CN203339780U - 一种单体电池电压均衡模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单体电池电压均衡模块，包括第一、第二、第三电感、第一、第二MOS管、第一、第二、第三、第四电阻、第一、第二肖特基二极管、第一、第二、第三电容、第一、第二自恢复保险丝、第一、第二瞬态抑制二极管和微控制器；本实用新型通过检测相邻两单体电池的电压差值，并根据该电压差值来启动电荷转移功能，让电压值高的单体电池向电压低的单体电池充电，使单体电池电压偏差保持在预设的范围内，以确保每个单体电池在正常使用时不会因电压的差异而发生损坏，并且结构简单、成本低，体积小，可直接安装在单体电池上；同时还能将单体电池电压均衡模块内部的状态上传到上位机中，以实现实时监测。

Description

一种单体电池电压均衡模块技术领域

[0001] 本实用新型属于电池管理技术，具体涉及一种单体电池电压均衡模块。

背景技术

[0002] 铅酸电池单元通常由多个2V单体电池串联组成，常见为一个铅酸电池单元的电压为6V、12V，在实际使用中，往往需再将多个铅酸电池单元串联组成更高电压的电池组，如:电动汽车使用的电池组的电压为72V、或144V。由于电池组内每个电池单元以及电池单元内的每个单体电池之间存在不小的个体差异，长时间使用后，各单体电池之间会有明显的电压电量上的区别，造成各单体电池充放电使用不平衡。部分单体电池会存在经常过充的现象，部分单体电池会存在长时间充不满而经常过放的现象。研究表明，电池组中性能落后的电池往往决定整个电池组的状态和性能，健康的电池若长时间与落后的电池一起工作，健康的电池的性能和寿命也将明显低于正常状态。因此，在电池组中需要运用电池均衡模块对其进行调节，以确保电池组的容量，延长电池组的寿命。

[0003] 现有的单体电池电压均衡模块大多是能量只能在两相邻电池单元之间进行转移，不能解决每个单体电池的差异，所以均衡效果较差；也有少数单体电池电压均衡模块能解决每个单体电池的差异，如中国专 利文献记载的“能量转移式电池均衡器”，公开号为CN202513598 U，但该电路较复杂，体积较大、成本较高。

实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的是提供一种单体电池电压均衡模块，能使单体电池电压偏差保持在预设的范围内，以确保每个单体电池在正常使用时不会因电压的差异而发生损坏，并且结构简单、成本低，体积小。

[0005] 本实用新型所述单体电池电压均衡模块，包括第一、第二、第三电感、第一、第二MOS管、第一、第二、第三、第四电阻、第一、第二肖特基二极管、第一、第二、第三电容、第一、第二自恢复保险丝、第一、第二瞬态抑制二极管和微控制器；

[0006] 所述第一 MOS管的源极依次经第一电感、第一电容接地，所述第一电感和第一电容的连接点与微控制器的供电端口连接；

[0007] 所述第一 MOS管的源极还依次经第一电阻、第二电阻与微控制器的IO 口连接，所述第一肖特基二极管与第二电阻并联，且第一肖特基二极管的负极和第二电阻的连接点与第一 MOS管的栅极连接；

[0008] 所述第一MOS管的漏极和第二 MOS管的漏极的连接点依次经第二电感、第三电感、第三电容接地，且所述第三电感和第三电容的连接点与微控制器的模拟端口连接；

[0009] 所述第二MOS管的栅极经第三电阻与微控制器的IO 口连接；所述第二肖特基二极管与第三电阻并联，且第二肖特基二极管的正极和第三电阻的连接点经第四电阻接地；所述第二电容与第四电阻并联；

[0010] 所述第一 MOS管的源极还依次经第一自恢复保险丝、第一瞬态抑制二极管、第二瞬态抑制二极管、第二自恢复保险丝与第二 MOS管的源极连接，且第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管的连接点与第二电感和第二 MOS管的漏极的连接点连接，所述第二MOS管的源极还接地。

[0011] 所述单体电池电压均衡模块连接在电池组中的任意相邻两个单体电池之间，电池组由N个单体电池串联组成，N为自然数且N >2，单体电池电压均衡模块的接入数量为N-1个，且任一单体电池电压均衡模块与其对应配合的相邻两个单体电池之间的连接关系为:

[0012] 单体电池电压均衡模块中所述第一自恢复保险丝和第一瞬态抑制二极管的连接点与其中一个单体电池的正极连接，单体电池电压均衡模块中所述第二瞬态抑制二极管和第二自恢复保险丝的连接点与另一个单体电池的负极连接，单体电池电压均衡模块中所述第二电感和第三电感的连接点与两个单体池体的连接点连接。

[0013] 所述微控制器通过IO 口与上位机连接。

[0014] 电池组通常由N (N≥2，N为自然数)个单体电池串联组成，当电池组中的单体电池数量为N个时，该电池组需要N-1个所述的单体电池电压均衡模块，以下以两个单体电池(即:第一单体电池和第二单体电池)为例对本实用新型进行具体的说明:

[0015] 使用时，将该单体电池电压均衡模块中第一自恢复保险丝和第一瞬态抑制二极管的连接点和第一单体电池的正极连接，将第二电感和第三电感的连接点与第一单体电池的负极和第二单体电池的正极的连接点连接，将第二瞬态抑制二极管和第二自恢复保险丝的连接点与第二单体电池的负极连接。

[0016] 第一单体电池、第二单体电池为微控制器提供正常的工作电压，第一单体电池的正极电压经过第一自恢复保险丝并通过第一电感和第一电容组成滤波网络再经过微控制器和第二自恢复保险丝回到第二单体电池的负极形成供电回路；第一单体电池的负极与第二单体电池的正极的连接点经过第三电感和第三电容组成滤波网络进入微控制器的模拟端口，微控制器通过模拟 端口采集第二单体电池的电压值，通过供电端口采集第一单体电池和第二单体电池的总电压值，微控制器通过采集的第一单体电池和第二单体电池的总电压值和第二单体电池的电压值计算出第一单体电池和第二单体电池之间的电压差，并判断该电压差是否在预设范围(即:允许范围)内，若电压差在预设范围外，微控制器则通过IO口来控制充电电路(该充电电路由第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一 MOS管、第二 MOS管、第二电感、第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝、第一瞬态抑制二极管、第二瞬态抑制二极管组成。)按高电压向低电压充电的方式进行电池电压均衡。

[0017] 当微控制器检测到第一单体电池的电压高于第二单体电池时，微控制器开通第一MOS管向第二电感充电一段时间，然后完全关闭第一 MOS管后立即开通第二 MOS管，此时第二电感将向第二单体电池进行充电，与此同时微控制器会继续检测第一单体电池和第二单体电池的电压差，控制充电直到第一单体电池和第二单体电池的压差在预设范围(即:允许范围)内。当微控制器检测到第二单体电池的电压高于第一单体电池时，微控制器开通第二MOS管向第二电感充电一段时间，然后完全关闭第二 MOS管后立即开通第一 MOS管，此时第二电感将向第一单体电池进行充电，与此同时，微控制器会继续检测第一单体电池和第二单体电池的电压差，控制充电直到第一单体电池和第二单体电池的压差在允许范围内。第一自恢复保险丝和第二自恢复保险丝用于保护充电时的电流过大，第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管用于限制充电引起的电压过高。

[0018] 本实用新型具有以下优点:该单体电池电压均衡模块通过检测相邻两单体电池的电压差值，并根据该电压差值来启动电荷转移功能，让电压值高的单体电池向电压低的单体电池充电，使单体电池电压偏差保持在预设的范围内，以确保每个单体电池在正常使用时不会因电压的差异而发生损坏，确保了电池组的容量，延长了电池组的寿命；并且结构简单、成本低，体积小，可直接安装在单体电池上；同时还能将单体电池电压均衡模块内部的状态上传到上位机中，以实现实时监测。

附图说明

[0019] 图1是本实用新型的原理方框图之一(电池组由两个单体电池串联组成)；

[0020] 图2是本实用新型的原理方框图之二(电池组由三个单体电池串联组成)；

[0021] 图3是本实用新型的原理方框图之三(电池组由四个单体电池串联组成)。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明:

[0023] 实施例一

[0024] 如图1所示的单体电池电压均衡模块，包括第一、第二、第三电感L1、L2、L3、第一、第二皿 管叭、02、第一、第二、第三、第四电阻1?1、1?2、1?3、1?4、第一、第二肖特基二极管01、

02、第一、第二、第三电容(:1、02、03、第一、第二自恢复保险丝 、第一、第二瞬态抑制二极管T1、T2和微控制器Ul ；

[0025] 所述第一 MOS管Ql的源极依次经第一电感L1、第一电容Cl接地，所述第一电感LI和第一电容Cl的连接点与微控制器Ul的供电端口连接；

[0026] 所述第一 MOS管Ql的源极还依次经第一电阻R1、第二电阻R2与微控制器Ul的IO 口连接，所述第一肖特基二极管Dl与第二电阻R2并联，且第一肖特基二极管Dl的负极和第二电阻R2的连接点与第一 MOS管Ql的栅极连接；

[0027] 所述第一 MOS管Ql的漏极和第二 MOS管Q2的漏极的连接点依次经第二电感L2、第三电感L3、第三电容C3接地，且所述第三电感L3和第三电容C3的连接点与微控制器Ul的模拟端口连接；

[0028] 所述第二 MOS管Q2的栅极经第三电阻R3与微控制器Ul的IO 口连接；所述第二肖特基二极管D2与第三电阻R3并联，且第二肖特基二极管D2的正极和第三电阻R3的连接点经第四电阻R4接地；所述第二电容C2与第四电阻R4并联；

[0029] 所述第一 MOS管Ql的源极还依次经第一自恢复保险丝Fl、第一瞬态抑制二极管Tl、第二瞬态抑制二极管Τ2、第二自恢复保险丝F2与第二 MOS管Q2的源极连接，且第一瞬态抑制二极管Tl和第二瞬态抑制二极管Τ2的连接点与第二电感L2和第二 MOS管Q2的漏极的连接点连接，所述第二 MOS管Q2的源极还接地。

[0030] 所述单体电池电压均衡模块连接在电池组中的任意相邻两个单体电池之间，电池组由N个单体电池串联组成，N为自然数且N >2，单体电池电压均衡模块的接入数量为N-1个，且任一单体电池电压均衡模块与其对应配合的相邻两个单体电池之间的连接关系为:

[0031] 单体电池电压均衡模块中所述第一自恢复保险丝Fl和第一瞬态抑制二极管Tl的连接点与其中一个单体电池的正极连接，单体电池电压均衡模块中所述第二瞬态抑制二极管T2和第二自恢复保险丝F2的连接点与另一个单体电池的负极连接，单体电池电压均衡模块中所述第二电感L2和第三电感L3的连接点与两个单体池体的连接点连接。

[0032] 以下以两个单体电池(S卩:第一单体电池El和第二单体电池E2)为例对本实用新型进行具体的说明:

[0033] 使用时，将该单体电池电压均衡模块中第一自恢复保险丝Fl和第一瞬态抑制二极管Tl的连接点与第一单体电池El的正极连接，将第二电感L2和第三电感L3的连接点与第一单体电池El的负极和第二单体电池E2的正极的连接点连接，将第二瞬态抑制二极管T2和第二自恢复保险丝F2的连接点与第二单体电池E2的负极连接。

[0034] 第一单体电池E1、第二单体电池E2为微控制器Ul提供正常的工作电压，第一单体电池El的正极电压经过第一自恢复保险丝Fl并通过第一电感LI和第一电容Cl组成滤波网络再经过微控制器Ul和第二自恢复保险丝F2回到第二单体电池E2的负极形成供电回路；第一单体电池El的负极与第二单体电池E2的正极的连接点经过第三电感L3和第三电容C3组成滤波网络进入微控制器U2的模拟端口。微控制器Ul通过模拟端口采集第二单体电池E2的电压值，通过供电端口采集第一单体电池El和第二单体电池E2的总电压值，微控制器Ul通过采集的第一单体电池El和第二单体电池E2的总电压值和第二单体电池E2的电压值计算出第一单体电池El和第二单体电池E2之间的电压差，并判断该电压差是否在预设范围(即:允许范围)内，若电压差在预设范围外，微控制器Ul则通过IO 口来控制充电电路(该充电电路由第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一 MOS管Q1、第二 MOS管Q2、第二电感L2、第一自恢复保险丝F1、第二自恢复保险丝F2、第一瞬态抑制二极管Tl、第二瞬态抑制二极管T2组成。)按高电压向低电压充电的方式进行电池电压均衡。

[0035] 当微控制器Ul检测到第一单体电池El的电压高于第二单体电池E2时，微控制器Ul开通第一 MOS管Ql向第二电感L2充电一段时间，然后完全关闭第一 MOS管Ql后立即开通第二 MOS管Q2，此时第二电感L2将向第二单体电池E2进行充电，与此同时微控制器Ul会继续检测第一单体电池El和第二单体电池E2的电压差，控制充电直到第一单体电池El和第二单体电池E2的压差在预设范围(即:允许范围)内。当微控制器Ul检测到第二单体电池E2的电压高于第一单体电池El时，微控制器Ul开通第二 MOS管Q2向第二电感L2充电一段时间，然后完全关闭第二 MOS管Q2后立即开通第一 MOS管Ql,此时第二电感L2将向第一单体电池El进行充电，与此同时，微控制器Ul会继续检测第一单体电池El和第二单体电池E2的电压差，控制充电直到第一单体电池El和第二单体电池E2的压差在允许范围内。第一自恢复保险丝Fl和第二自恢复保险丝F2用于保护充电时的电流过大，第一瞬态抑制二极管Tl和第二瞬态抑制二极管T2用于限制充电引起的电压过高。

[0036] 所述微控制器Ul通过一个IO 口(当需传输的数据较多时，亦可采用两个IO 口)与上位机I连接。将该单体电池电压均衡模块内部状态上传到上位机I (比如:计算机)中，以实现实时监测。

[0037] 本实用新型中，所述微控制器Ul采用8位及8位以上的单片机即可，例如:PIC12F1823、AT89S52、STM8S003F3、MC9S08MP16DS 等。

[0038] 实施例二[0039] 以三个单体电池(B卩:第一单体电池E1、第二单体电池E2和第三单体电池E3)为例对本实用新型进行具体的说明:

[0040] 如图2所示，使用时，将该单体电池电压均衡模块Al中第一自恢复保险丝Fl和第一瞬态抑制二极管Tl的连接点与第一单体电池El的正极连接，将单体电池电压均衡模块Al中第二电感L2和第三电感L3的连接点与第一单体电池El的负极和第二单体电池E2的正极的连接点连接，将单体电池电压均衡模块Al中的第二瞬态抑制二极管T2和第二自恢复保险丝F2的连接点与第二单体电池E2的负极连接。

[0041] 将该单体电池电压均衡模块A2中第一自恢复保险丝Fl和第一瞬态抑制二极管Tl的连接点与第二单体电池E2的正极连接，将单体电池电压均衡模块A2中第二电感L2和第三电感L3的连接点与第二单体电池E2的负极和第三单体电池E3的正极的连接点连接，将单体电池电压均衡模块A2中的第二瞬态抑制二极管T2和第二自恢复保险丝F2的连接点与第三单体电池E3的负极连接。

[0042] 其余部分与实施例一相同。

[0043] 实施例三

[0044] 以四个单体电池(即:第一单体电池E1、第二单体电池E2、第三单体电池E3和第四单体电池E4)为例对本实用新型进行具体的说明:

[0045] 如图3所示，使用时，将该单体电池电压均衡模块Al中第一自恢复保险丝Fl和第一瞬态抑制二极管Tl的连接点与第一单体电池El的正极连接，将单体电池电压均衡模块Al中第二电感L2和第三电感L3的连接点与第一单体电池El的负极和第二单体电池E2的正极的连接点连接，将单体电池电压均衡模块Al中的第二瞬态抑制二极管T2和第二自恢复保险丝F2的连接点与第二单体电池E2的负极连接。

[0046] 将该单体电池电压均衡模块A2中第一自恢复保险丝Fl和第一瞬态抑制二极管Tl的连接点与第二单体电池E2的正极连接，将单体电池电压均衡模块A2中第二电感L2和第三电感L3的连接点与第二单体电池E2的负极和第三单体电池E3的正极的连接点连接，将单体电池电压均衡模块A2中的第二瞬态抑制二极管T2和第二自恢复保险丝F2的连接点与第三单体电池E3的负极连接。

[0047] 将该单体电池电压均衡模块A3中第一自恢复保险丝Fl和第一瞬态抑制二极管Tl的连接点与第三单体电池E3的正极连接，将单体电池电压均衡模块A3中第二电感L2和第三电感L3的连接点与第三单体电池E3的负极和第四单体电池E4的正极的连接点连接，将单体电池电压均衡模块A3中的第二瞬态抑制二极管T2和第二自恢复保险丝F2的连接点与第四单体电池E4的负极连接。

[0048] 其余部分与实施例一相同。

Claims (3)

1.一种单体电池电压均衡模块,其特征在于:包括第一、第二、第三电感(L1、L2、L3)、第一、第二 MOS管(Q1、Q2)、第一、第二、第三、第四电阻(R1、R2、R3、R4)、第一、第二肖特基二极管(Dl、D2)、第一、第二、第三电容(Cl、C2、C3)、第一、第二自恢复保险丝(F1、F2)、第一、第二瞬态抑制二极管(Tl、T2)和微控制器(Ul)； 所述第一 MOS管(Ql)的源极依次经第一电感(LI)、第一电容(Cl)接地，所述第一电感(LI)和第一电容(Cl)的连接点与微控制器(Ul)的供电端口连接； 所述第一 MOS管(Ql)的源极还依次经第一电阻(R1)、第二电阻(R2)与微控制器(Ul)的IO 口连接，所述第一肖特基二极管(Dl)与第二电阻(R2)并联，且第一肖特基二极管(Dl)的负极和第二电阻(R2)的连接点与第一 MOS管(Ql)的栅极连接； 所述第一 MOS管(Ql)的漏极和第二 MOS管(Q2)的漏极的连接点依次经第二电感(L2)、第三电感(L3)、第三电容(C3)接地，且所述第三电感(L3)和第三电容(C3)的连接点与微控制器(Ul)的模拟端口连接； 所述第二 MOS管(Q2)的栅极经第三电阻(R3)与微控制器(Ul)的IO 口连接；所述第二肖特基二极管(D2)与第三电阻(R3)并联，且第二肖特基二极管(D2)的正极和第三电阻(R3)的连接点经第四电阻(R4)接地；所述第二电容(C2)与第四电阻(R4)并联； 所述第一 MOS管(Ql)的源极还依次经第一自恢复保险丝(F1)、第一瞬态抑制二极管(Tl)、第二瞬态抑制二极管(T2)、第二自恢复保险丝(F2)与第二 MOS管(Q2)的源极连接，且第一瞬态抑制二极管(Tl)和第二瞬态抑制二极管(T2)的连接点与第二电感(L2)和第二MOS管(Q2)的漏极的连接点连接，所述第二 MOS管(Q2)的源极还接地。

2.根据权利要求1所述的单体电池电压均衡模块，其特征在于:所述单体电池电压均衡模块连接在电池组中的任意相邻两个单体电池之间，电池组由N个单体电池串联组成，N为自然数且N ≤ 2，单体电池电压均衡模块的接入数量为N-1个，且任一单体电池电压均衡模块与其对应配合的相邻·两个单体电池之间的连接关系为: 单体电池电压均衡模块中所述第一自恢复保险丝(Fl)和第一瞬态抑制二极管(Tl)的连接点与其中一个单体电池的正极连接，单体电池电压均衡模块中所述第二瞬态抑制二极管(T2)和第二自恢复保险丝(F2)的连接点与另一个单体电池的负极连接，单体电池电压均衡模块中所述第二电感(L2)和第三电感(L3)的连接点与两个单体池体的连接点连接。

3.根据权利要求1或2所述的单体电池电压均衡模块，其特征在于:所述微控制器(Ul)通过IO 口与上位机(I)连接。