CN117595471B - 一种锂电池bms主动均衡电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池电路技术领域，具体涉及一种锂电池BMS主动均衡电路，包括电池组，所述电池组包括N个串联的单体电芯，其中，N个串联的单体电芯设有N+1个连接节点，每个连接节点处串接有一个开关控制模块，N+1个开关控制模块按连接节点顺序分为第奇数个数的开关控制模块和第偶数个数的开关控制模块，其中，第奇数个数的开关控制模块均与第一总线切换平衡正负极模块连接，第偶数个数的开关控制模块均与第二总线切换平衡正负极模块连接，第一总线切换平衡正负极模块和第二总线切换平衡正负极模块均与超级电容双向能量交换模块连接，本发明均衡效率高且硬件成本低。
Description
技术领域
本发明涉及电池电路技术领域，具体涉及一种锂电池BMS主动均衡电路。
背景技术
锂电池应用的主要问题是电池成组应用问题，为解决“电池一致性问题”，业内普遍使用电池均衡技术，目前，业界把主流电池均衡技术分为被动均衡法（能耗分流法）和主动均衡法（能量转换法）。
被动均衡法，通过放电均衡的办法让电池组内的电池电压趋于一致，在传统能耗型BMS系统中，以被动均衡为主，采用单体电池并联分流能耗电阻的方式，且只能在充电过程中做均衡工作，多余的能量被消耗到消耗电阻上，效率为零；同时，均衡电流很小，通常小于100mA，对大容量电池的作用可忽略不计。
主动均衡法，针对电池在使用过程中产生的容量个体，及自放电率产生的电压差异进行主动均衡。其主要功能是在电池组充电、放电或放置过程中，都可在电池组内部对电池单体之间的差异性进行主动均衡，以消除电池成组后由于自身和使用过程中产生的各种不一致性，主动均衡法目前主要有如下几种方式：
1.DC/CD双向有源均衡电路，此方式在充电、放电和静态过程中均能做均衡，但仍存在两大问题：一是技术复杂，成本高，实现较为困难；二是采用此方法的PCB板子尺寸体积较大，占据较大空间尺寸。
2.飞度电容法和飞度电感法，此方法是每一节电池并联一个电容（或电感），通过开关这个电容既可以并联到本身这节电池上，也可以并联到相邻的电池，当某节电池电压过高，首先将电容与电池并联，电容电压与电池一致，然后将电容切换到相邻的电池，电容给电池放电，实现能量的转移；但是该方法只能在相邻电芯做能量交换，最坏情况下，如果是首节和末节电池一致性最差，那么能量交换将循环整个电池串数，效率不容乐观。
因此，急需一种硬件成本低且均衡效率高的主动均衡电路。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池BMS主动均衡电路，采用奇偶总线和超级电容进行电池的主动均衡，通过控制开关时隙和能量双向交换，将整组电池的单体最高电芯能量摆渡到超级电容上，然后再将超级电容当中的能量摆渡到单体最低电芯上，最终达到主动均衡的目的，本发明无需采用专用均衡IC或者多隔离DCDC等高成本器件，硬件成本低且均衡效率高。
本发明提供了如下的技术方案：
为实现上述目的，本发明提供了一种锂电池BMS主动均衡电路，包括电池组，所述电池组包括N个串联的单体电芯，还包括N+1个开关控制模块和两个总线切换平衡正负极模块以及一个超级电容双向能量交换模块，所述开关控制模块、总线切换平衡正负极模块和超级电容双向能量交换模块均分别与MCU连接；其中，N个串联的单体电芯设有N+1个连接节点，每个连接节点处串接有一个开关控制模块，N+1个开关控制模块按连接节点顺序分为第奇数个数的开关控制模块和第偶数个数的开关控制模块，其中，第奇数个数的开关控制模块均与第一总线切换平衡正负极模块连接，第偶数个数的开关控制模块均与第二总线切换平衡正负极模块连接，第一总线切换平衡正负极模块和第二总线切换平衡正负极模块均与超级电容双向能量交换模块连接，N为大于等于二的正整数。
优选的，所述开关控制模块为：与MCU连接的一端输出为高电平时，开关控制模块导通；与MCU连接的一端输出为低电平时，开关控制模块断开。
进一步的，第奇数个数的开关控制模块中包括第一开关控制模块，第一开关控制模块与单体电芯的连接节点JI_1连接的一端还与MOS管Q30的漏极连接，MOS管Q30的源极和栅极之间正向串接有二极管D16，MOS管Q30的栅极与三极管Q26的集电极连接，三极管Q26的发射极接入12V供电电压，三极管Q26的发射极与基极之间串接有电容C22，电容C22的两端并联有电阻R49，三极管Q26的基极还串联电阻R50后与MOS管Q29的漏极连接，MOS管Q29的源极接地，MOS管Q29的源极和栅极之间串接有电阻R60，电阻R60的两端并联有电容C28，MOS管Q29的栅极串联电阻R55后与MCU的驱动管脚CTR_1连接；MOS管Q30的源极和栅极之间还并联有电容C29和电阻R59，MOS管Q30的源极与MOS管Q28的源极连接，MOS管Q30的栅极与MOS管Q28的栅极连接，MOS管Q28的漏极为与第一总线切换平衡正负极模块连接的ODD_BUS端。
进一步的，第偶数个数的开关控制模块中包括第二开关控制模块，第二开关控制模块与单体电芯的连接节点JI_2连接的一端还与MOS管Q22的漏极连接，MOS管Q22的源极和栅极之间正向串接有二极管D12，MOS管Q22的栅极与三极管Q19的集电极连接，三极管Q19的发射极接入12V供电电压，三极管Q19的发射极与基极之间串接有电容C18，电容C18的两端并联有电阻R38，三极管Q19的基极还串联电阻R40后与MOS管Q21的漏极连接，MOS管Q21的源极接地，MOS管Q21的源极和栅极之间串接有电阻R47，电阻R47的两端并联有电容C20，MOS管Q21的栅极串联电阻R43后与MCU的驱动管脚CTR_2连接；MOS管Q22的源极和栅极之间还并联有电容C21和电阻R46，MOS管Q22的源极与MOS管Q20的源极连接，MOS管Q22的栅极与MOS管Q20的栅极连接，MOS管Q20的漏极为与第二总线切换平衡正负极模块连接的EVEN_BUS端。
进一步的，第一总线切换平衡正负极模块与MCU连接的ODD_TO_VCC端还串联电阻R4后与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的源极和栅极之间串接有电阻R5，电阻R5的两端并联有电容C2，MOS管Q2的漏极串接电阻R2后与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接入12V供电电压，三极管Q1的发射极与基极之间串接有电容C1，电容C1的两端并联有电阻R1，三极管Q1的集电极还分别与MOS管U2和MOS管U3的栅极连接，MOS管U2的漏极为EVEN_BUS端，MOS管U2的源极和栅极之间正向串接有二极管D1，二极管D1的两端并联有电阻R3，MOS管U2的源极与MOS管U1的源极连接，MOS管U2的栅极与MOS管U1的栅极连接，MOS管U1的漏极接地，MOS管U3的漏极为ODD_BUS端，MOS管U3的源极和栅极之间正向串接有二极管D2，二极管D2的两端并联有电阻R6，MOS管U3的源极与MOS管U4的源极连接，MOS管U3的栅极与MOS管U4的栅极连接，MOS管U4的漏极为CELL_BAL端。
进一步的，第二总线切换平衡正负极模块与MCU连接的EVEN_TO_VCC端还串联电阻R12后与MOS管Q6的栅极连接，MOS管Q6的源极接地，MOS管Q6的源极和栅极之间串接有电阻R14，电阻R14的两端并联有电容C5，MOS管Q6的漏极串接电阻R10后与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接入12V供电电压，三极管Q4的发射极与基极之间串接有电容C4，电容C4的两端并联有电阻R8，三极管Q4的集电极还分别与MOS管U6和MOS管U7的栅极连接，MOS管U6的漏极为EVEN_BUS端，MOS管U6的源极和栅极之间正向串接有二极管D3，二极管D3的两端并联有电阻R11，MOS管U6的源极与MOS管U5的源极连接，MOS管U6的栅极与MOS管U5的栅极连接，MOS管U5的漏极为CELL_BAL端，MOS管U7的漏极为ODD_BUS端，MOS管U7的源极和栅极之间正向串接有二极管D4，二极管D4的两端并联有电阻R15，MOS管U7的源极与MOS管U8的源极连接，MOS管U7的栅极与MOS管U8的栅极连接，MOS管U8的漏极接地。
进一步的，ODD_TO_VCC端和EVEN_TO_VCC端同时只能有一端为高电平。
进一步的，超级电容双向能量交换模块与MCU连接的CELL_CHG端还串联电阻R41后与驱动芯片U12的INB引脚端连接，超级电容双向能量交换模块与MCU连接的CELL_DSG端还串联电阻R42后与驱动芯片U12的INA引脚端连接，驱动芯片U12的INA引脚端与MOS管Q24的漏极连接，MOS管Q24的栅极和源极之间串接有电阻R48，驱动芯片U12的INB引脚端与MOS管Q23的漏极连接，驱动芯片U12的GND端、MOS管Q24的源极、MOS管Q23的源极均接地；MOS管Q24的栅极与比较器U11A的输出端连接，MOS管Q24的栅极还串联电阻R35后接入12V供电电压，比较器U11A的输出端与正输入端之间串联有电阻R36，比较器U11A的正输入端还串联电阻R34后接入VCC_BAL电压，比较器U11A的负输入端串联电阻R39后接地，比较器U11A的负输入端依次串联电阻R37和电阻R33后接入12V供电电压，比较器U11A的负输入端依次串联电阻R37和反向串联的二极管D9后接地；MOS管Q23的栅极与比较器U11B的输出端连接，MOS管Q23的栅极还串联电阻R52后接入12V供电电压，比较器U11B的输出端串联电阻R56后接地，比较器U11B的输出端依次串联电阻R54和电阻R57后接地，比较器U11B的输出端与正输入端串联有电阻R54，比较器U11B的正输入端依次串联电阻R53和电阻R51后接入12V供电电压，比较器U11B的正输入端还依次串联电阻R53和反向串联二极管D15后接地，比较器U11B的负输入端串联电阻R58后接入VCC_BAL电压；驱动芯片U12的OUTA引脚端反向串联二极管D10后与MOS管Q25的栅极连接，二极管D10的两端并联有电阻R45，MOS管Q25的漏极为CELL_BAL端，MOS管Q25的源极与MOS管Q27的漏极连接，MOS管Q25的源极还串联电感L1后接入VCC_BAL电压，MOS管Q25的源极和漏极之间正向串联有二极管D13，MOS管Q27的漏极和源极之间反向串联有二极管D14，二极管D13的负极和二极管D14的正极之间还连接有电容C26，电容C26的两端分别并联有电容C27、电容C30、电容C31和电容C32，MOS管Q27的源极接地，MOS管Q27的栅极和驱动芯片U12的OUTB端正向串联有二极管D11，二极管D11的两端并联有电阻R44，驱动芯片U12的VDD端接入12V供电电压，驱动芯片U12的VDD端还串联电容C19后接地。
进一步的，VCC_BAL端连接有超级电容单元，所述超级电容单元为多个并联的电容，其中，各电容的正极与VCC_BAL端连接，各电容的负极接地。
本发明的有益效果是：本申请采用奇偶总线和超级电容进行电池的主动均衡，通过控制开关时隙和能量双向交换，将整组电池的单体最高电芯能量摆渡到超级电容上，然后再将超级电容当中的能量摆渡到单体最低电芯上，最终达到主动均衡的目的，此方式将超级电容作为第三端，避免了只能在相邻电芯间进行主动均衡的限制，提高了主动均衡效率；且本申请不需要采用专用均衡IC或者多隔离DCDC等高成本器件，仅需常用的二极管、三极管和MOSFET即可实现主动均衡，硬件成本低。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构框架示意图；
图2是本发明第一开关控制模块电路图；
图3是本发明第二开关控制模块电路图；
图4是本发明第一总线切换平衡正负极模块电路图；
图5是本发明第二总线切换平衡正负极模块电路图；
图6是超级电容双向能量交换模块电路图；
图7是一个实施例中超级电容单元电路图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种锂电池BMS主动均衡电路，包括电池组，所述电池组包括N个串联的单体电芯，还包括N+1个开关控制模块和两个总线切换平衡正负极模块以及一个超级电容双向能量交换模块，两个总线切换平衡正负极模块具体包括第一总线切换平衡正负极模块和第二总线切换平衡正负极模块，所述开关控制模块、总线切换平衡正负极模块和超级电容双向能量交换模块均分别与MCU连接，MCU在图中未示出。
其中，N个串联的单体电芯设有N+1个连接节点，每个连接节点处串接有一个开关控制模块，N+1个开关控制模块按连接节点顺序分为第奇数个数的开关控制模块和第偶数个数的开关控制模块，其中，第奇数个数的开关控制模块均与第一总线切换平衡正负极模块连接，第偶数个数的开关控制模块均与第二总线切换平衡正负极模块连接，第一总线切换平衡正负极模块和第二总线切换平衡正负极模块均与超级电容双向能量交换模块连接，N为大于等于二的正整数。
其中，开关控制模块为：与MCU连接的一端输出为高电平时，开关控制模块导通；与MCU连接的一端输出为低电平时，开关控制模块断开。
在一个实施例中，如图1所示，电池组为4个相互串联的电芯B1、B2、B3和B4，则存在5个连接节点J1-1~J1-5，连接节点为电芯的正负极处，但两个串联的电芯之间只取一个节点，如J1-2节点处既为电芯B2的负极处，又为电芯B1的正极处；J1-1节点处连接第一开关控制模块，J1-2节点处连接第二开关控制模块，J1-3节点处连接第三开关控制模块，J1-4节点处连接第四开关控制模块，J1-5节点处连接第五开关控制模块，则第一开关控制模块、第三开关控制模块、第五开关控制模块划分为第奇数个数的开关控制模块，第二开关控制模块和第四开关控制模块划分为第偶数个数的开关控制模块，第奇数个数的开关控制模块通过奇平衡总线与第一总线切换平衡正负极模块连接，第偶数个数的开关控制模块通过偶平衡总线与第二总线切换平衡正负极模块连接。
在均衡过程中，每次均衡只单独控制一节电芯切换到奇偶总线；例如，当需要对电芯B3进行均衡时，电芯B3的正负极处连接节点所连接的开关控制模块为第三开关控制模块和第四开关控制模块，则此时第三开关控制模块和第四开关控制模块与MCU连接的一端输出高电平，第三开关控制模块和第四开关控制模块均闭合导通，其他开关控制模块与MCU连接的一端输出低电平，其他开关控制模块均断开，此时，电芯B3的正极通过偶平衡总线与第二总线切换平衡正负极模块连接，电芯B3的负极通过奇平衡总线与第一总线切换平衡正负极模块连接，则此时第二总线切换平衡正负极模块与MCU连接的一端为高电平，第一总线切换平衡正负极模块与MCU连接的一端为低电平，则完成电芯B3的正极与超级电容双向能量交换模块的正极输入输出口连接，电芯B3的负极与超级电容双向能量交换模块的负极输入输出口连接，即可完成对电芯B3的均衡，当电芯B3进行放电均衡时，电芯B3的单体能量往超级电容传输；当对电芯B3的进行充电均衡时，超级电容能量往电芯B3进行传输。
进一步举例，当电芯B4为单体电压最高，电芯B1为单体电压最低，进行均衡时：MCU驱动，第五开关控制模块和第四开关控制模块均闭合导通，奇平衡总线与超级电容双向能量交换模块的正极输入输出口连接，偶平衡总线与超级电容双向能量交换模块的负极输入输出口连接，开启超级电容双向能量交换模块对电芯B4进行放电均衡；超级电容双向能量交换模块充满电后，第五开关控制模块和第四开关控制模块断开，第一开关控制模块和第二开关控制模块闭合导通，偶平衡总线与超级电容双向能量交换模块的正极输入输出口连接，奇平衡总线与超级电容双向能量交换模块的负极输入输出口连接，开启超级电容双向能量交换模块输出电流给电芯B1充电；至此，完成一个主动均衡周期，MCU根据模拟前端采集到的电压看压差情况，若压差小于停止均衡电压，则停止均衡，否则重复前述均衡周期。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2-7所示的一种锂电池BMS主动均衡电路，多个开关控制模块的电路结构均相同，其中，如图2所示，第奇数个数的开关控制模块中包括第一开关控制模块，第一开关控制模块与单体电芯的连接节点JI_1连接的一端还与MOS管Q30的漏极连接，MOS管Q30的源极和栅极之间正向串接有二极管D16，MOS管Q30的栅极与三极管Q26的集电极连接，三极管Q26的发射极接入12V供电电压，三极管Q26的发射极与基极之间串接有电容C22，电容C22的两端并联有电阻R49，三极管Q26的基极还串联电阻R50后与MOS管Q29的漏极连接，MOS管Q29的源极接地，MOS管Q29的源极和栅极之间串接有电阻R60，电阻R60的两端并联有电容C28，MOS管Q29的栅极串联电阻R55后与MCU的驱动管脚CTR_1连接；MOS管Q30的源极和栅极之间还并联有电容C29和电阻R59，MOS管Q30的源极与MOS管Q28的源极连接，MOS管Q30的栅极与MOS管Q28的栅极连接，MOS管Q28的漏极为与第一总线切换平衡正负极模块连接的ODD_BUS端。
具体的，如图2所示，CTR_1为MCU驱动管脚，当需要导通第一开关控制模块到奇平衡总线上时，CTR_1端输出高电平，MOS管Q29导通，因此，MOS管Q26导通，MOS管Q28和MOS管Q30导通；若CTR_1端输出低电平，此时，MOS管Q28和MOS管Q30为对管方式，则CTR_1端到ODD_BUS端双向断开。
如图3所示，第偶数个数的开关控制模块中包括第二开关控制模块，第二开关控制模块与单体电芯的连接节点JI_2连接的一端还与MOS管Q22的漏极连接，MOS管Q22的源极和栅极之间正向串接有二极管D12，MOS管Q22的栅极与三极管Q19的集电极连接，三极管Q19的发射极接入12V供电电压，三极管Q19的发射极与基极之间串接有电容C18，电容C18的两端并联有电阻R38，三极管Q19的基极还串联电阻R40后与MOS管Q21的漏极连接，MOS管Q21的源极接地，MOS管Q21的源极和栅极之间串接有电阻R47，电阻R47的两端并联有电容C20，MOS管Q21的栅极串联电阻R43后与MCU的驱动管脚CTR_2连接；MOS管Q22的源极和栅极之间还并联有电容C21和电阻R46，MOS管Q22的源极与MOS管Q20的源极连接，MOS管Q22的栅极与MOS管Q20的栅极连接，MOS管Q20的漏极为与第二总线切换平衡正负极模块连接的EVEN_BUS端。
如图4所示，第一总线切换平衡正负极模块与MCU连接的ODD_TO_VCC端还串联电阻R4后与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的源极和栅极之间串接有电阻R5，电阻R5的两端并联有电容C2，MOS管Q2的漏极串接电阻R2后与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接入12V供电电压，三极管Q1的发射极与基极之间串接有电容C1，电容C1的两端并联有电阻R1，三极管Q1的集电极还分别与MOS管U2和MOS管U3的栅极连接，MOS管U2的漏极为EVEN_BUS端，MOS管U2的源极和栅极之间正向串接有二极管D1，二极管D1的两端并联有电阻R3，MOS管U2的源极与MOS管U1的源极连接，MOS管U2的栅极与MOS管U1的栅极连接，MOS管U1的漏极接地，MOS管U3的漏极为ODD_BUS端，MOS管U3的源极和栅极之间正向串接有二极管D2，二极管D2的两端并联有电阻R6，MOS管U3的源极与MOS管U4的源极连接，MOS管U3的栅极与MOS管U4的栅极连接，MOS管U4的漏极为CELL_BAL端。
如图5所示，第二总线切换平衡正负极模块与MCU连接的EVEN_TO_VCC端还串联电阻R12后与MOS管Q6的栅极连接，MOS管Q6的源极接地，MOS管Q6的源极和栅极之间串接有电阻R14，电阻R14的两端并联有电容C5，MOS管Q6的漏极串接电阻R10后与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接入12V供电电压，三极管Q4的发射极与基极之间串接有电容C4，电容C4的两端并联有电阻R8，三极管Q4的集电极还分别与MOS管U6和MOS管U7的栅极连接，MOS管U6的漏极为EVEN_BUS端，MOS管U6的源极和栅极之间正向串接有二极管D3，二极管D3的两端并联有电阻R11，MOS管U6的源极与MOS管U5的源极连接，MOS管U6的栅极与MOS管U5的栅极连接，MOS管U5的漏极为CELL_BAL端，MOS管U7的漏极为ODD_BUS端，MOS管U7的源极和栅极之间正向串接有二极管D4，二极管D4的两端并联有电阻R15，MOS管U7的源极与MOS管U8的源极连接，MOS管U7的栅极与MOS管U8的栅极连接，MOS管U8的漏极接地。
ODD_TO_VCC端和EVEN_TO_VCC端同时只能有一端为高电平。
如图6所示，超级电容双向能量交换模块与MCU连接的CELL_CHG端还串联电阻R41后与驱动芯片U12的INB引脚端连接，超级电容双向能量交换模块与MCU连接的CELL_DSG端还串联电阻R42后与驱动芯片U12的INA引脚端连接，驱动芯片U12的INA引脚端与MOS管Q24的漏极连接，MOS管Q24的栅极和源极之间串接有电阻R48，驱动芯片U12的INB引脚端与MOS管Q23的漏极连接，驱动芯片U12的GND端、MOS管Q24的源极、MOS管Q23的源极均接地；MOS管Q24的栅极与比较器U11A的输出端连接，MOS管Q24的栅极还串联电阻R35后接入12V供电电压，比较器U11A的输出端与正输入端之间串联有电阻R36，比较器U11A的正输入端还串联电阻R34后接入VCC_BAL电压，比较器U11A的负输入端串联电阻R39后接地，比较器U11A的负输入端依次串联电阻R37和电阻R33后接入12V供电电压，比较器U11A的负输入端依次串联电阻R37和反向串联的二极管D9后接地；MOS管Q23的栅极与比较器U11B的输出端连接，MOS管Q23的栅极还串联电阻R52后接入12V供电电压，比较器U11B的输出端串联电阻R56后接地，比较器U11B的输出端依次串联电阻R54和电阻R57后接地，比较器U11B的输出端与正输入端串联有电阻R54，比较器U11B的正输入端依次串联电阻R53和电阻R51后接入12V供电电压，比较器U11B的正输入端还依次串联电阻R53和反向串联二极管D15后接地，比较器U11B的负输入端串联电阻R58后接入VCC_BAL电压；驱动芯片U12的OUTA引脚端反向串联二极管D10后与MOS管Q25的栅极连接，二极管D10的两端并联有电阻R45，MOS管Q25的漏极为CELL_BAL端，MOS管Q25的源极与MOS管Q27的漏极连接，MOS管Q25的源极还串联电感L1后接入VCC_BAL电压，MOS管Q25的源极和漏极之间正向串联有二极管D13，MOS管Q27的漏极和源极之间反向串联有二极管D14，二极管D13的负极和二极管D14的正极之间还连接有电容C26，电容C26的两端分别并联有电容C27、电容C30、电容C31和电容C32，MOS管Q27的源极接地，MOS管Q27的栅极和驱动芯片U12的OUTB端正向串联有二极管D11，二极管D11的两端并联有电阻R44，驱动芯片U12的VDD端接入12V供电电压，驱动芯片U12的VDD端还串联电容C19后接地。
如图7所示，VCC_BAL端连接有超级电容单元，所述超级电容单元为多个并联的电容，其中，各电容的正极与VCC_BAL端连接，各电容的负极接地。
其中，驱动芯片U12为MOSFET驱动器，用于提高MOSFET的开关速度，在一个实施例中，驱动芯片U12的具体型号为EG27324；比较器U11A和比较器U11B为一个SOP-8封装，在一个实施例中，比较器U11为393比较器，用于探测超级电容单元电压，用于判断超级电容是否充满电或者放光电，MOS管Q25和MOS管Q27，用于对超级电容进行充放电。
当MCU驱动执行放电均衡：即电压高的单体能量转移到超级电容单元上时，CELL_CHG管脚输出PWM方波，CELL_DSG端输出低电平，此刻CELL_BAL的电压为电芯电压，因为电芯电压高于超级电容电压，通过对MOS管Q25的PWM开关，和电感L1的缓冲，对超级电容单元进行充电，历经一定周期后，超级电容电压缓缓升高，比较器U11B探测到超级电容达到阈值后（2.5V），导通MOS管Q23，下拉关断对超级电容单元的充电，置CELL_CHG端为低电平。
当MCU驱动执行充电均衡：超级电容充满电后，系统切换总线到单体电压最低的电芯上，置CELL _DSG管脚输出PWM方波，CELL_CHG端输出低电平；当CELL_DSG端为PWM的高电平时，MOS管Q27导通，此刻VCC_BAL端到 地端形成回路，超级电容单元给电感L1蓄能，当CELL_DSG端为PWM的低电平，MOS管Q27断开，由于 MOS管Q27 断开，则电感L1蓄能将通过二极管D13和MOS管Q25的体内二极管给CELL_BAL端输出电流，即完成对单体电压低的电芯充电，完成一个充电均衡周期。
393比较器的作用是用于判断超级电容的电压，从而判断一个充电均衡周期或者一个放电均衡周期的结束；在一个实施例中，其中U11A对应电路用于判断超级电容电压低于1V则认为一个充电均衡周期的结束，U11B对应电路用于判断超级电容电压高于2.5V则认为一个放电均衡周期的结束。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种锂电池BMS主动均衡电路，包括电池组，所述电池组包括N个串联的单体电芯，其特征在于，还包括N+1个开关控制模块和两个总线切换平衡正负极模块以及一个超级电容双向能量交换模块，所述开关控制模块、总线切换平衡正负极模块和超级电容双向能量交换模块均分别与MCU连接；其中，N个串联的单体电芯设有N+1个连接节点，每个连接节点处串接有一个开关控制模块，N+1个开关控制模块按连接节点顺序分为第奇数个数的开关控制模块和第偶数个数的开关控制模块，其中，第奇数个数的开关控制模块均与第一总线切换平衡正负极模块连接，第偶数个数的开关控制模块均与第二总线切换平衡正负极模块连接，第一总线切换平衡正负极模块和第二总线切换平衡正负极模块均与超级电容双向能量交换模块连接，N为大于等于二的正整数；
第奇数个数的开关控制模块中包括第一开关控制模块，第一开关控制模块与单体电芯的连接节点JI_1连接的一端还与MOS管Q30的漏极连接，MOS管Q30的源极和栅极之间正向串接有二极管D16，MOS管Q30的栅极与三极管Q26的集电极连接，三极管Q26的发射极接入12V供电电压，三极管Q26的发射极与基极之间串接有电容C22，电容C22的两端并联有电阻R49，三极管Q26的基极还串联电阻R50后与MOS管Q29的漏极连接，MOS管Q29的源极接地，MOS管Q29的源极和栅极之间串接有电阻R60，电阻R60的两端并联有电容C28，MOS管Q29的栅极串联电阻R55后与MCU的驱动管脚CTR_1连接；MOS管Q30的源极和栅极之间还并联有电容C29和电阻R59，MOS管Q30的源极与MOS管Q28的源极连接，MOS管Q30的栅极与MOS管Q28的栅极连接，MOS管Q28的漏极为与第一总线切换平衡正负极模块连接的ODD_BUS端。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池BMS主动均衡电路，其特征在于，所述开关控制模块为：与MCU连接的一端输出为高电平时，开关控制模块导通；与MCU连接的一端输出为低电平时，开关控制模块断开。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池BMS主动均衡电路，其特征在于：第偶数个数的开关控制模块中包括第二开关控制模块，第二开关控制模块与单体电芯的连接节点JI_2连接的一端还与MOS管Q22的漏极连接，MOS管Q22的源极和栅极之间正向串接有二极管D12，MOS管Q22的栅极与三极管Q19的集电极连接，三极管Q19的发射极接入12V供电电压，三极管Q19的发射极与基极之间串接有电容C18，电容C18的两端并联有电阻R38，三极管Q19的基极还串联电阻R40后与MOS管Q21的漏极连接，MOS管Q21的源极接地，MOS管Q21的源极和栅极之间串接有电阻R47，电阻R47的两端并联有电容C20，MOS管Q21的栅极串联电阻R43后与MCU的驱动管脚CTR_2连接；MOS管Q22的源极和栅极之间还并联有电容C21和电阻R46，MOS管Q22的源极与MOS管Q20的源极连接，MOS管Q22的栅极与MOS管Q20的栅极连接，MOS管Q20的漏极为与第二总线切换平衡正负极模块连接的EVEN_BUS端。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池BMS主动均衡电路，其特征在于：第一总线切换平衡正负极模块与MCU连接的ODD_TO_VCC端还串联电阻R4后与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的源极和栅极之间串接有电阻R5，电阻R5的两端并联有电容C2，MOS管Q2的漏极串接电阻R2后与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接入12V供电电压，三极管Q1的发射极与基极之间串接有电容C1，电容C1的两端并联有电阻R1，三极管Q1的集电极还分别与MOS管U2和MOS管U3的栅极连接，MOS管U2的漏极为EVEN_BUS端，MOS管U2的源极和栅极之间正向串接有二极管D1，二极管D1的两端并联有电阻R3，MOS管U2的源极与MOS管U1的源极连接，MOS管U2的栅极与MOS管U1的栅极连接，MOS管U1的漏极接地，MOS管U3的漏极为ODD_BUS端，MOS管U3的源极和栅极之间正向串接有二极管D2，二极管D2的两端并联有电阻R6，MOS管U3的源极与MOS管U4的源极连接，MOS管U3的栅极与MOS管U4的栅极连接，MOS管U4的漏极为CELL_BAL端。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池BMS主动均衡电路，其特征在于：第二总线切换平衡正负极模块与MCU连接的EVEN_TO_VCC端还串联电阻R12后与MOS管Q6的栅极连接，MOS管Q6的源极接地，MOS管Q6的源极和栅极之间串接有电阻R14，电阻R14的两端并联有电容C5，MOS管Q6的漏极串接电阻R10后与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接入12V供电电压，三极管Q4的发射极与基极之间串接有电容C4，电容C4的两端并联有电阻R8，三极管Q4的集电极还分别与MOS管U6和MOS管U7的栅极连接，MOS管U6的漏极为EVEN_BUS端，MOS管U6的源极和栅极之间正向串接有二极管D3，二极管D3的两端并联有电阻R11，MOS管U6的源极与MOS管U5的源极连接，MOS管U6的栅极与MOS管U5的栅极连接，MOS管U5的漏极为CELL_BAL端，MOS管U7的漏极为ODD_BUS端，MOS管U7的源极和栅极之间正向串接有二极管D4，二极管D4的两端并联有电阻R15，MOS管U7的源极与MOS管U8的源极连接，MOS管U7的栅极与MOS管U8的栅极连接，MOS管U8的漏极接地。
6.根据权利要求5所述的一种锂电池BMS主动均衡电路，其特征在于：ODD_TO_VCC端和EVEN_TO_VCC端同时只能有一端为高电平。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池BMS主动均衡电路，其特征在于：超级电容双向能量交换模块与MCU连接的CELL_CHG端还串联电阻R41后与驱动芯片U12的INB引脚端连接，超级电容双向能量交换模块与MCU连接的CELL_DSG端还串联电阻R42后与驱动芯片U12的INA引脚端连接，驱动芯片U12的INA引脚端与MOS管Q24的漏极连接，MOS管Q24的栅极和源极之间串接有电阻R48，驱动芯片U12的INB引脚端与MOS管Q23的漏极连接，驱动芯片U12的GND端、MOS管Q24的源极、MOS管Q23的源极均接地；MOS管Q24的栅极与比较器U11A的输出端连接，MOS管Q24的栅极还串联电阻R35后接入12V供电电压，比较器U11A的输出端与正输入端之间串联有电阻R36，比较器U11A的正输入端还串联电阻R34后接入VCC_BAL电压，比较器U11A的负输入端串联电阻R39后接地，比较器U11A的负输入端依次串联电阻R37和电阻R33后接入12V供电电压，比较器U11A的负输入端依次串联电阻R37和反向串联的二极管D9后接地；MOS管Q23的栅极与比较器U11B的输出端连接，MOS管Q23的栅极还串联电阻R52后接入12V供电电压，比较器U11B的输出端串联电阻R56后接地，比较器U11B的输出端依次串联电阻R54和电阻R57后接地，比较器U11B的输出端与正输入端串联有电阻R54，比较器U11B的正输入端依次串联电阻R53和电阻R51后接入12V供电电压，比较器U11B的正输入端还依次串联电阻R53和反向串联二极管D15后接地，比较器U11B的负输入端串联电阻R58后接入VCC_BAL电压；驱动芯片U12的OUTA引脚端反向串联二极管D10后与MOS管Q25的栅极连接，二极管D10的两端并联有电阻R45，MOS管Q25的漏极为CELL_BAL端，MOS管Q25的源极与MOS管Q27的漏极连接，MOS管Q25的源极还串联电感L1后接入VCC_BAL电压，MOS管Q25的源极和漏极之间正向串联有二极管D13，MOS管Q27的漏极和源极之间反向串联有二极管D14，二极管D13的负极和二极管D14的正极之间还连接有电容C26，电容C26的两端分别并联有电容C27、电容C30、电容C31和电容C32，MOS管Q27的源极接地，MOS管Q27的栅极和驱动芯片U12的OUTB端正向串联有二极管D11，二极管D11的两端并联有电阻R44，驱动芯片U12的VDD端接入12V供电电压，驱动芯片U12的VDD端还串联电容C19后接地。
8.根据权利要求7所述的一种锂电池BMS主动均衡电路，其特征在于：VCC_BAL端连接有超级电容单元，所述超级电容单元为多个并联的电容，其中，各电容的正极与VCC_BAL端连接，各电容的负极接地。
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