一種智能電池組串聯充電平衡控制電路及控制方法技術

一種智能電池組串聯充電平衡控制電路及其控制方法，屬于電子控制技術領域，包括被充電電池組、濾波回路和集成模塊，還包括外部平衡模塊和外部平衡控制開關，被充電電池組與濾波回路中的電阻、電容及集成有Ａ／Ｄ輸入模塊、小電流平衡控制開關和控制器的集成模塊相連接，受濾波回路中電阻上的電信號控制的外部平衡控制開關和外部平衡模塊與被充電電池組并聯連接，外部平衡模塊、與外部平衡控制開關和被充電電池組構成平衡電路。控制電路的控制方法是：當控制器內部Ａ／Ｄ轉換器輸入口小電流平衡開關閉合時，輸入電阻電容濾波器中的電阻上會產生一定的信號變化，利用變化的信號可以控制平衡開關的開啟和關閉，實現對電池組的平衡充電控制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于電子控制
技術背景-在多節電池串聯使用的應用中，由于電池內阻、容量的差異性，在電池組的整個使 用周期內無法保證所有電池的一致性，所以在充電電路中需要設計有充電平衡電路用于 校正電池的不一致性。充電平衡有多種實現電路形式，最直接的就是采用單節電池分別 充電；也可以采用先串聯和并聯混合的充電方式，當一組電池中出現一節過壓后再采用 單節電池分別充電的方法，兩種電路配合實現對不平衡電池的充電；還可以采用串聯充 電，但是在充電的過程中對充電速度快的電池旁路部分充電電流，從而降低該節電池的 充電速度，實現對不平衡電池組的充電。但是，現在使用的需要大電流平衡的方案都需要專門的控制i/o控制平衡充電電路，這樣控制器需要控制i/o太多，控制器成本太高。但是如果將平衡控制開關集成在控制器內部，又存在平衡電流大時將影響控制器內部的 A/D采樣精度的問題，同時控制器的功耗也會有很大的增加，這些都不利于提高控制器 的集成度。現有充電方案一般采用圖1和圖2的方法實現串聯平衡充電，以兩節電池串聯充電為例。圖1中電池101、 102的兩端分別通過電阻107、 110、 113與集成模塊連接，實現 對電池電壓的采樣，電阻107、 110、 113、電容108、 111分別相連實現對輸入信號的濾 波功能，平衡模塊103、 105和平衡控制開關104、 106分別與相應的電池并聯連接，集 成模塊使用專用的I/0通過109、 112分別與104、 106的控制極連接，實現對平衡開關 的控制。該方案需要使用專門的控制I/O實現對外部平衡控制開關MOSFET的驅動控制， 這種方案對串聯電池數目較多時，會需要較多的I/0控制線，對控制器的資源要求較高， 控制器的封裝成本也較高。圖2中電池201、 202通過電阻203、 204、 205與集成模塊連接，實現對電池電壓 的采樣，另外在集成模塊內部集成了 208、 209用于旁路充電電流，由于集成電路內部集 成功率元件設計復雜，設計旁路電流都很小， 一般在mA的數量級，203、 204、 205、 206、 207分別與電池相連，實現對輸入信號的低通濾波，由于203、 204、 205串聯在旁路電流 回路中，無法使用太大的阻值，這就影響了 A/D采樣濾波的深度，抗干擾性能較差。以上這些因數限制了這兩種結構的平衡電路在大容量電池組中的應用。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術提供一種智能電池組串聯充電的平衡控制電路及控制 方法，用于控制多節串聯電池組的充電，電路中使用最小的I/O資源實現對電池組中單 節電池電壓的檢測和平衡控制開關的控制，同時該電路可以在不影響輸入濾波回路的濾 波深度的前提下任意提高平衡電流，還可以降低集成模塊內部平衡控制器件的電流。一種智能電池組串聯充電平衡控制電路，包括被充電電池組、濾波回路和集成模塊， 其特征在于，還包括外部平衡模塊和外部平衡控制開關，被充電電池組與濾波回路中的 電阻、電容及集成有A/D輸入模塊、小電流平衡控制開關和控制器的集成模塊相連接， 受濾波回路中電阻上的電信號控制的外部平衡控制開關和外部平衡模塊與被充電電池組 并聯連接，外部平衡模塊、與外部平衡控制開關和被充電電池組構成平衡電路；所述的外部平衡控制開關可以是電壓控制開關NMOSFET或PMOSFET。所述的外部平衡控制開關可以是電流控制開關NPN型或PNP型三極管。所述的外部平衡模塊可以是單節電池的分離充電回路。所述的外部平衡模塊可以是可以消耗功率的各種器件或模塊。電路中使用的電池組可以是各種規格的可充電電池組。一種智能電池組串聯充電平衡控制電路的控制方法，控制方法是當控制器內部A/D 轉換器輸入口小電流平衡開關閉合時，輸入電阻電容濾波器中的電阻上會產生一定的信 號變化，利用變化的信號可以控制平衡開關的開啟和關閉，實現對電池組的平衡充電控制。所述的變化的信號可以是電壓信號。 所述的變化的信號可以是電流信號。 所述的變化的信號可以是其它可以使用的電信號。為達到上述目標，本專利技術給出了一種利用位于集成模塊內部的A/D輸入口的 MOSFET導通時在外部濾波電阻上產生的電流或壓降控制平衡電路開啟、關閉的方法。 當電路中集成模塊內部MOSFET打開時，外部與電池串聯的濾波回路中的電阻流過的電 流為O,電阻上的壓降也是OV，而內部MOSFET關閉時，外部與電池連接的濾波回路電 阻和MOSFET組成回路，上下兩個濾波電阻上都會有電流流過，也會存在一定的壓降， 利用該電流或者壓降就可以控制一個開關實現對平衡模塊的控制。該開關可以是 MOSFET、三極管或其它受控開關，平衡模塊可以是功率電阻、充電回路或其它適合平 衡充電使用的電路、模塊。本專利技術的有益效果本專利技術用于控制多節串聯電池組的充電，并使用最小的I/O資源實現對電池組中單 節電池電壓的檢測和平衡控制開關的控制，同時該電路可以在不影響輸入濾波回路的濾波深度的前提下任意提高平衡電流，還可以降低集成模塊內部平衡控制的器件的電流。 附圖說明圖l現有技術實現串聯平衡充電電路的電原理圖。 圖2現有技術實現串聯平衡充電電路的電原理圖。圖3本專利技術中使用PMOS作為控制開關的控制電路電原理圖。 圖4本專利技術中使用NMOS作為控制開關的控制電路電原理圖。 圖5本專利技術中使用PNP型三極管作為控制開關的控制電路電原理圖。 圖6本專利技術中使用NPN型三極管作為控制開關的控制電路電原理圖。 圖7外部平衡模塊為單節電池分離充電回路。 圖8外部平衡模塊為恒流負載。 圖9外部平衡模塊為恒壓負載。 具體實施例方式以下結合附圖并通過實施例詳細描述本專利技術， 一種智能電池組串聯充電平衡控制電 路及控制方法。本專利技術以下的描述將結合實例進行，實例中又以兩節電池串聯為例說明， 但本專利技術并不限于此中的實例，也不局限于兩節電池的應用。描述中使用的平衡模塊為 功率電阻，但本專利技術不局限于功率模塊為功率電阻的情形。實施例1:圖3為使用本專利技術實施的一種用于電池301和電池302充電平衡控制的電路。電路 包括兩個串聯的電池，兩個與電池并聯的NMOSFET 304、 310，內部集成了控制器、差 分輸入A/D和平衡控制MOSFET314、 315的集成模塊，NMOSFET304的G極受電阻308 上的電壓控制，NMOSFET310的G極受電阻313上的電壓控制，電阻313、 307分別是 相應NMOSFET的G極保護電阻，電容306、312是輸入濾波回路的濾波電容。當MOS314 打開時時，電阻313上的壓降為0， NMOSFET310截止，電阻309回路中沒有電流流過， 當MOS314關閉時，電電池302和電阻308、 313、 MOS314組成回路、電路中會有一個 電流流過，電阻313上會產生一定的壓降，該壓降通過電阻311控制NMOSFET310導通， 平衡電流流過電阻309，實現對電池充電電流的分流，進而實現平衡充電功能。同樣，當 MOS315打開時，電阻312上的壓降為0， NMOSFET304截止，電阻303回路中沒有電 流流過，當MOS315關閉時，電電池301和電阻305、 308、 MOS315組成回路、電路中 會有一個電流流過，電阻312上會產生一定的壓降，該壓降通過電阻30本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種智能電池組串聯充電平衡控制電路，包括被充電電池組、濾波回路和集成模塊，其特征在于，還包括外部平衡模塊和外部平衡控制開關，被充電電池組與濾波回路中的電阻、電容及集成有Ａ／Ｄ輸入模塊、小電流平衡控制開關和控制器的集成模塊相連接，受濾波回路中電阻上的電信號控制的外部平衡控制開關和外部平衡模塊與被充電電池組并聯連接，外部平衡模塊、與外部平衡控制開關和被充電電池組構成平衡電路。

【技術特征摘要】
1、 一種智能電池組串聯充電平衡控制電路，包括被充電電池組、濾波回路和集成模 塊，其特征在于，還包括外部平衡模塊和外部平衡控制開關，被充電電池組與濾波回路 中的電阻、電容及集成有A/D輸入模塊、小電流平衡控制開關和控制器的集成模塊相連 接，受濾波回路中電阻上的電信號控制的外部平衡控制開關和外部平衡模塊與被充電電 池組并聯連接，外部平衡模塊、與外部平衡控制開關和被充電電池組構成平衡電路。2、 根據權利要求1所述的一種智能電池組串聯充電平衡控制電路，其特征在于，所 述的外部平衡控制開關可以是電壓控制開關NMOSFET或PMOSFET。3、 根據權利要求l所述的一種智能電池組串聯充電平衡控制電路，其特征在于，所 述的外部平衡控制開關可以是電流控制開關NPN型或PNP型三極管。4、 根據權利要求l所述的一種智能電池組串聯充電平衡控制電路，其特征在于，所 述的外部平衡模塊可以是單節電池的分離充電回路。5、 根據權利要求l所述的一種智能電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張志賢，劉培德，王大瑞，劉寶忠，
申請(專利權)人：張志賢，劉培德，王大瑞，劉寶忠，
類型：發明
國別省市：88[]