于，还包括电池欠压保护电路，所述电池欠压保护电路的输入端与所述第四MOS管的漏极连接，所述电池欠压保护电路的输出端均分别与各MOS驱动芯片中的SD引脚连接。
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