CN218415888U - 一种多串锂电池电能均衡保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多串锂电池电能均衡保护电路，涉及电源控制技术领域，包括充电控制模块，用于恒压恒流调节；第一储能模块和第二储能模块，均用于电能存储；储能控制模块，用于电能存储和均衡调节；第一均衡模块和第二均衡模块，均用于均衡调节；电流采样模块，用于电流采样和电流电压转换；保护控制模块，用于通过与三种电压阈值比较并控制充电控制模块进行电压调节。本实用新型多串锂电池电能均衡保护电路为多串锂电池提供所需的稳定电压环境，由第一均衡模块、第二均衡模块和储能控制模块进行均衡调节，同时根据均衡状态判断未充满的锂电池数量，以便根据所需充电的锂电池数量完成对充电控制模块的电能调节。

Description

一种多串锂电池电能均衡保护电路

技术领域

本实用新型涉及电源控制技术领域，具体是一种多串锂电池电能均衡保护电路。

背景技术

随着科技的发展与进步，便携式电子设备的数量不断增加，为了满足电子设备的用电需求，现有的电子设备都在使用多节锂电池串联供电，在进行电池充电时，由于每节电池之间的阻抗不同，随着时间推移，容易导致电池出现电压不平衡的现象，并且现有的锂电池电能均衡保护电路大多采用专门的均衡控制器进行电压的均衡处理，适用范围较小且成本高，或采用微控制器控制功率管的方式进行电压的调节，该方式较为麻烦且成本高，并且现有的锂电池电能均衡保护电路无法根据调节的电池的均衡情况控制锂电池组的充电电压，因此有待改进。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种多串锂电池电能均衡保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本实用新型实施例中，提供一种多串锂电池电能均衡保护电路，该多串锂电池电能均衡保护电路包括：电源模块，充电控制模块，第一储能模块，第二储能模块，储能控制模块，第一均衡模块，第二均衡模块，电流采样模块，保护控制模块；

所述电源模块，用于提供所需电能；

所述充电控制模块，与电源模块连接，用于接收所述电源模块输出的电能并进行DC-DC调节，用于显示充电状态；

所述第一储能模块，与所述充电控制模块连接，用于接收所述充电控制模块输出的电能并进行电能存储；

所述第二储能模块，与所述充电控制模块连接，用于接收所述充电控制模块输出的电能并进行电能存储；

所述储能控制模块，与所述充电控制模块连接，用于接收所述充电控制模块输出的电能并进行电能存储，用于检测存储的电能情况并控制储能电路的充电状态，用于输出第三电能信号；

所述第一均衡模块，与所述第一储能模块连接，用于检测所述第一储能模块的电能情况并控制第一储能模块的充电状态，用于输出第一电能信号；

所述第二均衡模块，与所述第二储能模块连接，用于检测所述第二储能模块的电能情况并控制第二储能模块的充电状态，用于输出第二电能信号；

所述电流采样模块，与所述第一均衡模块、第二均衡模块和储能控制模块连接，用于接收所述第一电能信号、第二电能信号和第三电能信号并检测三种信号叠加后的电流值；

所述保护控制模块，与所述电流采样模块和充电控制模块连接，用于接收所述电流采样模块输出的电流值并通过与三种电压阈值进行比较，用于输出第一控制信号和第二控制信号控制所述充电控制模块输出的电压，用于输出第三控制信号并控制第一控制信号和第二控制信号的输出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型多串锂电池电能均衡保护电路采用充电控制模块为多串锂电池提供所需的稳定电压环境，由第一储能模块和第二储能模块进行电能存储，第一均衡模块和第二均衡模块分别控制第一储能模块和第二储能模块进行均衡调节，储能控制模块在进行储能的同时进行均衡调节，同时根据电流采样模块检测电流值，判断处于均衡调节的线路的，继而得知未充满的锂电池数量，并通过保护控制模块调节充电控制模块输出的电能，以便根据所需充电的锂电池数量完成对充电控制模块的充电调节，提高充电效率，同时在充满后自动进行满电保护，提高电路的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实例提供的一种多串锂电池电能均衡保护电路的原理方框示意图。

图2为本实用新型实例提供的一种多串锂电池电能均衡保护电路的电路图。

图3为本实用新型实例提供的电流采样模块和保护控制模块的连接电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，请参阅图1，一种多串锂电池电能均衡保护电路包括：电源模块1，充电控制模块2，第一储能模块3，第二储能模块4，储能控制模块5，第一均衡模块6，第二均衡模块7，电流采样模块8，保护控制模块9；

具体地，所述电源模块1，用于提供所需电能；

充电控制模块2，与电源模块1连接，用于接收所述电源模块1输出的电能并进行DC-DC调节，用于显示充电状态；

第一储能模块3，与所述充电控制模块2连接，用于接收所述充电控制模块2输出的电能并进行电能存储；

第二储能模块4，与所述充电控制模块2连接，用于接收所述充电控制模块2输出的电能并进行电能存储；

储能控制模块5，与所述充电控制模块2连接，用于接收所述充电控制模块2输出的电能并进行电能存储，用于检测存储的电能情况并控制储能电路的充电状态，用于输出第三电能信号；

第一均衡模块6，与所述第一储能模块3连接，用于检测所述第一储能模块3的电能情况并控制第一储能模块3的充电状态，用于输出第一电能信号；

第二均衡模块7，与所述第二储能模块4连接，用于检测所述第二储能模块4的电能情况并控制第二储能模块4的充电状态，用于输出第二电能信号；

电流采样模块8，与所述第一均衡模块6、第二均衡模块7和储能控制模块5连接，用于接收所述第一电能信号、第二电能信号和第三电能信号并检测三种信号叠加后的电流值；

保护控制模块9，与所述电流采样模块8和充电控制模块2连接，用于接收所述电流采样模块8输出的电流值并通过与三种电压阈值进行比较，用于输出第一控制信号和第二控制信号控制所述充电控制模块2输出的电压，用于输出第三控制信号并控制第一控制信号和第二控制信号的输出。

在具体实施例中，上述电源模块1可采用交流电AC、EMI滤波降压器、整流器T1和滤波电容C1完成对输入电能的滤波、降压、整流处理，在此不做赘述；上述充电控制模块2可采用DC-DC调节电路完成对输入电能的DC-DC调节，以便为锂电池提供恒压恒流充电环境；上述第一储能模块3和第二储能模块4均可采用锂电池进行能源存储，在此不做赘述；上述储能控制模块5可采用锂电池进行能源存储，并采用功率管电路和采样比较电路进行均衡调节；上述第一均衡模块6和第二均衡模块7均可选用功率管电路和采样比较电路进行均衡调节；上述电流采样模块8可采用运算放大电路和采样电路进行电流采样和电流电压转换；上述保护控制模块9可采用稳压管进行阈值检测，继而控制充电控制模块2输出的电压。

实施例2，请参阅图2和图3，所述充电控制模块2包括第一电阻R1、指示灯LED、第一控制器U1、第二电容C2、第三电容C3、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电感L1、第四电阻R4、第一功率管Q1、第二功率管Q2和第六电容C6；

具体地，所述第二电容C2的一端、第一功率管Q1的漏极、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端和第一控制器U1的第八端均连接所述电源模块1，第二电阻R2的另一端连接第一控制器U1的第四端并通过第三电阻R3连接地端，第一电阻R1的另一端通过指示灯LED连接第一控制器U1的第六端，第一控制器U1的第一端通过第三电容C3连接地端，第二电容C2的另一端、第一控制器U1的第九端和第二功率管Q2的源极均接地，第一控制器U1的第七端通过第一电感L1连接第一控制器U1的第二端和第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接第一控制器U1的第三端并通过第六电容C6连接地端，第一控制器U1的第五端连接第一功率管Q1的源极和第二功率管Q2的漏极。

在具体实施例中，上述第一控制器U1可选用PW4230芯片组成降压电路；上述第一功率管Q1和第二功率管Q2均可选用N沟道增强型MOS管，用于调节上述第一控制器U1输出的电压值。

进一步地，所述第一储能模块3包括第一锂电池BAT1；所述第一均衡模块6包括第五电阻R5、第六电阻R6、第四电容C4、第七电阻R7、第三功率管Q3、第一电位器RP1、第一稳压管VD1、第八电阻R8和第九电阻R9；

具体地，所述第一锂电池BAT1的正极、第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端均连接所述第四电阻R4的第二端，第五电阻R5的另一端连接第一电位器RP1的一端、第七电阻R7的一端并通过第四电容C4连接第一锂电池BAT1的负极、第七电阻R7的另一端、第三功率管Q3的源极、第九电阻R9的一端和所述储能控制模块5，第六电阻R6的另一端连接第三功率管Q3的漏极，第三功率管Q3的栅极连接第九电阻R9的另一端、第八电阻R8的第一端和第一稳压管VD1的阳极，第一稳压管VD1的阴极连接第一电位器RP1的另一端和滑片端。

进一步地，所述储能控制模块5的电路连接结构与所述第一储能模块3和第一均衡模块6组成的电路连接结构相同。

进一步地，所述第二储能模块4包括第二锂电池BAT2；所述第二均衡模块7包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第五电容C5、第十二电阻R12、第四功率管Q4、第二电位器RP2、第二稳压管VD2、第十三电阻R13和第十四电阻R14；

具体地，所述第二锂电池BAT2的正极、第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端均连接所述储能控制模块5，第十电阻R10的另一端连接第二电位器RP2的一端、第十二电阻R12的一端并通过第五电容C5连接第二锂电池BAT2的负极、第十二电阻R12的另一端、第四功率管Q4的源极、第十四电阻R14的一端和地端，第十一电阻R11的另一端连接第四功率管Q4的漏极，第二电位器RP2的另一端和滑片端连接第二稳压管VD2的阴极，第二稳压管VD2的阳极连接第四功率管Q4的栅极、第十四电阻R14的另一端和第十三电阻R13的第一端。

在具体实施例中，上述第三功率管Q3和第四功率管Q4均可选用N沟道增强型MOS管；上述第五电阻R5和第七电阻R7、第十电阻R10和第十二电阻R12分别用于检测第一锂电池BAT1和第二锂电池BAT2的电量情况；上述第一稳压管VD1和第二稳压管VD2分别作为第一锂电池BAT1的过压阈值和第二锂电池BAT2的过压阈值；上述储能控制模块5的工作方式与第一储能模块3和第一均衡模块6共同工作方式相同，在此不做赘述。

进一步地，所述电流采样模块8包括第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第一运放OP1、第十八电阻R18、第十九电阻R19；

具体地，所述第十六电阻R16的一端和第十五电阻R15的一端均连接所述第八电阻R8的第二端、第十三电阻R13的第二端和所述储能控制模块5，第十五电阻R15的另一端和第十七电阻R17的一端均接地，第十七电阻R17的另一端连接第一运放OP1的反相端并通过第十九电阻R19连接第一运放OP1的输出端，第一运放OP1的同相端连接第十六电阻R16的另一端并通过第十八电阻R18连接地端。

在具体实施例中，上述第十五电阻R15作为电流采样电阻使用；上述第一运放OP1可选用OP07运算放大器组成的电流电压转换电路。

进一步地，所述保护控制模块9包括第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第三稳压管VD3、第四稳压管VD4；

所述第二十电阻R20的一端、第二十一电阻R21的一端、第二十二电阻的一端均连接所述第一运放OP1的输出端，第二十电阻R20的另一端和第二十一电阻R21的另一端分别连接第三稳压管VD3的阴极和第四稳压管VD4的阴极，第三稳压管VD3的阳极和第四稳压管VD4的阳极分别连接所述第一功率管Q1的栅极和第二功率管Q2的栅极。

在具体实施例中，上述第二十电阻R20和第二十一电阻R21的阻值用于改变输入的电压，分辨输入的电压情况，分别控制第一功率管Q1和第二功率管Q2的工作。

本实用新型一种多串锂电池电能均衡保护电路，由电源模块1提供所需的电能，并由第一控制器U1进行降压处理，其中第一控制器U1的第五端悬空时、接地时和连接输入电能时，分别输出三种不同等级的电能，用于对不同数量的锂电池进行充电控制，提高充电效率，当第一锂电池BAT1、第二锂电池BAT2和储能控制模块5均进行储能时，第一稳压管VD1、第二稳压管VD2和储能控制模块5叠加的电流无法控制第三稳压管VD3和第四稳压管VD4的导通，第一控制器U1的第五端悬空，第一控制器U1输出12V电压进行供电，当第一锂电池BAT1充满后，为保持均衡充电，第一稳压管VD1被击穿、第三功率管Q3导通，使得第一锂电池BAT1短路，电能直接传输给储能控制模块5和第二锂电池BAT2，且同时叠加的电流增加，使得第三稳压管VD3被击穿，第一功率管Q1导通，第一控制器U1输出8V电压继续为储能控制模块5和第二锂电池BAT2供电，储能控制模块5和第二锂电池BAT2供电的原理与第一锂电池BAT1相同，当第一锂电池BAT1、储能控制模块5和第二锂电池BAT2供电均充满后，第三功率管Q3、第四功率管Q4和储能控制模块5内部的功率管均导通，使得第一控制器U1输出的电能与地连接，同时对所以锂电池的供电。

该多串锂电池电能均衡保护电路采用充电控制模块2为多串锂电池提供所需的稳定电压环境，由第一储能模块3和第二储能模块4进行电能存储，第一均衡模块6和第二均衡模块7分别控制第一储能模块3和第二储能模块4进行均衡调节，储能控制模块5在进行储能的同时进行均衡调节，同时根据电流采样模块8检测电流值，判断处于均衡调节的线路的，继而得知未充满的锂电池数量，并通过保护控制模块9调节充电控制模块2输出的电能，根据所需充电的锂电池数量完成对多串锂电池的充电控制，提高充电效率，同时在充满后自动进行满电保护，提高电路的安全性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种多串锂电池电能均衡保护电路，其特征在于，

该多串锂电池电能均衡保护电路包括：电源模块，充电控制模块，第一储能模块，第二储能模块，储能控制模块，第一均衡模块，第二均衡模块，电流采样模块，保护控制模块；

所述电源模块，用于提供所需电能；

所述充电控制模块，与电源模块连接，用于接收所述电源模块输出的电能并进行DC-DC调节，用于显示充电状态；

所述第一储能模块，与所述充电控制模块连接，用于接收所述充电控制模块输出的电能并进行电能存储；

所述第二储能模块，与所述充电控制模块连接，用于接收所述充电控制模块输出的电能并进行电能存储；

所述储能控制模块，与所述充电控制模块连接，用于接收所述充电控制模块输出的电能并进行电能存储，用于检测存储的电能情况并控制储能电路的充电状态，用于输出第三电能信号；

所述第一均衡模块，与所述第一储能模块连接，用于检测所述第一储能模块的电能情况并控制第一储能模块的充电状态，用于输出第一电能信号；

所述第二均衡模块，与所述第二储能模块连接，用于检测所述第二储能模块的电能情况并控制第二储能模块的充电状态，用于输出第二电能信号；

所述电流采样模块，与所述第一均衡模块、第二均衡模块和储能控制模块连接，用于接收所述第一电能信号、第二电能信号和第三电能信号并检测三种信号叠加后的电流值；

所述保护控制模块，与所述电流采样模块和充电控制模块连接，用于接收所述电流采样模块输出的电流值并通过与三种电压阈值进行比较，用于输出第一控制信号和第二控制信号控制所述充电控制模块输出的电压，用于输出第三控制信号并控制第一控制信号和第二控制信号的输出。

2.根据权利要求1所述的一种多串锂电池电能均衡保护电路，其特征在于，所述充电控制模块包括第一电阻、指示灯、第一控制器、第二电容、第三电容、第二电阻、第三电阻、第一电感、第四电阻、第一功率管、第二功率管和第六电容；

所述第二电容的一端、第一功率管的漏极、第一电阻的一端、第二电阻的一端和第一控制器的第八端均连接所述电源模块，第二电阻的另一端连接第一控制器的第四端并通过第三电阻连接地端，第一电阻的另一端通过指示灯连接第一控制器的第六端，第一控制器的第一端通过第三电容连接地端，第二电容的另一端、第一控制器的第九端和第二功率管的源极均接地，第一控制器的第七端通过第一电感连接第一控制器的第二端和第四电阻的第一端，第四电阻的第二端连接第一控制器的第三端并通过第六电容连接地端，第一控制器的第五端连接第一功率管的源极和第二功率管的漏极。

3.根据权利要求2所述的一种多串锂电池电能均衡保护电路，其特征在于，所述第一储能模块包括第一锂电池；所述第一均衡模块包括第五电阻、第六电阻、第四电容、第七电阻、第三功率管、第一电位器、第一稳压管、第八电阻和第九电阻；

所述第一锂电池的正极、第五电阻的一端和第六电阻的一端均连接所述第四电阻的第二端，第五电阻的另一端连接第一电位器的一端、第七电阻的一端并通过第四电容连接第一锂电池的负极、第七电阻的另一端、第三功率管的源极、第九电阻的一端和所述储能控制模块，第六电阻的另一端连接第三功率管的漏极，第三功率管的栅极连接第九电阻的另一端、第八电阻的第一端和第一稳压管的阳极，第一稳压管的阴极连接第一电位器的另一端和滑片端。

4.根据权利要求3所述的一种多串锂电池电能均衡保护电路，其特征在于，所述储能控制模块的电路连接结构与所述第一储能模块和第一均衡模块组成的电路连接结构相同。

5.根据权利要求4所述的一种多串锂电池电能均衡保护电路，其特征在于，所述第二储能模块包括第二锂电池；所述第二均衡模块包括第十电阻、第十一电阻、第五电容、第十二电阻、第四功率管、第二电位器、第二稳压管、第十三电阻和第十四电阻；

所述第二锂电池的正极、第十电阻的一端、第十一电阻的一端均连接所述储能控制模块，第十电阻的另一端连接第二电位器的一端、第十二电阻的一端并通过第五电容连接第二锂电池的负极、第十二电阻的另一端、第四功率管的源极、第十四电阻的一端和地端，第十一电阻的另一端连接第四功率管的漏极，第二电位器的另一端和滑片端连接第二稳压管的阴极，第二稳压管的阳极连接第四功率管的栅极、第十四电阻的另一端和第十三电阻的第一端。

6.根据权利要求5所述的一种多串锂电池电能均衡保护电路，其特征在于，所述电流采样模块包括第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第一运放、第十八电阻、第十九电阻；

所述第十六电阻的一端和第十五电阻的一端均连接所述第八电阻的第二端、第十三电阻的第二端和所述储能控制模块，第十五电阻的另一端和第十七电阻的一端均接地，第十七电阻的另一端连接第一运放的反相端并通过第十九电阻连接第一运放的输出端，第一运放的同相端连接第十六电阻的另一端并通过第十八电阻连接地端。

7.根据权利要求6所述的一种多串锂电池电能均衡保护电路，其特征在于，所述保护控制模块包括第二十电阻、第二十一电阻、第三稳压管、第四稳压管；

所述第二十电阻的一端、第二十一电阻的一端、第二十二电阻的一端均连接所述第一运放的输出端，第二十电阻的另一端和第二十一电阻的另一端分别连接第三稳压管的阴极和第四稳压管的阴极，第三稳压管的阳极和第四稳压管的阳极分别连接所述第一功率管的栅极和第二功率管的栅极。

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