[发明专利]一种基于开关电容的动力锂离子电池组电量均衡芯片电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种多节动力锂离子电池串联使用情况下的均衡芯片，属于电池均衡技术领域。

背景技术

锂离子电池由于单体电压较低、在实际应用中必须多节串联使用，这一局限性对动力电池组管理系统的设计带来了困难，尤其是要对每个单体电池都要进行过充、过放电保护、均衡管理和电池状态监控，电路结构相当庞大和复杂。虽然随着技术工艺的提高，单体电池之间的差异逐渐减小，但是，在当前制作工艺水平下，仍难保证每节电池特性完全一致。尤其是在工况运行条件下，频繁地进行不规则的充电、放电，成组电池工作一段时间后电池之间的差异会恶化，从而，使得电池组的使用效率降低，寿命减小。

锂离子电池的剩余电量的变化会引起其端电压差的显著变化，现代电池管理系统对锂离子电池过充、过放电的检测都是基于对电池端电压检测基础上，通过设定过充、过放电电压来对电池组进行管理的。电量不均衡的电池组，各个电池的端电压有明显的差异，当某节电池达到过充、过放电时，整个电池组均停止工作，而其它电池尚达到过充、过放电电压，造成电量的浪费和充电的不足。多次充放电后，这种差异会慢慢增大，造成电池组使用效率的降低，使用时间缩短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在锂离子串联电池组中，提供一种电量均衡芯片来转移电池电量，改善锂离子电池之间电量的不均衡，提高电池组的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于开关电容的动力锂离子电池组电量均衡芯片电路，该动力锂离子电池组包括N颗串联的动力锂离子电池，每颗动力锂离子电池的正极与负极分别连接一个放电压控开关后与均与同一电容C串联形成回路，电容C的一端串接负极充电压控开关后连接相对地，电容C的另一端串接正极充电压控开关，其特征在于，包括N-1个采样器、DC／DC模块、振荡器及控制模块，由动力锂离子电池组为DC／DC模块及振荡器提供电源，DC／DC模块的输出端串接正极充电压控开关，振荡器为控制模块提供高频时钟信号，控制模块通过分频产生一个占空比很大的内部时钟，并交替定义充电周期和放电周期，第j个采样器的一个输入端连接第j个动力锂离子电池的正极，另一个输入端连接第j+1个动力锂离子电池的正极，第j个采样器将两个输入端上的电压值线性相减得到第j个动力锂离子电池的电压形成输出，1≤j≤N-1，所有采样器的输出均连接电压比较模块，第N-1个采样器与第N个动力锂离子电池正极相连的输入端同时还直连电压比较模块，通过第N-1个采样器的该输入端将第N个动力锂离子电池的电压输入给电压比较模块，由电压比较模块通过两两对比的方式从输入的N路电压中选出最小值并将与该最小电压相对应的动力锂离子电池的号码的二进制数输出给控制模块，在充电周期，控制模块控制负极充电压控开关及正极充电压控开关，由DC／DC模块为电容C充电，在放电周期，控制模块根据从电压比较模块得到的二进制数控制与该二进制数相对应编号的动力锂离子电池的放电压控开关闭合，由电容C为相应的动力锂离子电池充电。

优选地，所述采样器为3个，记为第一采样器、第二采样器及第三采样器，则所述电压比较模块包括第一比较器及第二比较器，第一比较器分别接收来自第一采样器及第二采样器的输出，若第一采样器的输出大于第二采样器，则第一比较器输出为高电平，否则输出为低电平，第一采样器及第二采样器的输出同时还输入第一模拟选择器，第一模拟选择器的控制端接收来自第一比较器的输出，若第一比较器的输出为高电平，则第一模拟选择器选择将第二采样器的输出以原电压值输出给第三比较器，否则第一模拟选择器选择将第一采样器的输出以原电压值输出给第三比较器；

第二比较器分别接收来自第三采样器的输出及由第三采样器与第4颗动力锂离子电池正极相连的输入端获得的动力锂离子电池电压信号，若第三采样器的输出大于动力锂离子电池电压信号，则第二比较器输出为高电平，否则输出为低电平，第三采样器的输出及动力锂离子电池电压信号同时还输入第二模拟选择器，第二模拟选择器的控制端接收来自第二比较器的输出，若第二比较器的输出为高电平，则第二模拟选择器选择将动力锂离子电池电压信号以原电压值输出给第三比较器，否则第二模拟选择器选择将第三采样器的输出以原电压值输出给第三比较器；