專利名稱：一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種均衡方法及其電路，尤其是涉及一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡方法及其電路。
背景技術(shù)：
近年來，便攜式電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展促進(jìn)了電池技術(shù)的更新?lián)Q代。鋰離子電池由于其具有高能量密度、長壽命、低自放電率、無污染等特性、迅速成為市場的主流電池產(chǎn)品。當(dāng)前許多世界著名汽車廠商都致力于運用鋰電池開發(fā)純電動汽車及混合動力汽車。但是為了滿足高動力汽車的高電壓需求，不得不將單體電池串聯(lián)起來使用，然而由于每個電池單體間的化學(xué)狀況有所不同，如電池的容量、電壓、循環(huán)壽命等參數(shù)的差別，導(dǎo)致電池在充放電過程中不斷惡化，致使電池的使用壽命大大降低，安全性能也大幅下降。串聯(lián)電池包單體電池間的均衡問題成為制約動力鋰電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前由鋰電池電源管理芯片所控制的電阻分流方法是對電池包進(jìn)行均衡管理的主要方式，這種方式必須與確定的電源管理芯片相結(jié)合，造價昂貴，電路復(fù)雜，難于實施。并且一經(jīng)啟動只能被動的接受均衡，不能人為地在時間上進(jìn)行改變，靈活性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種采用隨機(jī)控制開關(guān)，靈活性好的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡方法及其電路。本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種不包含有價格昂貴的鋰電池電源管理芯片，電路成本低的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路及均衡方法。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的
一種采用多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路的均衡方法，其特征在于，基于初始狀態(tài)定義環(huán)形計數(shù)器的原始狀態(tài)為001，使得P型MOS管Ql、Q2和Q3的柵極輸入為高電平，則Ql、Q2和Q3處于關(guān)斷狀態(tài)，均衡電路不起任何作用；當(dāng)要啟動電池的均衡時，包括以下步驟
步驟1，手工將中心斷位開關(guān)與L端相連，然后再與H端相連，接觸Is 5 s后與OFF端相連，形成了一個上升沿脈沖，能夠觸發(fā)D觸發(fā)器，使環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)由001變?yōu)?00，此時P型MOS管Ql、Q2和Q3導(dǎo)通，能夠進(jìn)行均衡；
步驟2，電壓檢測電路檢測到的電池BT2和電池BTl的輸出端電壓V02和輸出端電壓VOl輸入到電壓比較器Ml ;若V02大于VOl，則輸出高電平，此時N型MOS管Q4被打開，對BT2放電，反之則輸出低電平，P型MOS管Q5被打開，對BTl放電；
步驟3，重復(fù)步驟2直至環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)由100變?yōu)?10，直至變?yōu)?01，均衡電路停止工作。一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，其特征在于，
一被測電池包由至少兩節(jié)鋰電池串聯(lián)組成；
一電壓檢測電路檢測電池包中各節(jié)電池的兩端的電壓；一電壓比較電路將電壓檢測電路檢測到的各節(jié)電池的兩端的電壓進(jìn)行比較；
一電壓控制電路通過比較結(jié)果控制均衡電路的通斷；
一均衡電路對被測電池包中的各節(jié)鋰電池進(jìn)行均衡；
其中，電壓檢測電路、電壓比較電路、電壓控制電路以及均衡電路依次連接；電壓檢測電路和均衡電路還分別與被測電池包連接。在上述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，所述電池包由至少兩節(jié)鋰電池串聯(lián)組成，即電池BTl和電池BT2 ;電池BTl的負(fù)極與地相連，電池BTl的正極分別與電池BT2的負(fù)極和電壓檢測電路相連；電池BT2的負(fù)極與電池BTl的正極相連，電池BT2的正極與電壓檢測電路相連。在上述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，所述電壓檢測電路包括運算放大器ΑΓΑ5和電阻Rf R7構(gòu)成，其中每個電阻的大小相等；上述電池BTl的正極分別與電池BT2的負(fù)極和電壓檢測電路中運算放大器Al的同相輸入端相連；電池BT2的正極與電壓檢測電路中的運算放大器A2的同相輸入端相連；運算放大器Al、A2的同相輸入端分別與BTl和BT2的正極相連，反相輸入端分別與自己的輸出端相連，構(gòu)成電壓跟隨器，運算放大器Al的輸出端電壓VOl即為BTl的電壓；運算放大器A3的正相輸入端與地相連，反相輸入端分別與電阻Rl和R2 —端相連，輸出端與電阻R2的另一端相連，構(gòu)成電壓反相器；運算放大器A4的正相輸入端與地相連,反相輸入端分別與電阻R3、R4和R5的一端相連,輸出端與電阻R5的另一端相連，構(gòu)成電壓求和電路；運算放大器A5的正相輸入端與地相連，反相輸入端分別與電阻R6和R7的一端相連，輸出端與電阻R7的另一端相連，構(gòu)成電壓反相器；運算放大器A5的輸出端電壓V02即為電池BT2的電壓。在上述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，所述電壓比較電路包括電壓比較器M1，電壓比較器Ml的正端與運算放大器A5的輸出端V02相連，電壓比較器Ml的負(fù)端與運算放大器Al的輸出端VOl相連，電壓比較器的輸出端與一個電容Cl的一端相連,它對輸入的兩個電壓值進(jìn)行比較，若輸出端V02大于輸出端V Ol則輸出高電平，反之則輸出低電平；電容Cl的一端與Ml的輸出端相連,另一端則與地相連,它對電壓比較器Ml輸出的噪聲信號進(jìn)行過濾。 在上述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，所述電壓控制電路包括P型MOS管Ql、P型MOS管Q2以及P型MOS管Q3 ;
P型MOS管Ql的源極與比較器Ml的輸出端V03相連，柵極與一個D觸發(fā)器的D3的輸出端相連，漏極與D觸發(fā)器的脈沖輸入端相連，它控制著整個控制電路的通斷；3個D觸發(fā)器D1、D2和D3依次首尾相連，構(gòu)成一個3位環(huán)形計數(shù)器，其中初始設(shè)定狀態(tài)為001，它控制均衡電路對電池均衡的次數(shù)；一個中心斷位開關(guān)的刀與P型MOS管Ql的漏極相連，一個單刀三擲開關(guān)的三個擲H、0FF和L依次與電池BTl的正極、高阻態(tài)和地相連，不工作時開關(guān)與OFF相連，它是人工啟動均衡的開關(guān)；
P型MOS管Q2的源極與電池BT2的正極相連，柵極與D觸發(fā)器D3的輸出端相連，漏極與均衡電路相連，它是控制BT2均衡電路的開關(guān)；
P型MOS管Q3的源極與電池BTl的正極相連，柵極與D觸發(fā)器D3的輸出端相連，漏極與均衡電路相連，它是控制BTl均衡電路的開關(guān)。在上述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，所述均衡電路包括N型MOS管Q4和P型MOS管Q5 ;上述P型MOS管Q2的漏極與N型MOS管Q4的漏極相連；上述P型MOS管Q3的漏極與P型MOS管Q5的源極相連；
所述N型MOS管Q4的漏極與P型MOS管Q2的漏極相連，柵極與比較器Ml的輸出端V03相連，源極與一個電阻R8 —端相連，它與電阻R8 —起構(gòu)成BT2的均衡電路；P型MOS管Q5源極與P型MOS管Q3的漏極相連，柵極與比較器Ml的輸出端V03相連，漏極與一個電阻R9 一端相連；它與R9 —起構(gòu)成BTl的均衡電路；所述電阻R8和電阻R9的另一端都與地相連。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.采用隨機(jī)控制開關(guān)，靈活性好。2.不包含有價格昂貴的鋰電池電源管理芯片，電路成本低。


圖1是本發(fā)明的總體電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明電池包和電壓檢測電路的電路結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明電壓比較電路的電路結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明控制電路和均衡電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實施例
兩節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路如圖1所示，其組成包括電池包、電壓檢測電路、電壓比較電路、控制電路和均衡電路。其中電池包與電壓檢測電路和均衡電路相連；電壓檢測電路與電池包和電壓比較電路相連；電壓比較電路與電壓檢測電路和控制電路相連；控制電路與電壓比較電路和均衡電路相連；均衡電路與控制電路和電池包相連。電壓檢測電路檢測電池包中各節(jié)電池的兩端的電壓，檢測到的電壓通過電壓比較電路進(jìn)行比較，控制電路則通過比較結(jié)果控制均衡電路的通斷，最后均衡電路對電池進(jìn)行均衡。圖2是電池包和電壓檢測電路連接示意圖。電池包由兩節(jié)鋰電池BTl和BT2串聯(lián)構(gòu)成。電池BTl的負(fù)極與地相連，電池BTl的正極分別與電池BT2的負(fù)極和電壓檢測電路中運算放大器Al的同相輸入端相連。電池BT2的負(fù)極與電池BTl的正極相連，電池BT2的正極與電壓檢測電路中的運算放大器A2的同相輸入端相連。電壓檢測電路由運算放大器AfA5和電阻RfR7構(gòu)成，其中每個電阻的大小相等。運算放大器A1、A2的同相輸入端分別與BTl和BT2的正極相連，反相輸入端分別與自己的輸出端相連，由此構(gòu)成電壓跟隨器，運算放大器Al的輸出端電壓VOl即為BTl的電壓；運算放大器A3的正相輸入端與地相連，反相輸入端分別與電阻Rl和R2 —端相連，輸出端與電阻R2的另一端相連,構(gòu)成一個電壓反相器；運算放大器A4的正相輸入端與地相連，反相輸入端分別與電阻R3、R4和R5的一端相連，輸出端與電阻R5的另一端相連，由此構(gòu)成電壓求和電路；運算放大器A5的正相輸入端與地相連，反相輸入端分別與電阻R6和R7的一端相連,輸出端與電阻R7的另一端相連,由此構(gòu)成一個電壓反相器，運算放大器A5的輸出端電壓V02即為BT2的電壓。圖3是電壓比較電路連接示意圖。電壓比較器Ml的正端與運算放大器A5的輸出端V02相連，電壓比較器Ml的負(fù)端與運算放大器Al的輸出端VOl相連，電壓比較器的輸出端與電容Cl的一端相連，它對輸入的兩個電壓值進(jìn)行比較，若V02大于VOl則輸出高電平，反之則輸出低電平。電容Cl的一端與Ml的輸出端相連，另一端則與地相連，它對Ml輸出的噪聲信號進(jìn)行過濾。圖4是控制電路和均衡電路連接示意圖。P型MOS管Ql的源極與比較器Ml的輸出端V03相連，柵極與D觸發(fā)器D3的輸出端相連，漏極與D觸發(fā)器的脈沖輸入端相連，它控制著整個控制電路的通斷；3個D觸發(fā)器Dl、D2和D3依次首尾相連，構(gòu)成一個3位環(huán)形計數(shù)器，其中初始設(shè)定狀態(tài)為001，它控制均衡電路對電池均衡的次數(shù)；中心斷位開關(guān)的刀與Ql的漏極相連，3個擲H、0FF和L依次與BTl的正極、高阻態(tài)和地相連，不工作時開關(guān)與OFF相連，它是人工啟動均衡的開關(guān)屮型皿)5管02的源極與BT2的正極相連，柵極與D3的輸出端相連，漏極與Q4的漏極相連，它是控制BT2均衡電路的開關(guān)；P型MOS管Q3的源極與BTl的正極相連，柵極與D3的輸出端相連，漏極與Q5的源極相連，它是控制BTl均衡電路的開關(guān)；N型MOS管Q4的漏極與Q2的漏極相連，柵極與V03相連，源極與電阻R8 —端相連，它與R8 —起構(gòu)成BT2的均衡電路；P型MOS管Q5源極與Q3的漏極相連，柵極與V03相連，漏極與電阻R9 —端相連它與R9 —起構(gòu)成BTl的均衡電路；電阻R8和R9的另一端都與地相連。下面具體說明電池均衡的原理
由于環(huán)形計數(shù)器的原始狀態(tài)為001，使得P型MOS管Ql、Q2和Q3的柵極輸入為高電平，所以Q1、Q2和Q3處于關(guān)斷狀態(tài)，均衡電路不起任何作用。當(dāng)要啟動電池的均衡功能時，手工將中心斷位開關(guān)與L端相連，然后再與H端相連，接觸I s后與OFF端相連，這就形成了一個上升沿脈沖，可以觸發(fā)D觸發(fā)器，使環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)由001變?yōu)?00，此時Ql、Q2和Q3導(dǎo)通，可以進(jìn)行均衡。此時電壓檢測電路檢測到的BT2和BTl的電壓V02和VOl輸入到比較器。若V02大于VOl，則輸出高電平，此時N型MOS管Q4被打開，對BT2放電，反之則輸出低電平，P型MOS管Q5被打開，對BTl放電。如此反復(fù)，環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)由100變?yōu)?10，直至變?yōu)?01，均衡電路停止工作。在此過程中，電路已經(jīng)自動均衡4飛次，故最終BTl和BT2的電壓相等，達(dá)到均衡的目的。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路的均衡方法，其特征在于，基于初始狀態(tài)定義環(huán)形計數(shù)器的原始狀態(tài)為001，使得P型MOS管Q1、Q2和Q3的柵極輸入為高電平，則Q1、Q2 和Q3處于關(guān)斷狀態(tài)，均衡電路不起任何作用；當(dāng)要啟動電池的均衡時，包括以下步驟步驟I，手工將中心斷位開關(guān)與L端相連，然后再與H端相連，接觸Is 5s后與OFF端相連，形成了一個上升沿脈沖，能夠觸發(fā)D觸發(fā)器，使環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)由001變?yōu)?00，此時P型MOS管Ql、Q2和Q3導(dǎo)通，能夠進(jìn)行均衡；步驟2，電壓檢測電路檢測到的電池BT2和電池BTl的輸出端電壓V02和輸出端電壓 VOl輸入到電壓比較器Ml ;若V02大于VOl，則輸出高電平，此時N型MOS管Q4被打開，對 BT2放電，反之則輸出低電平，P型MOS管Q5被打開，對BTl放電；步驟3，重復(fù)步驟2直至環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)由100變?yōu)?10，直至變?yōu)?01，均衡電路停止工作。
2.一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，其特征在于，一被測電池包由至少兩節(jié)鋰電池串聯(lián)組成；一電壓檢測電路檢測電池包中各節(jié)電池的兩端的電壓；一電壓比較電路將電壓檢測電路檢測到的各節(jié)電池的兩端的電壓進(jìn)行比較；一電壓控制電路通過比較結(jié)果控制均衡電路的通斷；一均衡電路對被測電池包中的各節(jié)鋰電池進(jìn)行均衡；其中，電壓檢測電路、電壓比較電路、電壓控制電路以及均衡電路依次連接；電壓檢測電路和均衡電路還分別與被測電池包連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，其特征在于，所述電池包由至少兩節(jié)鋰電池串聯(lián)組成，即電池BTl和電池BT2 ；電池BTl的負(fù)極與地相連，電池BTl的正極分別與電池BT2的負(fù)極和電壓檢測電路相連；電池BT2的負(fù)極與電池BTl的正極相連， 電池BT2的正極與電壓檢測電路相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，其特征在于，所述電壓檢測電路包括運算放大器AfA5和電阻RfR7構(gòu)成，其中每個電阻的大小相等；上述電池BTl的正極分別與電池BT2的負(fù)極和電壓檢測電路中運算放大器Al的同相輸入端相連；電池BT2 的正極與電壓檢測電路中的運算放大器A2的同相輸入端相連；運算放大器Al、A2的同相輸入端分別與BTl和BT2的正極相連，反相輸入端分別與自己的輸出端相連，構(gòu)成電壓跟隨器，運算放大器Al的輸出端電壓VOl即為BTl的電壓；運算放大器A3的正相輸入端與地相連，反相輸入端分別與電阻Rl和R2 —端相連，輸出端與電阻R2的另一端相連,構(gòu)成電壓反相器；運算放大器A4的正相輸入端與地相連，反相輸入端分別與電阻R3、R4和R5的一端相連，輸出端與電阻R5的另一端相連，構(gòu)成電壓求和電路；運算放大器A5的正相輸入端與地相連，反相輸入端分別與電阻R6和R7的一端相連，輸出端與電阻R7的另一端相連，構(gòu)成電壓反相器；運算放大器A5的輸出端電壓V02即為電池BT2的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，其特征在于，所述電壓比較電路包括電壓比較器M1，電壓比較器Ml的正端與運算放大器A5的輸出端V02相連，電壓比較器Ml的負(fù)端與運算放大器Al的輸出端VOl相連，電壓比較器的輸出端與一個電容Cl的一端相連；電容Cl的一端與Ml的輸出端相連,另一端則與地相連,它對電壓比較器Ml輸出的噪聲信號進(jìn)行過濾。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，其特征在于，所述電壓控制電路包括P型MOS管Q1、P型MOS管Q2以及P型MOS管Q3 ;P型MOS管Ql的源極與比較器Ml的輸出端V03相連，柵極與一個D觸發(fā)器的D3的輸出端相連，漏極與D觸發(fā)器的脈沖輸入端相連；3個D觸發(fā)器D1、D2和D3依次首尾相連，構(gòu)成一個3位環(huán)形計數(shù)器；一個中心斷位開關(guān)的刀與P型MOS管Ql的漏極相連，一個單刀三擲開關(guān)的三個擲H、OFF和L依次與電池BTl的正極、高阻態(tài)和地相連；P型MOS管Q2的源極與電池BT2的正極相連，柵極與D觸發(fā)器D3的輸出端相連，漏極與均衡電路相連；P型MOS管Q3的源極與電池BTl的正極相連，柵極與D觸發(fā)器D3的輸出端相連，漏極與均衡電路相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡電路，其特征在于，所述均衡電路包括N型MOS管Q4和P型MOS管Q5 ;上述P型MOS管Q2的漏極與N型MOS管Q4的漏極相連；上述P型MOS管Q3的漏極與P型MOS管Q5的源極相連；所述N型MOS管Q4的漏極與P型MOS管Q2的漏極相連，柵極與比較器Ml的輸出端 V03相連，源極與一個電阻R8 —端相連；P型MOS管Q5源極與P型MOS管Q3的漏極相連， 柵極與比較器Ml的輸出端V03相連，漏極與一個電阻R9 —端相連；所述電阻R8和電阻R9 的另一端都與地相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池均衡方法及其電路，包括電池包、電壓檢測電路、電壓比較電路、控制電路和均衡電路；其特征在于電壓檢測電路檢測電池包中各節(jié)電池的兩端的電壓，檢測到的電壓通過電壓比較電路進(jìn)行比較，控制電路則通過比較結(jié)果控制均衡電路的通斷，最后均衡電路對電池進(jìn)行均衡。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.采用隨機(jī)控制開關(guān)，靈活性好。2.不包含有價格昂貴的鋰電池電源管理芯片，電路成本低。
文檔編號H02J7/00GK103051033SQ20131001561
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者江金光, 李森 申請人:武漢大學(xué)蘇州研究院