CN115954980A - 一种电池均衡放电控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池均衡放电控制电路，涉及电池技术领域，包括微控制器和多组并联的均衡电路；每组均衡电路均包括：电池包，与负载连接；功率PMOS开关管，其D极与电池包一端连接，G极与微控制器连接，S极与负载连接；第一肖特基二极管，第一肖特基二极管阳极与D极连接，阴极与S极连接；电流检测模块，用于对均衡电路的电流进行检测；微控制器根据各电流检测模块的电流值对各功率PMOS开关管进行开启与关闭，使得多个电池包的电流达到均流状态。本发明的电路主要是利用功率PMOS管导通的低损耗和低压降来降低整体电路的自身功耗，同时利用肖特基二极管防止电池包之间由于电压的不相等引起的充电行为。

Description

一种电池均衡放电控制电路

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池均衡放电控制电路。

背景技术

随着物联网、便携式等设备的发展，越来越多的电子装置使用电池或电池组(以下统称：电池包)作为电源。当使用两组或多组电池包并联供电时，需要考虑各电池包的均流放电和各电池组之间反向充电。现有技术通常是利用功率二极管进行“隔离”来实现电池组的并联和防止反向充电。这种方法有三个弊端：

1、二极管的压降会使得输出电压有一定程度的降低。尤其是使用只有几伏的单节电池并联时这种影响是很严重的。

2、二极管的发热损耗使得系统电源的效率严重降低，这对电池供电的设备来说是巨大的浪费。

3、对于功耗较大的设备，二极管需要加装散热装置，否则发热会影响其可靠性。

发明内容

本发明实施例提供了一种电池均衡放电控制电路，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供一种电池均衡放电控制电路，包括微控制器和多组并联的均衡电路；

每组所述均衡电路均包括：

电池包，所述电池包一端与负载一端连接，另一端接地；

功率PMOS开关管，所述功率PMOS开关管串联在电池包与负载的供电电路上，其D极与电池包一端连接，G极与微控制器连接，S极与负载一端连接；

第一肖特基二极管，所述第一肖特基二极管阳极与功率PMOS开关管D极连接，阴极与功率PMOS开关管S极连接；

电流检测模块，所述电流检测模块设置在电池包与功率PMOS开关管之间，用于对均衡电路的电流进行检测；

所述微控制器根据各电流检测模块的电流值对各功率PMOS开关管进行开启与关闭，最终使得多个电池包的电流达到均流状态。

优选的，每组所述均衡电路还包括：

电源，所述电源一端与微控制器连接；

第二肖特基二极管，所述第二肖特基二极管阴极与电源另一端连接；

闸刀开关，所述闸刀开关一端与第二肖特基二极管的阳极连接，另一端与电池包连接。

优选的，所述电流检测模块包括：

电流采样电阻，所述电流采样电阻一端与闸刀开关一端连接，另一端与功率PMOS开关管D极连接；

运算放大器，所述运算放大器同相输入端和反向输入端分别与电流采样电阻的两端连接，输出端与微控制器连接。

优选的，每组所述均衡电路还包括与电流检测模块并联的电压检测模块，所述电压检测模块包括：

第一分压电阻，所述第一分压电阻一端与闸刀开关一端连接，另一端与微控制器连接；

第二分压电阻，所述第二开关电阻一端与第一分压电阻另一端连接，另一端接地。

优选的，所述微控制器通过各电流检测模块的电流值对各功率PMOS开关管进行开启与关闭，具体包括以下操作：

设定各电流检测模块的最低输出值，所述最低输出值小于0；

当系统开始工作时，控制器开启电压最高的电池包的功率PMOS管，同时监测其他各电流检测模块的输出值；当某一电流检测模块输出值为正值时，开启其功率PMOS管，随着持续放电，最终使得各电流检测模块的电流值均大于0；

当各电流检测模块的电流值均大于0且不同时，微控制器开启多个功率PMOS开关管，随着持续放电，各电池包电压趋于相等，最终使得多个电流值达到均流状态；

当其中一个或者多个电流值小于最低输出值时，微控制器关闭对应的功率PMOS开关管，等待时间一段时间后再开启，重复该操作直至该电流值大于0，随着持续放电，各电池包电压趋于相等，最终使得多个电流值达到均流状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的电路主要是利用功率PMOS管导通的低损耗和低压降来降低整体电路的自身功耗，同时利用肖特基二极管防止电池包之间由于电压的不相等引起的充电行为，同时利用肖特基二极管的低压降实现过渡转换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的一种电池均衡放电控制电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种电池均衡放电控制电路，包括微控制器和多组并联的均衡电路。每组均衡电路均包括电池包、闸刀开关、电流检测模块、电压检测模块、功率PMOS开关管、第一肖特基二极管和第二肖特基二极管，电池包一端与电源一端连接，电池包另一端接地；闸刀开关一端与第二肖特基二极管的阳极连接，另一端与电池包连接；电流检测模块包括电流采样电阻和运算放大器，电流采样电阻一端与闸刀开关一端连接，另一端与功率PMOS开关管D极连接；运算放大器同相输入端和反向输入端分别与电流采样电阻的两端连接，输出端与微控制器连接。电压检测模块与电流检测模块并联，包括第一分压电阻和第二分压电阻,第一分压电阻一端与闸刀开关一端连接，另一端与微控制器连接；第二开关电阻一端与第一分压电阻另一端连接，另一端接地。

功率PMOS开关管D极与电池包一端，G极与微控制器连接，S极与负载电阻一端连接。第一肖特基二极管阳极与功率PMOS开关管D极连接，阴极与功率PMOS开关管S极连接。第二肖特基二极管串联在电池包与电源之间，第二肖特基二极管阴极与电源一端连接。电源另一端与微控制器连接，负载电阻另一端接地。微控制器通过各电流检测模块的电流值对各功率PMOS开关管进行开启与关闭，最终使得多个电池包的电流达到均流状态。

设定各电流检测模块的最低输出值，所述最低输出值小于0；

当系统开始工作时，控制器开启电压最高的电池包的功率PMOS管，同时监测其他各电流检测模块的输出值；当某一电流检测模块输出值为正值时，开启其功率PMOS管，随着持续放电，最终使得各电流检测模块的电流值均大于0；

当各电流检测模块的电流值均大于0且不同时，微控制器开启多个功率PMOS开关管，随着持续放电，各电池包电压趋于相等，最终使得多个电流值达到均流状态；

当其中一个或者多个电流值小于最低输出值时，微控制器关闭对应的功率PMOS开关管，等待时间一段时间后再开启，重复该操作直至该电流值大于0，随着持续放电，各电池包电压趋于相等，最终使得多个电流值达到均流状态。

当系统开始工作时，控制板时刻监测各电池包的电压和放电电流，电压高的电池包优先放电，随着放电的持续，该电池包的电压逐渐降低，当降低到一定程度时，电压次高的电池包的电流逐渐增大，控制器打开该电池包的开关MOS管以降低损耗，随着放电的持续，电压第3高的电池包的电流逐渐增大，控制器打开该电池包的开关MOS管以降低损耗，以此类推，可以控制更多的电池包并联。

实施例

本实施例以两组均衡电路为例，对本发明提供的电池均衡放电控制电路做进一步的说明。

参照图1，B1、B2为两电池包；K1、K2为两闸刀开关；D1、D2、D3、D4为肖特基二极管；Q1、Q2为功率PMOS开关管；RL为负载；V1、V2分别表示两电池包电压；I1、I2表示两电池包输出电流，以箭头所示方向表示正向；MCU为微控制器。

闭合K1、K2后，由于D3和D4的存在，MCU自动上电工作。MCU分别监测电压V1、V2和电流I1、I2。此时MOS管Q1、Q2均处于关闭状态，电流可以通过D1或D2供给负载，由于D1和D2的存在使得不管两电池包B1、B2电压如何，都不会引起一个电池包给另一个电池包充电的情况。

情况1，若V1电压高于V2且I2>a>0,a表示放电电流的大小。这表明电池包B1的电压比电池包B2的电压略高,显然a<I1，则同时开启Q1和Q2。若此时I2>0,则保持Q1和Q2开启；若此时I2<0，则表明B2电池被充电，若I2的值在可接受的范围内，则保持Q1和Q2开启；若I2的值超出规定范围，则可关闭Q2，等待时间t后再开启，如此往复，随着B1放电的持续，V1的电压逐渐降低，I2的值总会逐渐大于0，此时负载RL由B1和B2同时供电。由于功率PMOS开关管的导通电阻Rds具有正温度系数，流过电流大的开关管必然发热大，温度高，Rds会变大，使得该MOS管电流有变小的趋势，相反的迫使另一路MOS管电流逐渐增大，如此变化最终使得两路电流一样大，两路电池包的电流达到均流状态。

情况2，若V1电压高于V2且I2＝0，这表明电池包B1的电压比电池包B2的电压高很多，则开启MOS管Q1使得D1短路，MOS管的低压降使得损耗变得很小，电池包B1开始放电，随着放电的持续，电压V1开始逐渐降低，此时进入情况1所述的状态。

以上均流控制过程对于两组以上的电池包也同样适用。当需要更换任意电池包时，只需要断开对于的闸刀开关K，更换完毕后，闭合闸刀开关，则控制电路自动完成均流控制，这样可实现负载不间断工作。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种电池均衡放电控制电路，其特征在于，包括微控制器和多组并联的均衡电路；

每组所述均衡电路均包括：

电池包，所述电池包一端与负载一端连接，另一端接地；

功率PMOS开关管，所述功率PMOS开关管串联在电池包与负载的供电电路上，其D极与电池包一端连接，G极与微控制器连接，S极与负载一端连接；

第一肖特基二极管，所述第一肖特基二极管阳极与功率PMOS开关管D极连接，阴极与功率PMOS开关管S极连接；

电流检测模块，所述电流检测模块设置在电池包与功率PMOS开关管之间，用于对均衡电路的电流进行检测；

所述微控制器根据各电流检测模块的电流值对各功率PMOS开关管进行开启与关闭，最终使得多个电池包的电流达到均流状态。

2.如权利要求1所述的一种电池均衡放电控制电路，其特征在于，每组所述均衡电路还包括：

电源，所述电源一端与微控制器连接；

第二肖特基二极管，所述第二肖特基二极管阴极与电源另一端连接；

闸刀开关，所述闸刀开关一端与第二肖特基二极管的阳极连接，另一端与电池包连接。

3.如权利要求2所述的一种电池均衡放电控制电路，其特征在于，所述电流检测模块包括：

电流采样电阻，所述电流采样电阻一端与闸刀开关一端连接，另一端与功率PMOS开关管D极连接；

运算放大器，所述运算放大器同相输入端和反向输入端分别与电流采样电阻的两端连接，输出端与微控制器连接。

4.如权利要求2所述的一种电池均衡放电控制电路，其特征在于，每组所述均衡电路还包括与电流检测模块并联的电压检测模块，所述电压检测模块包括：

第一分压电阻，所述第一分压电阻一端与闸刀开关一端连接，另一端与微控制器连接；

第二分压电阻，所述第二开关电阻一端与第一分压电阻另一端连接，另一端接地。

5.如权利要求1所述的一种电池均衡放电控制电路，其特征在于，所述微控制器通过各电流检测模块的电流值对各功率PMOS开关管进行开启与关闭，具体包括以下操作：

设定各电流检测模块的最低输出值，所述最低输出值小于0；

当系统开始工作时，控制器开启电压最高的电池包的功率PMOS管，同时监测其他各电流检测模块的输出值；当某一电流检测模块输出值为正值时，开启其功率PMOS管，随着持续放电，最终使得各电流检测模块的电流值均大于0；

当各电流检测模块的电流值均大于0且不同时，微控制器开启多个功率PMOS开关管，随着持续放电，各电池包电压趋于相等，最终使得多个电流值达到均流状态；

当其中一个或者多个电流值小于最低输出值时，微控制器关闭对应的功率PMOS开关管，等待时间一段时间后再开启，重复该操作直至该电流值大于0，随着持续放电，各电池包电压趋于相等，最终使得多个电流值达到均流状态。

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