CN214227856U - 一种太阳能电池组主动均衡充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池组主动均衡充电系统，包括电压采集模块、开关模块、充电保护模块、控制模块和电池组；当一所述电池的电压高于预设均衡启动电压，且所述电池与所述电池组中电压最低的电池之间的电压差高于预设电压差，则控制对应所述电池的所述充电保护模块断开且所述开关模块导通以均衡充电，其中，所述预设均衡启动电压可动态调整；这样的均衡方式，无需对电池进行放电处理，可以避免均衡过程中损耗太大的问题，同时也能避免电池过放造成的电池组容量和使用寿命下降，在日照时间有限的情况下，可实现电池提前进入均衡充电，每串电池都能够充到足够的电量，减小均衡的损耗，充电效率高，且充电更均衡。

Description

一种太阳能电池组主动均衡充电系统

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池组主动均衡充电系统。

背景技术

通常多个电池之间是以串联的方式构成动力电池组，即使忽略由制造原因造成的电池单体间的不一致，在工作过程中因温度、内阻和老化的影响，不一致性也将会越来越严重，造成电池组的电压不均衡。导致在充放电的过程中会造成过充和过放现象，最终将影响电池组的循环使用寿命，导致电池组提早失效。为延长动力电池组的循环使用寿命，一种有效的措施是对电池组进行均衡控制。

现有的对电池组进行的均衡控制是采集电池组中每串电池的实际电压值，将采集到的实际电压值与固定电压范围进行对比，来判断超出固定电压的那串电池，控制超压的那串电池放电或不充电，从而达到每串电池均衡充电。

但这种均衡控制由于电池存在放电过程而导致系统均衡时损耗太大，同时容易造成电池过放而影响电池组容量和使用寿命下降。特别是在以太阳能充电的情况下，由于日照时间短，充电时间有限，电池组在均衡时损耗太大，充电效率低，电池一致性差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种太阳能电池组主动均衡充电系统，克服现有电池均衡控制中存在的均衡损耗太大、充电效率低，电池一致性差。

本实用新型提供一种太阳能电池组主动均衡充电系统，其包括：电池组、电压采集模块、充电保护模块、开关模块以及控制模块，电池组，其连接外部电源以形成充电电路，所述电池组包括多串串联的电池；电压采集模块，其与所述电池一一对应连接，用于采集所述电池组中每串所述电池的电压；充电保护模块，其串联于相邻的两个所述电池之间，且每串所述电池均配置有一所述充电保护模块，所述充电保护模块用于接通或断开所述充电电路；开关模块，其并联于所述电池和所述充电保护模块，且每串所述电池均配置有一所述开关模块，所述开关模块用于在所述充电电路断开时提供通路；控制模块，其与所述电压采集模块、所述充电保护模块以及所述开关模块连接，所述控制模块用于根据所采集的每串所述电池的电压控制所述充电保护模块和所述开关模块接通或断开；当一所述电池的电压高于预设均衡启动电压，且所述电池与所述电池组中电压最低的电池之间的电压差高于预设电压差，则控制所述充电保护模块断开且所述开关模块导通以均衡充电，其中，所述预设均衡启动电压可动态调整。

进一步地，所述预设均衡启动电压根据所述电池与所述电池组中电压最低的电池之间的电压差调减或调增。

进一步地，所述预设均衡启动电压根据所述电池组中所有电池的总电压与预设总电压之间的电压差调减或调增。

进一步地，所述电池组以功率最大的充电方式进行充电，其中，所述充电方式的功率包括：在均衡充电时的充电功率、恒压充电功率以及恒流充电功率。

进一步地，所述充电保护模块包括充电保护芯片和第一MOS管，所述第一MOS管与所述电池连接，且所述第一MOS管还与分别与所述充电保护芯片和所述控制模块连接；所述充电保护芯片用于检测所述电池的电压，且根据所述电池的电压输出高低电平以控制所述第一 MOS管的通断。

进一步地，所述充电保护模块还包括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第一三极管和第二三极管；所述电池连接于所述充电保护芯片与所述第一MOS管之间；所述第一三极管的发射极连接于所述电池与所述第一MOS管的漏极之间，所述第一三极管的集电极与所述第十三电阻的一端连接，所述第十三电阻的另一端与所述充电保护芯片连接；所述第一三极管的基极与所述第十四电阻的一端连接，所述第十四电阻的另一端与所述控制模块连接；所述第十五电阻的一端连接于所述第一三极管和第十四电阻之间，所述第十五电阻的另一端连接于所述第一三极管的发射极与所述第一MOS管漏极连接；所述第一 MOS管的源极接地，所述第一MOS管的栅极与所述第十七电阻的一端连接，所述第十七电阻的另一端与所述第十六电阻的一端连接，所述第十六电阻的另一端与所述充电保护芯片连接；所述第二三极管的集电极连接于所述第十六电阻和第十七电阻之间，所述第二三极管的发射极与所述第一MOS管的源极连接；所述第十八电阻的一端连接于所述第一MOS管和所述第二三极管之间，所述第十八电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接；所述第十九电阻的一端连接于所述第二三极管的基极与所述第十八电阻之间，所述第十九电阻的另一端连接于所述控制模块；所述第二十电阻的一端与所述充电保护芯片连接，所述第二十电阻的另一端接地。

进一步地，所述开关模块包括第二MOS管和第三电阻，所述第二 MOS管的栅极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述控制模块连接，所述第二MOS管的源极与所述第一MOS管的源极连接；所述第二MOS管的漏极与所述电池连接；所述开关模块还包括第三MOS管，所述第三MOS管的栅极连接于所述第二MOS管的栅极与所述第三电阻之间，所述第三MOS管的源极与所述第二MOS管的源极连接，所述第三MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极连接。

进一步地，还包括电流调节模块，其连接于所述电池组和所述外部电源之间，所述电流调节模块用于采集所述电池组的充电电流，并根据采集的所述充电电流与所述电流调节模块的预设电流值的比较结果升高或降低所述充电电流，以保持所述充电电流稳定。

进一步地，所述电流调节模块包括DC-DC电路、电流采样电路、运放电路和控制单元；所述DC-DC电路连接于所述外部电源和所述电池组之间，所述控制单元连接于所述DC-DC电路和所述运放电路之间，所述电流采样电路连接于所述运放电路和所述电池组之间。

进一步地，还包括温度采样电路，其连接于所述电池和所述电流调节模块之间，所述温度采样电路用于采集所述电池组的温度并输出温度采集结果至所述电流调节模块，所述电流调节模块根据所述温度采集结果与所述电流调节模块的预设温度值的比较结果调节所述充电电流。

本实用新型的有益效果在于，通过电压采集模块采集各串电池的电压输出至控制模块，控制模块根据电压采集结果控制开关模块和充电保护模块的接通和断开，以控制各串电池断开充电或者接入充电电路实现均衡充电。同时由于控制进入均衡充电的预设均衡启动电压可动态调整，这样的均衡方式，无需对电池进行放电处理，可以避免均衡过程中损耗太大的问题，同时也能避免电池过放造成的电池组容量和使用寿命下降，在日照时间有限的情况下，可实现电池提前进入均衡充电，每串电池都能够充到足够的电量，减小均衡的损耗，充电效率高，且充电更均衡，一致性好。

附图说明

图1是本实用新型太阳能电池组主动均衡充电系统的示意图；

图2是本实用新型太阳能电池组主动均衡充电系统的电池组和充电保护模块的连接关系示意图；

图3是本实用新型太阳能电池组主动均衡充电系统的电压采集模块示意图；

图4是本实用新型太阳能电池组主动均衡充电系统的电流采样电路的示意图；

图5是本实用新型太阳能电池组主动均衡充电系统的运放电路的示意图；

图6是本实用新型太阳能电池组主动均衡充电系统的充电保护模块的示意图；

图7是本实用新型太阳能电池组主动均衡充电系统的温度采样电路的示意图；

图8是本实用新型太阳能电池组主动均衡充电系统的开关模块的示意图。

附图标号与名称对应关系如下：太阳能电池组主动均衡充电系统1；电压采集模块10；第一二极管D1；第二二极管D2；第一电容C1；第一电阻R1；第二电阻R2；开关模块20；充电保护模块30；十三电阻R13；第十四电阻R14；第十五电阻R15；第十六电阻R16；第十七电阻R17；第十八电阻R18；第十九电阻R19；第二十电阻R20；第二十一电阻R21；第五电容C5；第一三极管Q1；第二三极管Q2；充电保护芯片U1；第一MOS管S1；第二MOS管S2；第三MOS管S3；第三电阻R3；控制模块40；电池组50；电流调节模块60；DC-DC电路601；电流采样电路602；第四电阻R4；第五电阻R5；运放电路603；第六电阻R6；第七电阻R7；第八电阻R8；第九电阻R9；第十电阻R10；第十一电阻R11；第十二电阻R12；第二电容C2；第三电容C3；第四电容C4；运算放大器U2；控制单元604；温度采样电路70；温度探头701；第二十一电阻R21；第二十二电阻R22；第六电容C6；第三二极管D3；第四二极管D4。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

本实用新型实施例提供了一种太阳能电池组主动均衡充电系统 1，如图1和2所示，用于对电池组50进行均衡充电管理，包括电池组50、电压采集模块10、充电保护模块30、开关模块20和控制模块40；所述电池组50连接外部电源以形成充电电路，所述电池组50 包括多串串联的电池；所述电压采集模块10与所述电池一一对应连接，用于采集所述电池组50中每串所述电池的电压；所述充电保护模块30串联于相邻的两个所述电池之间，且每串所述电池均配置有一所述充电保护模块30，所述充电保护模块30用于接通或断开所述充电电路；所述开关模块20并联于所述电池和所述充电保护模块30，且每串所述电池均配置有一所述开关模块20，所述开关模块20用于在所述充电电路断开时提供通路；所述控制模块40与所述电压采集模块10、所述充电保护模块30以及所述开关模块20连接，所述控制模块40用于根据所采集的每串所述电池的电压控制所述充电保护模块30和所述开关模块20接通或断开；当一所述电池的电压高于预设均衡启动电压，且所述电池与所述电池组中电压最低的电池之间的电压差高于预设电压差，则控制对应所述电池的所述充电保护模块 30断开且所述开关模块20导通以均衡充电，其中，所述预设均衡启动电压可动态调整。

具体实施时，所述电池组50包括串联连接的第一串电池、第二串电池、……、第N串电池，对应的开关模块20分别为第一开关模块、第二开关模块、……、第N开关模块，对应的充电保护模块30 分别为第一充电保护模块、第二充电保护模块、……、第N充电保护模块30；使用时，所述电池组50接入外部电源开始充电，充电保护模块30处于接通的状态，开关模块20处于断开的状态，此时充电电流从外部电源依次流经第一串电池、第一充电保护模块、第二串电池、第二充电保护模块、……、第N串电池和第N充电保护模块；当控制模块40根据各串电池的电压采集结果判断其中某串或某几串电池需要停止充电时，在此处假设控制模块40判断其中第二串电池需要停止充电，则控制模块40控制第二串电池对应的第二充电保护模块断开，同时与第二串电池对应的第二开关模块接通，此时，第二串电池从充电电路中断开，其他串电池由于第二开关模块20接通而继续保持充电，即充电电流从外部电源依次流经第一串电池、第一充电保护模块、第二开关模块、第三串电池、第三充电保护模块……、第N串电池和第N充电保护模块；当控制模块40根据各串电池的电压采集结果判断第二串电池满足重新接入条件时，控制模块40控制第二充电保护模块接通，同时控制第二开关模块断开，此时，第二串电池重新接入充电电路继续充电，即充电电流从外部电源依次流经第一串电池、第一充电保护模块、第二串电池、第二充电保护模块、……、第 N串电池和第N充电保护模块。

通过电压采集模块10采集各串电池的电压输出至控制模块40，控制模块40根据电压采集结果控制开关模块20和充电保护模块30 的接通和断开，以控制各串电池断开充电或者接入充电电路，这样的均衡方式，无需对电池进行放电处理，可以避免均衡过程中损耗太大的问题，同时也能避免电池过放造成的电池组容量和使用寿命下降的问题。

所述控制模块40根据电压采集结果控制开关模块20的打开与接通可以采用如下的控制方式：

(1)比较每串电池的电压U_X与预设均衡启动电压U_i,如果U_X＜ U_i，则比较所有充电状态的电池组50的电压总和U_sum与预设总电压U_max, 如果U_sum≥U_max，则控制模块40控制总充电回路断开，停止对所有电池组50的充电；

(2)如果U_X＜U_i且U_sum＜U_max，则整个充电回路继续保持充电，同时继续比较每串电池的电压U_X与设定电压值U_i；

(3)如果U_X≥U_i，则控制系统确定电池组50之间的最低电压 U_min，然后比较其余各串电池的电压值U_X与最低电压U_min的压差与设定的压差值U_o，如果U_X-U_min＜U_o，则比较所有充电状态的电池组50的电压总和U_sum与预设总电压U_max,如果U_sum≥U_max，则控制模块40控制总充电回路断开，停止对所有电池组50的充电；

(4)如果U_X≥U_i且U_X-U_min＜U_o且U_sum＜U_max，则整个充电回路继续保持充电，同时继续比较每串电池的电压U_X与设定电压值U_i；

(5)如果U_X≥U_i且U_X-U_min≥U_o，则控制模块40控制与最低电压U_min的压差超过U_o的电池对应的开关模块20接通，与最低电压U_min的压差超过U_o的电池断开而停止充电，其他电池正常充电；

(6)当停止充电的电池的电压与在充电状态的电池的最低电压的压差＜U_o时，控制模块40控制对应的开关模块20打开，将停止充电的电池重新接入充电电路中充电，直至U_sum≥U_max。

需要说明的是，所述预设均衡启动电压动态调整的方式有很多种，以下列举较优的实施例予以说明。

在一实施例中，所述预设均衡启动电压根据所述电池与所述电池组中电压最低的电池之间的电压差调减或调增。

具体地，当多串中的一串电池的电压到达预设均衡启动电压时，可能已经是下午，这个时候系统进入恒压充电阶段，充电电流小，均衡的效果会比较差或者无法达到均衡的效果，特别是压差差距比较大的时候。因此，本实施例采用根据电池每串之间的压差，压差大的情况会适当的降低预设均衡启动电压，让系统提前进入到均衡。在有限的日照情况下，给不均衡的电池提前进入补电，给要均衡的电池多补充容量。此外，系统提前进入均衡，在阳光还算充足时，这个时候均衡板处于恒流充电的阶段，充电电流大，均衡效果会更好，均衡的时间也更短，充电速度更快。

进一步地，调减了预设均衡启动电压后，需要将预设均衡启动电压调增回来。因为，不调增回来，系统会一直提前均衡，此时的充电功率不一定是最大的充电功率。所以本实施例根据电池的压差对预设均衡启动电压进行调整，当电池的压差小于预设电压差，则将预设均衡启动电压调增，进而将系统调整至最优的充电状态。

在一实施例中，所述预设均衡启动电压根据所述电池组中所有电池的总电压与预设总电压之间的电压差调减或调增。

具体地，大部分太阳能路灯控制器为了兼容多种不同类型的电池，会自带电池保护功能，它们并不完全依赖保护板的保护功能，而是依靠自身判断电池组的总电压进行充放电控制，这就存在控制器 (40)的采样值和均衡板(10、20、电池组)的采样值存在偏差的问题。控制器采样偏高或者均衡板采样偏低一点的话，会出现控制器停止了充电，但是均衡板判断还没有达到端点电压而无法进入均衡的情况。因此，为了避免这种情况，本实施例判断电池组总电压与预设总电压之间存在压差，会适当的降低预设均衡启动电压值，让电池可以在控制模块判断充满关闭充电之前完成均衡。例如，2串电池，端点电压为3.65V，控制模块判断充满的电压设置为7.3V (3.65V*2＝7.3V)，控制模块采样偏高，实际电压7.1V就判断充满了，则电池组中的一串电压达到3.6V，另一串达到3.5V就会判断充满了，停止充电，但是没有达到端点电压，不进行均衡，这种情况就需要降低预设均衡启动电压，使得电池能够充满电。

进一步地，同样的，在调减预设均衡启动电压后，需要将预设均衡启动电压调增回来。具体地，电池组总电压与预设总电压之间不存在压差了，则将预设均衡启动电压调增回来。

在一实施例中，所述电池组以功率最大的充电方式进行充电，其中，所述充电方式的功率包括：在均衡充电时的充电功率、恒压充电功率以及恒流充电功率。

具体地，由于太阳在白天是有限的，为了能够在有限的白天时间内，尽可能地对电池组充更多的电量，本实施例通过计算不同充电方式的功率，选择功率最大的充电方式进行充电，进一步提高充电速度，提高充电效率。

示例性地，例如，假设恒流为20A，两串电池。一串电池的端点电压3.65V(3.65V是电池充电保护电压)。预设均衡启动电压会决定系统是在恒压充电还是恒流充电的时候进行比较计算。其中，两串电池接近充满的时候，最大充电功率为20A*7.3V＝146W(恒流充电)。如果此时启动均衡给一串电池充电，这个时候的最大充电功率是 20A*3.65V＝73W。

假设2串电池进入恒压阶段的电流是15A。此时充电功率为 15A*7.3V＝109.5W。这个2串恒压充电功率109.3W就是大于一串电池的最大充电功率73W。所以系统会以2串恒压功率继续充电到低于 73W，再继续计算。

假设2串电池进入恒压阶段的电流是9A，此时充电功率 9A*7.3V＝65.7W。此时一串电池如果是恒流模式充电，最大充电功率为20A*3.65V＝73W，73W>65.7W，所以此时系统是工作在一串恒流充电模式。

再次计算的时候，有可能1串电池进入恒压功率模式了，所以可能是2串电池的恒压充电功率与1串电池的恒压充电功率对比了。比如这个时候的2串的电流是8A，2串的充电恒压功率为8A*7.3V＝58.4W。如果给一串进行充电，充电电流是18A，一串的恒压是3.65V。一串充电恒压功率为18A*3.65V＝65.7V。65.7W大于 58.4W，所以系统以1串恒压功率充电。

在一实施例中，如图6所示，所述充电保护模块30包括充电保护芯片U1和第一MOS管S1，所述第一MOS管S1与所述电池连接，且所述第一MOS管S1还与分别与所述充电保护芯片U1和所述控制模块40连接；所述充电保护芯片U1用于检测所述电池的电压，且根据所述电池的电压输出高低电平以控制所述第一MOS管S1的通断。

具体实施时，在电池组50处于充电状态时，当某串或某几串电池的电压高于保护电压时，此处假设第二串电池的电压高于保护电压，控制模块40发出控制信号控制第二充电保护模块的第一MOS管 S1断开，同时第二充电保护模块的充电保护芯片U1也会控制第一MOS 管S1断开。使用时，所述第一MOS管S1可以为单个第一MOS管，也可以并联设置的多个第一MOS管，采用并联设置的多个第一MOS管可以增大电流，本领域技术人员可以根据实际需要选择设置。

通过控制模块40的主动控制和充电保护芯片U1的被动控制同时作用于第一MOS管S1以通断各串电池的充电，可以使得各串电池的充电过程更安全，保证超过保护电压的电池能及时断开充电而获得保护，即使当控制模块40和充电保护芯片U1中任意一个发生故障时，也能通过另一个来控制超过保护电压的电池断开充电。

在一实施例中，继续参考图6，所述充电保护模块30还包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第一三极管Q1和第二三极管Q2；所述电池连接于所述充电保护芯片U1与所述第一MOS管S1之间；所述第一三极管Q1的发射极连接于所述电池与所述第一MOS管S1的漏极之间，所述第一三极管Q1的集电极与所述第十三电阻R13的一端连接，所述第十三电阻R13的另一端与所述充电保护芯片U1连接；所述第一三极管Q1的基极与所述第十四电阻R14的一端连接，所述第十四电阻R14的另一端与所述控制模块40连接；所述第十五电阻R15的一端连接于所述第一三极管Q1 和第十四电阻R14之间，所述第十五电阻R15的另一端连接于所述第一三极管Q1的发射极与所述第一MOS管S1漏极连接；所述第一MOS 管S1的源极接地，所述第一MOS管S1的栅极与所述第十七电阻R17 的一端连接，所述第十七电阻R17的另一端与所述第十六电阻R16的一端连接，所述第十六电阻R16的另一端与所述充电保护芯片U1连接；所述第二三极管Q2的集电极连接于所述第十六电阻R16和第十七电阻R17之间，所述第二三极管Q2的发射极与所述第一MOS管S1 的源极连接；所述第十八电阻R18的一端连接于所述第一MOS管S1 和所述第二三极管Q2之间，所述第十八电阻R18的另一端与所述第二三极管Q2的基极连接；所述第十九电阻R19的一端连接于所述第二三极管Q2的基极与所述第十八电阻R18之间，所述第十九电阻R19 的另一端连接于所述控制模块40；所述第二十电阻R20的一端与所述充电保护芯片U1连接，所述第二十电阻R20的另一端接地。

具体实施时，所述充电保护模块30还包括第五电容C5和第二十一电阻R21，所述第五电容C5并联于所述充电保护芯片U1的VDD引脚和VSS引脚之间，且所述充电保护芯片U1的VSS引脚接地，所述第二十一电阻R21的一端连接于所述第五电容C5和所述VDD引脚之间，所述第二十一电阻R21的另一端连接6.4V的电源；所述充电保护芯片U1的CS引脚连接于所述第二十电阻R20和第十三电阻R13之间，所述充电保护芯片U1的OC引脚连接于所述第十六电阻R16的另一端。

使用时，假设第二串电池的电压需要关断时，控制模块40和充电保护芯片U1控制第十九电阻R19的另一端为高电平且第十四电阻 R14的另一端为低电平，第一MOS管S1断开，此时控制模块40控制开关模块20接通，从而使得第二串电池从充电电路中断开，其余电池继续充电；当充电一段时间后，第二串电池不满足均衡条件需要重新接入充电电路时，控制模块40控制开关模块20断开，同时控制模块40和充电保护芯片U1控制第十九电阻R19的另一端为低电平且第十四电阻R14的另一端为高电平，第一MOS管S1接通，从而使得第二串电池重新接入充电电路中与其余电池一起继续充电。

在一实施例中，所述电压采集模块10包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一二极管D1的负极与第二电源连接，所述第一二极管D1的正极与所述第二二极管D2的负极连接，所述第二二极管D2的正极接地；所述第一电容C1的一端连接于所述第一二极管D1和第二二极管D2之间，且与所述控制模块40连接，所述第一电容C1的另一端接地；所述第二电阻R2并联于所述第一电容C1的两端；所述第一电阻R1的一端连接于所述第一电容C1和所述第二电阻R2之间，所述第一电阻R1的另一端与相应的电池连接。本实施例中的电压采集模块10可以实现对各电池组50电压的采集，同时将电压采集结果输出至控制模块40。具体实施时，所述第二电源可以为3.3V。

在一实施例中，如图8所示，所述开关模块20包括第二MOS管 S2和第三电阻R3，所述第二MOS管S2的栅极与所述第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端与所述控制模块40连接，所述第二MOS管S2的源极与所述第一MOS管S1的源极连接；所述第二 MOS管S2的漏极与所述电池连接。

在一实施例中，继续参考图8，所述开关模块20还包括第三MOS 管S3，所述第三MOS管S3的栅极连接于所述第二MOS管S2的栅极与所述第三电阻R3之间，所述第三MOS管S3的源极与所述第二MOS 管S2的源极连接，所述第三MOS管S3的漏极与所述第二MOS管S2 的漏极连接。

在一实施例中，如图1所示，所述主动均衡充电系统还包括电流调节模块60，其连接于所述电池组50和所述外部电源之间，所述电流调节模块60用于采集所述电池组50的充电电流，并根据采集的所述充电电流与所述电流调节模块60的预设电流值的比较结果升高或降低所述充电电流，以保持所述充电电流稳定。

在一实施例中，继续参考图1，所述电流调节模块60包括DC-DC 电路601、电流采样电路602、运放电路603和控制单元604；所述DC-DC电路601连接于所述外部电源和所述电池组50之间，所述控制单元604连接于所述DC-DC电路601和所述运放电路603之间，所述电流采样电路602连接于所述运放电路603和所述电池组50之间；其中，所述电流采样电路602用于采集所述电池组50的充电电流，所述运放电路603用于将所述充电电流与所述预设值进行放大以输出反馈电流信号，所述控制单元604根据所述反馈电流信号与预设电流值对比以输出降压或升压信号至所述DC-DC电路601，以调节所述电池组50的充电电压，从而调节所述电池组50的充电电流。

在电池均衡过程中，由于处于充电状态的电池数量会发生变化，因而会引起充电电流的变化，通过电流调节模块60，可以实现对电池组50充电电流的自动调节，保证充电电流稳定且提高电池组50的均衡效率。

具体实施时，假设第二串电池的电压从充电电路中断开时，充电电路中的充电电流增加，电流采样电路602采集到增加后的充电电流后反馈至运放电路603中，运放电路603将接收的充电电流放大后输出至控制单元604，以使充电电流与控制单元604的预设电流为同一量级，控制单元604对充电电流和预设电流对比后输出降压信号至 DC-DC电路601，DC-DC电路601降压后输出电压至电池组50，从而降低充电电流以保证充电电流稳定；假设第二串电池重新接入充电电路时，充电电路中的充电电流由于第二串电池的接入而降低，电流采样电路602采集到充电电流后反馈至运放电路603，运放电路603将充电电流放大后输出至控制单元604，以使充电电流与控制单元604 的预设电流为同一量级，控制单元604对充电电流和预设电流对比后输出升压信号至DC-DC电路601，DC-DC电路601升压后输出电压至电池组50，从而升高充电电流以保证充电电流稳定。

在一实施例中，如图4所示，所述电流采样电路602包括：相互并联的第四电阻R4和第五电阻R5，所述第四电阻R4的一端与所述电池组50连接，所述第四电阻R4的另一端与所述运放电路603连接。

在一实施例中，如图5所示，所述运放电路603包括第六电阻 R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第二电容C2、第三电容C3、第四电容 C4和运算放大器U2；所述第六电阻R6的一端连接于所述第四电阻 R4和第五电阻R5之间，所述第六电阻R6的另一端连接于所述运算放大器U2的同相输入端；所述第九电阻R9的一端连接于所述第六电阻R6与所述运算放大器U2之间，所述第九电阻R9的另一端接地；所述第二电容C2并联于所述第九电阻R9的两端；所述第十电阻R10 的一端连接于所述第二电容C2与所述运算放大器U2的同相输入端之间，所述第十电阻R10的另一端连接第三电源；所述第七电阻R7的一端所述第四电阻R4和第五电阻R5之间，所述第七电阻R7的另一端连接于所述第八电阻R8的一端且接地，所述第八电阻R8的另一端连接于所述运算放大器U2的反相输入端；所述第三电容C3的一端连接于所述运算放大器U2和所述第八电阻R8之间，所述第三电容C3 的另一端连接于所述运算放大器U2的输出端；所述第十二电阻R12 并联于所述第三电容C3的两端；所述第十一电阻R11的一端连接于所述第三电容C3和第十二电阻R12之间，所述第十一电阻R11的另一端连接于所述控制单元604；所述第四电容C4的一端接地，所述第四电容C4的另一端连接于所述第十一电阻R11和所述控制模块40 之间。

具体实施时，所述第三电源可以为3.3V，所述运算放大器U2可以为双运算放大器U2，即把两个运算放大器U2集成在一个单片上以获得更好的使用性能。使用时，所述双运算放大器U2的第一引脚为所述运算放大器U2的输出端，所述双运算放大器U2的第二引脚为所述运算放大器U2的反向输入端，所述双运算放大器U2的第三引脚为所述运算放大器U2的同相输入端，所述双运算放大器U2的第四引脚接地，所述双运算放大器U2的第八引脚连接连接3.3V的电源。所述双运算放大器U2的第八引脚与3.3V的电源之间可以连接滤波器，所述滤波器，所述滤波器的另一端接地，所述滤波器可以由两个电容并联而成。

在一实施例中，如图1所示，所述主动均衡充电系统，还包括温度采样电路70，其连接于所述电池和所述电流调节模块60之间，所述温度采样电路70用于采集所述电池组50的温度并输出温度采集结果至所述电流调节模块60，所述电流调节模块60根据所述温度采集结果与所述电流调节模块60的预设温度值的比较结果调节所述充电电流。

具体实施时，所述预设温度值可以包括预设最高温度值和预设最低温度值，开始充电时，电池组50按照预设电流值进行充电，温度采样电路70采集电池组50的温度，当电池组50的温度超过预设最高温度值时，电流调节模块60降低充电电流以降低电池组50的温度，防止电路异常或电池组50温度过高而导致对电池组50的损坏；当电池组50的温度低于预设最低温度值时，电流调节模块60升高充电电流以提高电池的充电效率。

在一实施例中，如图7所示，所述温度采样电路70包括温度探头701、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第六电容C6、第三二极管D3和第四二极管D4；所述温度探头701与所述电池组50连接，用于采集所述电池组50的温度；所述温度探头701的第二接口接地，所述温度探头701的第一接口与所述第二十一电阻R21的一端连接，所述第二十一电阻R21的另一端连接第四电源，所述第六电容 C6并联于所述探头的第一接口和第二接口之间；所述第三二极管D3 的阴极连接于所述第二十一电阻R21的另一端，所述第三二极管D3 的阳极与所述第四二极管D4的阴极连接，所述第四二极管D4的阳极连接于所述温度探头701的第二接口；所述第二十二电阻R22的一端连接于所述第二十一电阻R21和所述第六电容C6之间，所述第二十二电阻R22的另一端连接于所述第三二极管D3和第四二极管D4之间，且所述第二十二电阻R22的另一端与所述电流调节模块60连接。具体实施时，所述第四电源可以为3.3V。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，包括：

电池组，其连接外部电源以形成充电电路，所述电池组包括多串串联的电池；

电压采集模块，其与所述电池一一对应连接，用于采集所述电池组中每串所述电池的电压；

充电保护模块，其串联于相邻的两个所述电池之间，且每串所述电池均配置有一所述充电保护模块，所述充电保护模块用于接通或断开所述充电电路；

开关模块，其并联于所述电池和所述充电保护模块，且每串所述电池均配置有一所述开关模块，所述开关模块用于在所述充电电路断开时提供通路；

控制模块，其与所述电压采集模块、所述充电保护模块以及所述开关模块连接，所述控制模块用于根据所采集的每串所述电池的电压控制所述充电保护模块和所述开关模块接通或断开；

当一所述电池的电压高于预设均衡启动电压，且所述电池与所述电池组中电压最低的电池之间的电压差高于预设电压差，则控制对应所述电池的所述充电保护模块断开且所述开关模块导通以均衡充电，其中，所述预设均衡启动电压可动态调整。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，所述预设均衡启动电压根据所述电池与所述电池组中电压最低的电池之间的电压差调减或调增。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，所述预设均衡启动电压根据所述电池组中所有电池的总电压与预设总电压之间的电压差调减或调增。

4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，所述电池组以功率最大的充电方式进行充电，其中，所述充电方式的功率包括：在均衡充电时的充电功率、恒压充电功率以及恒流充电功率。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，所述充电保护模块包括充电保护芯片和第一MOS管，所述第一MOS管与所述电池、所述充电保护芯片、所述控制模块连接；所述充电保护芯片用于检测所述电池的电压，且根据所述电池的电压输出高低电平以控制所述第一MOS管的通断。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，所述充电保护模块还包括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第一三极管和第二三极管；所述电池连接于所述充电保护芯片与所述第一MOS管之间；所述第一三极管的发射极连接于所述电池与所述第一MOS管的漏极之间，所述第一三极管的集电极与所述第十三电阻的一端连接，所述第十三电阻的另一端与所述充电保护芯片连接；所述第一三极管的基极与所述第十四电阻的一端连接，所述第十四电阻的另一端与所述控制模块连接；所述第十五电阻的一端连接于所述第一三极管和第十四电阻之间，所述第十五电阻的另一端连接于所述第一三极管的发射极与所述第一MOS管漏极连接；所述第一MOS管的源极接地，所述第一MOS管的栅极与所述第十七电阻的一端连接，所述第十七电阻的另一端与所述第十六电阻的一端连接，所述第十六电阻的另一端与所述充电保护芯片连接；所述第二三极管的集电极连接于所述第十六电阻和第十七电阻之间，所述第二三极管的发射极与所述第一MOS管的源极连接；所述第十八电阻的一端连接于所述第一MOS管和所述第二三极管之间，所述第十八电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接；所述第十九电阻的一端连接于所述第二三极管的基极与所述第十八电阻之间，所述第十九电阻的另一端连接于所述控制模块；所述第二十电阻的一端与所述充电保护芯片连接，所述第二十电阻的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，所述开关模块包括第二MOS管和第三电阻，所述第二MOS管的栅极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述控制模块连接，所述第二MOS管的源极与所述第一MOS管的源极连接；所述第二MOS管的漏极与所述电池连接；所述开关模块还包括第三MOS管，所述第三MOS管的栅极连接于所述第二MOS管的栅极与所述第三电阻之间，所述第三MOS管的源极与所述第二MOS管的源极连接，所述第三MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极连接。

8.根据权利要求4所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，还包括电流调节模块，其连接于所述电池组和所述外部电源之间，所述电流调节模块用于采集所述电池组的充电电流，并根据采集的所述充电电流与所述电流调节模块的预设电流值的比较结果升高或降低所述充电电流，以保持所述充电电流稳定。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，所述电流调节模块包括DC-DC电路、电流采样电路、运放电路和控制单元；所述DC-DC电路连接于所述外部电源和所述电池组之间，所述控制单元连接于所述DC-DC电路和所述运放电路之间，所述电流采样电路连接于所述运放电路和所述电池组之间。

10.根据权利要求8所述的太阳能电池组主动均衡充电系统，其特征在于，还包括温度采样电路，其连接于所述电池和所述电流调节模块之间，所述温度采样电路用于采集所述电池组的温度并输出温度采集结果至所述电流调节模块，所述电流调节模块根据所述温度采集结果与所述电流调节模块的预设温度值的比较结果调节所述充电电流。

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