CN112332476A - 一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路 - Google Patents

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鲁涛
王亚辉
万伟雄
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Abstract

本发明公开了一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，于，包括有单体电池，所述单体电池的两端均电性连接有自动开关切换线路，单体电池两端通过各自的自动开关切换线路电性连接有DMOS自动极性切换电路，所述DMOS自动极性切换电路电性连接有超级电容。本发明在超级电容与串联电池组的节点之间加入一组由DMOS构成的自动极性切换电路，减少了超级电容与串联电池组的节点之间的线路根数，只需要原来一半的线路根数就可达到同样的效果，大大降低了成本与线路复杂程度，简化了控制程序逻辑，同时提高串联电池组均衡充放电的安全可靠性与灵活性。

Description

一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路
技术领域
本发明属于电源转换技术领域，涉及一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路。
背景技术
现如今，新能源汽车越来越普及，但是新能源汽车本身也存在着些许问题，其中新能源汽车的一大问题是电池的充电均衡问题问题，新能源汽车的蓄电池是由多个串联电池组并联组成，而对于一组串联电池组中的单体电池进行充放电时，串联电池之间节点需连接至一个公共超级电容进行能量均衡。每个节点对于相邻两个单体电池而言一个为正极，另一个则为负极。为了保证每节电池充放电时超级电容两端的极性不发生错误，常规电路中往往采用了两倍于电池节数的电池线路进行多次切换，大大增加了成本和线路复杂程度，对于控制程序逻辑的编写也过于繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，解决了现有技术中存在的新能源汽车的蓄电池的电池线路复杂，控制程序逻辑的编写繁琐的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，包括有单体电池，单体电池的两端均电性连接有自动开关切换线路，单体电池两端通过各自的自动开关切换线路电性连接有DMOS自动极性切换电路，DMOS自动极性切换电路电性连接有超级电容。
本发明的特点还在于：
自动开关切换线路包括有1个电阻与1个光耦继电器，单体电池的两端线路BT0连接至光耦继电器U0内光三极管的集电极，光耦继电器U0内光三极管的发射极连接至CAP A端口，控制芯片IO口S0引脚连接至光耦继电器U0内发光二极管的阴极，3.3V电源经过限流电阻R1连接至光耦继电器U0内发光二极管的阳极，其余线路顺次按照以上方式连接；BT0、BT2、BT4、BT6、BT8、BT10、BT12通过光耦继电器U0、U2、U4、U6、U8、U10、U12并联连接至CAP A端，BT1、BT3、BT5、BT7、BT9、BT11通过光耦继电器U1、U3、U5、U7、U9、U11并联连接至CAP B端。
光耦继电器的控制端电性连接有控制芯片。
控制芯片的控制程序具体按照以下步骤实施实施：
步骤1、检测各个单体电池电量；
步骤2、根据步骤1的结果选择需要进行充放电的单体电池；
步骤3、根据步骤2结果进行单体电池切换。
DMOS自动极性切换电路包括有四个双通道MOS管，四个所述双通道MOS管其中一对是P沟道的双通道DMOS-P管Q1与Q2，另一对是N沟道的双通道DMOS-N管Q3与Q4，CAP A端与Q1的Pin_1相连、经过R5与Q2的Pin_2Pin_4相连、经过R2与Q3的Pin_2Pin_4相连、经过R4与Q3的Pin_1Pin_3相连、经过R7与Q4的Pin_1Pin_3相连、经过R8与Q4的Pin_2Pin_4相连、与Q4的Pin_7Pin_8相连；CAP B端经过R1与Q1的Pin_2Pin_4相连、与Q2的Pin_1相连、与Q3的Pin_7Pin_8相连、经过R3与Q3的Pin_1Pin_3相连、经过R4与Q3的Pin_2Pin_4相连、经过R6与Q4的Pin_2Pin_4相连、经过R8与Q4的Pin_1Pin_3相连；Q1与Q2的Pin_5、Pin_6、Pin_7、Pin_8相连接，Q1与Q2的Pin_3并联至PE A端，Q3与Q4的Pin_5Pin_6并联至PE B端。
本发明的有益效果是：
1、本发明是在超级电容与串联电池组的节点之间加入一组由DMOS构成的自动极性切换电路，减少了超级电容与串联电池组的节点之间的线路根数，只需要原来一半的线路根数就可达到同样的效果，自动实现电池放电和充电时两个方向的极性判别及切换功能。
2、本发明大大降低了成本与线路复杂程度，简化了控制程序逻辑，同时提高串联电池组均衡充放电的安全可靠性与灵活性。
附图说明
图1是本发明一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路的应用于12节单体电池组的单体电池自动开关切换线路示例图；
图2是本发明一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路的充放电时极性自动切换电路示例图；
图3是本发明一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路的CAP A端为正极CAPB端为负极放电时极性自动切换电路示例图；
图4是本发明一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路的CAP A端为正极CAPB端为负极充电时极性自动切换电路示例图
图5是本发明一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路的CAP A端为负极CAPB端为正极放电时极性自动切换电路示例图；
图6是本发明一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路的CAP A端为负极CAPB端为正极充电时极性自动切换电路示例图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，包括有单体电池，单体电池的两端均电性连接有自动开关切换线路，单体电池两端通过各自的自动开关切换线路电性连接有DMOS自动极性切换电路，DMOS自动极性切换电路电性连接有超级电容。
如图1所示，自动开关切换线路包括有1个电阻与1个光耦继电器，单体电池的两端线路BT0连接至光耦继电器U0内光三极管的集电极，光耦继电器U0内光三极管的发射极连接至CAP A端口，控制芯片IO口S0引脚连接至光耦继电器U0内发光二极管的阴极，3.3V电源经过限流电阻R1连接至光耦继电器U0内发光二极管的阳极，其余线路顺次按照以上方式连接；BT0、BT2、BT4、BT6、BT8、BT10、BT12通过光耦继电器U0、U2、U4、U6、U8、U10、U12并联连接至CAP A端，BT1、BT3、BT5、BT7、BT9、BT11通过光耦继电器U1、U3、U5、U7、U9、U11并联连接至CAP B端。
光耦继电器的控制端电性连接有控制芯片。
控制芯片的控制程序具体按照以下步骤实施实施：
步骤1、检测各个单体电池电量；
步骤2、根据步骤1的结果选择需要进行充放电的单体电池；
步骤3、根据步骤2结果进行单体电池切换。
如图1所示，自动开关切换线路的工作原理是：在单体电池充放电时，每次只有一节单体电池的两端线路与DMOS自动极性切换电路连接，当IO口发出一个低电平信号给光耦继电器的控制端时，光耦继电器的光三极管导通，使单体电池与自动极性切换线路相连接。
如图2所示，DMOS自动极性切换电路包括有四个双通道MOS管，四个所述双通道MOS管其中一对是P沟道的双通道DMOS-P管Q1与Q2，另一对是N沟道的双通道DMOS-N管Q3与Q4，DMOS自动极性切换电路中的电阻起的是强拉电阻的作用。其中与P沟道双通道DMOS-P管相栅极连接的电阻是起下拉电阻的作用使得与输入电源相连接的栅极能够处于低电位，从而使得P沟道双通道DMOS-P管顺利导通，而与N沟道双通道DMOS-N管相栅极连接的电阻是起上拉电阻的作用使得与输入电源相连接的栅极能够处于高电位，从而使得N沟道双通道DMOS-N管顺利导通。
CAP A端与Q1的Pin_1相连、经过R5与Q2的Pin_2Pin_4相连、经过R2与Q3的Pin_2Pin_4相连、经过R4与Q3的Pin_1Pin_3相连、经过R7与Q4的Pin_1Pin_3相连、经过R8与Q4的Pin_2Pin_4相连、与Q4的Pin_7Pin_8相连；CAP B端经过R1与Q1的Pin_2Pin_4相连、与Q2的Pin_1相连、与Q3的Pin_7Pin_8相连、经过R3与Q3的Pin_1Pin_3相连、经过R4与Q3的Pin_2Pin_4相连、经过R6与Q4的Pin_2Pin_4相连、经过R8与Q4的Pin_1Pin_3相连；Q1与Q2的Pin_5、Pin_6、Pin_7、Pin_8相连接，Q1与Q2的Pin_3并联至PE A端，Q3与Q4的Pin_5Pin_6并联至PE B端。
本发明一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，其工作原理如下：
1、当单体电池进行放电时
(1)如图3所示，若CAP A端为正极CAP B端为负极，DMOS-P管Q1的Pin_2与Pin_1之间产生负电压差使得左侧MOS管导通Pin_8输出，Pin_4与Pin_5之间产线负电压差使得右侧MOS管导通Pin_3输出，CAP A经由DMOS-P管Q1与PE A接入超级电容正极；DMOS-N管Q3的Pin_2与Pin_8产生正电压差左侧MOS管导通Pin_1输出，Pin_4与Pin_3之间产生正电压差使得右侧MOS管导通Pin_5输出，CAP B经由DMOS-N管Q3与PE B接入超级电容负极。
(2)如图5所示，若CAP A端为负极CAP B端为正极，DMOS-N管Q4的Pin_2与Pin_8间产生正电压差使左侧MOS管导通Pin_1输出，Pin_3与Pin_4间产生正电压差使右侧MOS管导通CAP A经由DMOS-N管Q4与PE B接入超级电容负极；DMOS-P管Q2的Pin_2与Pin_1引脚产生负电压差使左侧MOS管导通Pin_8输出，Pin_4与Pin_5间产生负电压差使右侧MOS管导通Pin_3输出,CAP B经由DMOS-P管Q2与PE A接入超级电容正极。
综合上述(1)(2)两种情况，这样无论CAP A与CAP B是正极还是负极，最后接入超级电容两端的正负极性是固定的。
2、当单体电池进行充电时
(1)如图4所示，若CAP A为正极CAP B为负极，DMOS-P管Q1的Pin_3与Pin_4之间产生负电压差使右侧MOS管导通Pin_5输出，使Pin_2与Pin_8间产生负电压差使左侧MOS管导通Pin_1输出，超级电容正极经由PE A与DMOS-P管Q1接入CAP A；DMOS-N管Q3的Pin_4与Pin_5之间产生正电压差使右侧MOS管导通Pin_3输出，Pin_2与Pin_1引脚之间产生正电压差使左侧MOS管导通Pin_8输出，超级电容负极经由PE B与DMOS-N管Q3接入CAP B。
(2)如图6所示，若CAP A为负极CAP B为正极，DMOS-P管Q2的Pin_3与Pin_4之间产生负电压差使右侧MOS管导通Pin_5输出，是Pin_2与Pin_8间产生负电压差使欧侧MOS管导通Pin_1输出，超级电容正极经由PE A与DMOS-P管Q3接入CAP B；DMOS-N管Q4的Pin_4与Pin_5之间产生正电压差使右侧MOS管导通Pin_3输出，Pin_2与Pin_1之间产生正电压差使左侧MOS管导通Pin_8输出，超级电容负极经由PE B与DMOS-N管Q4接入CAP A。
本发明一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，其优点在于在于：在超级电容与串联电池组的节点之间加入一组由DMOS构成的自动极性切换电路，减少了超级电容与串联电池组的节点之间的线路根数，只需要原来一半的线路根数就可达到同样的效果，大大降低了成本与线路复杂程度，简化了控制程序逻辑，同时提高串联电池组均衡充放电的安全可靠性与灵活性。

Claims (5)

1.一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，其特征在于，包括有单体电池，所述单体电池的两端均电性连接有自动开关切换线路，单体电池两端通过各自的自动开关切换线路电性连接有DMOS自动极性切换电路，所述DMOS自动极性切换电路电性连接有超级电容。
2.根据权利要求1所述的一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，其特征在于，所述自动开关切换线路包括有1个电阻与1个光耦继电器，单体电池的两端线路BT0连接至光耦继电器U0内光三极管的集电极，光耦继电器U0内光三极管的发射极连接至CAP A端口，控制芯片IO口S0引脚连接至光耦继电器U0内发光二极管的阴极，3.3V电源经过限流电阻R1连接至光耦继电器U0内发光二极管的阳极，其余线路顺次按照以上方式连接；BT0、BT2、BT4、BT6、BT8、BT10、BT12通过光耦继电器U0、U2、U4、U6、U8、U10、U12并联连接至CAP A端，BT1、BT3、BT5、BT7、BT9、BT11通过光耦继电器U1、U3、U5、U7、U9、U11并联连接至CAP B端。
3.根据权利要求2所述的一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，其特征在于，所述光耦继电器的控制端电性连接有控制芯片。
4.根据权利要求3所述的一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，其特征在于，所述控制芯片的控制程序具体按照以下步骤实施实施：
步骤1、检测各个单体电池电量；
步骤2、根据步骤1的结果选择需要进行充放电的单体电池；
步骤3、根据步骤2结果进行单体电池切换。
5.根据权利要求1所述的一种串联电池组中单体电池极性自动切换电路，其特征在于，所述DMOS自动极性切换电路包括有四个双通道MOS管，四个所述双通道MOS管其中一对是P沟道的双通道DMOS-P管Q1与Q2，另一对是N沟道的双通道DMOS-N管Q3与Q4，CAP A端与Q1的Pin_1相连、经过R5与Q2的Pin_2Pin_4相连、经过R2与Q3的Pin_2Pin_4相连、经过R4与Q3的Pin_1Pin_3相连、经过R7与Q4的Pin_1Pin_3相连、经过R8与Q4的Pin_2Pin_4相连、与Q4的Pin_7Pin_8相连；CAP B端经过R1与Q1的Pin_2Pin_4相连、与Q2的Pin_1相连、与Q3的Pin_7Pin_8相连、经过R3与Q3的Pin_1Pin_3相连、经过R4与Q3的Pin_2Pin_4相连、经过R6与Q4的Pin_2Pin_4相连、经过R8与Q4的Pin_1Pin_3相连；Q1与Q2的Pin_5、Pin_6、Pin_7、Pin_8相连接，Q1与Q2的Pin_3并联至PE A端，Q3与Q4的Pin_5Pin_6并联至PE B端。
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