CN204243847U - 一种动力电池包的电池单体电压均衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动力电池包的电池单体电压均衡电路，包括电压采集芯片和连接于动力电池包的相邻两电极之间的电压均衡回路，动力电池包的电极包括电池单体的正极和负极，且相邻电池单体间连接在一起的两电极为同一电极；动力电池包的电极与电压采集芯片的对应电压检测端口连接；电压均衡回路包括串联在相邻两电极之间的开关管和分压电阻，相邻两电极中至少有一个电极经分压电阻与电压采集芯片的对应电压检测端口连接。由于基于本实用新型电路计算得到的电池单体在对应电压均衡回路导通时的电压应该低于在对应电压均衡回路断开时的电压，因此，电池管理系统可根据该特性判断电池单体电压均衡电路是否失效，并确定具体失效的位置。

Description

一种动力电池包的电池单体电压均衡电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电池管理技术领域，尤其涉及一种动力电池包的电池单体电压均衡电路。

背景技术

由于电动汽车续驶里程的要求以及电池单体本身低电压低容量的限制，电动汽车的动力电池包是由大量电池单体串联连接而成，以提供所需的驱动电压及行驶能力。由于现有制造技术以及不可避免的温度等外部环境差异，导致大量电池单体之间的初始容量、工作电压、剩余容量等不可能完全一致，这会使得动力电池包在使用过程中会出现个别电池单体过充过放的问题，进而导致电池单体间的电压不一致，这会严重影响动力电池包的使用寿命与安全。因此，电动汽车的电池管理系统需要实时监测各电池单体电压，并根据电池单体电压间的差异进行电池单体电压均衡。

电池单体电压均衡电路主要是通过开关形成各电池单体的电压均衡回路，当某一电池单体电压过高时，通过控制开关使对应电压均衡回路导通，进而使该电池单体放电的方式，实现电池单体电压均衡的目的。现有电池单体电压均衡电路存在的主要缺陷是不具有均衡电路失效检测功能，电池管理系统无法检测电池单体电压均衡电路的状态，因此，用户很难及时发现并处理电压均衡故障，如果某些电池单体因电池单体电压均衡电路失效而长期处于无法均衡或者被均衡状态，将导致对应电池单体的损坏，进而严重影响动力电池包的正常使用。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种可以进行均衡失效检测的电池单体电压均衡电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种动力电池包的电池单体电压均衡电路，包括电压采集芯片和连接于所述动力电池包的相邻两电极之间的电压均衡回路，所述动力电池包的电极包括串联形成所述动力电池包的各电池单体的正极和负极，且相邻电池单体之间电性连接在一起的一个正极和一个负极为同一电极；所述动力电池包的电极与所述电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接；所述电压均衡回路包括串联连接在所述相邻两电极之间的开关管和分压电阻，所述相邻两电极中至少有一个电极经所述分压电阻与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接。

优选的是，所述相邻两电极中只有一个电极经所述分压电阻与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接。

优选的是，所述动力电池包的电位最低的电极直接与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接。

优选的是，所述动力电池包的电极分为电位最低的电极和其他电极，各其他电极与所述电位最低的电极之间连接有滤波电路，所述其他电极经对应滤波电路与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接；连接于所述其他电极与所述电压采集芯片的对应电压检测端口之间的分压电阻具体为连接于对应其他电极与对应滤波电路之间。

优选的是，所述滤波电路为RC滤波电路。

优选的是，所述开关管为N沟道增强型场效应管，所述N沟道增强型场效应管的栅极与所述电压采集芯片的对应控制端口电性连接。

优选的是，所述N沟道增强型场效应管的栅极与源极之间连接有第四电阻，所述N沟道增强型场效应管的栅极与所述电压采集芯片的对应控制端口之间连接有第三电阻。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型的动力电池包的电池单体电压均衡电路通过将开关管和分压电路串联连接在相邻两电极之间形成电压均衡回路，且使相邻两电极中至少有一个电极经该分压电阻与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接的方式，使得可计算得到的电池单体在对应电压均衡回路导通时的电压低于在对应电压均衡回路断开时的电压，这样，电池管理系统便可根据该特性判断电池单体电压均衡电路是否失效，并确定具体失效的位置。

附图说明

图1示出了根据本实用新型动力电池包的电池单体电压均衡电路的一种实施结构的电路原理图；

图2示出了在图1所示电池单体电压均衡电路的基础上进行奇数通道验证时电流流动情况；

图3示出了在图1所示电池单体电压均衡电路的基础上进行偶数通道验证时电流流动情况。

附图标记说明：

1：电压均衡回路；            2：滤波电路；

U1：电压采集芯片；           P0、P1、P2、P3：动力电池包的电极；

Q1：开关管；                 R1-分压电阻；

R2：电阻；                   R3：第三电阻；

R4：第四电阻；               C1-滤波电容；

R5-滤波电阻；                B-动力电池包的总负极；

SW1、SW2、SW3：控制端口；    C0、C1、C2、C3：电压检测端口；

AGND：接地端口。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型为了解决现有动力电池包的电池单体电压均衡电路不具有均衡电路失效检测功能的问题，提供一种经改进的电池单体电压均衡电路。如图1所示，本实用新型的电池单体电压均衡电路包括电压采集芯片U1和连接于动力电池包的相邻两电极之间的电压均衡回路1，该动力电池包的电极包括串联形成动力电池包的各电池单体的正极和负极，且将相邻电池单体之间电性连接在一起的一个正极和一个负极视为同一电极，因此，若动力电池包由十个电池单体串联形成，则该动力电池包具有十一个电极，这相当于每个电压均衡回路1均连接于对应电池单体的正极与负极之间，图1为由三个电池单体串联形成的动力电池包的电池单体电压均衡电路的一种实施结构。动力电池包的电极与电压采集芯片U1的对应电压检测端口电性连接，以使电压采集芯片U1可以通过电压检测端口获得对应电极相对基准电位的电压，对于图1所示的实施例，电极P0、P1、P2、P3分别对应与电压检测端口C0、C1、C2、C3电性连接，该基准电位通常选择为动力电池包的电位最低的电极P0，即动力电池包的总负极B-，此时，应该使电压采集芯片U1的接地端口AGND与动力电池包的总负极B-电性连接。如图1所示，上述电压均衡回路1包括串联连接在相邻两电极之间的开关管Q1和分压电阻R1，且相邻两电极中至少有一个电极经该分压电阻R1与电压采集芯片U1的对应电压检测端口电性连接，例如在图1所示的实施例中，相邻两电极P0、P1中，电极P1经分压电阻R1与对应电极P1的电压检测端口C1电性连接，相邻两电极P2、P2中，电极P3经分压电阻R1与对应电极P3的电压检测端口C3电性连接，在此，图1中的电极P0、P2也可以经分压电阻R1与对应电压检测端口电性连接。

在本实用新型的电池单体电压均衡电路的基础上，电池管理系统进行均衡电路失效检测的方法可以为：

步骤1：电池管理系统上电后，控制所有电压均衡回路上的开关管截止，进而断开所有电压均衡回路，并获取动力电池包中所有电池单体的电压，例如图1中位于电极P1与电极P0之间的第一电池单体的电压等于电压检测端口C1检测到的电压值减去电压检测端口C0检测到的电压值，而位于电极P2与电极P1之间的第二电池单体的电压等于电压检测端口C2检测到的电压值减去电压检测端口C1检测到的电压值，以此类推。

步骤2：控制所有奇数通道的电压均衡回路上的开关管导通，并控制所有偶数通道的电压均衡回路上的开关管截止，此时，如图2所示，连接于电极P1与电极P0间，以及连接于电极P3与电极P2间的电压均衡回路有电流流过分压电阻R1，以连接于电极P1与电极P0间为例，电流按照图2中箭头方向从电极P1流经分压电阻R1、电阻R2和开关管Q1回到电极P0，这就会在分压电阻R1上获得一个分压，由于该分压的原因，在对该通道进行均衡时测试得到的第一电池单体的电压为电阻R2及开关管Q1漏源极上的分压，应该小于步骤1中在对应电压均衡回路断开时测试得到的电压。所以电池管理系统可以根据在步骤1和步骤2中测试得到的奇数通道的电池单体电压的电压差是否大于0，判断奇数通道的电压均衡回路是否有效。

步骤3：控制所有偶数通道的电压均衡回路上的开关管导通，并控制所有奇数通道的电压均衡回路上的开关管截止，此时，如图3所示，连接于电极P2与电极P1间的电压均衡回路有电流流过分压电阻R1，电流按照图3中箭头方向从电极P2流经电阻R2、开关管Q1和分压电阻R1回到电极P1，这就会在分压电阻R1上获得一个分压，由于该分压的原因，在对该通道进行均衡时测试得到的第二电池单体的电压为电阻R2及开关管Q1漏源极上的分压，应该小于步骤1中在对应电压均衡回路断开时测试得到的电压。所以电池管理系统可以根据在步骤1和步骤2中测试得到的偶数通道的电池单体电压的电压差是否大于0，判断偶数通道的电压均衡回路是否有效。

如果电池管理系统在经过上述检测后识别出某个通道的电压差等于0，则可确定对应通道的电压均衡回路失效，此时，电池管理系统可以通过例如是蜂鸣器及/或显示器告知驾驶员电池单体电压均衡电路失效及具体失效的位置，以使驾驶员及时处理，进而可以有效防止电池单体及动力电池包损坏。根据以上均衡电路失效检测方法可知，在设计匹配分压电阻R1时，需要保证在开启与不开启对应通道的电压均衡电路时，两次测试得到的电压差可以被电压采集芯片U1识别到，本领域技术人员可以根据电压采集芯片U1的模数转换精度及电池单体的标称电压设计匹配该分压电阻R1。

由此可见，本实用新型电池单体电压均衡电路通过将开关管和分压电路串联连接在相邻两电极之间形成电压均衡回路，且使相邻两电极中至少有一个电极经该分压电阻与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接的方式，使得电池管理系统根据电压采集芯片U1采集到的电压计算得到的电池单体在对应电压均衡回路导通时的电压低于在对应电压均衡回路断开时的电压，这样，电池管理系统便可根据该特性判断电池单体电压均衡电路是否失效，并确定具体失效的位置。

为了降低电压均衡回路的成本，及减少电池单体能量在电压均衡回路1上的损失，如图1所示，可使相邻两电极中只有一个电极经分压电阻R1与电压采集芯片U1的对应电压检测端口电性连接，即使相邻通道上的电压均衡回路1共用一个分压电阻R1。在该实施例的基础上，优选使动力电池包的电位最低的电极P0，即动力电池包的总负极B-，直接而非经过分压电阻R1与电压采集芯片U1的对应电压检测端口C0电性连接，这就要求例如是电极P1、电极P3的奇数序列的电极是经分压电阻R1与对应电压检测端口电性连接，这样可使电压采集芯片U1在任何情况下都能直接检测到动力电池包的总负极B-相对基准电位的电压，便于电池管理系统进行动力电池包的其他检测。

为了提高电压检测芯片U1检测各电极电压的稳定性，可将动力电池包的电极分为电位最低的电极P0和其他电极P1、P2、P3，如图1所示，并在各其他电极P1、P2、P3与电位最低的电极P0之间连接滤波电路2，该其他电极P1、P2、P3经对应滤波电路2与电压采集芯片U1的对应电压检测端口C1、C2、C3电性连接，具体为其他电极P1、P2、P3与对应滤波电路2的输入端电性连接，电压采集芯片U1的电压检测端口C1、C2、C3与对应滤波电路2的输出端电性连接；而连接于其他电极P1、P3与电压采集芯片U1的对应电压检测端口C1、C3之间的分压电阻R1具体为连接于对应其他电极P1、P3与对应滤波电路2之间。

该滤波电路为RC滤波电路，即包括串联连接的滤波电阻R5和滤波电容C1，其中，滤波电阻R5的自由端为RC滤波电路的输入端，滤波电容C1的高电位端为RC滤波电路的输出端。

上述开关管Q1可采用N沟道场效应管或者NPN型三极管，特别是N沟通增强型场效应管，该N沟道增强型场效应管的栅极与电压采集芯片U1的对应控制端口电性连接，也可直接与电池管理系统的微控制单元的对应控制端口连接，例如，在图1所示的实施例中，连接于电极P0与电极P1之间的电压均衡回路的N沟通增强型场效应管的栅极与电压采集芯片U1的控制端口SW1电性连接，连接于电极P1与电极P2之间的电压均衡回路的N沟通增强型场效应管的栅极与电压采集芯片U1的控制端口SW2电性连接，而连接于电极P2与电极P3之间的电压均衡回路的N沟通增强型场效应管的栅极与电压采集芯片U1的控制端口SW3电性连接。本领域技术人员清楚的是，该开关管Q1也可以采用其他类型的场效应管或者三极管，只需相应地改变开关管Q1的连接方式和控制信号的电平即可。

为了防止N沟道增强型场效应管Q1在电压采集芯片U1的对应控制端口悬空时出现误动作，如图1所示，可在N沟道增强型场效应管Q1的栅极与源极之间连接第四电阻R4，并在N沟道增强型场效应管Q1的栅极与对应控制端口之间连接第三电阻R3，以将N沟道增强型场效应管Q1的栅极的电位拉低，进而可以有效防止控制端口悬空时N沟道增强型场效应管Q1出现误动作。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种动力电池包的电池单体电压均衡电路，包括电压采集芯片和连接于所述动力电池包的相邻两电极之间的电压均衡回路，所述动力电池包的电极包括串联形成所述动力电池包的各电池单体的正极和负极，且相邻电池单体之间电性连接在一起的一个正极和一个负极为同一电极；所述动力电池包的电极与所述电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接；其特征在于，所述电压均衡回路包括串联连接在所述相邻两电极之间的开关管和分压电阻，所述相邻两电极中至少有一个电极经所述分压电阻与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接。

2.根据权利要求1所述的电池单体电压均衡电路，其特征在于，所述相邻两电极中只有一个电极经所述分压电阻与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接。

3.根据权利要求2所述的电池单体电压均衡电路，其特征在于，所述动力电池包的电位最低的电极直接与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的电池单体电压均衡电路，其特征在于，所述动力电池包的电极分为电位最低的电极和其他电极，各其他电极与所述电位最低的电极之间连接有滤波电路，所述其他电极经对应滤波电路与电压采集芯片的对应电压检测端口电性连接；连接于所述其他电极与所述电压采集芯片的对应电压检测端口之间的分压电阻具体为连接于对应其他电极与对应滤波电路之间。

5.根据权利要求4所述的电池单体电压均衡电路，其特征在于，所述滤波电路为RC滤波电路。

6.根据权利要求1、2或3所述的电池单体电压均衡电路，其特征在于，所述开关管为N沟道增强型场效应管，所述N沟道增强型场效应管的栅极与所述电压采集芯片的对应控制端口电性连接。

7.根据权利要求6所述的电池单体电压均衡电路，其特征在于，所述N沟道增强型场效应管的栅极与源极之间连接有第四电阻，所述N沟道增强型场效应管的栅极与所述电压采集芯片的对应控制端口之间连接有第三电阻。