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DIY主動式電池均衡電路

十一期間把電動車電池充爆了,罪魁禍首是電池內(nèi)發(fā)生了嚴重的不均衡,所以就產(chǎn)生了DIY一個電池均衡電路的想法。
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2016-11-11 21:46

均衡原理是將相鄰的兩節(jié)電池兩兩均衡最終可實現(xiàn)整組電池的均衡,可參考帖子http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1529042.html

原理圖及PCB圖如下

                                                        圖1-1 主動式均衡電路原理圖

                                                  圖1-2 主動式均衡電路PCB圖

控制原理類似于RCC電路,性能比RCC好結(jié)構(gòu)不如RCC簡單,后續(xù)可能會參照RCC電路設(shè)計一個更簡單的控制電路。(RCC電路簡單,調(diào)試相對不簡單)

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2016-11-11 21:58
@boy59
均衡原理是將相鄰的兩節(jié)電池兩兩均衡最終可實現(xiàn)整組電池的均衡,可參考帖子http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1529042.html。原理圖及PCB圖如下[圖片]                            圖1-1主動式均衡電路原理圖[圖片]                         圖1-2主動式均衡電路PCB圖控制原理類似于RCC電路,性能比RCC好結(jié)構(gòu)不如RCC簡單,后續(xù)可能會參照RCC電路設(shè)計一個更簡單的控制電路。(RCC電路簡單,調(diào)試相對不簡單)

不錯,想法很好!

不過有個問題:相鄰的做均衡,如果10串,其中1和2節(jié)不均衡,比如1是50%電量,2~10是均衡的100%,豈不是要把第2個放25%給1,讓1和2都是75%,然后3再放12.5%給2,4再放6.25%給3個同時,2還得給1再放6.25%給1。。。。。。。這樣放電周期多,而且還不是所有電池一個循環(huán)就可以的,而是2的(10-1)次方個循環(huán)啊。。。。

是不是有點。。。。

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2016-11-13 10:40
@javike
不錯,想法很好!不過有個問題:相鄰的做均衡,如果10串,其中1和2節(jié)不均衡,比如1是50%電量,2~10是均衡的100%,豈不是要把第2個放25%給1,讓1和2都是75%,然后3再放12.5%給2,4再放6.25%給3個同時,2還得給1再放6.25%給1。。。。。。。這樣放電周期多,而且還不是所有電池一個循環(huán)就可以的,而是2的(10-1)次方個循環(huán)啊。。。。是不是有點。。。。

這種均衡跟控制方法有些關(guān)系,按照圖1-1的電路理論上可以達到如下的效果

                                   圖1-3 均衡示意圖及等效示意圖

均衡速度主要應(yīng)當是受均衡電流的影響,初步設(shè)想兩種方案用途:

1、小功率小電流均衡電路,適用于電池的日常維護主要是在電池不工作時進行均衡維護,延長電池使用壽命。

2、大功率大電流均衡電路,電池發(fā)生嚴重不均衡時也可以使電池組正常工作,舉個極端的例子:四節(jié)共48V的電池組安裝這種大功率均衡電路后去掉其中的三節(jié)電池仍然能輸出48V電壓,這種均衡電路可以實現(xiàn)電量的均衡。

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2016-11-14 13:20
已經(jīng)被添加到社區(qū)經(jīng)典圖庫嘍
http://www.daogou-taobao.cn/bbs/classic/
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2016-11-15 10:13
帖子已被設(shè)置為頭條,恭喜樓主可添加電源網(wǎng)私人官網(wǎng)微信(dianyuan_com)為好友,領(lǐng)取現(xiàn)金紅包(備注信息:頭條紅包)

      注:現(xiàn)金紅包僅限當日領(lǐng)取

      活動介紹:http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1531738.html

     

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2016-11-15 11:42
@boy59
這種均衡跟控制方法有些關(guān)系,按照圖1-1的電路理論上可以達到如下的效果[圖片]                  圖1-3均衡示意圖及等效示意圖均衡速度主要應(yīng)當是受均衡電流的影響,初步設(shè)想兩種方案用途:1、小功率小電流均衡電路,適用于電池的日常維護主要是在電池不工作時進行均衡維護,延長電池使用壽命。2、大功率大電流均衡電路,電池發(fā)生嚴重不均衡時也可以使電池組正常工作,舉個極端的例子:四節(jié)共48V的電池組安裝這種大功率均衡電路后去掉其中的三節(jié)電池仍然能輸出48V電壓,這種均衡電路可以實現(xiàn)電量的均衡。

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guang盧
LV.7
8
2016-11-16 07:51
學習來啦!占座!!
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ruohan
LV.9
9
2016-11-16 18:51
@guang盧
學習來啦!占座!![圖片]
學習來啦!占座
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ibm_x31
LV.2
10
2016-11-16 21:52
@boy59
均衡原理是將相鄰的兩節(jié)電池兩兩均衡最終可實現(xiàn)整組電池的均衡,可參考帖子http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1529042.html。原理圖及PCB圖如下[圖片]                            圖1-1主動式均衡電路原理圖[圖片]                         圖1-2主動式均衡電路PCB圖控制原理類似于RCC電路,性能比RCC好結(jié)構(gòu)不如RCC簡單,后續(xù)可能會參照RCC電路設(shè)計一個更簡單的控制電路。(RCC電路簡單,調(diào)試相對不簡單)

向高手學習學習

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2016-11-17 11:16

今天收到了PCB板,網(wǎng)購的元件暫時還沒到,測試大概要等到下一周了。

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2016-11-17 11:31
@boy59
今天收到了PCB板,網(wǎng)購的元件暫時還沒到,測試大概要等到下一周了。[圖片]
等著看測試
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2016-11-17 11:56
@電源網(wǎng)-fqd
等著看測試[圖片]
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sushumiao
LV.3
14
2016-11-18 17:02
看原理還有很多問題沒解決
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2016-11-19 08:17
@sushumiao
看原理還有很多問題沒解決
這個原理圖目前可實現(xiàn)限流功能,有“死區(qū)”時間設(shè)置防止電池均衡后來回震蕩。電路原理圖是直接繪制的還未經(jīng)測試驗證,不知還需考慮哪些問題?
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sushumiao
LV.3
16
2016-11-19 11:37
@boy59
這個原理圖目前可實現(xiàn)限流功能,有“死區(qū)”時間設(shè)置防止電池均衡后來回震蕩。電路原理圖是直接繪制的還未經(jīng)測試驗證,不知還需考慮哪些問題?
電壓平衡精確度(mv)與抗干擾的矛盾,自耗電,能量轉(zhuǎn)移的高效率如何實現(xiàn)。假設(shè)每節(jié)電壓都不相等在工作過程中電壓在擺動,容量偏差20%如何實時平衡確保每節(jié)電池不過放過充?
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2016-11-20 14:59
@sushumiao
電壓平衡精確度(mv)與抗干擾的矛盾,自耗電,能量轉(zhuǎn)移的高效率如何實現(xiàn)。假設(shè)每節(jié)電壓都不相等在工作過程中電壓在擺動,容量偏差20%如何實時平衡確保每節(jié)電池不過放過充?

這個電路在電池均衡后震蕩電路停止工作自耗電主要為芯片和電阻的功耗,能量轉(zhuǎn)換效率為Buck-boost硬開關(guān)電路的效率。均衡的目標效果如下圖

                                  圖1-4 均衡目標效果圖

電池壓差大時電流限制在2A,壓差小于△V后均衡電流逐漸減小,“死區(qū)”可看做是涓流充電(均衡精度和抗干擾的矛盾通過調(diào)節(jié)“死區(qū)”來解決),這個過程是模仿三段式充電原理,均衡的前提先要保證電池的安全。

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jpx6395468
LV.2
18
2016-11-20 21:56
@boy59
這個電路在電池均衡后震蕩電路停止工作自耗電主要為芯片和電阻的功耗,能量轉(zhuǎn)換效率為Buck-boost硬開關(guān)電路的效率。均衡的目標效果如下圖[圖片]                 圖1-4均衡目標效果圖電池壓差大時電流限制在2A,壓差小于△V后均衡電流逐漸減小,“死區(qū)”可看做是涓流充電(均衡精度和抗干擾的矛盾通過調(diào)節(jié)“死區(qū)”來解決),這個過程是模仿三段式充電原理,均衡的前提先要保證電池的安全。
搬個板凳,聽大師傳道
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sushumiao
LV.3
19
2016-11-21 09:56
@boy59
這個電路在電池均衡后震蕩電路停止工作自耗電主要為芯片和電阻的功耗,能量轉(zhuǎn)換效率為Buck-boost硬開關(guān)電路的效率。均衡的目標效果如下圖[圖片]                 圖1-4均衡目標效果圖電池壓差大時電流限制在2A,壓差小于△V后均衡電流逐漸減小,“死區(qū)”可看做是涓流充電(均衡精度和抗干擾的矛盾通過調(diào)節(jié)“死區(qū)”來解決),這個過程是模仿三段式充電原理,均衡的前提先要保證電池的安全。
從實用角度來說,均衡電路本身自耗電在均衡好停止工作后電流應(yīng)小于50uA,除非加個供電開關(guān)控制。當電池放電至下限,這個東東掛在上面電池很久沒充電反而會損壞電池。這個電路放在鋰電池上是不能工作的需改IC供電結(jié)構(gòu),用在鉛酸電池上意義不大12V電池是內(nèi)部6個電池串聯(lián)的,內(nèi)部如何均衡?
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2016-11-21 11:34
@sushumiao
從實用角度來說,均衡電路本身自耗電在均衡好停止工作后電流應(yīng)小于50uA,除非加個供電開關(guān)控制。當電池放電至下限,這個東東掛在上面電池很久沒充電反而會損壞電池。這個電路放在鋰電池上是不能工作的需改IC供電結(jié)構(gòu),用在鉛酸電池上意義不大12V電池是內(nèi)部6個電池串聯(lián)的,內(nèi)部如何均衡?

目前還沒考慮用在鋰電池上后續(xù)再考慮加開關(guān)的事情先把基本功能實現(xiàn)了再說。12V電池內(nèi)部的自均衡性比外部串聯(lián)的好一些,加均衡電路是可以增加電池的使用壽命的。列舉兩個實驗參數(shù):

兩組實驗同樣的充放電條件,循環(huán)15次以后B組(加均衡電路)的壓差明顯要好于A組。上述數(shù)據(jù)繪制成曲線圖如下

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水三木
LV.1
21
2016-11-21 16:30
@javike
不錯,想法很好!不過有個問題:相鄰的做均衡,如果10串,其中1和2節(jié)不均衡,比如1是50%電量,2~10是均衡的100%,豈不是要把第2個放25%給1,讓1和2都是75%,然后3再放12.5%給2,4再放6.25%給3個同時,2還得給1再放6.25%給1。。。。。。。這樣放電周期多,而且還不是所有電池一個循環(huán)就可以的,而是2的(10-1)次方個循環(huán)啊。。。。是不是有點。。。。
確實,樓主這種結(jié)構(gòu)最有效的均衡就是相鄰電池間的均衡,當出現(xiàn)多個電池間需要均衡且在只有首尾電池需要均衡的極端情況下開關(guān)需要多次重復(fù)動作,效率很比較低,同時均衡時間也會比較長。當然了,樓主用在電動車上沒啥毛病。不過話又說回來,蓄電池一般來說應(yīng)該沒有均衡的必要吧,個人觀點,畢竟不像鋰電池。
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2016-11-21 20:09
@水三木
確實,樓主這種結(jié)構(gòu)最有效的均衡就是相鄰電池間的均衡,當出現(xiàn)多個電池間需要均衡且在只有首尾電池需要均衡的極端情況下開關(guān)需要多次重復(fù)動作,效率很比較低,同時均衡時間也會比較長。當然了,樓主用在電動車上沒啥毛病。不過話又說回來,蓄電池一般來說應(yīng)該沒有均衡的必要吧,個人觀點,畢竟不像鋰電池。

均衡電路應(yīng)當作為小功率的輔助電路來應(yīng)用,當電池組出現(xiàn)輕微不均衡時及時補救阻止不均衡情況的進一步惡化,如果將均衡電路按大功率應(yīng)用來設(shè)計那么電池天然的穩(wěn)壓、大電流特性就無處發(fā)揮了還額外增加成本這有點舍本逐末的意思。像例子中的極端不平衡一種情況是電池該報廢了沒均衡的價值了,另一種情況電池是好的這可以慢慢均衡修復(fù)等電壓均衡后再使用(正常電池正常情況不容易出現(xiàn)極端情況)。電池造價比較貴的大功率均衡還是有必要的。

家里那輛電動車因為電池充壞了200塊賤賣了,家里還有輛四輪電動車有2年多了換電池大概4000大洋不換的話也該賤賣了,這次做這個均衡電路就想拿他做實驗。

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水三木
LV.1
23
2016-11-22 10:20
@boy59
均衡電路應(yīng)當作為小功率的輔助電路來應(yīng)用,當電池組出現(xiàn)輕微不均衡時及時補救阻止不均衡情況的進一步惡化,如果將均衡電路按大功率應(yīng)用來設(shè)計那么電池天然的穩(wěn)壓、大電流特性就無處發(fā)揮了還額外增加成本這有點舍本逐末的意思。像例子中的極端不平衡一種情況是電池該報廢了沒均衡的價值了,另一種情況電池是好的這可以慢慢均衡修復(fù)等電壓均衡后再使用(正常電池正常情況不容易出現(xiàn)極端情況)。電池造價比較貴的大功率均衡還是有必要的。家里那輛電動車因為電池充壞了200塊賤賣了,家里還有輛四輪電動車有2年多了換電池大概4000大洋不換的話也該賤賣了,這次做這個均衡電路就想拿他做實驗。
你說的也有道理,不過在實際工業(yè)中這種主動式的均衡電路的實用性還是很有待商榷的,成本實在太高了。希望樓主實驗成功。
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2016-11-22 11:13
@水三木
你說的也有道理,不過在實際工業(yè)中這種主動式的均衡電路的實用性還是很有待商榷的,成本實在太高了。希望樓主實驗成功。
控制電路的成本還可以降低,對于電池串較多的應(yīng)用這種兩兩均衡電路的MOS管成本會比較高需要2*(n-1)個MOS管,其它電路大概只需n個或n+1個MOS管外加n個二極管。
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2016-11-26 14:57

比較器和運放前幾天到了,周末過來焊接測試一下。板子先焊了下半邊(NMOS部分)進行測試,結(jié)果不理想要么震蕩不正常要么MOS管關(guān)不掉。這個結(jié)果幾天前就想到了,其主要原因是電流采樣處用了一個運放對電流信號進行放大,對線性信號這樣做是沒問題的,但對脈沖信號運放的速度就不夠了(后換成300M帶寬的運放也無效果),后把電流信號放大這部分電路去掉后電路才正常工作,電路板經(jīng)割板飛線后變成了這樣。

                                            1-5 飛線PCB

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2016-11-26 15:17
@boy59
比較器和運放前幾天到了,周末過來焊接測試一下。板子先焊了下半邊(NMOS部分)進行測試,結(jié)果不理想要么震蕩不正常要么MOS管關(guān)不掉。這個結(jié)果幾天前就想到了,其主要原因是電流采樣處用了一個運放對電流信號進行放大,對線性信號這樣做是沒問題的,但對脈沖信號運放的速度就不夠了(后換成300M帶寬的運放也無效果),后把電流信號放大這部分電路去掉后電路才正常工作,電路板經(jīng)割板飛線后變成了這樣。[圖片]                       圖1-5飛線PCB板

PCB板上的指示燈顯示的是占空比大小,反映電路的工作狀況。

當上半部分的電壓U1高于下半部分的電壓U2時指示燈不亮占空比為零。

當上半部分的電壓U1略低于下半部分的電壓U2時指示燈微亮占空比較小。

                     1-6-1 壓差小占空比小

當上半部分的電壓U1遠低于下半部分的電壓U2時指示燈高亮占空比較大(有限流功能)。

                     1-6-2  壓差大占空比大

上述測試結(jié)果基本實現(xiàn)了最初設(shè)想,目前測試功率還比較小(采樣電阻30歐姆),等上半部分功能測試完成后再調(diào)整一下功率。

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sushumiao
LV.3
27
2016-11-26 21:09
@boy59
PCB板上的指示燈顯示的是占空比大小,反映電路的工作狀況。當上半部分的電壓U1高于下半部分的電壓U2時指示燈不亮占空比為零。當上半部分的電壓U1略低于下半部分的電壓U2時指示燈微亮占空比較小。[圖片]           圖1-6-1壓差小占空比小當上半部分的電壓U1遠低于下半部分的電壓U2時指示燈高亮占空比較大(有限流功能)。[圖片]           圖1-6-2 壓差大占空比大上述測試結(jié)果基本實現(xiàn)了最初設(shè)想,目前測試功率還比較小(采樣電阻30歐姆),等上半部分功能測試完成后再調(diào)整一下功率。
運放、比較器是可以精準恒流恒壓的,且可大范圍可調(diào)電流電壓。隨著負載或電池電壓差異工作頻率與脈寬連續(xù)變化,電路工作超級穩(wěn)定。
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2016-11-28 10:09
@sushumiao
運放、比較器是可以精準恒流恒壓的,且可大范圍可調(diào)電流電壓。隨著負載或電池電壓差異工作頻率與脈寬連續(xù)變化,電路工作超級穩(wěn)定。
用運放和比較器設(shè)計電路感覺要容易些,不過運放的速度在一些應(yīng)用中無法滿足要求這個稍微有些遺憾。
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2016-11-28 10:11
@boy59
PCB板上的指示燈顯示的是占空比大小,反映電路的工作狀況。當上半部分的電壓U1高于下半部分的電壓U2時指示燈不亮占空比為零。當上半部分的電壓U1略低于下半部分的電壓U2時指示燈微亮占空比較小。[圖片]           圖1-6-1壓差小占空比小當上半部分的電壓U1遠低于下半部分的電壓U2時指示燈高亮占空比較大(有限流功能)。[圖片]           圖1-6-2 壓差大占空比大上述測試結(jié)果基本實現(xiàn)了最初設(shè)想,目前測試功率還比較小(采樣電阻30歐姆),等上半部分功能測試完成后再調(diào)整一下功率。

根據(jù)調(diào)試的結(jié)果重新繪制了電路圖

                                              1-7 主動式均衡電路原理圖-02

由于電路設(shè)計的太匆忙考慮不周全導致調(diào)試的時候出現(xiàn)了諸多問題。

1、         電流采樣信號是脈沖信號,LM358運放的速度滿足不了要求,此處采用運放放大采樣信號的方法不可行。

2、         由于問題1不能放大采樣信號所以只能采用電阻分壓運放的Vout_max來實現(xiàn)限流功能。

3、         LM358不是軌導軌運放輸出的Vout_max不約等于供電電壓所以調(diào)試時是根據(jù)實際測量值調(diào)節(jié)的分壓限流電阻。電路原本應(yīng)加穩(wěn)壓元件來解決精度和調(diào)試等問題,就目前的電池均衡應(yīng)用沒考慮太高的精度。

4、         2EDN752F芯片的使能功能,當使能端被拉低后OUTAOUTB始終輸出低電平,對于上半部分PMOS電路這個使能功能無法使用(用的話PMOS會一直導通),不知是否有專門針對PMOS的驅(qū)動芯片或者禁用使能后輸出為高阻態(tài)的型號。

5、         2EDN752芯片的輸入低電平閾值約1.42V左右,開始測試時用的5V供電換成12V供電后剛好使輸入的低電平抬升至1.42V導致2EDN752不能正常工作。

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sushumiao
LV.3
30
2016-11-28 15:36
@boy59
用運放和比較器設(shè)計電路感覺要容易些,不過運放的速度在一些應(yīng)用中無法滿足要求這個稍微有些遺憾。
不會吧,30v以下電源比較器做個200k左右頻率的開關(guān)電源沒問題的,你那驅(qū)動芯片都不需要。
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001study
LV.4
31
2016-11-28 16:26
@boy59
根據(jù)調(diào)試的結(jié)果重新繪制了電路圖[圖片]                        圖1-7主動式均衡電路原理圖-02由于電路設(shè)計的太匆忙考慮不周全導致調(diào)試的時候出現(xiàn)了諸多問題。1、        電流采樣信號是脈沖信號,LM358運放的速度滿足不了要求,此處采用運放放大采樣信號的方法不可行。2、        由于問題1不能放大采樣信號所以只能采用電阻分壓運放的Vout_max來實現(xiàn)限流功能。3、        LM358不是軌導軌運放輸出的Vout_max不約等于供電電壓所以調(diào)試時是根據(jù)實際測量值調(diào)節(jié)的分壓限流電阻。電路原本應(yīng)加穩(wěn)壓元件來解決精度和調(diào)試等問題,就目前的電池均衡應(yīng)用沒考慮太高的精度。4、        2EDN752F芯片的使能功能,當使能端被拉低后OUTA或OUTB始終輸出低電平,對于上半部分PMOS電路這個使能功能無法使用(用的話PMOS會一直導通),不知是否有專門針對PMOS的驅(qū)動芯片或者禁用使能后輸出為高阻態(tài)的型號。5、        2EDN752芯片的輸入低電平閾值約1.42V左右,開始測試時用的5V供電換成12V供電后剛好使輸入的低電平抬升至1.42V導致2EDN752不能正常工作。
要是跟boy59手下混估計會省事不少啊
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