[发明专利]一种用于电池管理系统均衡器及其切换网络电路

说明书

技术领域

本发明涉及电池管理系统，特别涉及一种用于电池管理系统均衡器及其切换网络 电路。

背景技术

锂离子电池等新型电池在串联使用时，电池单体间的不一致性会导致成组后的电 池组可用容量变小，在充电时，电压偏高的电池单体会导致充电过程提前终止，充电容量变 小；放电时，电压偏低的电池单体会导致放电过程提前终止，放电容量减小；为了改善电池 的一致性，目前比较有效的方法是对电池单体进行均衡，将电压高的单体进行放电，对电压 低的单体进行充电，图1是目前可行的均衡方案之一。

电池均衡系统主要由两部分组成：切换网络电路(简称切换网络)和均衡充放电模 块(简称充放电模块),工作时CPU控制切换网络将需要均衡的电池单体切换到均衡母线上 (BUS+,BUS-)均衡充放电模块通过均衡母线对该电池单体进行充电或放电，以实现均衡功 能。其中切换网络电路如图2中虚框内所示，图中BT1～BT12为12节待均衡电池单体，SW0～ SW12为切换开关，其工作过程如下：假设第一节待均衡电池单体BT1需要均衡，CPU将控制 SW0和SW1闭合，SW2～12断开，此时BT1电池单体就接入到均衡母线正极BUS+和负极BUS-上， 与均衡母线连接的均衡充放电模块就可以对该单体进行充电均衡或者放电均衡。

在上述均衡控制电路中，SW0～SW12切换开关的成本较高，一般选用机械继电器或 者半导体固态继电器实现，尤其在均衡电流较大的场合，切换开关的成本随电流和电压成 几何级数上升，另外机械继电器有体积大的缺点，不利于产品小型化。

另一方面，在目前的电池管理系统中除电池均衡功能外还有一个重要功能就是电 池单体电压采集功能，电压采集功能可以由成熟的专用集成采集芯片来实现，例如美国TI 公司的BQ76PL536，LINEAR公司的LTC6803，MAXIM公司的MAX17830,例如专用集成电压芯片 BQ76PL536的工作原理，其典型工作电路如图3所示。

图3中BQ76PL536除了可以完成6节电池单体CELL1～CELL6的电压采集功能外，还 可以实现6节待均衡电池单体的被动式放电均衡，均衡工作过程如下：设CELL3需要进行放 电均衡，BQ76PL536将控制CB3管脚(MOSFET驱动管脚，被动均衡驱动接口管脚)输出相对于 BAT2的一个高电平，该高电平将打开MOSFET管Q4，CELL3的多余电能将通过功率电阻RBAL4 电阻和MOSFET管Q4短路消耗掉，实现了放电式被动均衡,该芯片的均衡控制管脚CB1～CB6 均可输出高电平驱动对应的MOSFET导通，从而实现各个电池单体的放电式被动均衡。但方 案无法实现充电式主动均衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电池管理系统均衡器及其切换网电路，可以实现 充电式主动均衡，并且可以采用低本的通用MOSFET切换开关。

为此，本发明提出的用于电池管理系统均衡器包括均衡充放电模块、切换网络电 路和切换网络控制电路；所述均衡充放电模块包括均衡母线正极和均衡母线负极；所述切 换网络电路一端与所述均衡充放电模块相连，另一端与待均衡电池组相连；所述切换网络 控制电路与切换网络电路相连，用于控制切换网络的切换动作；所述切换网络电路包括与 待均衡电池组中每个待均衡电池单体相对应的主动均衡切换开关对，每个主动均衡切换开 关对包括第一MOSFET管和第二MOSFET管，所述第一MOSFET管的漏极连接到电池电极上，第 二MOSFET管的漏极连接到公共均衡母线上，第一MOSFET管的漏极连接到奇数电池单体负极 上的主动均衡切换开关对，其第二MOSFET管的漏极就连接到均衡母线负极上；第一MOSFET 管的漏极连接到偶数电池单体负极上的主动均衡切换开关对，其第二MOSFET管的漏极就连 接到均衡母线正极上。

优选地，本发明的用于电池管理系统均衡器还可以具有如下特征：

还包括固态继电器开关，其一端连接到待均衡电池组正极，另一端连接到均衡母 线负极；还包括外部控制电路，单独控制所述固态继电器开关的导通和关断。

所述切换网控制电路包括可对待均衡电池单体的实现被动式放电均衡的电池单 体电压采集芯片，及其外围电路。

所述芯片是如下之一：BQ76PL536、LTC6803、MAX17830。

每个主动均衡切换开关对的控制极各自连接到所述芯片的一个MOSFET驱动管脚。