CN202183615U - 串联锂电池组的外置均衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种串联锂电池组的外置均衡装置，包括与每个单体锂电池一对一相连的单芯放电模块以及与电池组正负极相连的主回路放电模块，其中单芯放电模块的结构组成均包括电压比较器以及由单体锂电池Bi、电阻Ri和金氧半场效晶体管Qi构成的放电回路，而主回路放电模块的结构组成包括单片机、逻辑转换电路以及由电池组、电阻Rd和金氧半场效晶体管Qd构成的主放电回路，两级放电回路分别通过电压比较器和单片机驱动MOSFET控制开关实现放电过程。应用该外置均衡装置，能在短时间内完成对电池组的维护，提高电池使用寿命；并在结合风扇的情况下，有效加速了电池组主回路的放电速度；同时其无源供电的设计，使其更具有节能环保、低成本的优势特点。

Description

串联锂电池组的外置均衡装置

技术领域

本实用新型涉及电池充电管理系统，尤其涉及串联锂电池组在无源状态下的外置均衡管理。

背景技术

串联锂电池组应用在电动摩托车，电动汽车，电动工具等多种场合。在多次充放电循环过程中，可能由于串联电芯间的特性差异，出现不均衡现象。剩余容量高的电芯在充电过程中首先充饱，使保护电路进入过充状态，充电停止，而剩余容量低的电芯却没有被充饱，这样会导致电池组容量降低和循环寿命减少。

已有的均衡装置多加在控制板上，通过对电压高的电芯进行单个放电或电量转移达到均衡的效果。但这样做的缺点是增加了电路成本，延长了电池充电时间，电池在往复充放电过程中仍会降低循环寿命。

实用新型内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的旨在提出一种串联锂电池组的外置均衡装置，利用单片机的智能化控制以及基于单芯和主回路分级放电系统，解决串联锂电池组低成本均衡的实现问题。

本实用新型的目的，将通过以下技术方案得以实现：

串联锂电池组的外置均衡装置，用于均衡由n个单体锂电池串联构成的电池组的电压，其特征在于，所述外置均衡装置包括：与每个单体锂电池一对一相连的单芯放电模块以及与电池组正负极相连的主回路放电模块，

其中每个所述单芯放电模块的结构组成均包括电压比较器以及由单体锂电池Bi、电阻Ri和金氧半场效晶体管Qi构成的放电回路，所述电压比较器的采压端与单体锂电池Bi的正极相连，且电压比较器具有一个连至金氧半场效晶体管Qi栅极并控制所述放电回路通断状态的输出端以及另一个输出端EVi；

所述主回路放电模块的结构组成包括单片机、逻辑转换电路以及由电池组、电阻Rd和金氧半场效晶体管Qd构成的主放电回路，所述单片机通过逻辑转换电路与全部单芯放电模块的输出端EVi相接，且单片机的输出端连至金氧半场效晶体管Qd的栅极并控制所述主放电回路的通断，i取1至n中任一整数。

作为改进：所述主放电回路中串接有风扇，随主放电回路导通而开启，关断而停机。

作为改进：所述主回路放电模块中电池组正极与单片机的电源接脚之间连接设有一DC/DC稳压器，输出单片机运作所需的额定电压。

作为进一步的改进：所述DC/DC稳压器与单片机的两个输出端之间分别接设有颜色相区别的两个LED指示灯，所述LED指示灯之一在输出端EVi输出中有一个为高点平时呈点亮指示状；且另一个LED指示灯在输出端EVi输出全部为低电平时呈点亮指示状，i取1至n中任一整数。

应用本实用新型的外置均衡装置，较之于现有技术的突出优点为：

该外置均衡装置通过单片机程序化控制以及简单的电路结构与串联锂电池组相接，能在短时间内完成对电池组的维护，提高电池使用寿命；并在结合风扇的情况下，有效加速了电池组主回路的放电速度；同时其无源供电的设计，使其更具有节能环保、低成本的优势特点。

附图说明

图1是本实用新型外置均衡装置的电路原理图。

具体实施方式

以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。

如图1所示，一种串联锂电池组的外置均衡装置，用于均衡由n个单体锂电池（B1、B2……Bn）串联构成的电池组的电压，该外置均衡装置包括与每个单体锂电池一对一相连的单芯放电模块以及与电池组正负极相连的主回路放电模块。从各个放电模块的细化电路结构来看：

每个该单芯放电模块的结构组成均包括电压比较器（或电压比较电路）以及由单体锂电池Bi、电阻Ri和金氧半场效晶体管（即MOSFET）Qi构成的放电回路，i取1至n中任一整数。以其中一个放电回路为例的具体连接关系为：电压比较器的采压端与单体锂电池B1的正极相连，且该电压比较器具有一个连至金氧半场效晶体管Q1栅极并控制该放电回路通断状态的输出端以及另一个输出端EV1，金氧半场效晶体管Q1的漏极连至单体锂电池B1的负极，而其源极则与单体锂电池B1的正极、电压比较器的采压端相连。同样的电路连接结构适用于单体锂电池（以下简称电芯）B2……Bn及其放电回路{R2，Q2}……{Rn，Qn}，故不赘述。

该主回路放电模块的结构组成包括单片机、逻辑转换电路以及由电池组、电阻Rd和金氧半场效晶体管Qd构成的主放电回路，单片机通过逻辑转换电路与全部单芯放电模块的输出端EV1～EVn相接，且单片机的输出端连至金氧半场效晶体管Qd的栅极并控制主放电回路的通断。该外置均衡装置的主要电气参数如下表所示：

作为本实施例中优选地设计，该主放电回路中串接有风扇，该风扇随主放电回路导通而开启，关断而停机，在主回路放电过程中，能有效降低放电所产生的热量，提高均衡性能。

此外，该主回路放电模块中电池组正极与单片机的电源接脚之间连接设有一DC/DC稳压器，输出单片机运作所需的额定电压。同时该DC/DC稳压器与单片机的两个输出端之间分别接设有颜色相区别的两个LED指示灯。本实施例中分别选用红光LED指示灯和绿光LED指示灯。

为进一步理解本实用新型串联锂电池组外置均衡装置的工作原理，现通过三个方面的应用过程详细介绍如下：

单颗电芯放电：电芯B1，B2，……Bn通过电阻Ri和MOSFET Qi放电。例：通道一，电压比较器侦测电芯B1两端电压，当电压高于比较器电压V_CM，比较器输出高电平电压，控制Q1导通，电池通过R1，Q1放电，同时EV1输出低电平；当电芯低于比较器电压V_CM，比较器输出低电平电压，控制Q1截止，放电停止，同时EV1输出高电平。其中V_CM根据电芯的放电截止电压设定。

主回路放电：电池组通过Rd，风扇，Qd放电。Qd受单片机控制，EV1，EV2，……EVn通过逻辑转换电路将信号传送给单片机，当EV1，EV2，……EVn全部为低电平时，单片机输出高电平，控制Qd导通，电池组放电。当EV1，EV2，……EVn任一个为高电平时，单片机输出低电平，控制Qd截止，电池组主回路放电结束，防止单颗电芯出现过放情况。

LED指示：当EV1，EV2，……EVn全部为低电平时，单片机控制绿光LED指示灯闪烁，代表均衡正在进行。当EV1，EV2，……EVn任一颗为高电平时，单片机控制LED红色指示灯常亮，代表电池组均衡结束。

综上所述，本实用新型均衡装置为外置产品，在电池组进行多次充放电循环出现不均衡现象时，接入本装置进行均衡。该均衡装置通过单片机自动化控制主回路放电，结合电芯单颗放电，将每颗电芯放电至空，实现电池组的均衡效果。电路结构简单，不用外接电源，自带散热装置，可对不同串数、不同容量、不同特性的电池进行均衡。

Claims (4)

1.串联锂电池组的外置均衡装置，用于均衡由n个单体锂电池串联构成的电池组的电压，其特征在于：所述外置均衡装置包括：与每个单体锂电池一对一相连的单芯放电模块以及与电池组正负极相连的主回路放电模块，

其中每个所述单芯放电模块的结构组成均包括电压比较器以及由单体锂电池Bi、电阻Ri和金氧半场效晶体管Qi构成的放电回路，所述电压比较器的采压端与单体锂电池Bi的正极相连，且电压比较器具有一个连至金氧半场效晶体管Qi栅极并控制所述放电回路通断状态的输出端以及另一个输出端EVi；

所述主回路放电模块的结构组成包括单片机、逻辑转换电路以及由电池组、电阻Rd和金氧半场效晶体管Qd构成的主放电回路，所述单片机通过逻辑转换电路与全部单芯放电模块的输出端EVi相接，且单片机的输出端连至金氧半场效晶体管Qd的栅极并控制所述主放电回路的通断，i取1至n中任一整数。

2.根据权利要求1所述的串联锂电池组的外置均衡装置，其特征在于：所述主放电回路中串接有风扇，随主放电回路导通而开启，关断而停机。

3.根据权利要求1所述的串联锂电池组的外置均衡装置，其特征在于：所述主回路放电模块中电池组正极与单片机的电源接脚之间连接设有一DC/DC稳压器，输出单片机运作所需的额定电压。

4.根据权利要求3所述的串联锂电池组的外置均衡装置，其特征在于：所述DC/DC稳压器与单片机的两个输出端之间分别接设有颜色相区别的两个LED指示灯，所述LED指示灯之一在输出端EVi输出中有一个为高点平时呈点亮指示状；且另一个LED指示灯在输出端EVi输出全部为低电平时呈点亮指示状，i取1至n中任一整数。