CN211209328U

CN211209328U - 一种均衡充电的电池控制系统

Info

Publication number: CN211209328U
Application number: CN201922024971.0U
Authority: CN
Inventors: 李晶; 祝国辉; 王千秋; 郅定兴; 史建行
Original assignee: Zhengzhou Institute of Technology
Current assignee: Zhengzhou Institute of Technology
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2029-11-21

Abstract

本实用新型的一种均衡充电的电池控制系统，包括电池电压检测电路、均衡判断电路、恒流调节电路、恒压调节电路，电池电压检测电路通过差动放大器计算出单体电池正负极的电位差，得出电池电压，进入均衡判断电路，通过运算放大器AR2判断是否低于平均值电压，低时，恒流调节电路将电压差的大小转换为一定占空比的方波，控制MOS管进行恒流对电池充电，高于均值电压时，通过运算放大器AR3判断是否高于均衡阈值电压，高时，恒压调节电路一路通过采样、比较、控制MOS管T2的导通程度进行调压，进行恒压对电池充电，另一路经V‑F转换电路将差值电压的大小转换为一定占空比的方波，通过控制MOS管T1开通与关断，利用电容C4实现单体电池的电压能量向逐个连接的单体电池传递，防止单体电池过电压，同时节能，提高了充电效率。

Description

一种均衡充电的电池控制系统

技术领域

本实用新型涉及电池充电技术领域，特别是一种均衡充电的电池控制系统。

背景技术

由于加工制造单节电池时，制造加工有误差，单节电池容量，电压不一致，且在电池的使用过程中受温度差异等影响，造成在电池充电过程中，电池端电压不平衡，某一单体电池一旦过压会使电池受损，且容易引发安全事故，目前采用主动式、被动式进行均衡充电，由于主动式均衡充电能量利用率虽高，但控制复杂、成本高，主要采用被动式-电阻消耗均衡法进行均衡充电，具体为每个单体电池通过一个三极管与一个电阻连接，通过控制三极管的导通与关断实现电阻对电池单体多余的能量以热能方式耗散掉，但缺点也很明显，能量消耗大，效率低。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种均衡充电的电池控制系统，有效的解决了电池被动式均衡充电，能量消耗大、效率低的问题。

其解决的技术方案是，包括电池电压检测电路、均衡判断电路、恒流调节电路、恒压调节电路，其特征在于，所述电池电压检测电路通过差动放大器计算出单体电池正负极的电位差，得出电池电压，进入均衡判断电路，通过运算放大器AR2判断是否低于平均值电压，低时，二极管D1导通，恒流调节电路将电压差的大小转换为一定占空比的方波，控制MOS管进行恒流对电池充电，高于均值电压时，通过运算放大器AR3判断是否高于均衡阈值电压，高时，恒压调节电路通过采样、比较、控制MOS管T2的导通程度进行调压，进行恒压对电池充电；

所述均衡判断电路包括电感L2，电感L2的一端连接运算放大器AR1的输出端，电感L1的另一端分别连接接地电容C1的一端、接地电阻R7的一端、运算放大器AR2的同相输入端、三极管Q1的基极，运算放大器AR2的反相输入端分别连接电阻R5的一端、电阻R6的一端，电阻R5的另一端连接平均值电压和三极管Q1的发射极，运算放大器AR2的输出端连接电阻R6的另一端，三极管Q1的集电极分别连接运算放大器AR3的同相输入端、接地电阻R12的一端，运算放大器AR3的反相输入端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端，电阻R9的另一端连接预设的均衡阈值电压，运算放大器AR3的输出端连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电阻R10的另一端。

本实用新型结构简单，单体电压低于平均值电压时，两者电压差经 V-F转换电路转换为一定占空比的方波，加到MOS管T1的栅极，控制MOS管T1的开关频率，实现通过电阻R17对单体电池进行分流，进行恒流对电池充电，单体电压高于平均值电压时，再分析平均值电压与均衡阈值电压，高时，一路通过采样、比较、控制MOS管T2的导通程度进行调压，输出恒定电压对电池充电，另一路经V-F转换电路将差值电压的大小转换为一定占空比的方波，通过控制MOS管T1开通与关断，利用电容C4实现单体电池的电压能量向逐个连接的单体电池传递，防止单体电池过电压，同时节能，效率高。

附图说明

图1为本实用新型的电路连接原理图。

具体实施方式

为有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本实用新型的各示例性的实施例。

一种均衡充电的电池控制系统，所述电池电压检测电路通过差动放大器计算出单体电池正负极的电位差，得出电池电压，进入均衡判断电路，通过运算放大器AR2判断是否低于平均值电压，低时，二极管D1导通，恒流调节电路工作，高于均值电压时，三极管Q1导通平均值电压进入运算放大器AR3的同相输入端，与运算放大器AR3的反相输入端接入的均衡阈值（4.2V）电压进行比较，判断是否高于均衡阈值电压，高时，比较后输出的差值电压一路触发三极管Q2导通，使恒压调节电路工作，另一路加到恒流调节电路，所述恒流调节电路接收均衡判断电路中运算放大器AR2、 AR3比较后输出的差值电压，经电压频率转换器U1、电阻R8、电阻R13、电容C2、电容C5及二极管D2和D3组成的V-F转换电路将差值电压的大小转换为一定占空比的方波，加到MOS管T1的栅极，控制MOS管T1的开关频率，实现通过电阻R17对单体电池进行分流，以此进行恒流对电池充电，所述恒压调节电路一路通过采样、比较、控制MOS管T2的导通程度进行调压，进行恒压对电池充电，另一路经V-F转换电路将差值电压的大小转换为一定占空比的方波，通过控制MOS管T1开通与关断，利用电容C4实现单体电池的电压能量向逐个连接的单体电池传递，防止单体电池过电压，同时节能；

所述均衡判断电路接收检测的电池电压，经电感L2滤波、电容C1和电阻R7延时（以使与平均值电压同时进入运算放大器AR2）后，进入运算放大器AR2的同相输入端，与运算放大器AR2的反相输入端平均值电压（可以由加法比例放大器将检测的多个单体电池电压相加，再设置加法比例放大器的反馈电阻、输入电阻的比值为多个单体的数目所得）进行比较，判断是否低于平均值电压，低时，比较后输出的差值电压使二极管D1导通，恒流调节电路工作，高于均值电压时，三极管Q1导通平均值电压进入运算放大器AR3的同相输入端，与运算放大器AR3的反相输入端接入的均衡阈值（4.2V）电压进行比较，判断是否高于均衡阈值电压，高时，比较后输出的差值电压一路触发三极管Q2导通，使恒压调节电路工作，另一路加到恒流调节电路，包括电感L2，电感L2的一端连接运算放大器AR1的输出端，电感L1的另一端分别连接接地电容C1的一端、接地电阻R7的一端、运算放大器AR2的反相输入端、三极管Q1的基极，运算放大器AR2的同相输入端分别连接电阻R5的一端、电阻R6的一端，电阻R5的另一端连接平均值电压和三极管Q1的发射极，运算放大器AR2的输出端连接电阻R6的另一端，三极管Q1的集电极分别连接运算放大器AR3的同相输入端、接地电阻R12的一端，运算放大器AR3的反相输入端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端，电阻R9的另一端连接预设的均衡阈值电压，运算放大器AR3的输出端连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电阻R10的另一端、二极管D5的正极，二极管D5的负极连接三极管Q2的基极。

在上述技术方案中，所述恒流调节电路接收均衡判断电路中运算放大器AR2、 AR3比较后输出的差值电压，经电压频率转换器U1、电阻R8、电阻R13、电容C2、电容C5及二极管D2和D3组成的V-F转换电路将差值电压的大小转换为一定占空比的方波，加到MOS管T1的栅极，控制MOS管T1的开关频率，实现通过电阻R17对单体电池进行分流，以此进行恒流对电池充电，包括电压频率转换器U1，电压频率转换器U1的引脚1连接电源+12V，电压频率转换器U1的引脚8连接电源-12V，电压频率转换器U1的引脚12、引脚13、引脚6连接地，电压频率转换器U1的引脚14连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接运算放大器AR2的输出端，电压频率转换器U1的引脚15分别连接电阻R8的一端、二极管D2的正极，电阻R8的另一端连接电源+5V，二极管D2的负极连接地，电压频率转换器U1的引脚5分别连接二极管D3的负极、电容C2的一端，二极管D3的正极连接地，电容C2的另一端分别连接电压频率转换器U1的引脚4、引脚7、接地电阻R13的一端、接地电容C5的一端、MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接二极管D6的正极、单体电池P1的负极、接地电阻R17的一端，MOS管T1的漏极、二极管D6的负极连接单体电池P1的正极。

在上述技术方案中，所述恒压调节电路接收均衡判断电路中运算放大器AR3比较后输出的差值电压，一路触发三极管Q2导通，通过电阻R14和电阻R15分别对电源V+和MOS管T2稳压后电压采样，采样后电压经运算放大器AR4比较，比较后电压通过电阻R15对电容C3充电，充电电压达到双向二极管D5的导通电压值0.3V时，双向二极管D5导通，进而触发晶闸管VTL1导通，比较后电压控制MOS管T2的导通程度，进而进行调压，输出恒定电压对电池充电，另一路经V-F转换电路将差值电压的大小转换为一定占空比的方波，通过控制MOS管T1开通与关断，利用电容C4实现单体电池的电压能量向逐个连接的单体电池传递，防止单体电池过电压，同时节能，效率高，包括三极管Q2，三极管Q2的基极连接二极管D5的负极，三极管Q2的集电极分别连接MOS管T2的漏极、二极管D4的负极、电阻R16的一端、电源V+，三极管Q2的发射极连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接运算放大器AR4的反相输入端，运算放大器AR4的同相输入端通过电阻R18连接MOS管T2的源极、二极管D4的正极、单体电池P1的正极，运算放大器AR4的输出端分别连接晶闸管VTL1的阴极、电阻R15的一端，电阻R15的另一端分别连接接地电容C3的一端、双向二极管D5的一端，双向二极管D5的另一端连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阳极分别连接电阻R16的另一端、MOS管T2的栅极，串联连接单体电池的负极连接电源V-。

所述电池电压检测电路通过电阻R1、电阻R2连接单体电池正极、负极，得出单体电池的正负极电位，之后进入差动放大器AR1计算出单体电池正负极的电位差，得出电池电压，包括电阻R1、电阻R2，电阻R1的一端、电阻R2的一端分别连接单体电池正极、负极，电阻R1的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4的一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、接地电阻R3的一端，运算放大器AR1的输出端和电阻R4的另一端为电池电压检测电路的输出信号。

本实用新型在进行使用的时候，通过电阻R1、电阻R2连接单体电池正极、负极，得出单体电池的正负极电位，之后进入差动放大器AR1计算出单体电池正负极的电位差，得出单体电池电压，进入运算放大器AR2的同相输入端，与运算放大器AR2的反相输入端平均值电压进行比较，判断是否低于平均值电压，低时，比较后输出的差值电压经二极管D1导通后，经V-F转换电路将差值电压的大小转换为一定占空比的方波，加到MOS管T1的栅极，控制MOS管T1的开关频率，实现通过电阻R17对单体电池进行分流，以此进行恒流对电池充电，恒流调节电路工作，高于均值电压时，三极管Q1导通，平均值电压进入运算放大器AR3的同相输入端，与运算放大器AR3的反相输入端接入的均衡阈值（4.2V）电压进行比较，判断是否高于均衡阈值电压，高时，比较后输出的差值电压一路触发三极管Q2导通，通过电阻R14和电阻R15分别对电源V+和MOS管T2稳压后电压采样，采样后电压经运算放大器AR4比较，比较后电压控制MOS管T2的导通程度，进而进行调压，输出恒定电压对电池充电，另一路经V-F转换电路将差值电压的大小转换为一定占空比的方波，通过控制MOS管T1开通与关断，利用电容C4实现单体电池的电压能量向逐个连接的单体电池传递，防止单体电池过电压，同时节能，提高了充电效率高。

Claims

1.一种均衡充电的电池控制系统，包括电池电压检测电路、均衡判断电路、恒流调节电路、恒压调节电路，其特征在于，所述电池电压检测电路通过差动放大器计算出单体电池正负极的电位差，得出电池电压，进入均衡判断电路，通过运算放大器AR2判断是否低于平均值电压，低时，二极管D1导通，恒流调节电路将电压差的大小转换为一定占空比的方波，控制MOS管进行恒流对电池充电，高于均值电压时，通过运算放大器AR3判断是否高于均衡阈值电压，高时，恒压调节电路通过采样、比较、控制MOS管T2的导通程度进行调压，进行恒压对电池充电；

所述均衡判断电路包括电感L2，电感L2的一端连接运算放大器AR1的输出端，电感L1的另一端分别连接接地电容C1的一端、接地电阻R7的一端、运算放大器AR2的反相输入端、三极管Q1的基极，运算放大器AR2的同相输入端分别连接电阻R5的一端、电阻R6的一端，电阻R5的另一端连接平均值电压和三极管Q1的发射极，运算放大器AR2的输出端连接电阻R6的另一端，三极管Q1的集电极分别连接运算放大器AR3的同相输入端、接地电阻R12的一端，运算放大器AR3的反相输入端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端，电阻R9的另一端连接预设的均衡阈值电压，运算放大器AR3的输出端连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电阻R10的另一端、二极管D5的正极，二极管D5的负极连接三极管Q2的基极。

2.如权利要求1所述的一种均衡充电的电池控制系统，其特征在于，所述恒流调节电路包括型号为AD651的电压频率转换器U1，电压频率转换器U1的引脚1连接电源+12V，电压频率转换器U1的引脚8连接电源-12V，电压频率转换器U1的引脚12、引脚13、引脚6连接地，电压频率转换器U1的引脚14连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接运算放大器AR2的输出端，电压频率转换器U1的引脚15分别连接电阻R8的一端、二极管D2的正极，电阻R8的另一端连接电源+5V，二极管D2的负极连接地，电压频率转换器U1的引脚5分别连接二极管D3的负极、电容C2的一端，二极管D3的正极连接地，电容C2的另一端分别连接电压频率转换器U1的引脚4、引脚7、接地电阻R13的一端、接地电容C5的一端、MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接二极管D6的正极、单体电池P1的负极、接地电阻R17的一端，MOS管T1的漏极、二极管D6的负极连接单体电池P1的正极。

3.如权利要求1所述的一种均衡充电的电池控制系统，其特征在于，所述恒压调节电路包括三极管Q2，三极管Q2的基极连接二极管D5的负极，三极管Q2的集电极分别连接MOS管T2的漏极、二极管D4的负极、电阻R16的一端、电源V+，三极管Q2的发射极连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接运算放大器AR4的反相输入端，运算放大器AR4的同相输入端通过电阻R18连接MOS管T2的源极、二极管D4的正极、单体电池P1的正极，运算放大器AR4的输出端分别连接晶闸管VTL1的阴极、电阻R15的一端，电阻R15的另一端分别连接接地电容C3的一端、双向二极管D5的一端，双向二极管D5的另一端连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阳极分别连接电阻R16的另一端、MOS管T2的栅极，串联连接单体电池的负极连接电源V-。

4.如权利要求1所述的一种均衡充电的电池控制系统，其特征在于，所述电池电压检测电路包括电阻R1、电阻R2，电阻R1的一端、电阻R2的一端分别连接单体电池正极、负极，电阻R1的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4的一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、接地电阻R3的一端，运算放大器AR1的输出端和电阻R4的另一端为电池电压检测电路的输出信号。