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CN201298737Y - 一种电池均衡装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及均衡装置技术领域，尤其涉及一种电池均衡装置，其包括复数个相串联的电池，两个电池间连接有可将电压较高的电池的电能输送至电压较低的电池中、使得两个电池的电量得到均衡的电量均衡电路，所述电量均衡电路的输入端连接有用于控制驱动电量均衡电路的控制驱动电路，在电池的充电、放电或静置状态下，电量均衡电路均可以将电压较高的电池的电量输送至电压较低的电池中、使得两个电池的电量均衡；因此，本实用新型可以实时均衡各电池的电量，从而改善各电池间电量的均衡效果和可靠性。

Description

一种电池均衡装置
技术领域：
本实用新型涉及均衡装置技术领域，尤其涉及一种电池均衡装置。
背景技术：
电池通常被串联、并联使用以提供较高的输出电压和较大的电能容量，满足负载驱动的需求。另一方面，由于可充电电池具有较好的性价比，被广泛应用于各类电子产品，甚至电动车辆中。然而，由于工艺条件的限制，单体电池之间往往会存在一定的差异，经过多次充放电循环之后，电池之间会产生较大的电压差，使串联电池组总的有效容量变小，影响电池组使用性能和寿命。
目前，为解决电池串联使用时由于单体电池间的不平衡性带来的问题，大多使用具有均衡充电功能的集成芯片或者单片机来监测电池状态，当检测到某个电池的电压达到过充或过放电压时，控制该电池停止充电或放电，其它电池继续充电或放电，直至达到过充保护或过放保护，以实现电池均衡状态。但是，上述解决方法只能在被检测电池达到过充或过放电压时才能均衡电池，而不能在充放电过程中根据电池电压的变化实时地调整各电池电压，使整个充放电过程中各电池始终处于一种平衡状态，故均衡效果较差、可靠性差；而且，使用集成芯片或者单片机实现电池均衡功能，其线路复杂，生产成本较高。
实用新型内容：
本实用新型的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种可以实时均衡各电池电量的电池均衡装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
它包括复数个相串联的电池，两个电池间连接有可将电压较高的电池的电能输送至电压较低的电池中、使得两个电池的电量得到均衡的电量均衡电路，所述电量均衡电路的输入端连接有用于控制驱动电量均衡电路的控制驱动电路。
其中，所述电量均衡电路包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元和充放电单元；所述第一开关单元与电池B的正极双向连接，第一开关单元与充放电单元双向连接，充放电单元与第二开关单元双向连接，第二开关单元与电池B的负极双向连接；所述第三开关单元与电池A的正极双向连接，第三开关单元与充放电单元双向连接，充放电单元与第四开关单元双向连接，第四开关单元与电池A的负极双向连接；所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元的输入端均与控制驱动电路连接。
其中，所述第一开关单元是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、继电器中的一种或其组合构成；所述第二开关单元是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；所述第三开关单元是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；所述第四开关单元是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成。
其中，所述充放电单元是由可充放电的电解电容、钽电容、法拉电容、无极性电容或电池构成。
其中，所述第一开关单元为P沟道场效应管QA1，第二开关单元为N沟道场效应管QB1，第三开关单元为N沟道场效应管QC1，第四开关单元为N沟道场效应管QD1，充放电单元为电容C1；所述QA1的源极与电池B的正极连接，QA1的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与QB1的源极连接，QB1的漏极与电池B的负极连接；所述QC1的源极与电池A的正极连接，QC1的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与QD1的漏极连接，QD1的源极与电池A的负极连接；所述QA1、QB1、QC1、QD1的栅极均与控制驱动电路连接。
其中，所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元分别为N沟道场效应管QA1、QB1、QC1、QD1，充放电单元为电容C1；所述QA1的漏极与电池B的正极连接，QA1的源极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与QB1的源极连接，QB1的漏极与电池B的负极连接；所述QC1的源极与电池A的正极连接，QC1的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与QD1的漏极连接，QD1的源极与电池A的负极连接；所述QA1、QB1、QC1、QD1的栅极均与控制驱动电路连接。
本实用新型有益效果在于：
本实用新型提供的一种电池均衡装置包括复数个相串联的电池，两个电池间连接有可将电压较高的电池的电能输送至电压较低的电池中、使得两个电池的电量得到均衡的电量均衡电路，所述电量均衡电路的输入端连接有用于控制驱动电量均衡电路的控制驱动电路，在电池的充电、放电或静置状态下，电量均衡电路均可以将电压较高的电池的电量输送至电压较低的电池中、使得两个电池的电量均衡。因此，本实用新型可以实时均衡各电池的电量，从而改善各电池间电量的均衡效果和可靠性。
附图说明：
图1是本实用新型的结构方框图；
图2是本实用新型另一种结构方框图；
图3是本实用新型包括电量均衡电路内部结构的结构方框图；
图4是本实用新型实施例一的电路原理图；
图5是本实用新型实施例一的控制驱动电路输出的驱动波形示意图；
图6是本实用新型实施例二的电路原理图；
图7是本实用新型实施例二的控制驱动电路输出的驱动波形示意图；
图8是本实用新型的应用例1；
图9是本实用新型的应用例2。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，实施例一见图1～5所示，它包括复数个相串联的电池11，两个电池11间连接有可将电压较高的电池11的电能输送至电压较低的电池11中、使得两个电池11的电量得到均衡的电量均衡电路12，所述电量均衡电路12的输入端连接有用于控制驱动电量均衡电路12的控制驱动电路13。在电池11的充电、放电或静置状态下，电量均衡电路12均可以将电压较高的电池11的电量输送至电压较低的电池11、使得两个电池11的电量均衡。因此，本实用新型可以实时均衡各电池11的电量，从而改善各电池11间电量的均衡效果和可靠性。当然，如果是在两个相邻的电池11间连接电量均衡电路12，由于两个电池11连接处的电位相同，其结构如图2所示。
本实施例的电量均衡电路包括第一开关单元121、第二开关单元122、第三开关单元123、第四开关单元124和充放电单元125；所述第一开关单元121与电池B的正极双向连接，第一开关单元121与充放电单元125双向连接，充放电单元125与第二开关单元122双向连接，第二开关单元122与电池B的负极双向连接；所述第三开关单元123与电池A的正极双向连接，第三开关单元123与充放电单元125双向连接，充放电单元125与第四开关单元124双向连接，第四开关单元124与电池A的负极双向连接；所述第一开关单元121、第二开关单元122、第三开关单元123、第四开关单元124的输入端均与控制驱动电路连接。其中，所述第一开关单元121是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；所述第二开关单元122是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；所述第三开关单元123是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；所述第四开关单元124是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；当然，不同元器件的组合，其组合极性及各自的驱动波形是不一样的；所述充放电单元125是由可充放电的电解电容、钽电容、法拉电容、无极性电容或电池构成。
本实施例的第一开关单元121为P沟道场效应管QA1，第二开关单元122为N沟道场效应管QB1，第三开关单元123为N沟道场效应管QC1，第四开关单元124为N沟道场效应管QD1，充放电单元125为电容C1；所述QA1的源极与电池B的正极连接，QA1的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与QB1的源极连接，QB1的漏极与电池B的负极连接；所述QC1的源极与电池A的正极连接，QC1的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与QD1的漏极连接，QD1的源极与电池A的负极连接；所述QA1、QB1、QC1、QD1的栅极均与控制驱动电路连接。
本实施例的工作原理：
在控制驱动电路13的驱动下，t0到t4为一个时钟周期，在时间t0到t1时，QA1和QB1同时导通、QC1和QD1同时关断，此时，如果电池B的电压比电容C1的电压高，则电池B经过QA1和QB1给电容C1充电，如果电容C1的电压比电池B的电压高，则电容C1经过QA1和QB1给电池B放电；在时间t2到t3时，QA1和QB1同时关断、QC1和QD1同时导通，此时，如果电池A的电压比电容C1的电压高，则电池A经过QC1和QD1给电容C1充电，如果电容C1的电压比电池A的电压高，则电容C1经过QC1和QD1给电池A放电；时间t1到t2、t3到t4为死区时间，用于防止两个场效应管不能同时关断而直通损坏场效应管或是增加场效应管损耗的情况出现；依次类推，之后的时钟周期的工作原理相同。
从以上技术方案可以看出，当电池B的电压比电池A的电压高时，电池B会自动给电容C1充电，直到电容C1的电压等于电池B的电压，然后，在下一个时钟周期，电容C1会自动给电池A放电，直到电池A的电压等于电容C1的电压，这样的充放电过程，会自动循环，直到电池A的电压等于电池B的电压为止；同样，当电池A的电压比电池B的电压高时，电池A会自动给电容C1充电，直到电容C1的电压等于电池A的电压，然后，在下一个时钟周期，电容C1会自动给电池B放电，直到电池B的电压等于电容C1的电压，这样的充放电过程，会自动循环，直到电池B的电压等于电池A的电压为止。由于本实用新型不需要设置额外的电池电压高低检测装置，只要有能产生如图3和图4的驱动波形的控制驱动电路13就可以正常工作，而能达到如此功能的控制驱动电路13非常的简单和普遍，例如用数字发生控制电路或专用的波形发生控制驱动芯片均可以直接驱动电量均衡电路12的QA1、QB1、QC1、QD1工作，所以本实用新型的电路结构简单，生产成本较低。
请参考图6、7，这是本实用新型的实施例二，与实施例一不同的是，本实施例的所述第一开关单元121、第二开关单元122、第三开关单元123、第四开关单元124分别为N沟道场效应管QA1、QB1、QC1、QD1，充放电单元125为电容C1；所述QA1的漏极与电池B的正极连接，QA1的源极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与QB1的源极连接，QB1的漏极与电池B的负极连接；所述QC1的源极与电池A的正极连接，QC1的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与QD1的漏极连接，QD1的源极与电池A的负极连接；所述QA1、QB1、QC1、QD1的栅极均与控制驱动电路连接，其它结构及工作原理与实施例一相同，因此这里不再赘述。
请参考图8，这是本实用新型的应用例1，它是在两个串联的电池之间均连接有电量均衡电路，如在电池1和电池2之间连接有电量均衡电路1，在电池2和电池3之间连接有电量均衡电路2，即N个串联的电池中连接有N-1个电量均衡电路，这样，可以使每个电池的电量都可以被均衡，电压较高的电池的电量会自动转移到电压较低的电池中。
请参考图9，这是本实用新型的应用例2，它是由复数个电池串联组成电池组，不仅在两个串联的电池之间均连接有电量均衡电路，而且在两个电池组之间均连接有电量均衡电路，这样，可以提高两个电池组之间电量的均衡效果。当然，为了满足更多电池串联的电量均衡要求，还可以将复数个电池组串联组合成电池模组，不仅在两个串联的电池之间均连接有电量均衡电路、在两个电池组之间均连接有电量均衡电路，而且在两个电池模组之间也可以连接有电量均衡电路，这样，可以进一步提高两个电池模组之间电量的均衡效果。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (6)

1、一种电池均衡装置，它包括复数个相串联的电池，其特征在于：两个电池间连接有可将电压较高的电池的电能输送至电压较低的电池中、使得两个电池的电量得到均衡的电量均衡电路，所述电量均衡电路的输入端连接有用于控制驱动电量均衡电路的控制驱动电路。
2、根据权利要求1所述的一种电池均衡装置，其特征在于：所述电量均衡电路包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元和充放电单元；
所述第一开关单元与电池(B)的正极双向连接，第一开关单元与充放电单元双向连接，充放电单元与第二开关单元双向连接，第二开关单元与电池(B)的负极双向连接；
所述第三开关单元与电池(A)的正极双向连接，第三开关单元与充放电单元双向连接，充放电单元与第四开关单元双向连接，第四开关单元与电池(A)的负极双向连接；
所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元的输入端均与控制驱动电路连接。
3、根据权利要求2所述的一种电池均衡装置，其特征在于：所述第一开关单元是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；所述第二开关单元是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；所述第三开关单元是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成；所述第四开关单元是由N沟道场效应管、P沟道场效应管、三极管、绝缘栅双极型功率管、继电器中的一种或其组合构成。
4、根据权利要求2所述的一种电池均衡装置，其特征在于：所述充放电单元是由可充放电的电解电容、钽电容、法拉电容、无极性电容或电池构成。
5、根据权利要求2所述的一种电池均衡装置，其特征在于：所述第一开关单元为P沟道场效应管(QA1)，第二开关单元为N沟道场效应管(QB1)，第三开关单元为N沟道场效应管(QC1)，第四开关单元为N沟道场效应管(QD1)，充放电单元为电容C1；
所述P沟道场效应管(QA1)的源极与电池(B)的正极连接，P沟道场效应管(QA1)的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与N沟道场效应管(QB1)的源极连接，N沟道场效应管(QB1)的漏极与电池(B)的负极连接；
所述N沟道场效应管(QC1)的源极与电池(A)的正极连接，N沟道场效应管(QC1)的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与N沟道场效应管(QD1)的漏极连接，N沟道场效应管(QD1)的源极与电池(A)的负极连接；
所述P沟道场效应管(QA1)、N沟道场效应管(QB1)、N沟道场效应管(QC1)、N沟道场效应管(QD1)的栅极均与控制驱动电路连接。
6、根据权利要求2所述的一种电池均衡装置，其特征在于：所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元分别为N沟道场效应管(QA1)、N沟道场效应管(QB1)、N沟道场效应管(QC1)、N沟道场效应管(QD1)，充放电单元为电容C1；
所述N沟道场效应管(QA1)的漏极与电池(B)的正极连接，N沟道场效应管(QA1)的源极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与N沟道场效应管(QB1)的源极连接，N沟道场效应管(QB1)的漏极与电池(B)的负极连接；
所述N沟道场效应管(QC1)的源极与电池(A)的正极连接，N沟道场效应管(QC1)的漏极与电容C1的正极连接，电容C1的负极与N沟道场效应管(QD1)的漏极连接，N沟道场效应管(QD1)的源极与电池(A)的负极连接；
所述N沟道场效应管(QA1)、N沟道场效应管(QB1)、N沟道场效应管(QC1)、N沟道场效应管(QD1)的栅极均与控制驱动电路连接。
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