一种串联电池的主动均衡结构及方法技术

本发明专利技术公开一种串联电池的主动均衡结构及方法，结构具有N个串联连接的电池、N‑1个储能电感以及2(N－1)+1个MOS管，其中2(N－1)个MOS管两两一组分别串联连接后并联，再与1个MOS管及N个电池串联形成闭合回路；各MOS管的控制端与单片机相应的指令输出端连接；N个串联连接的相邻电池之间引出N‑1个电池节点，各MOS管组中相邻MOS管之间引出N‑1个MOS管节点，N－1个MOS管节点与N‑1个电池节点一一对应；N‑1个储能电感分别连接于对应的电池节点和MOS管节点之间。本发明专利技术通过单片机控制MOS管的开通与关断，对电池进行充放电，达到电池之间主动均衡的目的，避免了电池的过充与过放。

Active equalization structure and method of series battery

【技术实现步骤摘要】
一种串联电池的主动均衡结构及方法
本专利技术涉及一种电池组单体电池均衡技术，具体为一种串联电池的主动均衡结构及方法。
技术介绍
电池组中的单体电池，由于制造和使用条件的不同，特性存在差异性。而这些差异，如果在充、放电过程中没有得到应有的控制，将进一步加大，日积月累，可能会明显地增大单只电池间的差异，导致部分电池发生过充、过放电现象，造成电池容量和寿命的急剧下降，加快电池容量衰减速度，电池内阻变大，使得电池续航能力降低甚至损坏电池组。因此，为了提高整个电池组的寿命，如何提高电池的均衡能力成为一个重要的课题。现有的电池均衡电路有很多，在均衡能力和性能上各有不同，存在一些未能逾越的技术问题，导致均衡能力不能够达到要求。目前电容主动均衡技术速度慢，能量损失较多。采用变压器法主动均衡技术电路设计难度大，结构复杂，磁芯和绕组根据电池组电压和单体电压而定，通用性差。
技术实现思路
针对现有技术中采用变压器法主动均衡技术电路结构复杂、通用性差等不足，本专利技术要解决的问题是提供一种可有效延长电池使用寿命、结构简单、增强通用性的串联电池的主动均衡结构及方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术一种串联电池的主动均衡结构，具有N个串联连接的电池、N-1个储能电感以及2(N－1)+1个MOS管，其中2(N－1)个MOS管两两一组分别串联连接后并联，再与1个MOS管及N个电池串联形成闭合回路；各MOS管的控制端与单片机相应的指令输出端连接；N个串联连接的相邻电池之间引出N-1个电池节点，各MOS管组中相邻MOS管之间引出N-1个MOS管节点，N－1个MOS管节点与N-1个电池节点一一对应；N-1个储能电感分别连接于对应的电池节点和MOS管节点之间。各电池两端设有采样电阻，其电压信号与单片机相应的信号输入端连接。N为2～24的整数。本专利技术一种串联电池的主动均衡结构的均衡方法，包括以下步骤：1)单片机通过采样电阻采集电池组中各电池的电压；2)单片机对电池组中各电池的电压进行分析处理；3)针对电池电压超过电池均衡阈值电压，通过单片机控制串联连接的MOS管和与该电池对应的MOS管组的一个MOS管导通，使该电池与相应MOS管及电感形成放电回路；4)对于其他电池，通过相应的MOS管、电池以及电感形成充电回路，由超过电池均衡阈值电压的电池通过其放电回路向其他电池充电。当电路中出现两个或者两个以上的电池电压高于均衡电压阈值时，按电压值从高到低的顺序循环均衡电池电压，按步骤3)～4)的控制方式进行放电，直至电压值均低于均衡电压阈值。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术通过单片机自动对电池电压进行检测、分析、对比，从而控制MOS管的开通与关断，对电池进行充放电，达到电池之间主动均衡的目的，避免了电池的过充与过放。2.本专利技术的实施，能有效延缓电池内阻变大趋势、减缓电池容量衰减速度、延长电池使用寿命。3.本专利技术具有控制简单，均衡速度快，均衡电流大，结构简单，电压输出稳定等优点。附图说明图1为本专利技术的组成原理图；图2为电池BT1的放电电电流流向图；图3为电池BT2-BT6的充电电电流流向图；图4为电池BT2的放电电流流向图；图5为电池的充电回路1电流流向图；图6为电池的充电回路2电流流向图；图7为电池BT3的放电电流流向图；图8为电池的充电回路1电流流向图；图9为电池的充电回路2电流流向图；图10为电池BT4的放电电流流向图；图11为电池的充电回路1电流流向图；图12为电池的充电回路2电流流向图；图13为电池BT5的放电电流流向图；图14为电池的充电回路1电流流向图；图15为电池的充电回路2电流流向图；图16为电池BT6的放电电流流向图；图17为电池BT1-BT5的充电回路电流流向图。图1中，BT1～BT6为第一～六蓄电池，Q1-Q11为第一～十一MOS管，L1-L5为第一～五储能电感，R1～R5为第一～五采样电阻。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步阐述。本专利技术一种串联电池的主动均衡结构，具有N个串联连接的电池、N-1个储能电感以及2(N－1)+1个MOS管，其中2(N－1)个MOS管两两一组分别串联连接后并联，再与1个MOS管及N个电池串联形成闭合回路；各MOS管的控制端与单片机相应的指令输出端连接；N个串联连接的相邻电池之间引出N-1个电池节点，各MOS管组中相邻MOS管之间引出N-1个MOS管节点，N－1个MOS管节点与N-1个电池节点一一对应；N-1个储能电感分别连接于对应的电池节点和MOS管节点之间。各电池两端设有采样电阻，其电压信号与单片机相应的信号输入端连接。N为2～24的整数。如图1所示，本实施例中，N为6。本专利技术串联电池的主动均衡结构包括6个串联连接的电池、5个储能电感以及11个MOS管，所有MOS管均为N沟道MOS管(本实施例均采用VBL1105)，各MOS管的控制端即栅极(G管脚)与单片机的相应输出端连接，接收单片机的控制指令实现MOS管的通断。11个MOS管中，第二～十一MOS管Q2～Q11两两一组分别串联连接成五组，每组两端再并联连接，然后与第一MOS管Q1和第一～六电池ET1～ET6串联连接形成闭合回路。本专利技术一种串联电池的主动均衡结构的均衡方法包括以下步骤：1)单片机通过采样电阻采集电池组中各电池的电压；2)单片机对电池组中各电池的电压进行分析处理；3)针对电池电压超过电池均衡阈值电压，通过单片机控制串联连接的MOS管和与该电池对应的MOS管组的一个MOS管导通，使该电池与相应MOS管及电感形成放电回路；4)对于其他电池，通过相应的MOS管、电池以及电感形成充电回路，由超过电池均衡阈值电压的电池通过其放电回路向其他电池充电。A.当第一电池BT1电压高于均衡电压阈值时(1)通过单片机控制第一电池BT1放电，此时第一、二MOS管Q1、Q2导通，第一电池BT1放电，将第一BT1电池中的一部分能量释放到第一电感L1中，此时第一电感L1储能。能量释放完成后关断第一、二MOS管Q1、Q2，如图2所示，(2)通过单片机控制充电回路：第一、二MOS管Q、Q2关断的同时，第七MOS管Q7导通，第一电感L1释放能量，对第二～六电池BT2-BT6进行充电，如图3所示。充电完成后关断第七MOS管Q7，实现高电压电池向低电压电池释放能量、主动均衡的目的。B.当第二电池BT2电压高于均衡电压阈值时(1)通过单片机控制第二电池BT2的放电，此时第二、三MOS管Q2、Q3导通，第二电池BT2放电，将第二电池BT2中的一部分能量分别释放到第一、二电感L1、L2中，此时第一、二电感L1、L2储能。能量释放完成后关断第二、三MOS管Q2、Q3，如图4所示，(2)通过单片机控制充电回路1：第二、三MOS管Q2、Q3关断，第一、二、八MOS管Q1、Q2、Q8导通，第一电感L1与第二、一MOS管Q2、Q1以及第一电池BT1构成充电回路1，如图5所示，此时第一电感L1释放能量，对第一电池BT1进行充电。充电完成时关断第一、二MOS管Q1、Q2；(3)通过单片机控制充电回路2：第二电感L2和第三～六电池BT3、BT4、BT5、BT6以及第八MOS管Q8构成充电回路2，此时第二电感L2释放能量，对第三～六电池BT3-BT6进行充电，如图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联电池的主动均衡结构，其特征在于：具有N个串联连接的电池、N‑1个储能电感以及2(N－1)+1个MOS管，其中2(N－1)个MOS管两两一组分别串联连接后并联，再与1个MOS管及N个电池串联形成闭合回路；各MOS管的控制端与单片机相应的指令输出端连接；N个串联连接的相邻电池之间引出N‑1个电池节点，各MOS管组中相邻MOS管之间引出N‑1个MOS管节点，N－1个MOS管节点与N‑1个电池节点一一对应；N‑1个储能电感分别连接于对应的电池节点和MOS管节点之间。

【技术特征摘要】
1.一种串联电池的主动均衡结构，其特征在于：具有N个串联连接的电池、N-1个储能电感以及2(N－1)+1个MOS管，其中2(N－1)个MOS管两两一组分别串联连接后并联，再与1个MOS管及N个电池串联形成闭合回路；各MOS管的控制端与单片机相应的指令输出端连接；N个串联连接的相邻电池之间引出N-1个电池节点，各MOS管组中相邻MOS管之间引出N-1个MOS管节点，N－1个MOS管节点与N-1个电池节点一一对应；N-1个储能电感分别连接于对应的电池节点和MOS管节点之间。2.根据权利要求1所述的串联电池的主动均衡结构，其特征在于：各电池两端设有采样电阻，其电压信号与单片机相应的信号输入端连接。3.根据权利要求1所述的串联电池的主动均衡结构，其特征在于：N为2～24的整数。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：范亚东，周兴国，段铁江，
申请(专利权)人：沈阳贝特瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21