多节串联电池芯的均衡保护电路的制作方法

1.本技术涉及电路设计技术领域，具体涉及一种多节串联电池芯的均衡保护电路。


背景技术：

2.随着电动汽车、无人机、机器人等的出现，以锂电池为主要能量来源，既能提供高输出功率，同时也能保护环境，并且提高了能源利用率。最初，电池组的各电池芯可能匹配得相当好，但随着时间的推移，电池芯匹配度会因充放电次数、高低温及一般老化而降低。弱电池芯的充放电速度将快于强电池芯，因此电池组各电池芯的不匹配度会影响系统的运行。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种多节串联电池芯的均衡保护电路，能让各电池芯保持均衡状态。
4.为实现上述目的，本技术提供一种多节串联电池芯的均衡保护电路，包括：
5.微控制器，根据相互串联的多节电池芯的采集信息发出均衡选择命令；
6.均衡控制选择器，耦接所述微控制器的地址线和数据线，将所述均衡选择命令转换为对应各电池芯的均衡选择信号；及
7.均衡电路，并联所述多节电池芯且耦接所述均衡控制选择器，根据所述均衡选择信号选择对应的至少一电池芯进行电荷泄放。
8.进一步，所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，更包括：
9.模拟采集前端，耦接所述微控制器及所述多节电池芯，所述模拟采集前端采集各电池芯的电压和电流，并将其转换为所述采集信息提供给所述微控制器。
10.进一步，所述均衡电路包括多个均衡子电路，各均衡子电路与各电池芯一一对应，各均衡子电路均包括均衡电阻、均衡二极管、均衡mos管，所述均衡二极管连接于所述均衡mos管的源栅极之间，各电池芯通过所述均衡电阻连接于所述均衡mos管的漏源极之间，所述均衡mos管的栅极接收所述均衡控制选择器输出的所述均衡选择信号。
11.进一步，所述均衡控制选择器包括：译码器及至少一锁存器，所述译码器的输入耦接所述微控制器的所述地址线，所述译码器的输出与所述锁存器的使能端连接；所述锁存器的输入耦接所述微控制器的所述数据线，接收所述微控制器发出的均衡选择命令，所述锁存器的输出选择所述至少一电池芯进行电荷泄放。
12.进一步，所述均衡控制选择器更包括：与各电池芯对应的多个选择mos管，所述锁存器的输出端与各选择mos管的栅极连接，各选择mos管的源极与地连接，各选择mos管的漏极与所述均衡电路连接以输出所述均衡选择信号给所述均衡电路。
13.进一步，所述微控制器包括fmc控制器，所述fmc控制器通过所述地址线与所述译码器连接，通过所述数据线与所述锁存器连接，所述微控制器经由所述fmc控制器发出所述均衡选择命令。
14.进一步，所述均衡选择命令包括fmc地址和fmc数据，其中所述fmc地址的低地址位通过所述地址线输出给所述译码器，所述fmc数据通过所述数据线输出给所述锁存器。
15.进一步，所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，更包括：
16.充电与复补控制电路，其将所述多节电池芯与电源或负载连接，其中所述微控制器更根据所述采集信息，控制所述充电与复补控制电路的通断，以对所述各电池芯以第一电流进行充电；且所述微控制器更控制所述充电与复补控制电路的通断，以对所述各电池芯以第二电流充电。
17.进一步，所述充电与复补控制电路包括第一mos管、第二mos管、第三mos管及限流电阻；
18.通过所述第二mos管的栅极接收所述微控制器发出的充电信号，所述第二mos管的源极与所述电源或负载连接，所述第二mos管的漏极与所述第一mos管的漏极连接；
19.通过所述第一mos管的栅极接收所述微控制器发出的复补信号，所述第一mos管的源极与所述串联的多节电池芯连接；所述第三mos管的栅极与所述第一mos管的栅极连接，所述第三mos管的漏极与所述第一mos管的源极连接，所述第三mos管的源极与所述限流电阻的一端耦接，所述限流电阻的另一端与所述电源或负载连接。
20.进一步，所述充电与复补控制电路还包括第四mos管，所述第四mos管连接于所述第三mos管与所述限流电阻之间，所述第四mos管的栅极与所述第二mos管的栅极连接，所述第四mos管的漏极与所述第三mos管的源极连接，所述第四mos管的源极与所述限流电阻的一端连接。
21.本技术所述多节串联电池芯的均衡保护电路，利用微控制器的地址线和数据线直接发出均衡选择命令实现选择对应的电池芯作为均衡对象，可以减小对微控制器的输入输出资源的占用，并且减小了软件编程的复杂性。本技术另一实施例在微控制器控制均衡电路进行电池均衡的同时，微控制器更通过控制充电与复补控制电路的不同通断状态以不同的电流充电，延长了各电池芯之间的均衡时长，减少误均衡、错均衡的概率，保证了各电池芯之间充电状态的不匹配程度最小化。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本技术第一实施方式提供的一种多节串联电池芯的均衡保护电路的结构示意图；
24.图2是本技术第一实施方式提供的一种多节串联电池芯的均衡保护电路中的均衡电路的结构示意图；
25.图3是本技术第一实施方式提供的一种多节串联电池芯的均衡保护电路中的均衡控制选择器的结构示意图；
26.图4a是本技术第一实施方式提供的一种多节串联电池芯的均衡保护电路中的充电与复补控制电路的结构示意图；
27.图4b是本技术第二实施方式提供的一种多节串联电池芯的均衡保护电路中的充电与复补控制电路的结构示意图；
28.图5是本技术提供的一种多节串联电池芯的均衡保护方法的流程示意图；
29.图6是本技术提供的一具体实施例的一种多节串联电池芯的均衡保护方法的流程示意图；
30.图7是常见3-8译码器真值表。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。
32.本技术提供一种多节串联电池芯的均衡保护电路，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本技术实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
33.请参阅图1所示，本技术第一实施方式所提供一种多节串联电池芯的均衡保护电路，包括：
34.微控制器101，根据相互串联的多节电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn的采集信息发出均衡选择命令；
35.均衡控制选择器102，耦接微控制器101的地址线和数据线，将所述均衡选择命令转换为对应各电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn的均衡选择信号；及
36.均衡电路103，并联多节电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn且耦接所述均衡控制选择器102，根据所述均衡选择信号选择对应的至少一电池芯进行电荷泄放。
37.更具体的，所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，更包括：模拟采集前端104，耦接所述微控制器101和所述多节电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn，所述模拟采集前端104采集各电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn的电压和电流，并将其转换为所述采集信息提供给所述微控制器101。所述各电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn与所述模拟采集前端104之间均设有采集电阻r
c1
、
……
、r
cn-1
、r
cn
和采集电容c
c1
、
……
、c
cn-1
、c
cn
，所述各电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn、各采集电阻r
c1
、
……
、r
cn-1
、r
cn
、各采集电容c
c1
、
……
、c
cn-1
、c
cn
依次串联，所述各采集电容c
c1
、
……
、c
cn-1
、c
cn
的两端与所述模拟采集前端104连接。所述模拟采集前端104一般包括adc(未图示)，将采集到的各电池芯的电压和电流，转换为数字信号，即采集信息，提供给所述微控制器101。
38.本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，通过所述模拟采集前端104采集各电池芯的电压和电流，将其转换为数字信号的采集信息提供给所述微控制器101；所述微控制器101根据所述采集信息发出均衡选择命令，通过所述均衡控制选择器102，控制所述均衡电路103选择相应的电池芯进行电荷泄放，从而保持各电池芯之间的均衡。举例来说，
当电池芯b1的电压较高达到均衡条件，所述微控制器101根据所述模拟采集前端104采集到的电池芯b1的电压，发出均衡选择命令，通过所述均衡控制选择器102，控制所述均衡电路103选择电池芯b1进行电荷泄放；其他的电池芯亦是如此，而电压未达到均衡条件的电池芯，则不会被控制进行电荷泄放，从而保持各电池芯之间的均衡。如此一来，会让多节串联电池芯的每个电芯的容量看起来与最弱电芯相同，在充电周期中使用相对较低的电流，通过电荷泻放消耗高荷电状态(state of charge,soc)的电池芯少量能量，从而使得所有电池芯充电至其最大荷电状态。
39.请参阅图2所示，所述均衡电路103包括多个均衡子电路，各均衡子电路与各电池芯一一对应，各均衡子电路均包括均衡电阻201、均衡mos管202、均衡二极管203，所述均衡mos管202的栅极接收所述均衡控制选择器102输出的所述均衡选择信号，各电池芯通过均衡电阻201连接于所述均衡mos管202的漏源极之间，所述均衡二极管203连接于所述均衡mos管202的源栅极之间。图2中所示p1、
……
、p
n-1
、pn为所述各均衡mos管202的栅极所接收的所述均衡控制选择器102输出的所述均衡选择信号。所述各均衡mos管202在其栅极接收到所述均衡控制选择器102输出的均衡选择信号(比如是低电平，如果各均衡mos管202为pmos管)后导通，与相应的均衡电阻201、电池芯构成导电回路，从而通过所述均衡电阻201对相应的电池芯进行电荷泄放。所述均衡二极管203为稳压二极管，保护所述均衡mos管202，防止过压损坏。
40.请参阅图3所示，所述均衡控制选择器102包括：译码器301及至少一锁存器302，所述译码器301的输入耦接微控制器101的部分地址线，所述译码器301的输出与各个锁存器302的使能端连接；各锁存器302的输入耦接所述微控制器101的部分数据线，接收所述微控制器101发出的均衡选择命令，所述锁存器302的输出选择所述至少一电池芯进行电荷泄放。因为电池芯的数量有多个，相应的均衡子电路的数量也有多个，各均衡子电路与各电池芯一一对应，微控制器101需要根据各电池芯的状态适应选择控制所需的对应的均衡子电路进行导通(不是必然需要所有均衡子电路同时导通)，所以均衡控制选择器102通过译码器301及各锁存器302相配合，根据微控制器101的均衡选择命令，通过译码器301让相应地址的锁存器302输出数据，作为均衡选择信号，从而实现让相应的均衡子电路进行导通，让相应的电池芯进行电荷泄放。而且，往往电池芯的数量比较大，而锁存器302的位数有限，比如在图3所示具体实施方式中，锁存器302的位数为8位，所以一般需要至少一个锁存器，即往往是多个锁存器串联配合，多个锁存器302的位数总和大于等于电池芯的数量。
41.进一步，在图2所示实施方式中，均衡mos管202为pmos管，低电平导通，而锁存器302输出的数据为高电平。所以，在本实施方式中，均衡控制选择器102更包括：与各电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn对应的n个选择mos管303，所有锁存器302的n个输出端与各选择mos管303的栅极连接，各选择mos管303的源极与地连接，各选择mos管303的漏极与所述均衡电路103连接以输出所述均衡选择信号给所述均衡电路103。具体的，选择mos管303为nmos管，高电平导通，栅极与锁存器302的输出端连接，接收到所述锁存器302输出的高电平数据即能导通。在未接收到均衡选择指令时，所述锁存器302输出低电平，选择mos管303则关闭不导通。具体的，为所述各选择mos管303的漏极与各均衡子电路的均衡mos管202的栅极连接，即如图3中所示p1、
……
、p8、
……
、p8、
……
、p
n-1
、pn与图2中所示p1、
……
、p
n-1
、pn连接。在选择mos管303不导通时，其漏极为高电平，相应连接的均衡mos管202也不导通；在所述选择mos管303
导通时，其漏极为低电平，相应连接的均衡mos管202也导通。如此实现选择让相应需要的均衡子电路进行导通，让相应需要的电池芯进行电荷泄放。当然，也可以在其它实施方式中，所述均衡mos管202采用nmos管，如此所述衡控制选择器102就不用设置选择mos管303。
42.进一步，微控制器101包括fmc控制器1011(flexible memory controller，灵活动态存储器)，所述fmc控制器1011通过地址线与译码器301连接，通过数据线与锁存器302连接，所述微控制器101经由所述fmc控制器1011发出所述均衡选择命令。在本实施方式中，所述微控制器101通过内部集成的fmc控制器1011直接输出特定格式的均衡选择命令，在复杂系统中可以减小对微控制器101的io资源的占用，极大减小软件编程复杂性，只需通过fmc写命令即可实现。
43.更具体的，所述fmc写命令的格式为*p＝data，包括地址和数据。所述均衡选择命令包括fmc地址和fmc数据，其中所述fmc地址的低地址位通过所述地址线输出给所述译码器301，所述fmc数据通过所述数据线输出给各个锁存器302。
44.举例来说，在一具体实施例中，所述fmc控制器1011对外部地址映射是从0x6000 0000开始，总共四块，
45.第一块:6000 0000h
‑‑
63ff ffffh(data长度为8位情况下，由地址线fsmc_a[25:0]决定)；
[0046]
第二块:6400 0000h
‑‑
67ff ffffh；
[0047]
第二块:6800 0000h
‑‑
6bff ffffh；
[0048]
第三块:6c00 0000h
‑‑
6fff ffffh。
[0049]
假如，fmc控制器1011的地址线的低3位a2,a1,a0连接到译码器301的输入端c,b,a(请参阅图7所示常见3-8译码器真值表)，译码器301的输出端是连接到各个锁存器302的选择输出使能端，高电平有效。
[0050]
如果想要选择第一个锁存器302使能输出，比如c＝0b＝0a＝1，对应a2＝0a1＝0a0＝1，那么地址就是0x6000 0001。fmc控制器1011的地址线给译码器301的地址就是0x6000 0001的低3bit。
[0051]
此时，如果想要打开此锁存器302控制的均衡mos管202(例如为pmos)，例如打开第一个pmos和第二个pmos，那么fmc控制器1011的数据线给锁存器302的数据就是0x03。
[0052]
合起来，fmc的写命令为：
[0053]
*(volatile uint16_t*)0x60000001＝0x03。更进一步，请回头参阅图1所示，本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，更包括：
[0054]
充电与复补控制电路105，其将串联的多节电池芯与电源或负载charge+或load+，charge-或load-连接，其中所述微控制器101更根据所述采集信息，控制所述充电与复补控制电路105的通断，以对所述各电池芯以第一电流进行充电；且所述微控制器101更控制所述充电与复补控制电路105的通断，以对所述各电池芯以第二电流充电。
[0055]
亦即，本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，通过所述充电与复补控制电路105与所述微控制器101配合，控制对各电池芯进行正常充电；而在充电过程中，再通过所述均衡控制选择器102、均衡电路103的配合，保持各电池芯之间的均衡。而充电后，如果电池芯的电量因种种原因下降，而且使得各电池芯之间出现不均衡，则通过所述充电与复补控制电路105对电池芯进行再次充电，让电池芯保持较高的电量，而且各电池芯之间保持
均衡。当然，一般来说，正常充电时，因电池芯的电量往往较少，需要快速充电，所以往往以较大的第一电流进行正常充电。而在再次充电时，因电池芯的电量已较多，只是略有下降而使得相互之间不均衡，所以此时只需要以较小的第二电流进行再次充电。即，所述第一电流大于所述第二电流。
[0056]
更具体的，请参阅图4a所示，第一实施方式的多节串联电池芯的均衡保护电路中的所述充电与复补控制电路105包括第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3及限流电阻rc；
[0057]
通过所述第二mos管q2的栅极接收所述微控制器发出的充电信号chg，所述第二mos管的q2源极与所述电源或负载charge-或load-连接，所述第二mos管q2的漏极与所述第一mos管q1的漏极连接；
[0058]
通过所述第一mos管q1的栅极接收所述微控制器101发出的复补信号dsg，所述第一mos管q1的源极与所述串联的多节电池芯连接；所述第三mos管q3的栅极与所述第一mos管q1的栅极连接，所述第三mos管q3的漏极与所述第一mos管q1的源极连接，所述第三mos管q3的源极与所述限流电阻rc的一端耦接，所述限流电阻rc的另一端与所述电源或负载charge-或load-连接。
[0059]
其中，所述微控制器101通过i2c总线控制所述模拟采集前端104输出充电信号chg和复补信号dsg。所述充电信号chg为高控制所述第二mos管q2导通，所述复补信号dsg为低控制所述第一mos管q1及第三mos管q3均关闭，充电环路开启，所述第一电流通过并联于所述第一mos管q1的源漏极之间的体二极管及所述第二mos管q2对所述多节电池芯充电。所述充电信号chg为低控制所述第二mos管q2关闭，所述复补信号dsg为高控制所述第一mos管q1及第三mos管q3均导通，复补环路开启，所述第二电流通过所述第三mos管q3、限流电阻rc对所述多节电池芯充电。其中，限流电阻rc对复补环路中的电流进行限制，所以第一电流大于第二电流。所述充电信号chg为低控制所述第二mos管q2关闭，所述复补信号dsg为低控制所述第一mos管q1及第三mos管q3均关闭，复补环路关闭。
[0060]
优选的，所述第一mos管q1的源栅极之间并联有第一电阻，所述第二mos管q2的源栅极之间并联有第二电阻，所述第二mos管q2的栅极通过第零电阻与第零mos管的漏极连接并进而通过所述第零mos管的源极接收所述微控制器101发出的充电信号chg，所述第零电阻的两端还并联有第零二极管，所述第零mos管的栅极接地。于此，整个电路的稳定性更好。
[0061]
请参阅图4b所示，第二实施方式的多节串联电池芯的均衡保护电路中的所述充电与复补控制电路105，与第一实施方式的所述充电与复补控制电路105相比，第二实施方式的所述充电与复补控制电路105还包括第四mos管q4，所述第四mos管q4连接于所述第三mos管q3与所述限流电阻rc之间，所述第四mos管q4的栅极与所述第二mos管q2的栅极连接，所述第四mos管q4的漏极与所述第三mos管q3的源极连接，所述第四mos管q4的源极与所述限流电阻rc的一端连接。
[0062]
其中，所述第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3均为nmos管，所述第四mos管q4为pmos管。所述充电信号chg为高控制所述第二mos管q2导通且所述第四mos管q4关闭，所述复补信号dsg为低控制所述第一mos管q1及第三mos管q3均关闭，充电环路开启，所述第一电流通过并联于所述第一mos管q1的源漏极之间的体二极管及所述第二mos管q2对所述多节电池芯充电；所述充电信号chg为低控制所述第二mos管q2关闭且所述第四mos管q4导通，
所述复补信号dsg为高控制所述第一mos管q1及第三mos管q3均导通，复补环路开启，所述第二电流通过所述第三mos管q3、所述第四mos管q4、限流电阻rc对所述多节电池芯充电。所述充电信号chg为低控制所述第二mos管q2关闭且所述第四mos管q4导通，所述复补信号dsg为低控制所述第一mos管q1及第三mos管q3均关闭，复补环路关闭。
[0063]
顺便一并要说明的是，所述充电信号chg为高控制所述第二mos管q2导通且所述第四mos管q4关闭，所述复补信号dsg为高控制所述第一mos管q1及第三mos管q3均导通，放电环路开启，放电电流通过所述第二mos管q2的源极到漏极、及所述第一mos管q1的漏极到源极对所述多节电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn进行放电。其原理是，mos管导通时的电阻很小，可视为将其自带的体二极管短路。而流经mos管的电流既可以从漏极到源极，也可以源极到漏极，主要是看漏极和源极哪边的电压更高。由于第四mos管q4是关闭的，并且其体二极管的阴极是指向charger-，因此，放电电流是不能经过第四mos管q4而流进第三mos管q3，从而保证放电回路只有从第二mos管q2到第一mos管q1一条通路。而相对的，第一实施方式中，放电时所述充电信号chg和复补信号dsg均为高，控制第一mos管q1、第二mos管q2及第三mos管q3均导通，为了保证放电电流只会经过第二mos管q2、第一mos管q1一条通路，第三mos管q3会串联一二极管来保证放电电流不会从第三mos管q3流过，在一定程度上减小功耗。而且，此处只示出了充电信号chg、复补信号dsg在充电负端charge-线上的情形，实质上，其也可以设置在充电正端charge+线上。
[0064]
最后，所述多节串联电池芯的均衡保护电路还包括检流电阻106，所述检流电阻106连接于多节串联电池芯与所述充电与复补控制电路105之间，所述检测电流电阻106的两端还与所述模拟采集前端104连接。所述模拟采集前端104藉此获取电路105的电流信息并提供给微控制器101以加以控制，确保电路的安全。
[0065]
另外，本技术还提供一种多节串联电池芯的均衡保护方法，如图5所示,包括下列步骤：
[0066]
步骤s501：开启充电环路，以第一电流开始充电；
[0067]
步骤s502：判断到所述多节串联电池芯中任一电池芯满足开启均衡条件，则开启所述电池芯对应的均衡电路，对所述电池芯的进行电荷泄放；
[0068]
步骤s503：判断到所述多节串联电池芯满足充满条件，关闭充电环路；
[0069]
步骤s504：判断多节串联电池芯中最高电压值是否小于满充端点高阀值并且最低电压值是否大于满充端点低阀值，如果是则开启复补环路，以第二电流继续充电。
[0070]
其中，所述充电环路、均衡电路、复补环路等均采用如前所述图1-图4的电路结构。充电开始时，先开启充电环路(例如通过chg信号输出为高开启)，此时各电池芯b1、
……
、b
n-1
、bn的电量一般都较低，比较更希望能尽快的充满，所以此时是以较高的第一电流进行充电，而且为了保护电路安全，一般是采用恒流模式。随着充电的进行，各电池芯之间有的充得快有的充得慢，从而有的电池芯的电量较高，有的电池芯的电量较低，此即所称的不均衡，这样的不均衡不利于电池芯后续的充电和使用。当这样的不均衡达到一定的程度，此即所称满足均衡条件，则通过均衡电路103选择满足均衡条件的强电芯进行均衡，即对其进行电荷泻放。随着充电的继续进行，在均衡电路103配合的情况下，各电池芯的电量均会慢慢充满，此即所称满足充满条件，则关闭充电环路(例如通过chg信号输出为低关闭)。而在关闭充电环路之后，电池芯的电量又会慢慢降低，进而出现各电池芯之间的不均衡。所以，本
申请所述多节串联电池芯的均衡保护方法还判断多节串联电池芯中最高电压值是否小于满充端点高阀值并且最低电压值是否大于满充端点低阀值，如果是则开启复补环路(例如通过dsg信号输出为高开启)，以第二电流继续充电。比如对于一般电池芯而言，如果电池芯正常工作的电压为3.7v为例，所述满充端点高阀值可为4.2v，所述满充端点低阀值可为3.95v。本技术所述多节串联电池芯的均衡保护方法在此时开启复补环路，对电池芯以第二电流继续充电，让电池芯的电量再次提升，并尽力保持各电池芯之间的均衡，延长了电池芯均衡的时长。而且，此时一般电池芯的电量不会太低，所以不需要太高的充电电流，以小电流慢慢充电补充先前略微降低的电量即可(所以本技术称之为复补)，所以前述的第一电流往往大于所述第二电流。
[0071]
进一步，随着复补充电的进行，各电池芯又会慢慢充满，所以复补环路不需要也不能一直开启，而需及时关闭。所以本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护方法，更包括：判断所述多节串联电池中的所述最高电压值是否大于等于所述满充端点高阀值(例如前述的4.2v)并且所述最高电压值与最低电压值的差值是否小于满充差值阀值(例如10mv)，如果是则关闭复补环路(例如通过dsg信号输出为低关闭)，停止以所述第二电流充电。当多节串联电池中的最高电压值大于等于满充端点高阀值(例如前述的4.2v)并且最高电压值与最低电压值的差值小于满充差值阀值(例如10mv)，说明各电池芯的电量均已较高，且各电池芯之间电量差异非常小，所以此时可以也应当关闭复补环路。
[0072]
另外，前述开启均衡条件包括：所述电池芯的电压大于均衡端点阀值(例如4.0v)，并且所述电池芯的电压与多节串联电池芯中最低电压值的差值大于均衡差值高阀值(例如80mv)。就多节串联电池芯而言，对于其中任何电池芯，如果其电压大于均衡端点阀值，并且所述电池芯的电压与多节串联电池芯中最低电压值的差值大于均衡差值高阀值，说明该电池芯与其他电池芯已表示出明显不均衡，需加以控制(均衡控制)。而且对电池芯开启均衡控制，不能等其电量太高的时候，所以其中所述均衡点阈值(例如4.0v)大于所述满充端点低阀值(例如3.95v)且小于所述满充端点高阀值(例如4.2v)。
[0073]
当然，开启了均衡控制之后，也需要在合适的时候关闭均衡控制。所以，本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护方法，更包括：判断各个电池芯的电压是否小于均衡端点阀值(例如4.0v)，或者该电池芯的电压与多节串联电池芯中最低电压值的差值是否小于均衡差值低阀值(例如10mv)，如果是则通过微控制单元101发出均衡选择命令关闭这个电池芯对应的均衡子电路，停止对这个电池芯的电压进行泄放。因为当电池芯的电压小于均衡端点阀值(例如4.0v)时，其电量还太低，还需要尽可能快的充电，所以此时不需要均衡控制，其均衡子电路应当关闭。另外，如果电池芯的电压不小于均衡端点阀值(例如4.0v)，但如果同时它与多节串联电池芯中最低电压值的差值小于均衡差值低阀值(例如10mv)，说明多节串联电池芯中各电池芯的电量均是差不多的高，这本是充电的最期望的理想状态，所以此时也不需要均衡控制，该电池芯对应的均衡子电路也应当关闭。
[0074]
另外，前述充满条件包括：所述多节串联电池芯中所述最高电压值大于过压阀值(例如4.25v)，或者当前充电电流是否小于终止充电电流阈值(例如0.1*icc，icc为恒流充电阶段时的第一电流)。如前所述，在充电环路和均衡电路的配合下，各电池芯的电量会均达到差不多的高，并逐渐逼近充满，此时就不能无限制的继续充电。所以，设定充满条件为，多节串联电池芯中最高电压值大于过压阀值(例如4.25v)，则关闭充电环路，因为此时不关
闭一方面会有“充爆”的危险，一方面也是电能的浪费。充满条件也包括可以为当前充电电流小于终止充电电流阈值(例如0.1*icc，icc为恒流充电阶段时的第一电流)。因为随时充电的持续正常，虽然一开始是以较高的第一电流的恒流模式进行充电，但随时电池芯电量的上升，充电电流会逐渐下降，此时一般称为恒压模式，当电池芯的电量快充满的时候，充电电流已是相当的低，所以设定一个终止充电电流阈值，当低于这个终止充电电流阈值则说明电量已充满。所以，一般而言，需要所述过压阀值(例如4.25v)大于所述满充端点高阀值(例如4.2v)，且所述满充端点高阀值(例如4.2v)大于所述满充端点低阀值(例如3.95v)。
[0075]
综合前述内容可知，本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护方法，充电时，先通过充电环路对电池芯以较高的第一电流进行充电，其间，若发现某个电池芯的电量太高出现满足开启均衡条件的情形，则开启该电池芯相应的均衡电路对其太高的电量电荷进行泄放，以保持与其他电池芯之间的均衡，同时各电池芯继续充电，直到各电池芯充满，即满足充满条件，则关闭充电环路。而此后，如果电池芯的电量又下降，当下降得比较慢的电池芯的电量也下降较多且下降得比较快的电池芯的电量还不是太低时，此则满足复补条件，开启复补环路，对电池芯继续充电，但是以较小的第二电流进行充电。而在复补充电的过程中，也会出现各电池芯之间不均衡太大的情形。
[0076]
所以，本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护方法，在开启所述复补环路以所述第二电流继续充电的步骤之后，更包括：
[0077]
判断到所述多节串联电池芯中任一电池芯满足所述开启均衡条件(例如该电池芯的电压大于均衡端点阀值4.0v，并且其与最低电压值的差值大于均衡差值高阀值80mv)，则开启这个电池芯对应的均衡子电路，对这个电池芯的电压进行泄放；及
[0078]
判断这个电池芯与多节串联电池芯中最低电压值的差值是否小于均衡差值低阀值(例如10mv)，如果是则关闭这个电池芯对应的均衡子电路，停止对这个电池芯的电压进行泄放。
[0079]
即，在复补充电的过程中，也判断各个电池芯是否满足开启均衡条件，以及判断何时关闭其对应均衡子电路以停止均衡。而其中判断开启均衡条件的方法与前述充电过程中的判断完全一致。而判断何时关闭均衡子电路，因为此时各电池芯的电量已不可能低于均衡端点阀值(例如4.0v)，所以只需要判断与多节串联电池芯中最低电压值的差值是否小于均衡差值低阀值(例如10mv)即可。
[0080]
所以，本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护方法，在复补充电过程中也再次保持了各电池芯之间的均衡，延长了整个多节串联电池芯的均衡时长。
[0081]
最后需要说明的是，本技术所述的多节串联电池芯的均衡保护方法，在前述内容中，任何的判断，如果只描述了判断的一个方向而没有描述另一个方向，则另一个方向都是按当时状态继续充电，在此一并澄清完整。
[0082]
另外，上述各阀值的具体数值均只是一个示范举例，在各实际电路中，可根据实际情况进行所需适应调整。
[0083]
图6为本技术一具体实施例中多节串联电池芯的均衡保护方法，包括下列步骤：
[0084]
步骤s601：开始充电，若电池芯电压v
bn
大于均衡端点阀值v
bal
并且电池芯的电压v
bn
与最弱电池芯的电压v
bn_min
的差值大于均衡差值高阀值v1则开启电池芯所属均衡子电路；
[0085]
步骤s602：若电池芯电压v
bn
小于均衡端点阀值v
bal
或者电池芯的电压v
bn
与最弱电池芯的电压v
bn_min
的差值小于均衡差值低阀值v2则关闭电池芯所属均衡子电路；
[0086]
步骤s603：若最强电池芯的电压v
bn_max
大于过压阀值v
ovp
或者当前充电电流i
chg
小于终止充电电流阈值(例如0.1*i
cc
)则关闭充电环路；
[0087]
步骤s604：若最强电池芯的电压v
bn_max
小于满充端点高阀值v
chg_reg
并且最弱电池芯的电压v
bn_min
大于满充端点低阀值v
chg_lw
则开启复补环路；
[0088]
步骤s605：若电池芯电压v
bn
大于均衡端点阀值v
bal
并且电池芯的电压v
bn
与最弱电池芯的电压v
bn_min
的差值大于均衡差值高阀值v1则开启电池芯所属均衡子电路；
[0089]
步骤s606：若已开启均衡的电池芯的电压v
bn
与最弱电池芯v
bn_min
的电压的差值小于均衡差值低阀值v2则关闭电池芯所属均衡子电路；
[0090]
步骤s607：若最强电池芯的电压v
bn_max
大于等于满充端点高阀值v
chg_reg
并且最强电池芯的电压v
bn_max
与最弱电池芯的电压v
bn_min
小于满充差值阀值v2则关闭复补环路。
[0091]
另外，本技术第三实施方式还提供一种多节串联电池芯的均衡保护电路。所述多节串联电池芯的均衡保护电路，包括：
[0092]
充电与复补控制电路105，其将相互串联的多节电池芯与电源或负载连接；
[0093]
微控制器101，其控制所述充电与复补控制电路105的通断，以对所述多节电池芯以第一电流进行充电，并且判断到所述多节电池芯中任一电池芯满足开启均衡条件，则发出均衡选择命令；
[0094]
均衡电路103，并联所述多节电池芯，根据所述均衡选择命令选择对应的电池芯进行电荷泄放；
[0095]
其中，在判断到所述多节电池芯中最高电压值小于满充端点高阀值并且最低电压值大于满充端点低阀值时，所述微控制器101更控制充电与复补控制电路105的通断，以对所述多节电池芯以第二电流充电。
[0096]
所述多节串联电池芯的均衡保护电路，在正常普通充电时，以第一电流进行充电。当判断到所述多节电池芯中最高电压值小于满充端点高阀值并且最低电压值大于满充端点低阀值时，则以第二电流继续充电。如此延长了多节串联电池芯的均衡时长。
[0097]
其中均衡电路、微控制器可与前述这实施方式的均衡电路、微控制器相同，也可根据需要选择其他电路结构。所述充电与复补控制电路，则优选的，与前述第一实施方式或第二实施方式的充电与复补控制电路相同，在此不再赘述。
[0098]
本技术所述多节串联电池芯的均衡保护电路，在充电过程中，如果发现各电池芯之间不均衡，则通过均衡电路对各电池芯进行均衡控制，保证了各电池芯之间的均衡。而在充电后，如果电池芯的电量下降到一定程度，则通过复补环路，对电池芯继续充电，延长了各电池芯之间的均衡时长，减少误均衡、错均衡的概率，保证了各电池芯之间充电状态的不匹配程度最小化。
[0099]
以上对本技术所提供一种多节串联电池芯的均衡保护电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

技术特征：
1.一种多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，包括：微控制器，根据相互串联的多节电池芯的采集信息发出均衡选择命令；均衡控制选择器，耦接所述微控制器的地址线和数据线，将所述均衡选择命令转换为对应各电池芯的均衡选择信号；及均衡电路，并联所述多节电池芯且耦接所述均衡控制选择器，根据所述均衡选择信号选择对应的至少一电池芯进行电荷泄放。2.根据权利要求1所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，更包括：模拟采集前端，耦接所述微控制器及所述多节电池芯，所述模拟采集前端采集各电池芯的电压和电流，并将其转换为所述采集信息提供给所述微控制器。3.根据权利要求1所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，所述均衡电路包括多个均衡子电路，各均衡子电路与各电池芯一一对应，各均衡子电路均包括均衡电阻、均衡二极管、均衡mos管，所述均衡二极管连接于所述均衡mos管的源栅极之间，各电池芯通过所述均衡电阻连接于所述均衡mos管的漏源极之间，所述均衡mos管的栅极接收所述均衡控制选择器输出的所述均衡选择信号。4.根据权利要求1所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，所述均衡控制选择器包括：译码器及至少一锁存器，所述译码器的输入耦接所述微控制器的所述地址线，所述译码器的输出与所述锁存器的使能端连接；所述锁存器的输入耦接所述微控制器的所述数据线，接收所述微控制器发出的均衡选择命令，所述锁存器的输出选择所述至少一电池芯进行电荷泄放。5.根据权利要求4所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，所述均衡控制选择器更包括：与各电池芯对应的多个选择mos管，所述锁存器的输出端与各选择mos管的栅极连接，各选择mos管的源极与地连接，各选择mos管的漏极与所述均衡电路连接以输出所述均衡选择信号给所述均衡电路。6.根据权利要求1所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，所述微控制器包括fmc控制器，所述fmc控制器通过所述地址线与所述译码器连接，通过所述数据线与所述锁存器连接，所述微控制器经由所述fmc控制器发出所述均衡选择命令。7.根据权利要求6所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，所述均衡选择命令包括fmc地址和fmc数据，其中所述fmc地址的低地址位通过所述地址线输出给所述译码器，所述fmc数据通过所述数据线输出给所述锁存器。8.根据权利要求1所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，更包括：充电与复补控制电路，其将所述多节电池芯与电源或负载连接，其中所述微控制器更根据所述采集信息，控制所述充电与复补控制电路的通断，以对所述各电池芯以第一电流进行充电；且所述微控制器更控制所述充电与复补控制电路的通断，以对所述各电池芯以第二电流充电。9.根据权利要求8所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，所述充电与复补控制电路包括第一mos管、第二mos管、第三mos管及限流电阻；通过所述第二mos管的栅极接收所述微控制器发出的充电信号，所述第二mos管的源极与所述电源或负载连接，所述第二mos管的漏极与所述第一mos管的漏极连接；通过所述第一mos管的栅极接收所述微控制器发出的复补信号，所述第一mos管的源极
与所述串联的多节电池芯连接；所述第三mos管的栅极与所述第一mos管的栅极连接，所述第三mos管的漏极与所述第一mos管的源极连接，所述第三mos管的源极与所述限流电阻的一端耦接，所述限流电阻的另一端与所述电源或负载连接。10.根据权利要求9所述的多节串联电池芯的均衡保护电路，其特征在于，所述充电与复补控制电路还包括第四mos管，所述第四mos管连接于所述第三mos管与所述限流电阻之间，所述第四mos管的栅极与所述第二mos管的栅极连接，所述第四mos管的漏极与所述第三mos管的源极连接，所述第四mos管的源极与所述限流电阻的一端连接。

技术总结
本申请提供一种多节串联电池芯的均衡保护电路，微控制器，根据相互串联的多节电池芯的采集信息发出均衡选择命令；均衡控制选择器，耦接所述微控制器的地址线和数据线，将所述均衡选择命令转换为对应各电池芯的均衡选择信号；及均衡电路，并联所述多节电池芯且耦接所述均衡控制选择器，根据所述均衡选择信号选择对应的至少一电池芯进行电荷泄放。本申请所述多节串联电池芯的均衡保护电路，利用微控制器的地址线和数据线直接发出均衡选择命令实现选择对应的电池芯作为均衡对象，可以减小对微控制器的输入输出资源的占用，并且减小了软件编程的复杂性。软件编程的复杂性。软件编程的复杂性。


技术研发人员：任谊文 李军 徐浩然 张军 裘伟光
受保护的技术使用者：兆易创新科技集团股份有限公司
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2023/7/11