一种串联电池均衡充电电路的制作方法

1.本发明涉及电池充电技术领域，具体涉及一种串联电池均衡充电电路。


背景技术：

2.随着锂电池和储能技术的发展，对电池管理系统的要求也越来越高。多个单体电池串联，由于单体电池本身的性能不一致，在充放电过程中会产生不均衡问题，会造成电池的老化，影响电池的寿命和安全性。
3.目前对电池进行均衡的方法主要有被动均衡方法和主动均衡方法。其中被动均衡直接将电压高的单体电池的电量通过耗能的方式削除压差，效率较低；主动均衡则通过各种搬运电荷的方法将电压较高的单体电池的电量移到电压较低的单体电池上，能在充电过程中达到较好的均衡效果。
4.基于主动均衡方法的上述优势，主动均衡方法受到业界的推崇。但其电路复杂度较高，在大量的电池数量下，不易控制可靠性。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的主动均衡方法电路复杂缺陷，从而提供一种串联电池均衡充电电路。
6.本发明实施例提供一种串联电池均衡充电电路，包括：第一变压器、开关单元及检测控制模块，其中，
7.所述第一变压器包括一组原边侧绕组及至少两组副边侧绕组，其中，所述第一变压器的原边侧绕组与外部直流电源连接，所述第一变压器的每组副边侧绕组均与电池组中的一个电池并联连接，所述电池组包括至少两个正负极依次串联连接的电池；
8.所述开关单元包括至少两个开关，每个开关连接于对应的副边侧绕组与电池正极之间，所述开关单元用于切换电池组中进行充电的电池的数量；
9.所述电池组中每个电池的两端均与所述检测控制模块连接，所述检测控制模块用于检测电池组中每个电池的电压，并根据检测到的电池的电压控制所述开关单元相应开关的通断。
10.可选地，联电池均衡充电电路还包括驱动模块，所述驱动模块的第一端与所述检测控制模块连接，所述驱动模块的第二端与所述第一变压器原边侧绕组连接，所述驱动模块用于根据所述检测控制模块的指令导通或切断输入所述第一变压器原边侧绕组的直流电源。
11.可选地，所述驱动模块包括：脉冲宽度调制器及第一可控开关，其中，
12.所述脉冲宽度调制器的使能端与所述检测控制模块连接，所述脉冲宽度调制器的输出端与所述第一可控开关的控制端连接；
13.所述第一可控开关的第一端与所述第一变压器原边侧绕组连接，所述第一可控开关的第二端接地。
14.可选地，联电池均衡充电电路还包括多路电流合并反馈模块，所述多路电流合并反馈模块用于采集各电池充电通道的电流，并将各通道电流叠加后反馈至所述驱动模块，所述驱动模块根据叠加后的各通道反馈电流调节输出脉冲的宽度。
15.可选地，所述多路电流合并反馈模块包括电流电压转换电路、分压电路、光耦隔离反馈模块及至少两个第二变压器，其中，
16.每个第二变压器均包括一组原边侧绕组及一组副边侧绕组，每个第二变压器的原边侧绕组连接于第一变压器对应的副边侧绕组与电池负极之间，每个第二变压器的副边侧绕组串联连接后与所述电流电压转换电路的输入端连接，所述电流电压转换电路用于将叠加后的各通道反馈电流转换为电压信号；
17.所述电流电压转换电路的输出端与所述分压电路的输入端连接，所述分压电路的输出端与所述脉冲宽度调制器的反馈信号接收端连接。
18.可选地，所述电流电压转换电路包括：第一电容及第一电阻，其中，所述第一电容与第二变压器串联连接后的副边侧绕组并联连接，所述第一电阻与所述第一电容并联连接后接地。
19.可选地，所述分压电路包括：第二电阻及第三电阻，其中，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端及光耦隔离反馈模块的一端连接，所述光耦隔离反馈模块的另一端与所述脉冲宽度调制器的反馈信号接收端连接，所述第三电阻的另一端接地。
20.可选地，所述检测控制模块包括单片机及模拟前端芯片。
21.可选地，所述光耦隔离反馈模块包括由光电耦合器及电压参考芯片电路。
22.本发明技术方案，具有如下优点：
23.本发明提供的一种串联电池均衡充电电路，包括：第一变压器、开关单元及检测控制模块，其中，第一变压器包括一组原边侧绕组及至少两组副边侧绕组，其中，第一变压器的原边侧绕组与外部直流电源连接，第一变压器的每组副边侧绕组均与电池组中的一个电池并联连接，电池组包括至少两个正负极依次串联连接的电池；开关单元包括至少两个开关，每个开关连接于对应的副边侧绕组与电池正极之间，开关单元用于切换电池组中进行充电的电池的数量；电池组中每个电池的两端均与检测控制模块连接，检测控制模块用于检测电池组中每个电池的电压，并根据检测到的电池的电压控制开关单元相应开关的通断。通过一个多绕组变压器实现对某一节电量较低的电池单独进行充电，或多路同时进行充电，从而简化电路设计，提高充电可靠性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
25.图1为本发明实施例中一个具体示例的串联电池均衡充电电路图；
26.图2为本发明实施例中另一个具体示例的串联电池均衡充电电路图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.本发明实施例提供一种串联电池均衡充电电路，用于对至少两个串联电池构成的电池组进行均衡充电。如图1所示，该串联电池均衡充电电路包括：第一变压器、开关单元及检测控制模块。
32.在一具体实施例中，第一变压器包括一组原边侧绕组及至少两组副边侧绕组，其中，第一变压器的原边侧绕组与外部直流电源连接，第一变压器的每组副边侧绕组均与电池组中的一个电池并联连接。开关单元包括至少两个开关，每个开关连接于对应的副边侧绕组与电池正极之间，开关单元用于切换电池组中进行充电的电池的数量。电池组中每个电池的两端均与检测控制模块连接，检测控制模块用于检测电池组中每个电池的电压，并根据检测到的电池的电压控制开关单元相应开关的通断。
33.在本发明实施例中，如图1所示，第一变压器的副边侧绕组数量与电池组中电池数量一致，每组副边侧绕组均与电池组中的一个电池并联连接，从而构成多条充电通道。进一步地，外部直流电源通过多绕组的第一变压器同时为多条充电通道提供充电电源，进而为每条充电通道种的电池进行充电。
34.进一步地，检测控制模块通过实时监测各电池单体的电压，判断各电池单体是否需要充电。当判断出需要充电的电池时，闭合该电池对应的开关，打开需要充电的电池所在的充电通道。当判断出电池无需充电时，断开该电池对应的开关，切断不需要充电的电池所在的充电通道。进一步地，当所有充电通道都打开时，充电电流通过各电池电压的不同自动调节电流大小，电压高的充电电流小。依据检测控制策略，通过一个多绕组变压器可实现对某一节电量较低的电池单独进行充电，也可多路同时进行充电，并依据电池单体自身电压高低，自动分配电流。
35.在本发明实施例中，电池组包括至少两个正负极依次串联连接的电池(b1,b2
…
bn)。电池组中电池串可扩展到n串，n一般不超过10。检测控制模块可以通过单片机及模拟前端芯片(例如adi公司的ltc6812)实现。开关单元中的开关(k1,k2
…
kn)可以是mos管或继
电器。
36.本发明提供的一种串联电池均衡充电电路，包括：第一变压器、开关单元及检测控制模块，其中，第一变压器包括一组原边侧绕组及至少两组副边侧绕组，其中，第一变压器的原边侧绕组与外部直流电源连接，第一变压器的每组副边侧绕组均与电池组中的一个电池并联连接，电池组包括至少两个正负极依次串联连接的电池；开关单元包括至少两个开关，每个开关连接于对应的副边侧绕组与电池正极之间，开关单元用于切换电池组中进行充电的电池的数量；电池组中每个电池的两端均与检测控制模块连接，检测控制模块用于检测电池组中每个电池的电压，并根据检测到的电池的电压控制开关单元相应开关的通断。通过一个多绕组变压器实现对某一节电量较低的电池单独进行充电，或多路同时进行充电，从而简化电路设计，提高充电可靠性。
37.在一实施例中，如图2所示，串联电池均衡充电电路还包括驱动模块，驱动模块的第一端与检测控制模块连接，驱动模块的第二端与第一变压器原边侧绕组连接，驱动模块用于根据检测控制模块的指令导通或切断输入第一变压器原边侧绕组的直流电源。
38.在一具体实施例中，如图2所示，驱动模块包括：脉冲宽度调制器及第一可控开关q1，其中，脉冲宽度调制器的使能端与检测控制模块连接，脉冲宽度调制器的输出端与第一可控开关q1的控制端连接；第一可控开关q1的第一端与第一变压器原边侧绕组连接，第一可控开关q1的第二端接地。
39.在本发明实施例中，检测控制器实时监测各电池单体的电压，当电池电压达到充电截止电压时，检测控制器停止向脉冲宽度调制器的使能端发送使能信号，从而关闭脉冲宽度调制器，切断输入第一变压器原边侧绕组的直流电源，停止均衡充电过程。在本发明实施例中，脉冲宽度调制器的型号为lm5023或uc3844。
40.在一实施例中，联电池均衡充电电路还包括多路电流合并反馈模块，多路电流合并反馈模块用于采集各电池充电通道的电流，并将各通道电流叠加后反馈至驱动模块，驱动模块根据叠加后的各通道反馈电流调节输出脉冲的宽度。
41.在一具体实施例中，多路电流合并反馈模块包括电流电压转换电路、分压电路、光耦隔离反馈模块及至少两个第二变压器。如图2所示，每个第二变压器均包括一组原边侧绕组及一组副边侧绕组，每个第二变压器的原边侧绕组连接于第一变压器对应的副边侧绕组与电池负极之间，每个第二变压器的副边侧绕组串联连接后与电流电压转换电路的输入端连接，电流电压转换电路用于将叠加后的各通道反馈电流转换为电压信号；电流电压转换电路的输出端与分压电路的输入端连接，分压电路的输出端与脉冲宽度调制器的反馈信号接收端连接。
42.具体地，如图2所示，电流电压转换电路包括：第一电容c1及第一电阻r2，其中，第一电容c1与第二变压器串联连接后的副边侧绕组并联连接，第一电阻r2与第一电容c1并联连接后接地。分压电路包括：第二电阻r3及第三电阻r4，其中，第二电阻r3的一端与第一电阻r2的一端连接，第二电阻r3的另一端分别与第三电阻r4的一端及光耦隔离反馈模块的一端连接，光耦隔离反馈模块的另一端与脉冲宽度调制器的反馈信号接收端连接，第三电阻r4的另一端接地。
43.在本发明实施例中，各通道的电流通过微型电流互感器(t1,t2
…
tn)耦合到次级线圈，各通道的电流互感器次级线圈(t1b,t2b
…
tnb)串联在一起，使得各通道反馈电流叠
加，通过d3,c1,r2转变为电压信号，通过r3,r4比例分压后由光耦隔离反馈模块输入到脉冲宽度调制器的反馈补偿输入脚comp。进而脉冲宽度调制器根据反馈电流调节pwm输出，从而实现闭环控制各通道的充电电流。在本发明实施例中，d1、d2
…
dn为反激电路次级整流二极管。光耦隔离反馈模块包括由光电耦合器(例如pc817)及电压参考芯片电路(例如tl431)。通过电流反馈，控制总的充电电流大小在安全范围内，确保充电的安全性。通过电流反馈合并转化电路，将各通道电流反馈合并为一路，实现一个变压器给串联电池模组的多个单体电池进行均衡充电，从而简化电路设计，提高充电可靠性。
44.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。