[发明专利]一种无损均衡控制装置及控制方法

摘要

一种无损均衡控制装置及控制方法，属于电池组均衡控制技术领域。该装置包括由若干电池组成的电池组，还包括均衡开关控制模块、均衡电源控制模块、均衡电源变换模块、均衡充电控制模块、系统电源模块和主控模块；系统电源模块为均衡开关控制模块和均衡充电控制模块供电，主控模块控制系统电源模块上电，该装置均衡速度快、均衡过程安全可靠、成本低且便于推广应用；该无损均衡控制装置的控制方法包括检测电池组均衡度、电池组均衡度≥0.3%时开始均衡电池组中落后单体电池、系统故障检测、系统故障清除和等待检测步骤，均衡精度高、均衡过程安全可靠。

主权项

1.一种无损均衡控制装置，包括若干电池组成的电池组，其特征在于：还包括均衡开关控制模块、均衡电源控制模块、均衡电源变换模块、均衡充电控制模块、系统电源模块和主控模块；所述均衡开关控制模块的输入端连接主控模块的输出端，均衡开关控制模块的输出端连接均衡电源变换模块的输入端，均衡电源变换模块的输入端还连接均衡电源控制模块的输出端，均衡电源变换模块的输出端连接均衡充电控制模块的输入端，主控模块的输出端还分别连接均衡充电控制模块和系统电源模块的输入端，均衡充电控制模块的输出端与电池组相连，系统电源模块为均衡开关控制模块和均衡充电控制模块供电，主控模块控制系统电源模块上电；所述均衡开关控制模块包括连接器J1，网络标号BPGND、SS1、Vm+、MCUGND、MC1，二极管D1，功率场效应管Q1，电阻R1、R2、R3和R4，电容C1，光电耦合器U1，三极管Q2；连接器J1的1脚连接网络标号BPGND，连接器J1的2脚连接电池组的正极，电池组的正极与网络标号BPGND之间反向并联二极管D1，功率场效应管Q1的漏极接连接器J1的2脚，功率场效应管Q1的门极和漏极之间并联电阻R1和电容C1，功率场效应管Q1的源极连接网络标号SS1，功率场效应管Q1的门极串接电阻R2，电阻R2通过光电耦合器U1的输出端连接网络标号BPGND，电阻R3的一端通过光电耦合器U1的输入端连接三极管Q2的集电极，电阻R3的另一端连接网络标号Vm+，网络标号MC1通过电阻R4连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接网络标号MCUGND；所述均衡电源控制模块包括高性能固定频率电流模式控制器U2，电容C2~C8，电阻R5~R14，光电耦合器U3，网络标号BPGND、JHDB_IN、JHK、JHDB_OUT、JHC，二极管D2和D3，可控精密稳压源U4；高性能固定频率电流模式控制器U2的1脚与2脚之间连接电容C6，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚与4脚之间连接电容C5，高性能固定频率电流模式控制器U2的1脚经电阻R7并通过光电耦合器U3的输入端接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的2脚和5脚均连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚通过电阻R10连接网络标号JHDB_IN，高性能固定频率电流模式控制器U2的8脚通过电容C3连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的7脚连接网络标号JHK，高性能固定频率电流模式控制器U2的7脚通过电容C2连接网络标号BPGND，网络标号JHK通过反向连接的二极管D2连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的6脚通过电阻R6和R8连接网络标号JHDB_OUT，电阻R8与二极管D3并联，网络标号JHDB_OUT与网络标号BPGND之间串接电阻R9，高性能固定频率电流模式控制器U2的3脚通过电容C7连接网络标号BPGND，高性能固定频率电流模式控制器U2的4脚和8脚之间通过电阻R5连接，高性能固定频率电流模式控制器U2的4脚通过电容C4连接网络标号BPGND，网络标号JHC的一端经电阻R12并通过光电耦合器U3的输入端连接可控精密稳压源U4的阴极，光电耦合器U3的输入端并联有电阻R11，网络标号JHC的另一端通过电阻R13和R14接网络标号BPGND，可控精密稳压源U4的参考极与阴极之间连接有电容C8，可控精密稳压源U4的阳极连接网络标号BPGND，可控精密稳压源U4的参考极连接在电阻R13和R14之间；所述均衡电源变换模块包括变压器T1，网络标号SS1、JHK、BPGND、JHDB_OUT、JHDB_IN、JHGND、JHCY、JHC，电阻R15~R24，电解电容C10、C12、C13、C16，功率场效应管Q3，电容C9、C11、C14、C15、C17，二极管D4~D9，三端可调节输出正电压稳压器U5，可控精密稳压源U6，电感L1；变压器T1的1脚连接网络标号SS1，网络标号SS1与网络标号JHK之间通过两个并联的电阻R15和R16连接，网络标号JHK连接电解电容C10的正极，电解电容C10的负极连接网络标号BPGND，变压器T1的4脚连接功率场效应管Q3的漏极，变压器T1的1脚和4脚通过电容C9和二极管D4连接，二极管D4的正极连接功率场效应管Q3的漏极，电容C9的两端分别并联电阻R17和R18，功率场效应管Q3的门极连接网络标号JHDB_OUT，功率场效应管Q3的源极连接网络标号JHDB_IN，网络标号JHDB_IN通过电阻R19连接网络标号BPGND，变压器T1的7脚连接网络标号JHGND，变压器T1的8脚连接二极管D8的正极，二极管D8的负极通过电阻R21连接三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端，三端可调节输出正电压稳压器U5的调节端连接可控精密稳压源U6的阴极，可控精密稳压源U6的阴极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端通过电阻R22连接，可控精密稳压源U6的阳极接网络标号JHGND，可控精密稳压源U6的阳极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输入端之间连接有二极管D9，二极管D9的两端并联电容C14，三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端连接网络标号JHCY，可控精密稳压源U6的阳极与参考极之间通过电阻R24连接，可控精密稳压源U6的阳极与三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端通过电阻R23与电容C15连接，三端可调节输出正电压稳压器U5的输出端连接电解电容C16的正极，电解电容C16的负极接网络标号JHGND，网络标号JHGND与网络标号JHCY之间连接有电容C17，变压器T1的9脚和12脚焊接在一起，变压器T1的9脚连接网络标号JHGND，变压器T1的13脚和16脚焊接在一起，变压器T1的16脚连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过电感L1连接网络标号JHC，网络标号JHC与网络标号JHND之间并连有电解电容C12和C13，电解电容C12的正极连接在电感L1与网络标号JHC之间，二极管D7的负极连接在二极管D6的负极与电感L1之间，二极管D7的正极连接变压器T1的9脚，电阻R20与电容C11串联后并联在二极管D6的两端；所述均衡充电控制模块包括可控精密稳压源U7，电阻R25~R38，网络标号JHCY、JHGND、Vm+、KSS、MC2、MC3、MCUGND、BPGND、XTD+，电容C18、C20、C21，电解电容C19，运算放大器U11，三极管Q4~Q6，可控精密稳压源U10，功率场效应管Q7，连接器J2，继电器K1，二极管D10、D11，光电耦合器U8、U9；可控精密稳压源U7的阴极通过电阻R25连接网络标号JHCY，可控精密稳压源U7的阳极连接网络标号JHGND，可控精密稳压源U7的参考极与阴极相连，可控精密稳压源U7的阴极与阳极之间并联有电容C18和电解电容C19，电解电容C19的正极一方面通过电阻R31并经光电耦合器U9的输出端连接网络标号JHGND，另一方面通过电阻R32连接运算放大器U11中U11A的2脚，网络标号Vm+通过电阻R29并经过光电耦合器U9的输入端连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极通过电阻R30连接网络标号MC3，三极管Q6的发射极连接网络标号MCUGND，运算放大器U11中U11A的3脚通过光电耦合器U9的输出端连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11A的8脚连接网络标号JHCY，运算放大器U11中U11A的4脚连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11A的1脚通过电阻R34和R35连接运算放大器U11中U11B的5脚，电阻R35的两端并联电容C20，可控精密稳压源U10的阴极和参考极均连接在电阻R34和R35之间，可控精密稳压源U10的阳极连接网络标号JHGND，运算放大器U11中U11B的6脚通过电阻R36连接网络标号KSS，运算放大器U11中U11B的7脚通过电阻R37连接功率场效应管Q7的门极，功率场效应管Q7的源极通过电阻R38连接网络标号JHGND，电阻R38的两端并联电容C21，网络标号KSS连接在电阻R38和功率场效应管Q7的源极之间，功率场效应管Q7的漏极与连接器J2的1脚和2脚连接，连接器J2的1脚和2脚连接在一起，连接器J2的3脚和4脚连接在一起，连接器J2的3脚和4脚均连接继电器K1的输出端，继电器K1的输入端连接网络标号JHC，继电器K1的线圈正负极分别连接三极管Q5的集电极和发射极，三极管Q5的发射极连接网络标号BPGND，三极管Q5的集电极通过二极管D10连接网络标号XTD+，网络标号XTD+通过光电耦合器U8的输出端并经过电阻R27连接三极管Q5的发射极，网络标号Vm+连接电阻R26并经过光电耦合器U8的输入端连接三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极连接网络标号MCUGND，网络标号MC2通过电阻R28连接三极管Q4的基极；所述系统电源模块包括连接器J3、J4，网络标号XTD+、BPGND、DS、KG、JZV‑、JZV+、MCUGND、Vm+，二极管D12~D15，三极管Q8，电源隔离模块DD1和DD2，电阻R39~R42，三端可调节输出正电压稳压器U11，电解电容C22、C26，电容C23~C25，可控精密稳压源U12；连接器J3的1脚连接网络标号XTD+，连接器J3的2脚接网络标号BPGND，网络标号XTD+连接二极管D15的负极，二极管D15的正极连接网络标号BPGND，三极管Q8的发射极连接二极管D15的负极，三极管Q8的基极连接网络标号KG，三极管Q8的集电极连接电源隔离模块DD1和DD2的正极输入端，网络标号DS通过电阻R42连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD1和DD2的负极输入端连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD1的负极输出端连接网络标号JZV‑，电源隔离模块DD1的正极输出端连接网络标号JZV+，电源隔离模块DD1的接地端连接网络标号BPGND，电源隔离模块DD2的正极输出端连接三端可调节输出正电压稳压器U11的输入端，电源隔离模块DD2的负极输出端连接网络标号MCUGND，电解电容C22的两端并联有电容C23，电解电容C22的负极连接网络标号MCUGND，电解电容C22的正极连接电源隔离模块DD2的正极输出端，三端可调节输出正电压稳压器U11的输入端与调节端连接有电阻R39，三端可调节输出正电压稳压器U11的输出端与调节端之间连接有电阻R41和电容C24，三端可调节输出正电压稳压器U11的调节端连接可控精密稳压源U12的阴极，可控精密稳压源U12的阳极与参考极之间连接有电阻R40，三端可调节输出正电压稳压器U11的输出端连接网络标号Vm+，网络标号Vm+分别连接电解电容C26的正极、二极管D12的负极和二极管D13的正极，电解电容C26的负极连接网络标号MCUGND，电解电容C26的两端并联电容C25，二极管D14的正极连接二极管D13的负极，二极管D14的负极连接二极管D12的正极，二极管D12的正极与连接器J4的2脚相连，连接器J4的1脚连接网络标号MCUGND；所述主控模块包括三极管Q9~Q13，电阻R61~R68，网络标号MC4~MC6、MCUGND、BPGND、Vm+、XTD+、KG、DS，光电耦合器U14，连接器J5、J6，二极管D17、D18；三极管Q9的基极通过电阻R61连接网络标号MC4，三极管Q9的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q9的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R64连接网络标号Vm+，三极管Q13的基极通过电阻R68连接网络标号MC5，三极管Q13的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q13的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R63连接网络标号Vm+，三极管Q12的基极通过电阻R67连接网络标号MC6，三极管Q12的发射极连接网络标号MCUGND，三极管Q12的集电极经光电耦合器U14的输入端并通过电阻R62连接网络标号Vm+，三极管Q10的基极连接电阻R65并通过光电耦合器U14的输出端接网络标号BPGND，三极管Q10的发射极连接网络标号XTD+，三极管Q10的集电极与连接器J5的2脚连接，连接器J5的1脚连接网络标号BPGND，连接器J5的1脚连接二极管D17的正极，二极管D17的负极与连接器J5的2脚连接，三极管Q11的发射极连接网络标号XTD+，三极管Q11的集电极与连接器J6的2脚连接，连接器J6的1脚连接网络标号BPGND，连接器J6的1脚连接二极管D18的正极，二极管D18的负极与连接器J6的2脚连接，网络标号KG经光电耦合器U14的输出端与网络标号DS连接。