锂离子蓄电池多路均衡控制装置

摘要

本发明专利公开了锂离子蓄电池多路均衡控制装置，该装置包含输入防反压隔离设计、输入并联冗余设计、一级驱动电路设计、二级驱动电路设计、三级驱动电路设计和多路集成设计。锂离子蓄电池多路均衡控制装置输入信号包含TTL电平和CMOS信号，宇航产品设计中要求CMOS电路具有较高的可靠性，需要输出端多路均衡控制装置具有防反压隔离设计；并联冗余设计为多路均衡控制装置提高了可靠度；一级驱动电路设计用于提高输入的驱动能力；二级驱动电路设计用于提高一级驱动电路的输出驱动能力；三级驱动电路设计用于提高二级驱动电路的输出驱动能力。锂离子蓄电池多路均衡管理过程中，通过CMOS电路输出电平信号控制均衡电路一级驱动电路开通，驱动二级驱动电路开通，进而驱动三级驱动电路完成大电流输出能力的均衡功能。使用本发明，可以提高锂离子蓄电池均衡管理性能和降低均衡管理设计的复杂度和成本。

权利要求

1.锂离子蓄电池多路均衡装置，包含防反压隔离电路（1）、并联冗余电路（2）、一级驱动电路（3）、二级驱动电路（4）、三级驱动电路（5），其特征是：防反压隔离电路（1）与并联冗余电路（2）输入端连接，并联冗余电路（2）输出与一级驱动电路（3）输入连接，一级驱动电路（3）输出与二级驱动电路（4）输入连接，二级驱动电路（4）输出与三级驱动电路（5）输入连接；

所述并联冗余电路（2）包含基极限流电阻，一端连接一级驱动电路三极管基极端，另一端与防反压隔离电路（1）二极管阴极端连接，两输入支路隔离二极管阴极端连接构成并联冗余；

所述一级驱动电路（3）设有两只NPN高反压小功率三极管串联V1、V2；三极管V1的发射极连接V2的集电极，V1的基极连接基极限流电阻R1一端，V1的集电极外接；V2的基极连接R2一端，V2的发射极连接地端；所述二级驱动电路（4）设有两只PNP高反压小功率三极管V3、V4；三极管V3基极外接，V3的发射极连接三级驱动电路（5）输入V5的基极，V3的集电极连接V5的集电极；V4的基极外接，V4的发射极连接三级驱动电路（5）输入V6的基极，V4的集电极连接V6的集电极；

所述三级驱动电路（5）包含两只PNP高反压大功率三极管V5、V6；V5的基极连接二级驱动电路（4）的输出端V3发射极，V5的集电极连接V6的发射极，V5的发射极外接；V6的基极连接V4的发射极，V6的集电极外接。

2.根据权利要求1所述的锂离子蓄电池多路均衡装置，其特征在于一级驱动电路（3）输出与二级驱动电路（4）输入端通过外接电阻R3、R4连接；被控锂离子蓄电池单体与负载功率电阻R5连接关系为串联。

说明书

锂离子蓄电池多路均衡控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适用于航天器用锂离子蓄电池多路均衡控制装置，用于低轨长寿命高可靠度航天器用锂离子蓄电池单体均衡管理功能，属于BMS蓄电池管理技术领域。

背景技术

[0002] 空间飞行器的长寿命、高可靠性以及轻量化设计对于未来在轨大型空间实验室而言要求很高，锂离子蓄电池较之氢镍蓄电池、镉镍蓄电池具有比能量高、热效应小以及无记忆效应等突出优点，适合空间储能电源的发展需要；锂离子蓄电池管理技术作为其中一个重要的可靠性设计领域，关系到飞行器在轨能否长时间、安全可靠的工作；而锂离子蓄电池经过多次充放电循环后，电池个体差异变大，严重影响蓄电池的寿命，因此基于锂电池的均衡管理技术是其中必不可缺的重要环节。

[0003] 锂离子蓄电池均衡管理技术广泛应用于航天卫星、飞船等飞行器设计中，传统的蓄电池均衡管理电路分立器件过多，电路形式及连线复杂，功率小、体积大、重量重，且可靠性低，不符合产品轻量化、集成化、功率大及可靠性高的设计要求；因此研究一种空间用轻重量、低功耗、多通道、高可靠的锂离子蓄电池多路均衡控制装置具有十分重要的意义。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种锂离子蓄电池多路均衡控制装置，该装置适用于多节组、高电压、小体积、轻重量、高可靠电源管理产品。

[0005] 为达到上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

[0006] 一，一种锂离子蓄电池多路均衡控制装置，包含有四路均衡控制电路，每路均衡控制电路包含防反压隔离电路、输入并联冗余电路设计、一级驱动电路设计、二级驱动电路设计、三级驱动电路设计；

[0007] 二，所述均衡控制电路并联冗余电路输入端连接外部CMOS/TTL（需增强驱动）电平信号；所述一级驱动电路输入端接收前级高、低电平信号，一级驱动电路发射极端连接地电位，输出集电极端连接外接电阻，作为二级驱动电路的输入信号；

[0008] 三，所述二级驱动电路的发射极端连接所述三级驱动电路的输入基极端，所述二级驱动电路的集电极端连接所述三级驱动电路的输出集电极端；所述三级驱动电路输入发射极端连接被控蓄电池单体正端，输入集电极端连接被控蓄电池单体负端；

[0009] 四，所述并联冗余电路输入端接收外部高电平信号，驱动所述一级驱动电路开通，进而驱动所述二级驱动电路开通，进而驱动所述三级驱动电路开通，开启被控蓄电池均衡功能；反之，所述并联冗余电路输入端接收外部低电平信号，则均衡功能关闭。

附图说明

[0010] 图1是本发明的电路原理图。

具体实施方式

[0011] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明专利所涉及的隔离保护技术作进一步具体的说明：

[0012] 实施例：控制对象为四串锂离子蓄电池组。

[0013] 如图1所示，为一种锂离子蓄电池多路均衡控制装置，该均衡控制装置包含输入并联冗余电路接收外部蓄电池单体采样比较形成的反馈控制信号，主要是CMOS/TTL逻辑电平控制信号，高电平信号大于3.5V，低电平信号小于0.8V；所述并联冗余电路包含防反压设计的隔离二极管和一级驱动电路小功率三极管基极限流电阻，构成并联冗余网络，控制所述一级驱动电路的集电极与发射极开通与关断，所述一级驱动电路开通驱动所述二级驱动电路开通，进而驱动所述三级驱动电路的开通，完成输出电流数值的成倍数放大，开启该控制支路蓄电池的均衡功能，分流多余能量，保持锂离子蓄电池单体的一致性；

[0014] 所述锂离子蓄电池多路均衡控制装置包含四支路均衡控制电路，每支路均衡控制电路输出正端连接被控蓄电池单体的正极，输出负端连接回路中负载功率电阻一端，负载功率电阻的另一端连接被控蓄电池单体的负极，被控蓄电池与负载功率电阻在回路中的连接关系为串联关系；

[0015] 所述锂离子蓄电池多路均衡控制装置，二级驱动电路输入端限流电阻R3、R4采用外接方式，考虑到被控蓄电池单体数量的增加，蓄电池组电压也会随之增大，PNP三极管的PN结压降值一定，则限流电阻R3、R4上的压降也会随之增大，限流电阻阻值一定，则限流电阻上的功耗会相应增加，采用外接的方式降低了锂离子蓄电池多路均衡控制装置的功耗参数值，利于电路的工作性能。