一种适用于电力产品的电池均衡电路的制作方法

1.本发明涉及电池均衡技术领域，尤其涉及一种适用于电力产品的电池均衡电路。


背景技术：

2.不断电供电产品现在已被广泛应用在电力电网系统中，其中的中小型产品大多使用低压小容量电池作为备用电源，在供电电源故障时仍然能保持一定时间内正常工作并进行远程通讯。为满足装置的电压、功率、容量要求，电池单体通常需要串联、并联成组后使用。
3.在并联电路中，总电压等于各分路电压，也就是说并联电池组每个电池上的充电电压与总充电电压相等。由于各单体电池直流内阻、自放电率等参数的不同，导致充电时每个单体电池的充电电流不同，这就有可能造成充电电流小的电池经常处于充电不足的状态，久而久之，电池长期亏电引起化学反应导致其内阻进一步增加，内阻越大，充电电流就越小，进入恶性循环，大大缩短电池寿命，影响产品稳定性。
4.针对上述问题，电池管理系统应运而生，但其成本较高，大多应用在ups、大型通讯设备、电池储能系统中，对于中小型产品，还是缺少有效的电池平衡方法。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种低成本的电池均衡电路，实现了中小型产品的电池平衡，提高了并联电池组的寿命。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于电力产品的电池均衡电路，适用于并联电池组，包括与并联电池组中电池数相同的并联模块、差分放大电路、滤波电路、均衡母线；并联模块包括补偿电阻、第一限流电阻、采样电阻、开关、第一运算放大器、二极管；差分放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二运算放大器；滤波电路包括第二限流电阻与滤波电容；其连接关系为：供电端连接补偿电阻的一端与第一限流电阻的一端，补偿电阻的另一端连接开关的一端，第一运算放大器的正输入端连接开关的另一端、第一限流电阻的一端与采样电阻的一端，采样电阻的另一端连接并联电池组中的单个电池的正极，第一运算放大器的输出端连接二极管正极，第一运算放大器的负输入端连接二极管负极与第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二运算放大器的负输入端与第四电阻的一端，第一电阻的一端接地，另一端连接第二运算放大器的正输入端与第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第二运算放大器的输出端与第二限流电阻的一端，第二限流电阻的另一端连接控制芯片与滤波电容的一端，滤波电容的另一端连接第四电阻的另一端并接地；相邻并联模块的二极管负极通过均衡母线连接。
7.进一步地，所述并联模块可替换为如下形式：
并联模块包括第一限流电阻、第三限流电阻、采样电阻、补偿电阻、开关、电压互感器、二级管；其连接关系为：供电端连接电压互感器的一次侧的一端，电压互感器的一次侧的另一端连接补偿电阻的一端、第一限流电阻的一端、采样电阻的一端与并联电池组中的单个电池的正极，补偿电阻另一端连接开关的一端，开关另一端连接采样电阻另一端、第一限流电阻另一端与供电端，第三限流电阻并联在电压互感器的二次侧，第三限流电阻一端连接二极管的正极，另一端接地，二极管负极连接第三电阻。
8.进一步地，除连接第二限流电阻与滤波电容外，控制芯片还连接第一运算放大器的正输入端与开关；进一步地，所述差分放大电路增益大于1:1，即第一电阻与第二电阻的比值大于1且第三电阻与第四电阻的比值大于1。
9.本发明的有益技术效果：以低成本实现了电池均衡电路，实现了中小型产品的电池平衡，根据采样到的各电池充放电电流，用控制芯片控制各开关开合，将充电的补偿电阻并联到电路中，达到平衡充电电流的目的，提高了并联电池组的寿命；电路结构较简单，所需元器件较少，成本较低，适用于中小型不断电供电产品。
附图说明
10.图1为本发明实施例中的总体电路图。
11.图2为本发明实施例中基于电压互感器的并联模块电路图。
12.图3为本发明实施例中基于霍尔传感器的并联模块电路图。
具体实施方式
13.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
14.实施例：如图1所示，一种适用于电力产品的电池均衡电路，适用于并联电池组，并联电池组由2个电池组成，则电路包括2个并联模块、差分放大电路、滤波电路、均衡母线。
15.并联模块1包括补偿电阻rz1、第一限流电阻r1、采样电阻rcs1、开关s1、第一运算放大器cs1、二级管d1。
16.并联模块2包括补偿电阻rz2、第一限流电阻r2、采样电阻rcs2、开关s2、第一运算放大器cs2、二极管d2。
17.差分放大电路包括第一电阻rm1、第二电阻rm2、第三电阻rm3、第四电阻rm4、第二运算放大器bus_cs。
18.滤波电路包括第二限流电阻rc1与滤波电容c1。
19.供电端连接补偿电阻rz1的一端与第一限流电阻r1的一端，补偿电阻rz1的另一端连接开关s1的一端，第一运算放大器cs1的正输入端连接开关s1的另一端、第一限流电阻r1的一端与采样电阻rcs1的一端，采样电阻rcs1的另一端连接并联电池组中的单个电池b1的正极（ro1为电池内阻），第一运算放大器cs1的输出端连接二极管d1正极，第一运算放大器
cs1的负输入端连接二极管d1负极与第三电阻rm3的一端，第三电阻rm3的另一端连接第二运算放大器bus_cs的负输入端与第四电阻rm4的一端，第一电阻rm1的一端接地，另一端连接第二运算放大器bus_cs的正输入端与第二电阻rm2的一端，第二电阻rm2的另一端连接第二运算放大器bus_cs的输出端与第二限流电阻rc1的一端，第二限流电阻rc1的另一端连接控制芯片与滤波电容c1的一端，滤波电容c1的另一端连接第四电阻rm4的另一端并接地。
20.供电端连接补偿电阻rz2的一端与第一限流电阻r2的一端，补偿电阻rz2的另一端连接开关s2的一端，第一运算放大器cs2的正输入端连接开关s2的另一端、第一限流电阻r2的一端与采样电阻rcs2的一端，采样电阻rcs2的另一端连接并联电池组中的单个电池b2的正极（ro2为电池内阻），第一运算放大器cs2的输出端连接二极管d2正极，第一运算放大器cs2的负输入端连接二极管d2负极与第三电阻rm3的一端。
21.除连接第二限流电阻rc1与滤波电容c1外，控制芯片还连接运算放大器cs1与cs3的正输入端与开关s1、s2。
22.二极管d1、d2的负极通过均衡母线连接。d1、d2用于选择各并联模块电池电压的最大值并以此作为均衡母线电压vbus。当电池电压小于vbus时，二极管反向截止。
23.针对实施例中的并联模块1、2，通过并联模块1、2中的采样电阻rcs1、rcs2将采集到的电流信息i1、i2转化为电压信息v1、v2。选择最大的电池电压值v1作为母线电压vbus。采样电池电压信息以后，通过采用射极跟随器接法的第一运算放大器cs1、cs3来1:1传递电压信息（采用射极跟随器的目的在于不影响采样电路的阻抗，以保证采样电压的真实有效），母线电压信号经差分放大电路抑制共模信号、放大差模信号，经滤波电路滤除高频噪声后被控制芯片采集，控制芯片采集到vbus后，需要控制v2向vbus靠近，因此控制并联模块2的开关s2闭合，将补偿电阻rz2并联进电路，减小该支路的充电电阻，从而加大电池充电电流。
24.将差分放大电路p2的增益定为1:0.99，即阻值rm2=0.99rm1；rm4=0.99rm3。增益不采用1:1的原因在于若噪声干扰采样导致采样最大电流高于真实最大电流，则会形成正反馈，导致系统不稳定，所以人为制造一个小偏差，使采样最大电流比真实最大电流低一点。
25.针对需要隔离的情况，以并联模块1为例，可将并联模块替换为如下形式：并联模块包括第一限流电阻r1、第三限流电阻r3、采样电阻rcs1、补偿电阻rz1、开关s1、电压互感器pt、二级管d1；其连接关系为：供电端连接电压互感器pt的一次侧的一端，电压互感器pt的一次侧的另一端连接补偿电阻rz1的一端、第一限流电阻r1的一端、采样电阻rcs1的一端与并联电池组中的单个电池b1的正极，补偿电阻rz1另一端连接开关s1的一端，开关s1另一端连接采样电阻rcs1另一端、第一限流电阻r1另一端与供电端，第三限流电阻r3并联在电压互感器pt的二次侧，第三限流电阻r3一端连接二极管d1的正极，另一端接地，二极管d1负极连接第三电阻rm3，如图2所示。
26.在上述针对需要隔离情况的基础上，若想进一步提升精度，可将电压互感器pt与第三限流电阻r3替换为成本更高的内含霍尔传感器的检测芯片，如图3所示。
27.上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。