多串鋰電池無損耗自動均衡電路的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種多串鋰電池無損耗自動均衡電路。
【背景技術(shù)】
[0002]多串鋰電池的均衡問題非常重要,一般在鋰電池串聯(lián)之前要對每節(jié)鋰電池進行配對,以確保鋰電池電壓、內(nèi)阻、容量等參數(shù)的偏差在一定范圍內(nèi),但是隨著電池充放電次數(shù)的增加,每節(jié)鋰電池的差異逐步加大,最明顯的是鋰電池之間的電壓差會逐步拉大,如果鋰電池之間的電壓無法保持一致,勢必造成部分鋰電池無法放出有效容量,長此以往,電池使用時間越來越短,電池壽命快速下降。
[0003]目前市場上針對多串鋰電池的均衡主要有兩種方案:一種是有損耗的,一種是無損耗的。有損耗的均衡電路原理是由電壓較高的鋰電池對電阻放電,將電壓降下來,來保持各鋰電池之間的電壓均衡。這種方式的優(yōu)點是控制電路較簡單,但缺點是能量被白白消耗掉,不節(jié)能環(huán)保。無損耗的均衡電路主要是對兩顆鄰近的鋰電池之間的電壓進行比較,若其中一顆鋰電池的電壓較高,就由電壓較高的鋰電池對電壓較低的鋰電池放電來實現(xiàn)兩顆鋰電池之間的電壓均衡。這種均衡電路的優(yōu)點是能量幾乎沒有損耗,比較節(jié)能環(huán)保;但缺點是控制電路較復雜,而且由于每次是比較相鄰的兩顆鋰電池的電壓,因此均衡的速度較慢,如果是多串電池中的第I顆鋰電池和最后I顆鋰電池的電壓偏差最大,往往要經(jīng)過多次的兩兩相鄰之間的補償,才能將電量傳遞過去。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服上述缺陷,本實用新型提供了一種多串鋰電池無損耗自動均衡電路,不僅能夠大大加快鋰電池均衡的速度,而且具有均衡效率高、節(jié)能環(huán)保、利用待機時間均衡而不影響電池正常工作等優(yōu)點。
[0005]本實用新型為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種多串鋰電池無損耗自動均衡電路,包括LDO電路、MCU、自動均衡電路和升壓電路,LDO電路為MCU提供穩(wěn)定的電壓,MCU檢測多串鋰電池的電池輸出端和該多串鋰電池的正負極間的電壓、電流信號,當電池處于充電狀態(tài),如果電池輸出端的電壓高于多串鋰電池的電壓,MCU關閉自動均衡電路和升壓電路;當電池處于工作放電狀態(tài),如果電池輸出端有大電流輸出,MCU關閉自動均衡電路和升壓電路;如果電池輸出端的電壓低于多串鋰電池的電壓且只有微小的待機電流流出,MCU控制自動均衡電路和升壓電路打開,自動均衡電路對多串鋰電池進行快速的電壓均衡,升壓電路維持多串鋰電池輸出端的電壓不變,保持待機狀態(tài)。
[0006]作為本實用新型的進一步改進,所述自動均衡電路包括分別串接于多串鋰電池的每一電池負極端上的第一 N溝道M0SFET,且該第一 N溝道MOSFET的源極分別連接其對應電池的負極,位于兩鋰電池間的該第一 N溝道MOSFET的漏極分別連接其臨近電池的正極,位于最外側(cè)鋰電池外的該第一 N溝道MOSFET的漏極接地,若干該第一 N溝道MOSFET的柵極分別接入MCU控制端;在每一電池的正極端還分別連接一第二 N溝道MOSFET的漏極端,若干個該第二 N溝道MOSFET的源極端連接,若干個該第二 N溝道MOSFET的柵極端分別接入MCU控制端;在每一電池的負極端還分別連接一第三N溝道MOSFET的漏極端,若干個該第三N溝道MOSFET的源極端接地,若干個該第三N溝道MOSFET的柵極端分別接入MCU控制端;多串鋰電池中位于最外側(cè)的鋰電池的正極端外分別連接第四N溝道MOSFET和第五N溝道MOSFET的漏極,該第四N溝道MOSFET的源極接入所述升壓電路,該第五N溝道MOSFET的源極接充電輸出端,該第四N溝道MOSFET和第五N溝道MOSFET的柵極分別接入MCU控制端。
[0007]作為本實用新型的進一步改進,在所述第二 N溝道MOSFET和鋰電池的正極端之間還分別連接一電容的一端,該電容的另一端接地。
[0008]本實用新型的有益效果是:該多串鋰電池無損耗自動均衡電路去除了現(xiàn)有兩種均衡電路的缺點,并可以大大加快了鋰電池均衡的速度,同時具有均衡效率高、節(jié)能環(huán)保、利用待機時間均衡不影響電池正常工作等特點。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型原理框圖;
[0010]圖2為本實用新型自動均衡電路示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖,對本實用新型的一個較佳實施例作詳細說明。但本實用新型的保護范圍不限于下述實施例,即但凡以本實用新型申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本實用新型專利涵蓋范圍之內(nèi)。
[0012]如圖1所示,一種多串鋰電池無損耗自動均衡電路,包括LDO電路1、MCU2、自動均衡電路3和升壓電路4,LDO電路為MCU提供穩(wěn)定的電壓,MCU檢測多串鋰電池5的電池輸出端和該多串鋰電池的正負極間的電壓、電流信號,當電池處于充電狀態(tài),如果電池輸出端的電壓高于多串鋰電池的電壓,MCU關閉自動均衡電路和升壓電路;當電池處于工作放電狀態(tài),如果電池輸出端有大電流輸出,MCU關閉自動均衡電路和升壓電路;如果電池輸出端的電壓低于多串鋰電池的電壓且只有微小的待機電流流出,MCU控制自動均衡電路和升壓電路打開,自動均衡電路對多串鋰電池進行快速的電壓均衡,升壓電路維持多串鋰電池輸出端的電壓不變,保持待機狀態(tài)。
[0013]如圖2所示(以4顆鋰電池的串聯(lián)電路為例),所述自動均衡電路包括分別串接于多串鋰電池的每一電池負極端上的第一 N溝道MOSFET(Q4、Q3、Q2、Ql),且該第一 N溝道MOSFET的源極分別連接其對應電池的負極,位于兩鋰電池間的該第一 N溝道MOSFET (Q4、Q3、Q2)的漏極分別連接其臨近電池的正極,位于最外側(cè)鋰電池外的該第一 N溝道MOSFET (Ql)的漏極接地,若干該第一 N溝道MOSFET的柵極分別接入MCU控制端;在每一電池的正極端還分別連接一第二 N溝道MOSFET (Q8、Q7、Q6、Q5)的漏極端,若干個該第二 N溝道MOSFET的源極端連接,若干個該第二 N溝道MOSFET的柵極端分別接入MCU控制端;在每一電池的負極端還分別連接一第三N溝道MOSFET (Q12、Ql 1、QlO、Q9)的漏極端,若干個該第三N溝道MOSFET的源極端接地,若干個該第三N溝道MOSFET的柵極端分別接入MCU控制端;多串鋰電池中位于最外側(cè)的鋰電池的正極端外分別連接第四N溝道M0SFET(Q13)和第五N溝道MOSFET (Q14)的漏極,該第四N溝道MOSFET的源極接入所述升壓電路,該第五N溝道MOSFET的源極接充電輸出端,該第四N溝道MOSFET和第五N溝道MOSFET的柵極分別接入MCU控制端。在所述第二 N溝道MOSFET和鋰電池的正極端之間還分別連接一電容的一端,該電容的另一端接地。
[0014]本例所述的自動均衡電路的工作原理以4顆鋰電池的串聯(lián)電路為例做說明,其他數(shù)量的多串鋰電池均衡電路原理類似。當電池處于正常工作放電或充電時,MCU控制N溝道的MOSFET Q1-Q4及Q14都處于導通狀態(tài),Q8-Q13都處于關斷狀態(tài),此時電池正常工作,均衡電路和升壓電路均不工作;當電池處于待機狀態(tài)時,MCU先關斷Q1-Q4及Q14,然后再打開Q8-Q13,此時相當于將串聯(lián)的每顆鋰電池接成了并聯(lián)模式,鋰電池之間馬上可以進行相互的電壓補償,電壓最低的鋰電池會得到多顆其他鋰電池的放電補償,而電壓最高的鋰電池也會對多顆電壓低的鋰電池同時放電,電壓均衡速度很快,均衡效率顯著提升,且由于是在鋰電池之間進行能量補償,幾乎不消耗能量,也實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。鋰電池在進行均衡時,整體輸出電壓會降低,因此連接了 BOOST電路進行升壓,維持了外部的待機工作狀態(tài)。當MCU檢測到外部有充電電壓或接上負載工作出現(xiàn)輸出電流加大時,MCU馬上關斷Q8-Q13,然后打開Q1-Q4及Q14,鋰電池重新連接成串聯(lián)模式。每個模塊的輸入輸出端接電容來抑制電壓的波動,防止電池在模式切換過程中的電壓突變。
【主權(quán)項】
1.一種多串鋰電池無損耗自動均衡電路,其特征在于:包括LDO電路(I) ,MCU(2)、自動均衡電路⑶和升壓電路(4),LDO電路為MCU提供穩(wěn)定的電壓,MCU檢測多串鋰電池(5)的電池輸出端和該多串鋰電池的正負極間的電壓、電流信號,如果電池輸出端的電壓高于多串鋰電池的電壓,MCU關閉自動均衡電路和升壓電路;如果電池輸出端有大電流輸出,MCU關閉自動均衡電路和升壓電路;如果電池輸出端的電壓低于多串鋰電池的電壓且只有微小的待機電流流出,MCU控制自動均衡電路和升壓電路打開,自動均衡電路對多串鋰電池進行快速的電壓均衡,升壓電路維持多串鋰電池輸出端的電壓不變,保持待機狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多串鋰電池無損耗自動均衡電路,其特征在于:所述自動均衡電路包括分別串接于多串鋰電池的每一電池負極端上的第一 N溝道M0SFET,且該第一 N溝道MOSFET的源極分別連接其對應電池的負極,位于兩鋰電池間的該第一 N溝道MOSFET的漏極分別連接其臨近電池的正極,位于最外側(cè)鋰電池外的該第一 N溝道MOSFET的漏極接地,若干該第一 N溝道MOSFET的柵極分別接入MCU控制端;在每一電池的正極端還分別連接一第二 N溝道MOSFET的漏極端,若干個該第二 N溝道MOSFET的源極端連接,若干個該第二 N溝道MOSFET的柵極端分別接入MCU控制端;在每一電池的負極端還分別連接一第三N溝道MOSFET的漏極端,若干個該第三N溝道MOSFET的源極端接地,若干個該第三N溝道MOSFET的柵極端分別接入MCU控制端;多串鋰電池中位于最外側(cè)的鋰電池的正極端外分別連接第四N溝道MOSFET和第五N溝道MOSFET的漏極,該第四N溝道MOSFET的源極接入所述升壓電路,該第五N溝道MOSFET的源極接充電輸出端,該第四N溝道MOSFET和第五N溝道MOSFET的柵極分別接入MCU控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多串鋰電池無損耗自動均衡電路,其特征在于:在所述第二N溝道MOSFET和鋰電池的正極端之間還分別連接一電容的一端,該電容的另一端接地。
【專利摘要】本實用新型公開了一種多串鋰電池無損耗自動均衡電路,包括LDO電路、MCU、自動均衡電路和升壓電路,MCU檢測多串鋰電池的電池輸出端和該多串鋰電池的正負極間的電壓、電流信號,如果電池輸出端的電壓高于多串鋰電池的電壓,MCU關閉自動均衡電路和升壓電路;如果電池輸出端有大電流輸出,MCU關閉自動均衡電路和升壓電路;如果電池輸出端的電壓低于多串鋰電池的電壓且只有微小的待機電流流出,MCU控制自動均衡電路和升壓電路打開對多串鋰電池進行快速的電壓均衡,升壓電路維持多串鋰電池輸出端的電壓不變,保持待機狀態(tài)。該多串鋰電池無損耗自動均衡電路大大加快了鋰電池均衡的速度,同時具有均衡效率高、節(jié)能環(huán)保、利用待機時間均衡不影響電池正常工作等特點。
【IPC分類】H02J7-00
【公開號】CN204497794
【申請?zhí)枴緾N201520211490
【發(fā)明人】吳祖榆
【申請人】天宇通訊科技(昆山)有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月10日