專利名稱：電池均衡裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子技術領域，尤其涉及一種電池均衡裝置。
背景技術：
今年來，動力鋰電池組在電動汽車、大型后備電源等場景中的應用越來越廣泛。通 常，動力鋰電池組一般由多節(jié)單體電池進行串、并聯(lián)而組成。由于電池組包含多個單體電 池，因此，就需要保證單體電池之間的一致性，如果單體電池之間出現(xiàn)差異而又不能夠及時 進行均衡處理，則這種差異會在電池組的日常使用過程中會進一步加大，最終導致整個電 池組的容量嚴重衰減。電池組均衡的過程通常是借助外部電路對電池組內單體電池的一致性差異進行 動態(tài)調整，達到維護單體電池間均衡性的目的。最常見的均衡方法是在單體電池兩端并聯(lián) 一個旁路電阻，并通過一個開關來控制電阻的通斷，從而借助電阻來消耗電壓較高的部分 單體電池能量，維持電池組的整體均衡性。由于這種均衡方案需要采用與鋰電池組中單體電池數(shù)相當?shù)碾娮瑁瑫黾与姵亟M 的體積和裝配復雜度，由于并聯(lián)電阻的阻值不便于調節(jié)，因此存在均衡電流不可調節(jié)的缺 點，導致對不同剩余電量的單體電池只能采用一個固定的電流進行均衡，而單體電池之間 的差異性卻并不是一定的，而且是可以隨著使用而不斷變化的，因此，即使采用了上述利用 均衡電阻的技術方案，也不能夠達到均衡減小電池之間差異性的目的。針對相關技術中無法有效消除電池組內單體電池之間差異性的問題，目前尚未提 出有效的解決方案。

發(fā)明內容
針對相關技術中無法有效消除電池組內單體電池之間差異性的問題，本發(fā)明提出 一種電池均衡裝置，能夠智能判斷需要進行均衡的電池單元并進行均衡，從而有效減少電 池單元之間的差異性。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種電池均衡裝置，用于利用均衡電阻對電池組中 的多個電池單元進行均衡，其特征在于，所述電池均衡裝置包括控制器、電阻切換電路、和 均衡電阻，其中，所述電阻切換電路用于在所述控制器的控制下將所述均衡電阻與所述控 制器指定的電池單元并聯(lián)；所述控制器用于采集所述多個電池單元中每個電池單元的電壓 值，根據(jù)采集的電壓值確定所述每個電池單元的剩余電量，并在確定一個電池單元滿足切 換條件的情況下，控制所述電阻切換電路將所述均衡電阻與該電池單元并聯(lián)，其中，所述切 換條件為該電池單元的剩余電量比所述多個電池單元的平均剩余電量高出預定值的情況 下。具體地，所述電阻切換電路可包括多個切換單元，每個切換單元對應于一個電池 單元設置，且每個切換單元用于在所述控制器的控制下將所述均衡電阻與相應的電池單元并聯(lián)；并且，所述控制器包括多個信號輸出端，所述多個信號輸出端與所述多個切換單元 一一對應連接，在所述控制器確定出滿足所述切換條件的電池單元后，將控制信號通過與 該電池單元對應的信號輸出端發(fā)送至相應的切換單元，以便所述切換單元將所述均衡電阻 與確定的所述電池單元并聯(lián)。并且，所述每個切換單元進一步包含光耦合器和金屬氧化物半導體晶體管，所述 均衡電阻連接在均衡母線上；其中，所述金屬氧化物半導體晶體管的柵極與所述光耦合器 的輸出端連接，所述金屬氧化物半導體晶體管的漏極與該切換單元所對應的電池單元的負 極連接，所述金屬氧化物半導體晶體管的源極與所述均衡母線連接；所述光耦合器的輸入 端用于接收來自所述控制器的控制信號，并在接收到控制信號后將產(chǎn)生的電信號輸出至所 述金屬氧化物半導體晶體管，使所述金屬氧化物半導體晶體管導通，將所述均衡電阻與該 切換單元所對應的電池單元并聯(lián)。其中，上述控制信號為脈沖寬度調制信號。并且，所述控制器可以進一步用于利用所述脈沖寬度調制信號將流經(jīng)每個電池單 元的電流調節(jié)至預定電流值范圍內。借助于上述技術方案，由控制器進行電壓采集來確定電池單元之間的差異以及需 要均衡的電池單元，并由電阻切換電路將電阻并聯(lián)至需要均衡的電池單元，從而能夠智能 地進行電池單元之間的均衡，有效減小電池單元之間存在的差異性，并且能夠節(jié)省設備的 體積和成本。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的電池均衡裝置中主控電路的具體結構實例的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的電池均衡裝置中主控電路內部的部分結構框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的電池均衡裝置中電阻切換電路的具體結構實例的框圖。
具體實施例方式針對相關技術中無法有效消除電池組內單體電池之間差異性的問題，本發(fā)明提 出，由控制器進行電壓采集來確定電池單元(也可以稱為單體電池)之間的差異以及需要 均衡的電池單元，并由電阻切換電路將電阻并聯(lián)至需要均衡的電池單元，從而能夠智能地 進行電池單元之間的均衡，有效減小電池單元之間存在的差異性，并且能夠節(jié)省設備的體 積和成本。下面將詳細描述本發(fā)明的實施例。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種電池均衡裝置，用于利用均衡電阻對電池組 (例如，可以是鋰電池組)中的多個電池單元進行均衡。其中，電池均衡裝置包括控制器、電阻切換電路、和均衡電阻。具體地，電阻切換電 路用于在控制器的控制下將均衡電阻與控制器指定的電池單元并聯(lián)；控制器用于采集多個 電池單元中每個電池單元的電壓值，根據(jù)采集的電壓值確定每個電池單元的剩余電量，并 在確定一個電池單元滿足切換條件的情況下，控制電阻切換電路將均衡電阻與該電池單元 并聯(lián)，其中，切換條件為該電池單元的剩余電量比多個電池單元的平均剩余電量高出預定 值的情況下。
其中，電阻切換電路可以包括多個切換單元，每個切換單元對應于一個電池單元 設置，且每個切換單元用于在控制器的控制下將均衡電阻與相應的電池單元并聯(lián)；并且，控 制器包括多個信號輸出端，多個信號輸出端與多個切換單元一一對應連接，在控制器確定 出滿足切換條件的電池單元后，將控制信號通過與該電池單元對應的信號輸出端發(fā)送至相 應的切換單元，以便切換單元將均衡電阻與確定的電池單元并聯(lián)。具體地，可以通過在每個切換單元中設置光耦合器來實現(xiàn)控制器與電阻切換電路 的隔離，并設置金屬氧化物半導體晶體管(優(yōu)選地，可以采用大功率的MOS管，下文中簡稱 為MOS管)，MOS管可以在光耦合器的控制下導通，從而將均衡電阻并聯(lián)至相應的單元。其中，MOS管的柵極與光耦合器的輸出端連接，MOS管的漏極與該切換單元所對應 的電池單元的負極連接，MOS管的源極與均衡母線連接；光耦合器的輸入端用于接收來自 控制器的控制信號，并在接收到控制信號后將產(chǎn)生的電信號輸出至MOS管，使MOS管導通， 將均衡電阻與該切換單元所對應的電池單元并聯(lián)。下面將結合圖1至3，詳細描述控制器和電阻轉換電路的結構和工作原理。如圖1所示，控制器可以采用集成芯片ATmegal6，其具有高精度AD采樣和PWM輸 出電路的8BIT微控制器芯片，并且具有高精度電壓采樣功能，用于對電池單元(BTl至BT3) 進行電壓采樣，并確定每個電池單元的剩余電量。集成芯片的信號輸出端PWMl和PWM2可 以為大功率MOS管的驅動電路提供驅動電壓；Voltage端口為集成芯片采集電壓的輸入端， Voltage端口連接集成芯片的AD采樣引腳，借助Voltage端口采集的各電池單元的電壓， 就能夠為后續(xù)是否需要進行均衡判定提供依據(jù)條件；如圖1和圖2所示，集成芯片還具有 VCCl端，集成芯片的VCCl引腳可以通過電阻R8連接到VCC端，VCCl端可以連接至電阻R8 與電容Cl之間，電容Cl兩端分別連接集成芯片的VDD和VSS引腳，且集成芯片的VSS引腳 接地，這樣，通過電阻R8、電容Cl就能夠形成+3V電源RC濾波網(wǎng)絡，此時可以認為集成芯片 與外圍部件連接得到主控電路。結合圖1和圖3，集成芯片的PWMl與光耦合器Ul的PWM1’連接，集成芯片的PWM2 與光耦合器U2的PWM2’連接，MOS管Q2的漏極接BT2電池負極，Q2的源極連接到均衡母線 上，與功率電阻R8相連。Q2的柵極接光耦合器U2的發(fā)射極輸出端，并通過R4連接到BT2電 池的負極，U2的集電極輸出端連接R3，R3的另一端連接的U2的集電極，另一端與BTl電池 的正極相連，如果電池組中包含其他更多電池單元，則這些電路單元的電路連接方式與BT2 相同(出于清楚的目的，圖1中并未示出BT3所對應的MOS管和光耦合器)，由于光耦合器 直接在集成芯片的控制下使MOS管導通，因此，可以認為光耦合器是MOS管的驅動電路。大功率MOS管串聯(lián)在放電回路中，主控電路對電池組內的單體電池進行電壓采 樣，判斷是否滿足均衡開啟的條件，如果滿足，則需要進行均衡。主控電路發(fā)送控制信號給 電阻切換電路，電阻切換電路將大功率電阻R8與需要均衡的單體電池連接。同時，主控電 路根據(jù)需要進行均衡單體電池的剩余電量計算出需要的均衡電流，以PWM(脈沖寬度調制， Pulse WidthModulation)波的形式輸入到大功率MOS管驅動電路，驅動電路控制MOS管開 關，從而令流經(jīng)大功率電阻的電流保持在規(guī)定值。具體地，在實際判斷中，對電池單元的電壓值進行采樣后，可以計算獲得該電池單 元的剩余容量，并且與其他單體電池的剩余容量進行比較。當該電池剩余容量比平均剩余 電池容量高出一定值時，Ul輸出PWM調制信號到該單體電池正負極對應的兩路MOS管驅動電路的光耦合器輸入端，光耦合器在控制信號的作用下導通或截止。導通時，將在大功率 MOS管柵極引入接近2倍單體電池電壓的驅動信號，這樣可以保證大功率MOS管的開啟與關 閉。當大功率MOS開啟后，需要均衡的單體電池通過MOS管漏極進入均衡母線上的大功率 電阻，并通過負極串聯(lián)的MOS管的源極回到單體電池的負極，從而完成對多余能量的消耗 過程。由于在大功率MOS管的柵極采用了較高的驅動電壓，因此可以保證在MOS管內從源 極到漏極和從漏極到源極都有較低開啟電阻，成為理想的電子開關。在圖1至圖3所示的電路結構中，可以認為集成芯片ATmegal6、M0S管Q1、M0S管 Q2構成了電壓檢測電路和電流調節(jié)PWM輸出電路；電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻 R5、電阻R6、光耦合器U1、及光耦合器U2構成大功率MOS管驅動電路，功率電阻R6構成均 衡放電電路；而Ul和Ql就相當于對應于BTl的切換單元，U2和Q2就相當于對應于BT2的 切換單元，對于包含更多電池單元的電池組，切換單元的數(shù)量與電池單元的數(shù)量應當是相 同的。通過上述實例可以看出，本發(fā)明的方案只需要使用單個功率電阻，當電池組個體 間存在較大差異需要進行單體均衡時，該電路會通過大功率MOS管將功率電阻切換到需要 均衡的單體電池，與該單體并聯(lián)形成放電回路，消耗多余的能量。當需要均衡的單體電池數(shù) 量比較多時，則可以根據(jù)單體電池剩余電量的情況，將功率電阻順序并接到需要均衡的單 體電池上。同時該電路還具有均衡電流調節(jié)功能，可以根據(jù)單體能量的剩余情況，利用PWM 脈寬調制技術控制均衡電流的大小。這樣可以保證同一種電路可以根據(jù)不同容量的電池， 選擇合適的均衡電流，防止由于均衡電流過大引起的單體電池過熱或是電流過小單體電池 均衡無效的情況出現(xiàn)。綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術方案，將大功率MOS管作為功率電阻的切換 器件，每個電池組所需要的功率電阻由原來的數(shù)個變?yōu)榱艘粋€，大大降低了整個均衡電路 的成本和體積；而由于該電路可以控制流經(jīng)功率電阻的電流大小，即控制單體電池的均衡 電流大小，因此可以在只使用同一規(guī)格的功率電阻的情況下，根據(jù)動力電池組的單體容量 大小控制合適的均衡電流，這樣可以避免均衡電流過大時單體電池過熱和電流過小時均衡 效果差的問題。應當注意圖1至圖3所示出的僅僅是實現(xiàn)電阻切換的一種具體的實現(xiàn)方案，在實 際應用中也可以采用其他的連接方式對上述部件進行組合連接，而所進行的連接方式的改 變同樣屬于本發(fā)明的保護范圍。另外，除了通過圖1至3所示的方案能夠將電阻選擇性地并聯(lián)至某個單體電池 之外，還可以通過開關陣列或結合其他電路器件的方式達到該目的，具體的方式本文不再
一一列舉。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種電池均衡裝置，用于利用均衡電阻對電池組中的多個電池單元進行均衡，其特征在于，所述電池均衡裝置包括控制器、電阻切換電路、和均衡電阻，其中，所述電阻切換電路用于在所述控制器的控制下將所述均衡電阻與所述控制器指定的電池單元并聯(lián)；所述控制器用于采集所述多個電池單元中每個電池單元的電壓值，根據(jù)采集的電壓值確定所述每個電池單元的剩余電量，并在確定一個電池單元滿足切換條件的情況下，控制所述電阻切換電路將所述均衡電阻與該電池單元并聯(lián)，其中，所述切換條件為該電池單元的剩余電量比所述多個電池單元的平均剩余電量高出預定值的情況下。
2.根據(jù)權利要求1所述的電池均衡裝置，其特征在于，所述電阻切換電路包括多個切 換單元，每個切換單元對應于一個電池單元設置，且每個切換單元用于在所述控制器的控 制下將所述均衡電阻與相應的電池單元并聯(lián)；并且，所述控制器包括多個信號輸出端，所述多個信號輸出端與所述多個切換單元 一一對應連接，在所述控制器確定出滿足所述切換條件的電池單元后，將控制信號通過與 該電池單元對應的信號輸出端發(fā)送至相應的切換單元，以便所述切換單元將所述均衡電阻 與確定的所述電池單元并聯(lián)。
3.根據(jù)權利要求2所述的電池均衡裝置，其特征在于，所述每個切換單元進一步包含 光耦合器和金屬氧化物半導體晶體管，所述均衡電阻連接在均衡母線上；其中，所述金屬氧化物半導體晶體管的柵極與所述光耦合器的輸出端連接，所述金屬 氧化物半導體晶體管的漏極與該切換單元所對應的電池單元的負極連接，所述金屬氧化物 半導體晶體管的源極與所述均衡母線連接；所述光耦合器的輸入端用于接收來自所述控制 器的控制信號，并在接收到控制信號后將產(chǎn)生的電信號輸出至所述金屬氧化物半導體晶體 管，使所述金屬氧化物半導體晶體管導通，將所述均衡電阻與該切換單元所對應的電池單 元并聯(lián)。
4.根據(jù)權利要求2所述的電池均衡裝置，其特征在于，所述控制信號為脈沖寬度調制信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的電池均衡裝置，其特征在于，所述控制器進一步用于利用所 述脈沖寬度調制信號將流經(jīng)每個電池單元的電流調節(jié)至預定電流值范圍內。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池均衡裝置，用于利用均衡電阻對電池組中的多個電池單元進行均衡，其中，電池均衡裝置包括控制器、電阻切換電路、和均衡電阻，其中，電阻切換電路用于在控制器的控制下將均衡電阻與控制器指定的電池單元并聯(lián)；控制器用于采集多個電池單元中每個電池單元的電壓值，根據(jù)采集的電壓值確定每個電池單元的剩余電量，并在確定一個電池單元滿足切換條件的情況下，控制電阻切換電路將均衡電阻與該電池單元并聯(lián)，其中，切換條件為該電池單元的剩余電量比多個電池單元的平均剩余電量高出預定值的情況下。本發(fā)明能夠智能地進行電池單元之間的均衡，有效減小電池單元之間存在的差異性，并且能夠節(jié)省設備的體積和成本。
文檔編號H02J7/00GK101986508SQ20101057211
公開日2011年3月16日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權日2010年12月3日
發(fā)明者劉新天, 姚高亮, 楊志華, 柳海龍 申請人:安徽力高新能源技術有限公司