CN113162143A - 一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路 - Google Patents
一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113162143A CN113162143A CN202110297305.3A CN202110297305A CN113162143A CN 113162143 A CN113162143 A CN 113162143A CN 202110297305 A CN202110297305 A CN 202110297305A CN 113162143 A CN113162143 A CN 113162143A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- equalization
- module
- loop
- pin
- equalizing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
- H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
- H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,电池组包括多个串联的单体电池B;该均衡电路,包括多个均衡模块、MCU模块和电源模块;每个均衡模块分别包括均衡开关回路、均衡控制回路和均衡检测回路;每个单体电池B,分别与一个均衡模块相对应连接。对于每个均衡模块,均衡开关回路分别与一个单体电池B的正极端和负极端相连接,及分别与均衡控制回路和均衡检测回路相连接;均衡控制回路和均衡检测回路相连;均衡控制回路和均衡检测回路,分别与MCU模块相连;均衡控制回路和均衡检测回路,分别与电源模块相连;MCU模块和电源模块相连。本发明通过硬件控制电路的冗余保护机制,能够降低均衡电路失效率,提高均衡电路可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域,特别是涉及一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路。
背景技术
电池管理系统(Battery Management System,以下简称BMS)是电池保护装置,也是电池与负载终端的桥梁,用于根据在线监测的电池实际使用状态,来为电池提供过充、过放、过温等保护功能,确保电池被安全使用。目前,电池管理系统BMS在电动汽车、通信基站、机器人、消费类电子产品等诸多领域,被广泛应用。
在实际电池应用中,通常会采用多个单体电池串联形成电池组,来为负载提供电能,但是,由于单体电池性能并不是绝对一致的,因此容易出现单体电池之间的电量存在差异的情况,如果这个差异严重,就会导致电量较低的单体电池不能被充满或者总是最先进入过放电状态,以及导致电量较高的单体电池总是最先进入过充电状态,这样,不但会减少电池组的循环使用寿命,而且还会因为频繁的过充电和过放电而引发安全事故,因此,在电池管理系统BMS中,就需要采用均衡电路,来减小单体电池之间的电量差异或者维持电量差异不再继续增大,以求尽量延长电池组的整体循环使用寿命,降低安全事故的发生几率。
对于现有的被动均衡技术方案,是对电池组中每一节单体电池都分别配置一个均衡电路,由监控系统的软件控制相应均衡电路的通断,存在的主要问题如下:
第一,当多个相邻的均衡电路同时开启时,其中位置最低的那个均衡开关电路(即最靠近电池组负极端的那个单体电池所连接的均衡开关电路)中的开关管,会因为承受与之依次相邻的位置较高的几个单体电池电压之和,这个电压之和可能会超过开关管的最高规格值,因而被高压击穿,失效率比较高;
第二,当相邻的多个均衡电路同时开启时,由于均衡电路中均衡电阻的发热量比较大,会发生热量积聚现象,从而导致监控系统的软件频繁控制均衡电路的通断,以减少热量积聚,这样降低了对电池的均衡效果,甚至不能起到良好的均衡作用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷,提供一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路。
为此,本发明提供了一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,电池组包括多个串联的单体电池B;
该均衡电路,包括多个均衡模块、MCU模块和电源模块;
其中,每个均衡模块,分别包括一个均衡开关回路、一个均衡控制回路和一个均衡检测回路;
其中,每个单体电池B,分别与一个均衡模块相对应连接;
对于每个均衡模块,均衡开关回路分别与一个单体电池B的正极端和负极端相连接,以及分别与均衡控制回路和均衡检测回路相连接;
均衡控制回路和均衡检测回路相连接;
均衡控制回路和均衡检测回路,分别与MCU模块400相连接;
均衡控制回路和均衡检测回路,分别与电源模块相连接;
其中,MCU模块和电源模块相连接。
优选地,对于每个均衡模块,其输入端1分别连接一个单体电池B的正极端B+,使单体电池B能够通过本均衡模块分流实现均衡,流过本均衡模块的电流为均衡电流;
对于每个均衡模块,其输入端2连接单体电池B的负极端B-,使单体电池B能够通过本均衡模块分流实现均衡;
对于每个均衡模块,其输入端3,分别对应连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向本单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块输出的均衡启动信号,从而控制本单体电池B的均衡模块的开启和截止;
对于每个均衡模块,其输入端4,分别对应连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收MCU模块针对本均衡模块发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块,其输入端5,分别对应连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向本单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块输出的均衡启动信号,用于控制本均衡模块的开启和截止;
对于每个均衡模块,其输入端6连接电源模块的输出端VDD,用于接收直流电源5V;
对于每个均衡模块,其输出端MB,分别对应连接所述MCU模块的一个输入端,用于输出均衡模块的均衡检测信号MB给MCU模块400,为MCU模块提供本均衡模块的均衡状态;
其中,对于不连接电池组的正极端B+的单体电池B,其相邻的、更靠近电池组正极端B+的一个单体电池,定义为单体电池B的高位相邻单体电池;
对于不连接电池组的负极端B-的单体电池B,其相邻的、更靠近电池组负极端B-的一个单体电池,定义为单体电池B的低位相邻单体电池。
优选地,对于每个均衡模块中的均衡开关回路,其输入端1,作为该均衡模块的输入端1,分别连接一个单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块中的均衡开关回路,其输入端2,作为该均衡模块的输入端2,具体连接单体电池B的负极端B-,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块中的均衡开关回路,其输入端3,连接本均衡模块中的均衡控制回路的输出端CK,用于接收本均衡模块中的均衡控制回路发送的均衡控制信号CK;
对于每个均衡模块中的均衡开关回路,其输出端TB,连接所述本均衡模块中的均衡检测回路的输入端2,用于向本均衡模块中的均衡检测回路发送均衡检测信号TB,控制本均衡模块中的均衡检测回路的输出端MB信号状态的变化。
优选地,对于每个均衡模块中的均衡控制回路,其输入端1,作为所述第2个均衡模块的输入端1,分别对应连接单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块中的均衡控制回路,其输入端2,作为本均衡模块的输入端2,具体连接单体电池B的负极端B-,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块中的均衡控制回路,其输入端3,连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块输出的均衡启动信号;
对于每个均衡模块中的均衡控制回路,其输入端4,连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收所述MCU模块针对本均衡控制回路发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块中的均衡控制回路,其输入端5,连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块输出的均衡启动信号;
对于每个均衡模块中的均衡控制回路,其输入端6,连接所述电源模块的输出端VDD,用于接收电源模块发送的5V直流电源;
对于每个均衡模块中的均衡控制回路,其输出端CK,连接本均衡模块中的均衡开关回路的输入端3,用于向本均衡模块中的均衡开关回路发送均衡控制信号CK,控制本均衡模块中的均衡开关回路的开启和截止。
优选地,对于每个均衡模块中的均衡检测回路,其输入端1,作为所述第2个均衡模块的输入端1,分别对应连接单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块中的均衡检测回路,其输入端2,连接本均衡模块中的均衡开关回路的输出端TB,用于接收本均衡模块中的均衡开关回路发送的均衡检测信号TB;
对于每个均衡模块中的均衡检测回路,其输入端3,连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块输出的均衡启动信号;
对于每个均衡模块中的均衡检测回路,其输入端4,连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收所述MCU模块向本均衡检测回路发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块中的均衡检测回路,其输入端5,连接所述MCU模块的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块输出的均衡启动信号;
对于每个均衡模块中的均衡检测回路,其输入端6,连接所述电源模块的输出端VDD,用于接收电源模块发送的5V直流电源;
对于每个均衡模块中的均衡检测回路,其输出端MB2,连接所述MCU模块的一个输入端IN,用于向所述MCU模块发送均衡检测信号MB。
优选地,其电源输入端VCC连接电源模块的输出端VDD,用于接收5V直流电源;
MCU模块,其包括多个输入端IN,每个输入端IN分别与一个均衡模块的输出端MB对应连接,用于对应接收一个均衡模块发送的均衡检测信号MB,然后根据预设奇偶控制逻辑规定的均衡检测信号MB的信号状态,来判断单体电池B的均衡模块的均衡状态;
MCU模块,其包括多个输出端CB;
每个输出端CB,分别与一个均衡模块的输入端3连接,用于给每个均衡模块分别发送一个均衡启动信号CB,控制均衡模块的开启和截止;
对于电源模块,其输出端VDD分别连接多个均衡模块的输入端6和MCU模块的电源输入端VCC,用于提供5V直流电源。
优选地,对于不连接电池组的正极端B+和负极端B-的任意一个单体电池Bm,其所对应连接的均衡开关回路,包括:均衡电阻RB2、电阻R21~R23、均衡开关管Q21和二极管D22,其中:
均衡电阻RB2的第1管脚和电阻R23的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路的输入端1,都与单体电池Bm的正极端Bm+相连接,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
均衡电阻RB2的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路的输出端TBm;
单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路的输出端TBm,还分别连接所述均衡开关管Q21的集电极C、所述二极管D22的阴极和电阻R23的第2管脚,用于为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路提供均衡检测信号TBm;
二极管D22的阳极、均衡开关管Q21的发射极E和电阻R22的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路的输入端2,都与单体电池B2的负极端B2-相连接,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
均衡开关管Q21的基极B,分别连接电阻R22的第1管脚和二极管D21的阴极;
二极管D21的阳极,连接电阻R21的第1管脚;
电阻R21的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路的输入端3,连接单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路的输出端CKm,用于接收该均衡控制回路发送的均衡控制信号CKm;
其中,m是小于或等于n的任意一个自然数;对于电池组中的单体电池B,n为电池组中单体电池串联的数量。
优选地,单体电池Bm,其所对应连接的均衡控制回路包括:电阻R201~R208、二极管D、开关管Q201~Q204和光耦Q205,其中:
电阻R201的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路的输入端4,连接所述MCU模块的第m个输出端CBm,用于接收所述MCU模块发送的均衡启动信号CBm;
电阻R201的第1管脚,连接开关管Q201的基极B;
开关管Q201的发射极E,连接接地端GND;
开关管Q201的集电极C,连接电阻R202的第2管脚;
电阻R202的第1管脚,连接开关管Q202的基极B;
开关管Q202的发射极E,连接电阻R206的第2管脚;
电阻R206的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路的输入端6,连接所述电源模块的VDD端,用于接收5V直流电源;
开关管Q202的集电极C,连接CT端;
CT端,分别连接开关管Q203的集电极C、开关管Q204的集电极C和光耦Q205的第3管脚;
开关管Q203的基极B,分别连接电阻R203的第1管脚和电阻R210的第1管脚;
开关管Q203的发射极E,连接接地端GND;
电阻R203的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路的输入端5,连接MCU模块的第m+1个输出端CBm+1,接收所述MCU模块发送的均衡启动信号CBm+1;
电阻R210的第2管脚,连接接地端GND;
开关管Q204的基极B,分别连接电阻R204的第1管脚和电阻R209的第1管脚;
开关管Q204的发射极E,连接接地端GND;
电阻R204的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路的输入端3,连接MCU模块的输出端CBm-1,用于接收所述MCU模块发送的均衡启动信号CBm-1;
电阻R209的第2管脚,连接接地端GND;
光耦Q205的第4管脚,连接电阻R205的第1管脚;
光耦Q205的第1管脚,连接电阻R207的第2管脚;
光耦Q205的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路的输出端CKm,连接单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路的输入端3;
光耦Q205的第2管脚,还连接二极管D的阳极;
二极管D的阴极,连接电阻R208的第2管脚;
电阻R208的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路的输入端2,连接单体电池Bm的负极端Bm-,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R207的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路的输入端1,连接单体电池Bm的正极端Bm+,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R205的第2管脚,连接接地端GND。
优选地,单体电池Bm,其所对应连接的均衡检测回路包括:电阻R50~R55、开关管Q51、光耦Q50、与门U21~U22和或门U23,其中:
电阻R50的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路的输入端1,连接单体电池Bm的正极端Bm+,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R50的第2管脚,连接光耦Q50的第1管脚;
光耦Q50的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路的输入端2,连接单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路的输出端TBm,用于接收单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路发送的均衡检测信号TBm;
光耦Q50的第3管脚,连接电阻R51的第1管脚;
光耦Q50的第4管脚、电阻R52的第1管脚、电阻R54的第1管脚和开关管Q51的发射极E,都与单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路的输出端MBm相连接;
单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路的输出端MBm,与所述MCU模块的第m个输入端INm连接,用于为所述MCU模块提供均衡检测信号MBm;
电阻R52和电阻R54的第2管脚,分别连接接地端GND;
电阻R51的第2管脚和电阻R53的第1管脚,作为第2个均衡检测回路的输入端5,分别与所述电源模块的电源端VDD相连接,用于接收5V直流电源;
电阻R53的第2管脚,连接开关管Q51的集电极C;
开关管Q51的基极B,连接电阻R55的第1管脚;
电阻R55的第2管脚,连接或门U23的第3管脚,用于接收所述或门U23发出的控制信号;
或门U23的第1管脚,连接与门U21的第3管脚,用于接收与门U21发出的控制信号;
或门U23的第2管脚,连接与门U22的第3管脚,用于接收与门U22发出的控制信号;
与门U21的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路的输入端3,均连接所述MCU模块的第m-1个输出端CBm-1,用于接收MCU模块向单体电池Bm的低位相邻单体电池Bm-1输出的均衡启动信号CBm-1;
与门U21的第2管脚和与门U22的第1管脚,作为第2个均衡检测回路的输入端4,均连接所述MCU模块的输出端CBm,用于接收MCU模块向单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路输出的均衡启动信号CB2;
与门U22的第2管脚,作为第2个均衡检测回路的输入端5,连接所述MCU模块输出端CBm+1,用于接收MCU模块向单体电池Bm的高位相邻单体电池输出的均衡启动信号CBm+1。
由以上本发明提供的技术方案可见,与现有技术相比较,本发明提供了一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其设计科学,通过硬件控制电路的冗余保护机制,使奇偶相邻的单体电池不能同时开启均衡,以此降低均衡电路失效率,提高均衡电路可靠性,也降低了因为均衡电路失效而造成的电池损伤,降低了安全事故的发生概率,具有重大的实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路的示意框图;
图2为本发明提供的一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路中,第2个均衡模块的示意框图;
图3a为在本发明中,对于任意一个单体电池Bm,对应的第m个均衡开关回路的原理图;
图3b为在本发明中,在具体实施例中,单体电池B2对应的第2个均衡开关回路的原理图,即m为2。
图4a为在本发明中,对于任意一个单体电池Bm,对应的第m个均衡控制回路的原理图;
图4b为在本发明中,在具体实施例中,单体电池B2对应的第2个均衡控制回路的原理图,即m为2。
图5a为在本发明中,对于任意一个单体电池Bm,对应的第m个均衡检测回路的原理图;
图5b为在本发明中,在具体实施例中,单体电池B2对应的第2个均衡检测回路的原理图,即m为2。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段更容易理解,下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请,而非对该申请的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参见图1至图5b,本发明提供了一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,该电池组包括多个串联的单体电池B;
该均衡电路,包括多个均衡模块100、MCU模块200和电源模块300;
其中,每个均衡模块100,分别包括一个均衡开关回路1001、一个均衡控制回路1002和一个均衡检测回路1003;
其中,每个单体电池B,分别与一个均衡模块100相对应连接。
对于每个均衡模块100,均衡开关回路1001分别与一个单体电池B的正极端和负极端相连接,以及分别与均衡控制回路1002和均衡检测回路1003相连接;
均衡控制回路1002和均衡检测回路1003相连接;
均衡控制回路1002和均衡检测回路1003,分别与MCU模块400相连接;
均衡控制回路1002和均衡检测回路1003,分别与电源模块300相连接;
其中,MCU模块200和电源模块300相连接。
在本发明中,对于不连接电池组的正极端B+(即不在图1所示的电池组尾端)的每个单体电池B,其相邻的、更靠近电池组正极端B+的一个单体电池,定义为单体电池B的高位相邻单体电池;
对于不连接电池组的负极端B-(即不在图1所示的电池组首端)的每个单体电池B,其相邻的、更靠近电池组负极端B-的一个单体电池,定义为单体电池B的低位相邻单体电池;
在本发明中,具体实现上,参见图1所示,电池组包括n个单体电池,n是大于或等于1的自然数。
在图1中,对于电池组中的单体电池B,n为电池组中电池串联的数量,对应的有n个均衡模块100。
图1中,n的数值越大,说明单体电池在电池组中的位置越低,就越靠近电池组的负极端B-,反之,在电池组中的位置越高,也就越靠近电池组的正极端B+。
在本发明中,单体电池Bn是处于电池组中的最低位,也就是Bn的负极端Bn-与电池组负极端B-连接;单体电池B1是处于电池组中的最高位,也就是B1的正极端B1+与电池组正极端B+连接。
需要说明的是,每个单体电池B分别具有一个均衡模块100,也就是,有n个单体电池就有n个均衡模块100;MCU模块200具有n个均衡启动信号输出端CB(包括均衡启动信号输出端CB1~CBn),分别与所对应的所述均衡模块100连接,用于发送均衡启动信号CB。例如,如图1所示,单体电池B1~Bn分别对应第1个均衡模块100~第n个均衡模块100,第1个均衡模块100~第n个均衡模块100分别对应MCU模块200的输出端CB1~CBn。
需要说明的是,每个均衡模块100的输入端,除了连接各自所对应的单体电池B和接收各自所对应的均衡启动信号CB之外,同时还需要接收全部相邻的均衡模块100所对应的均衡启动信号CB。其中,对于不连接电池组的正极端B+和负极端B-的任意一个单体电池的均衡模块100,将接收相邻的两个均衡模块100所对应的均衡启动信号CB。而对于连接电池组的正极端B+的单体电池B1以及连接电池组负极端B-的单体电池Bn,则由于它们的均衡模块只有一个相邻的均衡模块,所以只是接收相邻的一个均衡模块100所对应的均衡启动信号CB。
例如,图1中的第2个均衡模块100,除了接收均衡启动信号CB2之外,还要接收第1个均衡模块100所对应的均衡启动信号CB1和第3个均衡模块100所对应的均衡启动信号CB3;同理,第3个均衡模块100,同时接收均衡启动信号CB2、CB3和CB4,第4个均衡模块100,同时接收均衡启动信号CB3、CB4和CB5,以此类推。
需要说明的是,每个均衡模块100的输出端MB,分别与所述MCU模块200的输入端IN连接,用于为所述MCU模块200发送均衡状态信号MB,使所述MCU模块200能够实时判断每个均衡模块100的均衡状态。
在本发明中,具体实现上,对于每个均衡模块100,其输入端1(具体包括均衡开关回路1001的输入端1、均衡检测回路1003的输入端1和均衡控制回路1003的输入端1)分别连接一个单体电池B的正极端B+,使单体电池B能够通过本均衡模块100分流实现均衡,流过本均衡模块100的电流为均衡电流;
对于每个均衡模块100,其输入端2(具体包括均衡检测回路1003的输入端2和均衡控制回路1002的输入端2)连接单体电池B的负极端B-,使单体电池B能够通过本均衡模块100分流实现均衡;
对于每个均衡模块100,其输入端3(具体包括均衡检测回路1003的输入端3和均衡控制回路1002的输入端3),分别对应连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向本单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号(具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号),从而控制本单体电池B的均衡模块100的开启和截止;
其中,对于连接电池组的正极端B+的单体电池B1,由于其不存在高位相邻电池,其对应连接的均衡模块100的输入端3悬空,不会接收均衡启动信号CB。
对于每个均衡模块100,其输入端4(具体包括均衡检测回路1003的输入端4和均衡控制回路1002的输入端4),分别对应连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收MCU模块200针对本均衡模块100(具体是本均衡模块100中的均衡控制回路1002)发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块100,其输入端5(具体包括均衡检测回路1003的输入端5和均衡控制回路1002的输入端5),分别对应连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向本单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号(具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号),用于控制本均衡模块的开启和截止;
其中,对于连接电池组负极端B-的单体电池Bn,由于其不存在低位相邻电池,其对应连接的均衡模块100的输入端5悬空,不会接收均衡启动信号CB。
对于每个均衡模块100,其输入端6(具体包括均衡检测回路1003的输入端6和均衡控制回路1002的输入端6)连接电源模块300的输出端VDD,用于接收直流电源5V;
对于每个均衡模块100,其输出端MB(具体是均衡检测回路1003的输出端MB),分别对应连接所述MCU模块200的一个输入端,用于输出均衡模块100的均衡检测信号MB给MCU模块400,为MCU模块200提供本均衡模块100的均衡状态。均衡检测信号MB的信号状态包括3种:高电平、低电平和0V;
在本发明中,具体实现上,对于每个均衡模块100中的均衡开关回路1001,其输入端1,作为该均衡模块100的输入端1,分别连接一个单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块100中的均衡开关回路1001,其输入端2,作为该均衡模块100的输入端2,具体连接单体电池B的负极端B-,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块100中的均衡开关回路1001,其输入端3,连接本均衡模块100中的均衡控制回路1002的输出端CK,用于接收本均衡模块100中的均衡控制回路1002发送的均衡控制信号CK;
对于每个均衡模块100中的均衡开关回路1001,其输出端TB,连接所述本均衡模块100中的均衡检测回路1003的输入端2,用于向本均衡模块100中的均衡检测回路1003发送均衡检测信号TB,控制本均衡模块100中的均衡检测回路1003的输出端MB信号状态的变化。
在本发明中,具体实现上,对于每个均衡模块100中的均衡控制回路1002,其输入端1,作为所述第2个均衡模块100的输入端1,分别对应连接单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块100中的均衡控制回路1002,其输入端2,作为本均衡模块100的输入端2,具体连接单体电池B的负极端B-,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块100中的均衡控制回路1002,其输入端3,连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号(具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号);
对于每个均衡模块100中的均衡控制回路1002,其输入端4,连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收所述MCU模块200针对本均衡控制回路1002发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块100中的均衡控制回路1002,其输入端5,连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号(具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号);
对于每个均衡模块100中的均衡控制回路1002,其输入端6,连接所述电源模块300的输出端VDD,用于接收电源模块300发送的5V直流电源;
对于每个均衡模块100中的均衡控制回路1002,其输出端CK,连接本均衡模块100中的均衡开关回路1001的输入端3,用于向本均衡模块100中的均衡开关回路1001发送均衡控制信号CK2,控制本均衡模块100中的均衡开关回路1001的开启和截止。
在本发明中,具体实现上,对于每个均衡模块100中的均衡检测回路1003,其输入端1,作为所述第2个均衡模块100的输入端1,分别对应连接单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块100中的均衡检测回路1003,其输入端2,连接本均衡模块100中的均衡开关回路1001的输出端TB,用于接收本均衡模块100中的均衡开关回路1001发送的均衡检测信号TB;
对于每个均衡模块100中的均衡检测回路1003,其输入端3,连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号(具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号);
对于每个均衡模块100中的均衡检测回路1003,其输入端4,连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收所述MCU模块200向本均衡检测回路1003发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块100中的均衡检测回路1003,其输入端5,连接所述MCU模块200的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号(具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号);
对于每个均衡模块100中的均衡检测回路1003,其输入端6,连接所述电源模块300的输出端VDD,用于接收电源模块300发送的5V直流电源;
对于每个均衡模块100中的均衡检测回路1003,其输出端MB2,连接所述MCU模块200的一个输入端IN,用于向所述MCU模块200发送均衡检测信号MB。
参见图1、图2所示,下面以图1、图2中第2个均衡模块为例,即不连接电池组的正极端B+和负极端B-的单体电池B2的均衡模块,做具体解释。需要说明的是,其他任意一个不连接电池组的正极端B+和负极端B-的单体电池的工作原理和结构设计,与单体电池B2相同。
在图2中,第2个均衡模块100,其输入端1(具体包括均衡开关回路1001的输入端1、均衡检测回路1003的输入端1和均衡控制回路1003的输入端1)连接单体电池B2的正极端B2+,使单体电池B2能够通过第2个均衡模块100分流实现均衡,流过所述均衡模块100的电流为均衡电流;
第2个均衡模块100,其输入端2(具体包括均衡检测回路1003的输入端2和均衡控制回路1002的输入端2)连接单体电池B2的负极端B2-,使单体电池B2能够通过第2个均衡模块100分流实现均衡;
第2个均衡模块100,其输入端3(具体包括均衡检测回路1003的输入端3和均衡控制回路1002的输入端3)连接所述MCU模块200的输出端CB1,用于接收MCU模块200发送的均衡启动信号CB1(即用于接收MCU模块400向单体电池B2的高位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号,具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号),从而控制单体电池B2的第2个均衡模块的开启和截止;
第2个均衡模块100,其输入端4(具体包括均衡检测回路1003的输入端4和均衡控制回路1002的输入端4)连接所述MCU模块200的输出端CB2,用于接收MCU模块200针对本均衡模块100(具体是本均衡模块100中的均衡控制回路1002)发送的均衡启动信号CB2;
第2个均衡模块100,其输入端5(具体包括均衡检测回路1003的输入端5和均衡控制回路1002的输入端5)连接所述MCU模块200的输出端CB3,接收来自于MCU模块200发送的均衡启动信号CB3(即用于接收MCU模块400向单体电池B2的低位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号,具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号),用于控制单体电池B2的第2个均衡模块的开启和截止;
第2个均衡模块100,其输入端6(具体包括均衡检测回路1003的输入端6和均衡控制回路1002的输入端6)连接电源模块300的输出端VDD,用于接收直流电源5V;
第2个均衡模块100,其输出端MB(具体是均衡检测回路1003的输出端MB)连接所述MCU模块200的第二输入端,用于输出均衡模块100的均衡检测信号MB给MCU模块400,为MCU模块200提供本均衡模块100的均衡状态。MB信号状态包括3种:高电平、低电平和0V;
在本发明中,具体实现上,在图2中,对于第2个均衡模块100,其具有的第2个均衡开关回路1001的输入端1,作为所述第2个均衡模块100的输入端1,具体连接单体电池B2的正极端B2+,用于接收单体电池B2的电压和电流;
第2个均衡开关回路1001的输入端2,作为所述第2个均衡模块100的输入端2,具体连接单体电池B2的负极端B2-,用于接收单体电池B2的电压和电流;
第2个均衡开关回路1001的输入端3,连接所述第2个均衡控制回路1002(即本均衡模块100中的均衡控制回路1002)的输出端CK2,用于接收所述第2个均衡控制回路1002发送的均衡控制信号CK2;
第2个均衡开关回路1001的输出端TB2,连接所述第2个均衡检测回路1003(即本均衡模块100中的均衡检测回路1003)的输入端2,用于向所述第2个均衡检测回路1003发送均衡检测信号TB2,控制所述第2个均衡检测回路1003输出端MB2信号状态的变化;
在本发明中,具体实现上,对于第2个均衡模块100,其具有的第2个均衡控制回路1002的输入端1,作为所述第2个均衡模块100的输入端1,具体连接单体电池B2的正极端B2+,用于接收单体电池B2的电压和电流;
第2个均衡控制回路1002的输入端2,作为所述第2个均衡模块100的输入端2,具体连接单体电池B2的负极端B2-,用于接收单体电池B2的电压和电流;
第2个均衡控制回路1002的输入端3,连接所述MCU模块200输出端CB1,用于接收所述MCU模块200发送的均衡启动信号CB1(即用于接收MCU模块400向单体电池B2的高位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号,具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号);
第2个均衡控制回路1002的输入端4,连接所述MCU模块200输出端CB2,用于接收所述MCU模块200针对本均衡控制回路1002发送的均衡启动信号CB2;
第2个均衡控制回路1002的输入端5,连接所述MCU模块200输出端CB3,用于接收所述MCU模块200发送的均衡启动信号CB3(即用于接收MCU模块400向单体电池B2的低位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号,具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号);
第2个均衡控制回路1002的输入端6,连接所述电源模块300的输出端VDD,用于接收电源模块300发送的5V直流电源;
第2个均衡控制回路1002的输出端CK2,连接第2个均衡开关回路1001(即本均衡模块100中的均衡开关回路1001)的输入端3,用于向所述第2个均衡开关回路1001发送均衡控制信号CK2,控制所述第2个均衡开关回路1001的开启和截止;
在本发明中,具体实现上,对于第2个均衡模块100,其具有的第2个均衡检测回路1003的输入端1,作为所述第2个均衡模块100的输入端1,具体连接单体电池B2的正极端B2+,用于接收单体电池B2的电压和电流;
第2个均衡检测回路1003的输入端2,连接所述第2个均衡开关回路1001(即本均衡模块100中的均衡开关回路1001)的输出端TB2,用于接收所述第2个均衡开关回路1001发送的均衡检测信号TB2;
第2个均衡检测回路1003的输入端3,连接所述MCU模块200输出端CB1,用于接收所述MCU模块200发送的均衡启动信号CB1(即用于接收MCU模块400向单体电池B2的高位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号,具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号);
第2个均衡检测回路1003的输入端4,连接所述MCU模块200输出端CB2,用于接收所述MCU模块200向本均衡检测回路1003发送的均衡启动信号CB2;
第2个均衡检测回路1003的输入端5,连接所述MCU模块200输出端CB3,用于接收所述MCU模块200发送的均衡启动信号CB3(即用于接收MCU模块400向单体电池B2的低位相邻单体电池的均衡模块100输出的均衡启动信号,具体是向均衡模块100中的均衡控制回路1002输出的均衡启动信号);
第2个均衡检测回路1003的输入端6,连接所述电源模块300的输出端VDD,用于接收电源模块300发送的5V直流电源;
第2个均衡检测回路1003的输出端MB2,连接所述MCU模块200输入端IN2,用于向所述MCU模块200发送均衡检测信号MB2;
在本发明中,具体实现上,MCU模块200,其电源输入端VCC连接电源模块300的输出端VDD,用于接收5V直流电源。
在本发明中,具体实现上,在图1中,MCU模块200,其包括多个(例如n个)输入端IN,每个输入端IN分别与一个均衡模块100的输出端MB对应连接,用于对应接收一个均衡模块100发送的均衡检测信号MB,然后根据预设奇偶控制逻辑规定的均衡检测信号MB的信号状态(参见表1~表4),来判断其中任意一个单体电池B(即Bm)的均衡模块100的均衡状态;
对于MCU模块200,其具有的预设奇偶控制逻辑规定,具体为:预先存储并设置了m的奇偶性、均衡启动信号CBm的状态、均衡检测信号TBm的状态、均衡检测信号MBm的状态与任意一个单体电池Bm(即第m个均衡模块)的均衡模块100的均衡状态的对应关系,可以参见表1~表4所示。
具体实现上,如图2所示,MCU模块200的输入端IN2连接第2个均衡模块100的输出端MB2,MCU模块200的输入端IN3连接第3个均衡模块100的输出端MB3;
图1中,MCU模块200,其包括多个(例如n个)输出端CB;
每个输出端CB,分别与一个均衡模块100的输入端3连接,用于给每个均衡模块100分别发送一个均衡启动信号CB,用于控制任意一个单体电池B所对应的均衡模块100的开启和截止;
具体实现上,如图2所示,MCU模块200的输出端CB2连接第2个均衡模块100的输入端4,MCU模块200的输出端CB3,连接第3个均衡模块100的输入端4;
电源模块300,其输出端VDD分别连接多个均衡模块100的输入端6和MCU模块200的电源输入端VCC,用于提供5V直流电源;
具体实现上,如图2所示,电源模块300的输出端VDD与第2个均衡模块100的输入端6相连接;
需要说明的是,MCU模块200,用于储存均衡控制策略和均衡状态判断逻辑,其中,均衡控制策略不属于本发明的保护范围,故不对其做具体解释,本发明中只是利用MCU模块200执行均衡控制策略后所输出的均衡启动信号CB的信号状态,来控制相应的均衡电路100的均衡状态,均衡状态包括:
1,均衡开启状态:符合“奇偶不同开”控制逻辑,第m个均衡模块100中有均衡电流;
需要说明的是,对于n个均衡模块100,其中第1个均衡模块100,是与电池组的正极端B+的单体电池B1所对应连接的均衡模块;第n个均衡模块100,是与电池组的负极端B-的单体电池Bn所对应连接的均衡模块;
对于电池组中的单体电池B,n为电池组中电池串联的数量,对于电池组中的任意一个单体电池Bm,m表示电池组中任意一个单体电池所处的位置,m是小于或等于n的任意一个自然数。当m为奇数时,单体电池Bm所对应连接的均衡模块100为奇数位的均衡模块100(例如第1个、第3个、第5个均衡模块),而当m为偶数时,单体电池Bm所对应连接的均衡模块100为偶数位的均衡模块100(例如第2个、第4个、第6个均衡模块)。
2,均衡截止状态:符合“奇偶不同开”控制逻辑,第m个均衡模块100中没有均衡电流;
3,均衡无效状态:不符合“奇偶不同开”控制逻辑,第m个均衡模块100中没有均衡电流;
4,均衡故障状态:第m个均衡模块100未正确响应“奇偶不同开”控制逻辑。
在本发明技术方案中,奇偶控制逻辑和电路工作原理如下:
一、均衡启动和截止状态:当所述MCU模块200输出的n个(例如n为6)奇偶相邻的均衡启动信号CB的信号状态如表1(以6个相邻单体电池Bm为例,m是小于或等于n的任意一个自然数,下同)所示时,说明CBm符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合,则高电平的CBm所对应的均衡模块100处于均衡开启状态,而低电平的CBm所对应的均衡模块100处于均衡截止状态;
表1:均衡启动和截止状态。
在表1中,m是小于或者等于n的任意一个自然数,n此时等于6。
表1中,在6个相邻的单体电池B1~B6中,所对应的6个均衡模块100的均衡启动信号分别为CB1~CB6,符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合;当m为奇数的均衡启动信号CB1、CB3、CB5的信号状态为高电平,而m为偶数的均衡启动信号CB2、CB4、CB6信号状态为低电平时,第1、3、5个均衡模块100处于均衡开启状态,而第2、4、6个均衡模块100处于均衡截止状态;
由于均衡启动信号CB1、CB3、CB5为高电平,所以所述第1个、第3个、第5个均衡控制回路1002的输出端CK1、CK3、CK5均为高电平(参见图2),使所述第1个、第3个、第5个均衡开关回路1001导通后,其各自输出端TBm所输出的均衡检测信号TB1、TB3、TB5为低电平(CK1、CK3、CK5、TB1、TB3、TB5在图2中均未示出),相应地,所述第1个、第3个、第5个所述均衡检测回路1003输出端MBn所输出的均衡检测信号MBm为高电平,则所述MCU模块200通过判断高电平的CBm和高电平的均衡检测信号MBm可以判定第1个、第3个、第5个均衡模块100处于均衡开启状态;
由于均衡启动信号CB2、CB4、CB6为低电平,所以所述第2个、第4个、第6个均衡控制回路1002的输出端CK2、CK4、CK6均为低电平,使所述第1个、第3个、第5个均衡开关回路1001截止,其各自输出端TBm所输出的均衡检测信号TB1、TB3、TB5为高电平(CK4、CK6、TB4、TB6在图2中均未示出),相应地,所述第1个、第3个、第5个所述均衡检测回路1003输出端MBm所输出的均衡检测信号MBm为0V,则所述MCU模块200通过判断低电平的均衡启动信号CBm和0V的均衡检测信号MBm可以判定第1个、第3个、第5个均衡模块100处于均衡截止状态。
二、均衡无效状态:当MCU模块200输出的n个(例如n等于6)奇偶相邻的均衡启动信号CBm的信号状态如表2所示时,说明CBm没有完全符合”奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合,则多个相邻的高电平的均衡启动信号CBm所对应的均衡模块100处于均衡无效状态,而与高电平CBm相邻的低电平CBm所对应的均衡模块100则处于均衡截止状态;
表2:均衡无效状态。
表2中,在6个相邻的单体电池B1~B6中,所对应的6个均衡模块100的均衡启动信号分别为CB1~CB6,不符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合:当奇偶相邻的4个均衡启动信号CB1、CB2、CB3、CB4的信号状态都为高电平时,则第1个~第4个均衡模块100全部截止,此时这4个均衡模块100全部处于均衡无效状态,而与第4个均衡启动信号CB4相邻的第5个均衡模块100的均衡启动信号CB5为低电平,均衡启动信号CB4、CB5符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合,则第5个均衡模块100处于均衡截止状态,而不是均衡无效状态;同理,如果均衡启动信号CB7为低电平时(表2中未示出),均衡启动信号CB5、CB6就符合”奇偶不同开”的控制逻辑所规定的信号状态组合,则第6个均衡模块100处于均衡开启状态;
由于均衡启动信号CB1、CB2、CB3、CB4都为高电平,所以第1个~第4个均衡模块100处于均衡无效状态,那么所述第1个~第4个均衡控制回路1002的输出端CK1、CK2、CK3、CK4都为低电平(参见图2),使所述第1个~第4个均衡开关回路1001截止,其各自输出端TBm所输出的均衡检测信号TB1、TB2、TB3、TB4为高电平(CK1、CK3、CK4、TB1、TB3、TB4在图2中均未示出),相应地,所述第1个~第4个所述均衡检测回路1003输出端MBm所输出的均衡检测信号MBm为低电平,则所述MCU模块200通过判断高电平的CBm和低电平的均衡检测信号MBm可以判定第1个~第4个均衡模块100处于均衡无效状态。
三、均衡故障状态:当所述MCU模块200输出的n个(例如n等于6)均衡启动信号CBm、均衡检测信号TBm和均衡检测信号MBm的信号状态如表3和表4所示时,说明第m个均衡电路处于均衡故障状态;其中,m是小于或者等于n的任意一个自然数。
表3中,在6个相邻的单体电池B1~B6中,所对应的6个均衡模块100的均衡启动信号分别为CB1~CB6,符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合;
当奇偶相邻的2个均衡启动信号CB1为低电平且CB2为高电平时,由于均衡启动信号CB1为低电平,所以第1个均衡模块100应不开启,处于均衡截止状态,均衡检测信号TB1应为高电平,均衡检测信号MB1应为0V;但是,当均衡检测信号MB1为高电平或低电平时,说明第1个均衡模块100处于均衡故障状态,此时,均衡检测信号TB1为低电平;
由于均衡启动信号CB2为高电平,所以第2个均衡模块100应开启,处于均衡开启状态,均衡检测信号TB2应为低电平,均衡检测信号MB2应为高电平;但是,当均衡检测信号MB2为低电平或0V时,说明第2个均衡模块100处于均衡故障状态,此时,均衡检测信号TB2为高电平;
表3:均衡故障状态(符合奇偶控制逻辑)。
表4中,在6个相邻的单体电池B1~B6中,所对应的6个均衡模块100的均衡启动信号分别为CB1~CB6,不符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合;
表4:均衡故障状态(不符合奇偶控制逻辑)。
当奇偶相邻的2个均衡启动信号CB1、CB2的信号状态为高电平时,则第1个~第2个均衡模块100全部截止,此时这2个均衡模块100全部处于均衡无效状态,均衡检测信号TB1、TB2应为高电平;但是,当均衡检测信号MB1、MB2为高或低电平时,说明第1个~第2个均衡模块100处于均衡故障状态,此时,均衡检测信号TB1、TB2为低电平;
同理,当奇偶相邻的3个均衡启动信号CB4、CB5、CB6的信号状态都为高电平时,均衡检测信号MB4、MB5、MB6为高电平或0V,说明第4个~第6个均衡模块100处于均衡故障状态,此时,均衡检测信号TB4~TB6为低电平;
需要说明的是,根据奇偶控制逻辑,所述MCU模块200是通过判断均衡启动信号CBm和均衡检测信号MBm的信号组合状态来判定第m个均衡模块100的均衡状态。
为了更加清楚地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例,来说明本发明的技术方案。
实施例。
参见图2、图3a和图3b所示,在本发明中,具体实现上,参见图2所示,对于不连接电池组的正极端B+和负极端B-的任意一个单体电池Bm(即不是电池组中的第一个单体电池B1以及最后一个电池单体电池Bn),其所对应连接的均衡模块100相同。
图3a为对于单体电池Bm,对应的第m个均衡开关回路1001的原理图;图3b为在具体实施例中,单体电池B2对应的第2个均衡开关回路1001的原理图,即m为2。
对于单体电池Bm,其所对应连接的均衡模块100,包括第m个均衡开关回路1001、第m个均衡控制电路1002和第m个均衡检测回路1003。
在本发明中,具体实现上,参见图3a所示,对于单体电池Bm,其所对应连接的均衡开关回路1001(即第m个均衡开关回路1001),包括:均衡电阻RB2、电阻R21~R23、均衡开关管Q21和二极管D22,其中:
均衡电阻RB2的第1管脚和电阻R23的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001(即第m个均衡开关回路1001)的输入端1,都与单体电池Bm的正极端Bm+相连接,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
均衡电阻RB2的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001的输出端TBm;
单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001的输出端TBm,还分别连接所述均衡开关管Q21的集电极C、所述二极管D22的阴极和电阻R23的第2管脚,用于为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路1003(即第m个均衡检测回路1003)提供均衡检测信号TBm;
二极管D22的阳极、均衡开关管Q21的发射极E和电阻R22的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001的输入端2,都与单体电池B2的负极端B2-相连接,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
均衡开关管Q21的基极B,分别连接电阻R22的第1管脚和二极管D21的阴极;
二极管D21的阳极,连接电阻R21的第1管脚;
电阻R21的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001的输入端3,连接单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002(即第m个均衡控制回路1002)的输出端CKm,用于接收该均衡控制回路1002发送的均衡控制信号CKm,该控制信号可以控制单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001的开启和截止;
在本发明中,具体实现上,单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001(即第m个均衡开关回路1001)的工作原理如下:
一、均衡开启:当所述第m个均衡控制回路1002输出端CKm输出的均衡控制信号CKm为高电平时,所述开关管Q21导通,单体电池Bm通过所述正极端Bm+、所述均衡电阻RB2、所述均衡开关管Q21和所述负极端Bm-放电来进行均衡,此时,所述第m个均衡开关回路1001中流过的电流就是均衡电流,均衡电流的大小可以通过所述均衡电阻RB2阻值的大小进行调节,所述第2个均衡开关回路1001处于均衡开启状态;在均衡开启状态下,由于所述均衡开关管Q21导通,所以所述第2个均衡开关回路100的输出端TBm为低电平,其电平电压幅值等于所述均衡开关管Q21饱和导通管压降。
二、均衡截止:当所述第m个均衡控制回路1002输出端CKm输出的均衡控制信号CKm为低电平时,所述均衡开关管Q21截止,单体电池Bm不能通过所述正极端Bm+、所述均衡电阻RB2、所述均衡开关管Q21和所述负极端Bm-放电来进行均衡,此时,所述第m个均衡开关回路1001中没有均衡电流流过,所述第m个均衡开关回路1001处于均衡截止状态;在均衡截止状态下,由于所述均衡开关管Q21截止,所以所述第m个均衡开关回路100的输出端TBm通过均衡电阻RB2和电阻R23被上拉至高电平,其电平电压幅值等于单体电池Bm的电压值。
需要说明的是,如果所述第m个均衡开关回路1001的输入端1与单体电池Bm的负极端Bm-连接,而其输入端2与单体电池Bm的正极端Bm+连接,那么就会造成均衡开关管Q21因承受反压而被损坏,从而造成均衡开关回路1001永久性失效,甚至会耗尽单体电池Bm的电量;为了避免发生这种失效,本发明提供的所述第m个均衡开关回路1001还具有防反接保护机制,可以避免因反接而造成的电路失效现象,反接保护机制具体为:
当发生反接时,所述二极管D22的阳极与单体电池Bm的正极端Bm+连接,所述电阻R23的第1管脚与单体电池Bm的负极端Bm-连接,此时单体电池Bm通过二极管D22和电阻R23放电,所述均衡开关管Q21发射极E和集电极C之间的电压等于所述二极管D22的导通压降;为了使所述二极管D21能够可靠截止,本发明在具体实现上,使均衡控制信号CKm的电压值小于单体电池Bm的电压值,所述电阻R22将所述均衡开关管Q21的发射极E和基极B的电压相等,都等于单体电池Bm的电压值,从而使所述均衡开关管Q21所承受的电压在规格电压范围内,避免了因承受过高反压而失效的现象。
需要说明的是,二极管D22可以选用发光二极管,当发生反接现象时,便于操作人员立即发现故障并排除故障。
图4a为对于任意一个单体电池Bm,对应的第m个均衡控制回路1002的原理图;图4b为在具体实施例中,单体电池B2对应的第2个均衡控制回路1002的原理图,即m为2。
在本发明中,具体实现上,参见图4a、图4b所示,对于任意一个单体电池Bm,其所对应连接的均衡控制回路1002(即第m个均衡控制回路1002)包括:电阻R201~R208、二极管D200、开关管Q201~Q204和光耦Q205,其中:
电阻R201的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002的输入端4,连接所述MCU模块200的第m个输出端CBm,用于接收所述MCU模块200发送的均衡启动信号CBm;
电阻R201的第1管脚,连接开关管Q201的基极B;
开关管Q201的发射极E,连接接地端GND;
开关管Q201的集电极C,连接电阻R202的第2管脚;
电阻R202的第1管脚,连接开关管Q202的基极B;
开关管Q202的发射极E,连接电阻R206的第2管脚;
电阻R206的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002的输入端6,连接所述电源模块300的VDD端,用于接收5V直流电源;
开关管Q202的集电极C,连接CT端;
CT端,分别连接开关管Q203的集电极C、开关管Q204的集电极C和光耦Q205的第3管脚;
开关管Q203的基极B,分别连接电阻R203的第1管脚和电阻R210的第1管脚;
开关管Q203的发射极E,连接接地端GND;
电阻R203的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002的输入端5,连接MCU模块200的第m+1个输出端CBm+1,接收所述MCU模块200发送的均衡启动信号CBm+1;
电阻R210的第2管脚,连接接地端GND;
开关管Q204的基极B,分别连接电阻R204的第1管脚和电阻R209的第1管脚;
开关管Q204的发射极E,连接接地端GND;
电阻R204的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002的输入端3,连接MCU模块200的输出端CBm-1,用于接收所述MCU模块200发送的均衡启动信号CBm-1;
电阻R209的第2管脚,连接接地端GND;
光耦Q205的第4管脚,连接电阻R205的第1管脚;
光耦Q205的第1管脚,连接电阻R207的第2管脚;
光耦Q205的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002的输出端CKm,连接单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001的输入端3,提供均衡控制信号CKm,可以控制单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001的开启和截止;
光耦Q205的第2管脚,还连接二极管D200的阳极;
二极管D200的阴极,连接电阻R208的第2管脚;
电阻R208的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002的输入端2,连接单体电池Bm的负极端Bm-,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R207的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002的输入端1,连接单体电池Bm的正极端Bm+,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R205的第2管脚,连接接地端GND。
在本发明中,具体实现上,对于连接电池组正极端B+的单体电池B(即B1),该单体电池的均衡控制回路1002与单体电池Bm的均衡控制回路1002的结构基本相同,只是其具有的输入端3悬空(即空置),不与其他模块相连接。
在本发明中,具体实现上,对于连接电池组正极端B-的单体电池B(即Bn),该单体电池的均衡控制回路1002与单体电池Bm的均衡控制回路1002的结构基本相同,只是其具有的输入端5悬空(即空置),不与其他模块或部分相连接。
在本发明中,具体实现上,单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路1002(即第m个均衡控制回路1002)的工作原理如下:
一、均衡开启:奇偶相邻的所述均衡启动信号CBmm-1、CBm、CBm+1符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合,也就是,如果均衡启动信号CBm为高电平且均衡启动信号CBm-1和CBm+1为低电平,那么所述开关管Q201、Q202导通而所述开关管Q203、Q204截止,CT端电压通过导通的所述开关管Q202和所述电阻R206被上拉电源VDD,使所述光耦Q205导通,则所述第2个均衡控制回路1002的均衡控制输出端CKm通过所述的电阻R207、光耦Q205、二极管D200和电阻R208的分压作用变为高电平,控制所述均衡开关回路1001开启,为单体电池Bm进行均衡。
二、均衡截止:奇偶相邻的所述均衡启动信号CBm-1、CBm、CBm+1符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合,也就是,如果均衡启动信号CBm为低电平且均衡启动信号CBm-1、CBm+1为高电平,那么所述开关管Q201、Q202截止而所述开关管Q203、Q204导通;因为所述开关管Q203、Q204导通,将CT端下拉为低电平,使光耦Q205截止,所以所述第m个均衡控制回路1002的均衡控制输出端CKm为高阻态,使所述均衡开关回路1001截止,不能为单体电池Bm进行均衡。
三、均衡无效:奇偶相邻的所述均衡启动信号CBm-1、CBm、CBm+1不符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合,也就是,如果均衡启动信号CBm-1、CBm为高电平且均衡启动信号CBm+1为低电平,那么所述开关管Q201、Q202、Q204导通而所述开关管Q203截止;因为开关管Q204导通,将CT端下拉为低电平,使光耦Q205截止,所以所述第2个均衡控制回路1002的均衡控制输出端CKm为高阻态,使所述均衡开关回路1001截止,不能为单体电池Bm进行均衡;
同理,对于第m-1个均衡模块100,其输入端4接收均衡启动信号CBm-1,输入端5接收均衡启动信号CBm;对于第m-1个均衡控制回路1002,由于均衡启动信号CBm为高电平,会使所述第m-1个均衡控制回路1002中的开关管Q203导通,将第1个均衡控制回路1002中的CT端下拉为低电平,使第m-1个均衡控制回路1002中的光耦Q205截止,所以所述第m-1个均衡控制回路1002的均衡控制输出端CKm-1(未示出)为高阻态,使所述第m-1个均衡开关回路1001截止,不能为单体电池Bm-1进行均衡;
例如,对于第1个均衡模块100(参见图1),其输入端4接收均衡启动信号CB1,输入端5接收均衡启动信号CB2;对于第1个均衡控制回路1002,由于均衡启动信号CB2为高电平,会使所述第1个均衡控制回路1002中的开关管Q203导通,将第1个均衡控制回路1002中的CT端下拉为低电平,使第1个均衡控制回路1002中的光耦Q205截止,所以所述第1个均衡控制回路1002的均衡控制输出端CK1(未示出)为高阻态,使所述第1个均衡开关回路1001截止,不能为单体电池B1进行均衡;
对于本发明,当均衡启动信号CBm-1、CBm、CBm+1不符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合时(其中m例如可以为2),高电平的均衡启动信号CBm-1、CBm分别使相应的第m-1个、m个均衡模块100截止,不会对单体电池Bm-1和单体电池Bm进行均衡,此时,两个均衡模块100都处于均衡无效状态;
需要说明的是,由于均衡启动信号CBm+1为低电平,对于第m+1个均衡模块100中的第m+1个均衡控制回路1002,其均衡控制输出端CK3(未示出)为高阻态,使所述第m+1个均衡开关回路1001截止,不能为单体电池Bm+1进行均衡,此时,第m+1个均衡模块100处于均衡截止状态而不是均衡无效状态;
综上所述,如果均衡启动信号CBm-1、CBm、CBm+1都为高电平,那么第m-1个、第m个、第m+1个均衡模块100全都处于均衡无效状态,不能对单体电池Bm-1、Bm、Bm+13进行均衡。
图5a为对于任意一个单体电池Bm,对应的第m个均衡检测回路1003的原理图;图5b为在具体实施例中,单体电池B2对应的第2个均衡检测回路1003的原理图,即m为2。
在本发明中,具体实现上,参见图5a和图5b所示,对于任意一个单体电池Bm,其所对应连接的均衡检测回路1003(即第m个均衡检测回路1003)包括:电阻R50~R55、开关管Q51、光耦Q50、与门U21~U22和或门U23,其中:
电阻R50的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路1003的输入端1,连接单体电池Bm的正极端Bm+,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R50的第2管脚,连接光耦Q50的第1管脚;
光耦Q50的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路1003的输入端2,连接单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001的输出端TBm,用于接收单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路1001发送的均衡检测信号TBm;
光耦Q50的第3管脚,连接电阻R51的第1管脚;
光耦Q50的第4管脚、电阻R52的第1管脚、电阻R54的第1管脚和开关管Q51的发射极E,都与单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路1003的输出端MBm相连接;
单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路1003的输出端MBm,与所述MCU模块200的第m个输入端INm连接,用于为所述MCU模块200提供均衡检测信号MBm,均衡检测信号MBm的状态有3种:高电平、低电平和0V;
电阻R52和电阻R54的第2管脚,分别连接接地端GND;
电阻R51的第2管脚和电阻R53的第1管脚,作为第2个均衡检测回路1003的输入端5,分别与所述电源模块300的电源端VDD相连接,用于接收5V直流电源;
电阻R53的第2管脚,连接开关管Q51的集电极C;
开关管Q51的基极B,连接电阻R55的第1管脚;
电阻R55的第2管脚,连接或门U23的第3管脚,用于接收所述或门U23发出的控制信号,该控制信号的状态有两种:高电平和低电平;
或门U23的第1管脚,连接与门U21的第3管脚,用于接收与门U21发出的控制信号,该控制信号的状态有两种:高电平和低电平;
或门U23的第2管脚,连接与门U22的第3管脚,用于接收与门U22发出的控制信号,该控制信号的状态有两种:高电平和低电平;
与门U21的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路1003的输入端3,均连接所述MCU模块200的第m-1个输出端CBm,用于接收MCU模块200向单体电池Bm的低位相邻单体电池Bm-1输出的均衡启动信号CBm-1;
与门U21的第2管脚和与门U22的第1管脚,作为第2个均衡检测回路1003的输入端4,均连接所述MCU模块200的输出端CBm,用于接收MCU模块200向单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路1003输出的均衡启动信号CB2;
与门U22的第2管脚,作为第2个均衡检测回路1003的输入端5,连接所述MCU模块200输出端CBm+1,用于接收MCU模块200向单体电池Bm的高位相邻单体电池输出的均衡启动信号CBm+1;
在本发明中,具体实现上,对于连接电池组正极端B+的单体电池B(即B1),该单体电池的均衡检测回路1003与单体电池Bm的均衡检测回路1003的结构基本相同,只是其具有的输入端3悬空(即空置),不与其他模块或部分相连接。
在本发明中,具体实现上,对于连接电池组正极端B-的单体电池B(即Bn),该单体电池的均衡检测回路1003与单体电池Bm的均衡检测回路1003的结构基本相同,只是其具有的输入端5悬空(即空置),不与其他模块或部分相连接。
在本发明中,具体实现上,对于任意一个单体电池Bm,其所对应连接的均衡检测回路1003(即第m个均衡检测回路1003),其工作原理如下:
一、均衡开启状态:当均衡开启信号CBm为高电平且CBm-1、CBm+1为低电平时,CBm-1~CBm+1符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合,所述与门U21和所述与门U22的第3管脚输出的控制信号都为低电平,使所述或门U23的第3管脚输出的控制信号也为低电平,则所述开关管Q51截止;如果此时均衡检测信号TBm为低电平(第2个均衡模块100处于均衡开启状态),则所述光耦Q50导通,使第m个均衡检测回路1003输出端MB2通过电阻R51和电阻R52将电源电压VDD分压而变为高电平;
在均衡开启信号CBm-1、CBm、CBm+1符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合的条件下,如果均衡开启信号CBm为高电平且均衡检测信号MBm为高电平,所以所述MCU模块200判定所述第m个均衡模块100处于均衡开启状态;
如果均衡开启信号CBm为高电平而均衡检测信号MBm为低电平或0V,那么所述MCU模块200所述则判定第m个均衡模块100发生故障。
二、均衡截止状态:当均衡开启信号CBm-1、CBm、CBm+1都为低电平,或者CBm为低电平且CB1、CB3为高电平时,CBm-1~CB3符合“奇偶不同开”控制逻辑,所述与门U21和所述与门U22的第3管脚输出的控制信号都为低电平,使所述或门U23的第3管脚输出的控制信号也为低电平,则所述开关管Q51截止;如果此时均衡检测信号TB2为高电平(第m个均衡模块100处于均衡截止状态),则所述光耦Q50截止,使第m个均衡检测回路1003输出端MBm通过电阻R52和电阻R54被下拉至0V;
在均衡开启信号CBm-1、CBm、CBm+1符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合的条件下,如果均衡开启信号CBm为低电平且均衡检测信号MBm为0V,那么所述MCU模块200判定所述第m个均衡模块100处于均衡截止状态;
如果均衡开启信号CBm为低电平而均衡检测信号MBm为高电平或低电平,那么所述MCU模块200所述则判定第m个均衡模块100发生故障。
三、均衡无效状态:当均衡开启信号CBm-1、CBm、CBm+1都为高电平,或者CBm-1、CBm为高电平且CB3为低电平,或者CBm、CBm+1为高电平且CBm-1为低电平时,CB1~CB3不符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合,所述与门U21和所述与门U22的第3管脚输出的控制信号都为高电平,使所述或门U23的第3管脚输出的控制信号也为高电平,则所述开关管Q51导通;如果此时均衡检测信号TBm为高电平(第m个均衡模块100未开启),则所述光耦Q50截止;第m个均衡检测回路1003输出端MBm通过所述电阻R53、所述开关管Q51和所述电阻R54将电源电压VDD分压而变为低电平;
在均衡开启信号CBm-1、CBm、CBm+1不符合“奇偶不同开”控制逻辑所规定的信号状态组合的条件下,如果均衡开启信号CBm为高电平且均衡检测信号MBm为低电平,所以所述MCU模块200判定所述第m个均衡模块100处于均衡无效状态;
如果均衡开启信号CBm为高电平,而均衡检测信号MBm为高电平或0V,那么所述MCU模块200所述则判定第m个均衡模块100发生故障。
在本发明中,具体实现上,需要说明的是,所述MCU模块200的芯片MCU,可以应用目前普遍应用的品牌、系列和型号,如NXP的MC9S12系列、英飞凌的TC2系列的TC235等,芯片MCU的型号不在本发明保护范围内。
在本发明中,具体实现上,需要说明的是,所述电源模块300为现有BMS技术方案中普遍应用的电源电路,技术人员无需创新即可轻松获得并应用,该电源电路的技术方案不属于本发明的技术方案,故在此不作具体解释。
由以上本发明提供的技术方案可见,与现有技术相比较,本发明提供了一种具有奇偶控制逻辑的被动均衡电路,其设计科学,当由于控制均衡电路通断的监控系统软件错误而输出任意奇偶相邻的均衡启动信号CBm为高电平时,能够自动按照“奇偶不同开”控制逻辑,来控制均衡电路的开启和停止,不但降低了均衡开关被高压击穿的失效概率,而且降低了均衡电路中发热元件因热量积聚而引起均衡电路失效的概率;
对于本发明的技术方案,硬件电路设计科学,电子元器件为普遍应用型号,易于选型且元器件价格低廉;
另外,由于本发明的技术方案的硬件电路功耗较低,故可以采用表贴型小功率电子元器件,因此电路板占用空间小,极大降低了材料成本。因此,本发明的技术方案具有很强的实用价值和市场推广价值。
综上所述,与现有技术相比较,本发明提供的一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其设计科学,当用于控制均衡电路通断的监控系统软件出现控制错误时,通过硬件控制电路的冗余保护机制,使奇偶相邻的单体电池不能同时开启均衡,以此降低均衡电路失效率,提高均衡电路可靠性,也降低了因为均衡电路失效而造成的电池损伤,降低了安全事故的发生概率,具有重大的实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,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,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,电池组包括多个串联的单体电池B;
该均衡电路,包括多个均衡模块(100)、MCU模块(200)和电源模块(300);
其中,每个均衡模块(100),分别包括一个均衡开关回路(1001)、一个均衡控制回路(1002)和一个均衡检测回路(1003);
其中,每个单体电池B,分别与一个均衡模块(100)相对应连接;
对于每个均衡模块(100),均衡开关回路(1001)分别与一个单体电池B的正极端和负极端相连接,以及分别与均衡控制回路(1002)和均衡检测回路(1003)相连接;
均衡控制回路(1002)和均衡检测回路(1003)相连接;
均衡控制回路(1002)和均衡检测回路(1003),分别与MCU模块400相连接;
均衡控制回路(1002)和均衡检测回路(1003),分别与电源模块(300)相连接;
其中,MCU模块(200)和电源模块(300)相连接。
2.如权利要求1所述的奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,对于每个均衡模块(100),其输入端1分别连接一个单体电池B的正极端B+,使单体电池B能够通过本均衡模块(100)分流实现均衡,流过本均衡模块(100)的电流为均衡电流;
对于每个均衡模块(100),其输入端2连接单体电池B的负极端B-,使单体电池B能够通过本均衡模块(100)分流实现均衡;
对于每个均衡模块(100),其输入端3,分别对应连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向本单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块(100)输出的均衡启动信号,从而控制本单体电池B的均衡模块(100)的开启和截止;
对于每个均衡模块(100),其输入端4,分别对应连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收MCU模块(200)针对本均衡模块(100)发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块(100),其输入端5,分别对应连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向本单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块(100)输出的均衡启动信号,用于控制本均衡模块的开启和截止;
对于每个均衡模块(100),其输入端6连接电源模块(300)的输出端VDD,用于接收直流电源5V;
对于每个均衡模块(100),其输出端MB,分别对应连接所述MCU模块(200)的一个输入端,用于输出均衡模块(100)的均衡检测信号MB给MCU模块400,为MCU模块(200)提供本均衡模块(100)的均衡状态;
其中,对于不连接电池组的正极端B+的单体电池B,其相邻的、更靠近电池组正极端B+的一个单体电池,定义为单体电池B的高位相邻单体电池;
对于不连接电池组的负极端B-的单体电池B,其相邻的、更靠近电池组负极端B-的一个单体电池,定义为单体电池B的低位相邻单体电池。
3.如权利要求2所述的奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,对于每个均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001),其输入端1,作为该均衡模块(100)的输入端1,分别连接一个单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001),其输入端2,作为该均衡模块(100)的输入端2,具体连接单体电池B的负极端B-,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001),其输入端3,连接本均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002)的输出端CK,用于接收本均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002)发送的均衡控制信号CK;
对于每个均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001),其输出端TB,连接所述本均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003)的输入端2,用于向本均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003)发送均衡检测信号TB,控制本均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003)的输出端MB信号状态的变化。
4.如权利要求2所述的奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,对于每个均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002),其输入端1,作为所述第2个均衡模块(100)的输入端1,分别对应连接单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002),其输入端2,作为本均衡模块(100)的输入端2,具体连接单体电池B的负极端B-,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002),其输入端3,连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块(100)输出的均衡启动信号;
对于每个均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002),其输入端4,连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收所述MCU模块(200)针对本均衡控制回路(1002)发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002),其输入端5,连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块(100)输出的均衡启动信号;
对于每个均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002),其输入端6,连接所述电源模块(300)的输出端VDD,用于接收电源模块(300)发送的5V直流电源;
对于每个均衡模块(100)中的均衡控制回路(1002),其输出端CK,连接本均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001)的输入端3,用于向本均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001)发送均衡控制信号CK,控制本均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001)的开启和截止。
5.如权利要求2所述的奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,对于每个均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003),其输入端1,作为所述第2个均衡模块(100)的输入端1,分别对应连接单体电池B的正极端B+,用于接收单体电池B的电压和电流;
对于每个均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003),其输入端2,连接本均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001)的输出端TB,用于接收本均衡模块(100)中的均衡开关回路(1001)发送的均衡检测信号TB;
对于每个均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003),其输入端3,连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的高位相邻单体电池的均衡模块(100)输出的均衡启动信号;
对于每个均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003),其输入端4,连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收所述MCU模块(200)向本均衡检测回路(1003)发送的均衡启动信号CB;
对于每个均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003),其输入端5,连接所述MCU模块(200)的一个输出端CB,用于接收MCU模块400向单体电池B的低位相邻单体电池的均衡模块(100)输出的均衡启动信号;
对于每个均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003),其输入端6,连接所述电源模块(300)的输出端VDD,用于接收电源模块(300)发送的5V直流电源;
对于每个均衡模块(100)中的均衡检测回路(1003),其输出端MB2,连接所述MCU模块(200)的一个输入端IN,用于向所述MCU模块(200)发送均衡检测信号MB。
6.如权利要求2所述的奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,MCU模块(200),其电源输入端VCC连接电源模块(300)的输出端VDD,用于接收5V直流电源;
MCU模块(200),其包括多个输入端IN,每个输入端IN分别与一个均衡模块(100)的输出端MB对应连接,用于对应接收一个均衡模块(100)发送的均衡检测信号MB,然后根据预设奇偶控制逻辑规定的均衡检测信号MB的信号状态,来判断单体电池B的均衡模块(100)的均衡状态;
MCU模块(200),其包括多个输出端CB;
每个输出端CB,分别与一个均衡模块(100)的输入端3连接,用于给每个均衡模块(100)分别发送一个均衡启动信号CB,控制均衡模块(100)的开启和截止;
对于电源模块(300),其输出端VDD分别连接多个均衡模块(100)的输入端6和MCU模块(200)的电源输入端VCC,用于提供5V直流电源。
7.如权利要求1至6中任一项所述的奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,对于不连接电池组的正极端B+和负极端B-的任意一个单体电池Bm,其所对应连接的均衡开关回路(1001),包括:均衡电阻RB2、电阻R21~R23、均衡开关管Q21和二极管D22,其中:
均衡电阻RB2的第1管脚和电阻R23的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路(1001)的输入端1,都与单体电池Bm的正极端Bm+相连接,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
均衡电阻RB2的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路(1001)的输出端TBm;
单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路(1001)的输出端TBm,还分别连接所述均衡开关管Q21的集电极C、所述二极管D22的阴极和电阻R23的第2管脚,用于为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路(1003)提供均衡检测信号TBm;
二极管D22的阳极、均衡开关管Q21的发射极E和电阻R22的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路(1001)的输入端2,都与单体电池B2的负极端B2-相连接,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
均衡开关管Q21的基极B,分别连接电阻R22的第1管脚和二极管D21的阴极;
二极管D21的阳极,连接电阻R21的第1管脚;
电阻R21的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路(1001)的输入端3,连接单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路(1002)的输出端CKm,用于接收该均衡控制回路(1002)发送的均衡控制信号CKm;
其中,m是小于或等于n的任意一个自然数;对于电池组中的单体电池B,n为电池组中单体电池串联的数量。
8.如权利要求7所述的奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,单体电池Bm,其所对应连接的均衡控制回路(1002)包括:电阻R201~R208、二极管D(200)、开关管Q201~Q204和光耦Q205,其中:
电阻R201的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路(1002)的输入端4,连接所述MCU模块(200)的第m个输出端CBm,用于接收所述MCU模块(200)发送的均衡启动信号CBm;
电阻R201的第1管脚,连接开关管Q201的基极B;
开关管Q201的发射极E,连接接地端GND;
开关管Q201的集电极C,连接电阻R202的第2管脚;
电阻R202的第1管脚,连接开关管Q202的基极B;
开关管Q202的发射极E,连接电阻R206的第2管脚;
电阻R206的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路(1002)的输入端6,连接所述电源模块(300)的VDD端,用于接收5V直流电源;
开关管Q202的集电极C,连接CT端;
CT端,分别连接开关管Q203的集电极C、开关管Q204的集电极C和光耦Q205的第3管脚;
开关管Q203的基极B,分别连接电阻R203的第1管脚和电阻R210的第1管脚;
开关管Q203的发射极E,连接接地端GND;
电阻R203的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路(1002)的输入端5,连接MCU模块(200)的第m+1个输出端CBm+1,接收所述MCU模块(200)发送的均衡启动信号CBm+1;
电阻R210的第2管脚,连接接地端GND;
开关管Q204的基极B,分别连接电阻R204的第1管脚和电阻R209的第1管脚;
开关管Q204的发射极E,连接接地端GND;
电阻R204的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路(1002)的输入端3,连接MCU模块(200)的输出端CBm-1,用于接收所述MCU模块(200)发送的均衡启动信号CBm-1;
电阻R209的第2管脚,连接接地端GND;
光耦Q205的第4管脚,连接电阻R205的第1管脚;
光耦Q205的第1管脚,连接电阻R207的第2管脚;
光耦Q205的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路(1002)的输出端CKm,连接单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路(1001)的输入端3;
光耦Q205的第2管脚,还连接二极管D(200)的阳极;
二极管D(200)的阴极,连接电阻R208的第2管脚;
电阻R208的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路(1002)的输入端2,连接单体电池Bm的负极端Bm-,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R207的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡控制回路(1002)的输入端1,连接单体电池Bm的正极端Bm+,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R205的第2管脚,连接接地端GND。
9.如权利要求7所述的奇偶控制逻辑的电池组均衡电路,其特征在于,单体电池Bm,其所对应连接的均衡检测回路(1003)包括:电阻R50~R55、开关管Q51、光耦Q50、与门U21~U22和或门U23,其中:
电阻R50的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路(1003)的输入端1,连接单体电池Bm的正极端Bm+,用于接收单体电池Bm的电压和电流;
电阻R50的第2管脚,连接光耦Q50的第1管脚;
光耦Q50的第2管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路(1003)的输入端2,连接单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路(1001)的输出端TBm,用于接收单体电池Bm所对应连接的均衡开关回路(1001)发送的均衡检测信号TBm;
光耦Q50的第3管脚,连接电阻R51的第1管脚;
光耦Q50的第4管脚、电阻R52的第1管脚、电阻R54的第1管脚和开关管Q51的发射极E,都与单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路(1003)的输出端MBm相连接;
单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路(1003)的输出端MBm,与所述MCU模块(200)的第m个输入端INm连接,用于为所述MCU模块(200)提供均衡检测信号MBm;
电阻R52和电阻R54的第2管脚,分别连接接地端GND;
电阻R51的第2管脚和电阻R53的第1管脚,作为第2个均衡检测回路(1003)的输入端5,分别与所述电源模块(300)的电源端VDD相连接,用于接收5V直流电源;
电阻R53的第2管脚,连接开关管Q51的集电极C;
开关管Q51的基极B,连接电阻R55的第1管脚;
电阻R55的第2管脚,连接或门U23的第3管脚,用于接收所述或门U23发出的控制信号;
或门U23的第1管脚,连接与门U21的第3管脚,用于接收与门U21发出的控制信号;
或门U23的第2管脚,连接与门U22的第3管脚,用于接收与门U22发出的控制信号;
与门U21的第1管脚,作为单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路(1003)的输入端3,均连接所述MCU模块(200)的第m-1个输出端CBm-1,用于接收MCU模块(200)向单体电池Bm的低位相邻单体电池Bm-1输出的均衡启动信号CBm-1;
与门U21的第2管脚和与门U22的第1管脚,作为第2个均衡检测回路(1003)的输入端4,均连接所述MCU模块(200)的输出端CBm,用于接收MCU模块(200)向单体电池Bm所对应连接的均衡检测回路(1003)输出的均衡启动信号CB2;
与门U22的第2管脚,作为第2个均衡检测回路(1003)的输入端5,连接所述MCU模块(200)输出端CBm+1,用于接收MCU模块(200)向单体电池Bm的高位相邻单体电池输出的均衡启动信号CBm+1。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110297305.3A CN113162143A (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110297305.3A CN113162143A (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113162143A true CN113162143A (zh) | 2021-07-23 |
Family
ID=76887687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110297305.3A Pending CN113162143A (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113162143A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117439235A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-01-23 | 深圳市山海半导体科技有限公司 | 一种电池的均衡装置、模拟前端装置及用电设备 |
-
2021
- 2021-03-19 CN CN202110297305.3A patent/CN113162143A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117439235A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-01-23 | 深圳市山海半导体科技有限公司 | 一种电池的均衡装置、模拟前端装置及用电设备 |
CN117439235B (zh) * | 2023-12-18 | 2024-03-08 | 深圳市山海半导体科技有限公司 | 一种电池的均衡装置、模拟前端装置及用电设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9030167B2 (en) | Power source apparatus | |
US9837811B2 (en) | Power source apparatus formed by combining a plurality of modules | |
WO2018090438A1 (zh) | 一种高压锂电池包故障的安全管理系统 | |
CN104037884A (zh) | 一种兼容快充和usb充电规范的充电方法及装置 | |
CN104466918B (zh) | 一种储能电池极性反接保护电路及识别方法 | |
CN110380474A (zh) | 电池保护控制器及电池充放电保护电路 | |
CN113162143A (zh) | 一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路 | |
CN203278321U (zh) | 一种电池电压均衡电路 | |
CN113595203B (zh) | 一种用于bms的主动均衡控制电路 | |
CN214850543U (zh) | 一种具有奇偶控制逻辑的电池组均衡电路 | |
CN106300272B (zh) | 一种功率单元旁路保护装置 | |
CN202103399U (zh) | 电机控制器预充电系统 | |
CN207835135U (zh) | 一种超级电容保护电路 | |
AU2023209311A1 (en) | Energy storage system | |
CN209987775U (zh) | 一种电池组均压装置和电池组系统 | |
CN102255379A (zh) | 矿用隔爆型双电源切换电源箱 | |
CN206442136U (zh) | 被动均衡失效保护电路和电池组 | |
CN202167892U (zh) | 矿用隔爆型电源箱 | |
JP6985471B2 (ja) | 非常灯制御回路、非常灯制御装置および照明器具 | |
CN211655831U (zh) | 供电控制电路、供电控制系统及可移动平台 | |
CN108173298A (zh) | 一种动力电池模组的均衡控制电路 | |
CN208337196U (zh) | 一种水下机器人电池 | |
CN202758054U (zh) | 电池组充电检测系统 | |
WO2018072384A1 (zh) | 用于动力电池组管理的两级均衡充电系统及均衡充电方法 | |
CN106033905B (zh) | 一种电池组控制单元、控制系统及控制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220125 Address after: 266500 Minshan Road, Huangdao District, Qingdao, Shandong Applicant after: LISHEN (QINGDAO) NEW ENERGY CO.,LTD. Address before: 300384 Tianjin Binhai New Area Binhai high tech Industrial Development Zone Huayuan science and Technology Park (outer ring) 38 Haitai South Road Applicant before: LISHEN POWER BATTERY SYSTEMS Co.,Ltd. |
|
TA01 | Transfer of patent application right |