CN214674388U - 电池充放电控制电路 - Google Patents

电池充放电控制电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种电池充放电控制电路，参考电压产生电路根据多通道并联的电池的电压降以及与电池并联的电压调节电路的电压降来获得参考电压信号，子控制电路根据所述参考电压信号调整各通道上的电压调节电路的电压降，以使得各电池通道上的总电压降基本一致，从而使得并联电池组的各电池通道在充放电过程中电流均衡，保护单体电池不被损坏，能满足不同场合的充电电源使用要求。

Description

电池充放电控制电路
技术领域
本实用新型涉及电池充放电控制领域，更具体地说，涉及一种电池充放电控制电路。
背景技术
在可充电电源的应用中，通常将多个单体电池并联形成电池组以此作为充电电源，来提高充电电源的容量。但是即便是对于同一型号、同一批次电池，各单体电池在制造过程中也不可避免会存在一定的差异，并随着使用时间的加长，这种差异性会增加。这种差异导致在电池组的充放电过程中，电流会集中流向其中某一个或某几个电池，从而造成对某个电池的损坏。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电池充放电控制电路，用以解决现有技术存在的电池差异性造成对电池损坏的技术问题。
本实用新型的技术解决方案是，提供一种电池充放电控制电路，用以控制多路并联连接的电池，包括，多个电压调节电路，所述多个电压调节电路与所述多路电池一一对应，且每个所述电压调节电路与每个所述单体电池串联连接以形成一个电池通道；
参考电压产生电路，与所述多路电池和多个电压调节电路连接，以根据所述多路电池的电压降和所述多个电压调节电路的电压降获得参考电压信号；
多个子控制电路，所述多个子控制电路与所述多个电压调节电路一一对应，所述多个子控制电路接收所述参考电压信号，并据此控制所述多个电压调节电路的电压降，以使得每一路电池通道的总电压降与所述参考电压信号的电压值一致。
优选地，所述参考电压产生电路包括第一电压产生电路、第二电压产生电路和第一逻辑运算电路，
当所述多路电池在充电状态下：
所述第一电压产生电路接收所述多路通道电池的电压降，并选择最大压降值的电压作为第一电压信号；
所述第二电压产生电路根据所述第一电压产生电路选出的最大电压降对应的一路电池通道，获得该路电池通道的电压调节电路的最小压降值，以将所述最小压降值的电压作为第二电压信号；
所述逻辑运算电路将所述第一电压信号和所述第二电压信号进行叠加运算，以获得第一参考电压信号。
优选地，所述参考电压调节电路包括第三电压产生电路、第四电压产生电路和第二逻辑运算电路，
当所述多路电池在放电状态下：
所述第三电压产生电路接收所述多路通道电池的电压降，并选择最小压降值的电压作为第三电压信号；
所述第四电压产生电路根据所述第三电压产生电路选出的最小电压降对应的一路电池通道，获得该路电池通道的电压调节电路的最小压降值，以将所述最小压降值对应的电压作为第四电压信号；
所述逻辑运算电路将所述第三电压信号和所述第四电压信号进行减法运算，以获得第二参考电压信号。
优选地，所述电压调节电路的所述最小压降值为零或者所述最小压降值与零的差值在预定范围。
优选地，所述电压调节电路包括开关电路；
在所述电池充电状态下，所述子控制电路控制所述最大压降值对应的一路的开关电路完全导通，以获得该路所述开关电路的最小压降值。
优选地，所述电压调节电路包括可调电压源；
在所述电池充电状态下，所述子控制电路控制所述最大压降值对应的一路的可调电压源压降为零，以获得该路所述可调电压源的最小压降值。
优选地，所述电压调节电路包括开关电路；
在所述电池充电状态下，所述子控制电路控制所述最小压降值对应的一路的开关电路完全导通，以获得该路所述开关电路的最小压降值。
优选地，所述电压调节电路包括可调电压源；
在所述电池放电状态下，所述子控制电路控制所述最小压降值对应的一路的压控电压源压降为零，以获得该路所述可调电压源的最小压降值。
优选地，当所述电压调节电路为开关电路时，
所述子控制电路根据过压保护阈值或欠压保护阈值控制所述开关电路的开关状态，以使得所述电池工作于非过压或非欠压状态。
采用本实用新型的电池充放电控制方案，参考电压产生电路根据并联各通道的电池的电压降以及与电池并联的电压调节电路的电压降来获得参考电压值，子控制电路根据所述参考电压值调整其他并联通道上的电压调节电路的电压降，以使得各通道上的总电压降基本一致，从而使得并联电池组的各通道电池在充放电过程中电流均衡，保护单体电池不被损耗，能满足不同场合的充电电源使用要求。
附图说明
图1为依据本实用新型的多路电池通道的电路框图；
图2为本实用新型的控制电路的电路框图；
图3为依据图2的一种具体实施例；
图4为依据图2的另一种具体实施例。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
参考图1为依据本实用新型的多路电池通道的电路框图，图2为本实用新型的控制电路的电路框图。如图1和图2所示，所述电池充放电控制电路是用以控制多路并联连接的电池，所述多路电池可记为Bat1至Batn。所述控制电路包括有多个电压调节电路，记为1至n，所述多个电压调节电路与所述多路电池一一对应，且每个所述电压调节电路与每个所述单体电池串联连接以形成一个电池通道，例如记为第一通道至第n通道。
进一步地，所述控制电路还包括参考电压产生电路和多个子控制电路，其中，所述参考电压产生电路与所述多路电池和多个电压调节电路均相连接，以根据所述多路电池的电压降(可记为VB1至VBn)和所述多个电压调节电路的电压降(可记为VA1至VAn)获得参考电压信号Vref；多个子控制电路，所述多个子控制电路与所述多个电压调节电路一一对应，所述多个子控制电路接收所述参考电压信号，并据此控制所述多个电压调节电路的电压降，以使得每一路电池通道的总电压降与所述参考电压信号的电压值一致。这里，所述参考电压产生电路和所述多路子控制电路一并记为主控制电路。
根据上述的电路框图可知，通过选出多路电池压降的最大值，然后根据最大压降值对应一路的电压调节电路，获得其最小值，以两者之后作为参考电压信号，其他电池通道根据此参考电压信号调节电压调节电路的压降，使各路充放电的电流尽量保持均衡。由于选择的是电池压降的最大值，因此通过调节其他各路的电压调节电路的压降增加，使得各路通道压降趋于一致，调节电压调节电路的压降在电路实现上方便，简单，不需要增加额外器件和成本。
在电池充电和放电过程中，由于控制的参数不相同，参考电压的选择并不相同，下面分别阐述充电和放电过程中的参考电压信号的产生过程。
在一个实施例中，所述参考电压产生电路包括第一电压产生电路、第二电压产生电路和第一逻辑运算电路，当所述多路电池在充电状态下：所述第一电压产生电路接收所述多路通道电池的电压降，并选择最大压降值的电压VBmax作为第一电压信号；所述第二电压产生电路根据所述第一电压产生电路选出的最大电压降对应的一路电池通道，获得该路电池通道的电压调节电路的最小压降值VAmin，以将所述最小压降值的电压作为第二电压信号；所述逻辑运算电路将所述第一电压信号和所述第二电压信号进行叠加运算，以获得所述第一参考电压信号，如Vref1＝VBmax+VAmin。
优选地，所述电压调节电路的所述最小压降值为零或者所述最小压降值与零的差值在预定范围，预定的范围为根据实际的电路情况设定，例如预定范围为0至2V，但不限于此。
在一个实施例中，所述电压调节电路包括开关电路，如图3所示，所述开关电路为串联连接的第一开关管和第二开关管，第一开关管设置为控制所述电池的充电工作状态，第二开关管设置为控制电池的放电工作状态。需要说明的是，当电池在充电状态下，第一开关管作为调节开关，第二开关管为完全导通状态。在所述电池充电状态下，所述子控制电路控制所述最大压降值对应的一路的开关电路完全导通，以获得该路所述开关电路的最小压降值，这里所述子控制电路控制第一开关管和第二开关管均完全导通。所述逻辑运算电路将所述第一电压信号和所述第二电压信号进行叠加运算，以获得所述第一参考电压信号，如Vref1＝VBmax+VAmin。
由上述可以得知，Vref对应于电池压降最大的一路，可以使得其他路的电压调节更加方便，例如增加其他电池通道的电压降可以使得各路电压降趋于一致，增加电压降在电路中是比较容易实现的方式，例如通过增加开关管的阻抗，当流过相同的电流时，其电压降会增大，从而可以增加该通道的总电压降。如图3所示，所述子控制电路产生控制信号Vn，控制信号Vn经过逻辑和驱动电路调整后用以驱动第一开关管和第二开关管的开关状态，从而实现电压降的调整。这里，获取电池压降最大一路的电压降作为第一电压信号后，为了使其他通道的压降能够方便调整，电池压降最大一路的电压调节电路的压降设置为尽量小些，理想情况下为零，但是在实际中，因为开关管本身存在一定阻抗的原因，让开关管完全导通，尽量减小开关管的阻抗，可以获得最小的电压降。
在另一实施例中，如图4，所述电压调节电路包括可调电压源，如U1至Un，在所述电池充电状态下，所述子控制电路控制所述最大压降值对应的一路的可调电压源压降为零，以获得该路所述可调电压源的最小压降值。同上述原理，为了使总的参考电压不至于太大影响其他通道的调整难度，因此，所述可调电压源的最小压降值设置为零或接近于零。
在一个实施例中，所述参考电压调节电路包括第三电压产生电路、第四电压产生电路和第二逻辑运算电路，当所述多路电池在放电状态下：所述第三电压产生电路接收所述多路通道电池的电压降，并选择最小压降值的电压VBmin作为第三电压信号；所述第四电压产生电路根据所述第三电压产生电路选出的最小电压降对应的一路电池通道，获得该路电池通道的电压调节电路的最小压降值，以将所述最小压降值对应的电压VAmin作为第四电压信号；
所述逻辑运算电路将所述第三电压信号和所述第四电压信号进行减法运算，以获得第二参考电压信号Vref2＝VBmin-VAmin。以图1中的电池结构为例，由于在放电过程中，电池的电压方向与电压调节电路的电压方向为相反，因此，设置第二参考电压信号为Vref2＝VBmin-VAmin，获得的参考电压信号值为合理值，以使得其他各路通道方便调整电压调节电路的压降，更容易得到参考电压的标准。这里，所述电压调节电路的所述最小压降值为零或者所述最小压降值与零的差值在预定范围。
具体地，在一种实施方式中，如图3所示，所述电压调节电路包括开关电路，所述开关电路为串联连接的第一开关管和第二开关管，第一开关管设置为控制所述电池的充电工作状态，第二开关管设置为控制电池的放电工作状态。需要说明的是，当电池在放电状态下，第二开关管作为调节开关，第一开关管为完全导通状态。在所述电池放电状态下，所述子控制电路控制所述最小压降值对应的一路的开关电路完全导通，这里，第一开关管和第二开关管均完全导通，以获得该路所述开关电路的最小压降值。
根据上述的实施方案，当电压最小压降值对应的一路总压降作为参考电压信号，其他各路电池通道的子控制电路控制所述开关电路的电压降，例如减小第二开关管阻抗以减小电压降，以使得其电池通道的总电压降与所述第二参考电压信号一致。放电过程中电压的调整和控制与充电相类似，在此不再重复赘述。
在另一实施例中，所述电压调节电路包括可调电压源，在所述电池放电状态下，所述子控制电路控制所述最小压降值对应的一路的压控电压源压降为零，以获得该路所述开关电路的最小压降值。该实施例的有益效果与上述充电的有益效果一致。
需要补充说明的是，当所述电压调节电路为开关电路时，所述子控制电路根据过压保护阈值或欠压保护阈值控制所述开关电路的开关状态，以使得所述电池工作于非过压或非欠压状态。例如，所述子控制电路利用两个比较器将检测到的电池电压和过压阈值或欠压阈值进行比较，根据比较结果控制第一开关管或第二开关管的开关状态，以使得所述电池不会发生过压或欠压现象。这里需要强调的是，本实用新型实施例中的开关电路在实现过压或欠压的功能上，还可以作为电压调节的功能，使得充电或放电过程中的电压得以很好的调整，实现充电或放电均衡，在不增加电路器件的情况下，完成多个功能的实现，成本低，效果好。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池充放电控制电路，用以控制多路并联连接的电池，其特征在于，包括，
多个电压调节电路，所述多个电压调节电路与所述多路并联连接的电池一一对应，且每个电压调节电路与每个单体电池串联连接以形成一个电池通道；
参考电压产生电路，与所述多路电池和多个电压调节电路连接，以根据所述多路电池的电压降和所述多个电压调节电路的电压降获得参考电压信号；
多个子控制电路，所述多个子控制电路与所述多个电压调节电路一一对应，所述多个子控制电路接收所述参考电压信号，并据此控制所述多个电压调节电路的电压降，以使得每一路电池通道的总电压降与所述参考电压信号的电压值一致。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述参考电压产生电路包括第一电压产生电路、第二电压产生电路和第一逻辑运算电路，
当所述多路电池在充电状态下：
所述第一电压产生电路接收多路通道电池的电压降，并选择最大压降值的电压作为第一电压信号；
所述第二电压产生电路根据所述第一电压产生电路选出的最大电压降对应的一路电池通道，获得该路电池通道的电压调节电路的最小压降值，以将所述最小压降值的电压作为第二电压信号；
所述逻辑运算电路将所述第一电压信号和所述第二电压信号进行叠加运算，以获得第一参考电压信号。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述参考电压调节电路包括第三电压产生电路、第四电压产生电路和第二逻辑运算电路，
当所述多路电池在放电状态下：
所述第三电压产生电路接收多路通道电池的电压降，并选择最小压降值的电压作为第三电压信号；
所述第四电压产生电路根据所述第三电压产生电路选出的最小电压降对应的一路电池通道，获得该路电池通道的电压调节电路的最小压降值，以将所述最小压降值对应的电压作为第四电压信号；
所述逻辑运算电路将所述第三电压信号和所述第四电压信号进行减法运算，以获得第二参考电压信号。
4.根据权利要求2或3所述的控制电路，其特征在于，所述电压调节电路的所述最小压降值为零或者所述最小压降值与零的差值在预定范围。
5.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，
所述电压调节电路包括开关电路；
在所述电池充电状态下，所述子控制电路控制所述最大压降值对应的一路的开关电路完全导通，以获得该路所述开关电路的最小压降值。
6.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，
所述电压调节电路包括可调电压源；
在所述电池充电状态下，所述子控制电路控制所述最大压降值对应的一路的可调电压源压降为零，以获得该路所述可调电压源的最小压降值。
7.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，
所述电压调节电路包括开关电路；
在所述电池充电状态下，所述子控制电路控制所述最小压降值对应的一路的开关电路完全导通，以获得该路所述开关电路的最小压降值。
8.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，
所述电压调节电路包括可调电压源；
在所述电池放电状态下，所述子控制电路控制所述最小压降值对应的一路的压控电压源压降为零，以获得该路所述可调电压源的最小压降值。
9.根据权利要求5或7所述的控制电路，其特征在于，当所述电压调节电路为开关电路时，
所述子控制电路根据过压保护阈值或欠压保护阈值控制所述开关电路的开关状态，以使得所述电池工作于非过压或非欠压状态。
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