CN206283270U - 一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路，包括中央控制单元、电压采集单元、均衡放电电路单元。电压采集单元采集电池电压信息并传输至中央控制单元，中央控制单元对采集的电压信息进行分析并判断所需放电的电池，生成指令控制相对应的均衡放电单元进行放电，直至电池电压差小于设定值，断开相对应均衡放电电路。相比于现有的被动均衡集成电路，此均衡电路的均衡电流较大，并且可根据电池等级设计不同大小的均衡电流。

Description

一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路

技术领域

本实用新型属于电池组管理领域，尤其涉及梯次电池组管理系统的被动均衡电路。

背景技术

随着全球能源紧缺以及大气污染的日益严重，越来越多的国家高度重视新能源汽车的研发、应用及推广。作为新能源汽车的主要动力来源——动力锂电池，其续航容量不满标称容量的80％则退役，若直接报废则浪费非常严重，因此对动力电池的梯次利用得到有关政府的高度重视。

在梯次电池的使用过程中，由于电池的个体差异、温度差异、特性曲线不一致等原因造成梯次电池较新电池端电压出现更为严重的不平衡，使得电池组在充放电阶段更容易出现过充电和过放电等现象，并且随着时间的推移，这种现象在逐渐加剧，最终可能损坏电池。为解决该问题，电池管理系统应具有更高均衡能力的均衡电路来提高梯次电池之间的一致性，延长梯次电池组的使用寿命。

目前电池组的均衡方法主要分为两类：主动均衡和被动均衡。主动均衡:采用能量转移的方式，把能量从能量高的单体电池转移到能量低的单体电池。此种方法节能降耗，但是控制电路复杂、体积大、成本高。被动均衡：采用能量损耗的方法，即把能量高的单体电池连接在电阻上，以热能的形式消耗掉。被动均衡损耗较大，但是控制简单、容易实现、成本低、相对稳定而得到广泛的应用。目前最常见的是集成的均衡芯片，虽然它的体积小、集成化，但是它的均衡电流比较小，不能满足现在市场(梯次电池组)均衡的要求，因此出现了采用N型沟道MOS管组成被动均衡电路。但是每个MOS管栅极驱动电压都未采用同一参考电压，导致各个MOS管之间需要加入隔离器件，增加了成本。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路，旨在解决现有均衡电路中出现的均衡电流小、各个电子开关之间需要进行电源隔离的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的，一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路，所述电池组包括若干串联连接的单体电池，被动均衡电路包括中央控制单元以及与每一单体电池相对应连接的若干电压采集单元和均衡放电电路单元；所述电压采集单元与每一单体电池一一相对应连接，电压采集单元利用差分放大电路对单体电池进行电压采集，并将采集到的电压信息传送给中央控制单元；所述均衡放电单元与每一单体电池一一相对应连接，所述中央控制单元根据电压采集单元采集到的电压信息控制相对应的单体电池是否进行放电。

进一步，所述均衡放电单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、三极管和MOS管；所述MOS管的源极都与相对应的单体电池的正极相连，所述MOS管的漏极通过所述的第一电阻与相对应的单体电池的负极相连，MOS管的栅极通过第二电阻与相对应的单体电池的正极相连，三极管的集电极通过第三电阻与相对应的MOS管的栅极相连，三极管的基极通过第四电阻与中央控制单元对应的输出端相连，所述的第五电阻连接于中央控制单元相应的输出端与参考地之间，三极管的发射极与参考地相连。

进一步，所述的三极管为NPN型三极管，所述的MOS管为P型沟道MOS管。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的有益技术效果：

一方面，被动均衡电路采用MOS管组成的放电电路，不仅均衡电流大，满足市场的需要，而且通过选择不同参数的MOS管，可设计不同均衡电流大小的均衡电路；另一方面，被动均衡电路采用P型沟道的MOS管，栅极驱动通过巧妙的设计，使所有的MOS管能在满足驱动的前提下，还能采用统一参考电压，无需增加隔离器件，节约成本。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1是本实用新型提供的一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路结构框图；

图2是本实用新型提供的均衡放电单元的具体结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1所示为本发明的一个适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路，包括中央控制单元、电压采集单元以及均衡放电单元。

所述电池组包括若干串联连接的单体电池，被动均衡电路包括中央控制单元以及与每一单体电池相对应连接的若干电压采集单元和均衡放电电路单元；所述电压采集单元与每一单体电池一一相对应连接，电压采集单元利用差分放大电路对单体电池进行电压采集，并将采集到的电压信息传送给中央控制单元；所述均衡放电单元与每一单体电池一一相对应连接，所述中央控制单元根据电压采集单元采集到的电压信息对相对应的单体电池进行放电。

中央控制单元分析电压采集单元输送过来的电压信息，当电池组单体电池最高电压达到设定的均衡启动电压时，且某一单体电池电压与最低电池电压的压差大于均衡启动压差时，中央控制单元将该单体电池判断为需放电电池，并向相对应的均衡放电单输送开通指令信号，使其对应的均衡电路进行放电，当检测到已开启均衡电路的单体电池电压与最低电池电压的压差小于均衡启动压差时，中央控制单元生成关闭指令断开电子开关，使相对应的放电电池停止放电。

详细的，现以电池组中其中两个单体电池为例介绍均衡放电单元结构，如图2所示。单体电池B_n的均衡放电单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、NPN三极管Q2以及以P型沟道的MOS管Q1。

MOS管Q1的源极直接连到单体电池B_n的正极，MOS管Q1的漏极通过第一电阻R1与单体电池的B_n的负极相连，MOS管Q1的栅极通过第二电阻R2与单体电池B_n的正极相连，同时通过第三电阻R3与三极管Q2的集电极相连。三极管Q2的发射集连接到最低节单体电池的负极即参考地，三极管Q2的基极通过第四电阻R4与中央控制单元的输出端相连，同时中央控制单元的输出端与参考地之间连接第五电阻R5。

中央控制单元通过控制三极管的开通与关断来控制MOS管是否导通；当中央控制单元输出端输出高电平时，相对应的三极导通，单体电池的正极通过两个分压电阻直接与参考地相连，此时MOS管的栅源之间的电压即为分压电阻二压降的相反值，即为负值，只需选择合适分压电阻即可以使P型沟道的MOS管导通。

此电路设计的巧妙之处在于：使各个MOS管的栅极通过相对应的三极管连接到同一参考地上，相对于N型沟道MOS管组成的均衡放电电路，无需多个参考电压端，因而各个电子开关之间无需隔离器件，节约成本。

具体的，在本实例中第一电阻R1的阻值为30Ω，第二电阻R2的阻值为1KΩ，第三电阻的阻值是根据单体电池B_n正极与参考地之间电压计算得到，第四电阻R4的阻值为10KΩ,第五电阻R5的阻值为47KΩ。

其中R代表为每一个均衡电路单元对应的第三电阻，V_n代表相对应的单体电池正极与参考地之间的电压。

设均衡启动电压为3.45V，均衡启动压差为0.1V。假设图2中的B_n为第七节电池，整个电池组一共具有8节电池，一到三节单体电池的电压均为3.3V，第四节单体电池的电压为3.25V，第五、六节单体电池也均为3.3V，第七节单体电池的电压为3.5V，第八节单体电池电压为3.3V。根据公式一计算得到对应的第三电阻R₃为7K。此时，单体最高电压为3.5V，已经达到均衡启动电压；同时单体电池最低电压为3.25V，第七节单体电池与单体电池最低电压的压差为0.15V，达到均衡启动压差阀门值，而其它节的单体电池与单体电池最低电压的压差未达到均衡启动压差阀门值，因此只需要对第七节电池进行单独的放电。中央控制单元生成均衡电路开启指令，向第七节单体电池对应的三极管Q2的基极输出高电平，此时三极管Q2导通，第七节电池的正极通过第二电阻R2和第三电阻R3连接至地，P型沟道MOS管的栅源之间的电压为R2两端压降的相反值，即为-3.3V，满足MOS管的开通条件，则第七节单体电池的均衡放电电路开通，进行放电。当第七节单体电池的电压下降到3.35V时，其与单体电池最低电压的压降小于均衡启动压差阀门值时，中央控制单元生成均衡电路关闭指令，向第七节单体电池对应的三极管Q2基极输出低电平；此时三极管Q2关断，MOS管Q1的栅源之间电压为零，MOS管关断，第七节单体电池的均衡电路关闭。

下面结合图2进一步说明此均衡放电电路的优势：

相比于集成被动均衡电路，本发明设计的均衡放电电路是以MOS管Q1和放电电阻R1组成，均衡电流较大，更能适应市场(梯次电池)的趋势，并且可以通过选择合适的MOS管Q1和放电电阻R1设计不同电流大小的被动均衡电路。

假设B_n和B_n-1两节电池均需要进行放电，中央控制单元分别向三极管Q2和三极管Q4的基极输出高电平，第三电阻R3和R8只需选择合适的电阻值，无需隔离器件，即可使MOS管Q1和MOS管Q2同时导通。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路，所述电池组包括若干串联连接的单体电池，其特征在于：被动均衡电路包括中央控制单元以及与每一单体电池相对应连接的若干电压采集单元和均衡放电电路单元；

所述电压采集单元与每一单体电池一一相对应连接，电压采集单元利用差分放大电路对单体电池进行电压采集，并将采集到的电压信息传送给中央控制单元；

所述均衡放电单元与每一单体电池一一相对应连接，所述中央控制单元根据电压采集单元采集到的电压信息对相对应的单体电池进行放电。

2.根据权利要求1所述的一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路，其特征在于：所述均衡放电单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、三极管和MOS管；

所述MOS管的源极都与相对应的单体电池的正极相连，所述MOS管的漏极通过所述的第一电阻与相对应的单体电池的负极相连，MOS管的栅极通过第二电阻与相对应的单体电池的正极相连，三极管的集电极通过第三电阻与相对应的MOS管的栅极相连，三极管的基极通过第四电阻与中央控制单元对应的输出端相连，所述的第五电阻连接于中央控制单元相应的输出端与参考地之间，三极管的发射极与参考地相连。

3.根据权利要求2所述的一种适用于梯次电池组管理的低成本大电流被动均衡电路，其特征在于：所述的三极管为NPN型三极管，所述的MOS管为P型沟道MOS管。