电芯模拟器电路的制作方法

1.本发明实施例涉及电池组技术领域，尤其涉及一种电芯模拟器电路。


背景技术：

2.电芯作为储能系统、动力电池等应用的组成单元，应用极其广泛。
3.目前用电设备售后问题处理中，经常遇到因为电芯一致性较差或其他原因导致的较大电压差压问题时，现有技术中，需要先把电池包从用电设备上拆下后，再将电池包内的模组拆开，进行检修或整体模组更换，实现电池的均衡。
4.然而，现有技术中实现电池均衡的维修方式复杂，导致维修效率低，成本高。


技术实现要素：

5.本发明提供一种电芯模拟器电路，以实现在不拆解电池包的前提下，完成各电芯电压一致性的快速修复，提高维修效率，降低成本。
6.本发明实施例提出一种电芯模拟器电路，包括控制模块和至少一个均衡模块，均衡模块用于连接电芯；均衡模块包括充放电主功率单元、电压环控制单元和电流环控制单元；
7.控制模块分别与电压环控制单元的第一设定输入端、电流环控制单元的第二设定输入端电连接，用于向第一设定输入端输出第一控制电压，以及用于向第二设定输入端输出第二控制电压；
8.电压环控制单元用于在第一控制电压满足电压环控制条件时，根据第一控制电压和对应连接的电芯的电压通过电压环控制输出端输出第三控制电压；
9.电流环控制单元用于在第二控制电压满足电流环控制条件时，根据第二控制电压和对应连接的电芯的电流通过电流环控制输出端输出第四控制电压；
10.充放电主功率单元包括充放电控制电路和充放电开关电路，充放电控制电路包括控制端和充放电控制输出端，控制端分别与电压环控制输出端、电流环控制输出端电连接，充放电控制输出端与充放电开关电路电连接，充放电控制电路用于根据电压环控制输出端的第三控制电压和/或电流环控制输出端的第四控制电压控制充放电开关电路的电路状态，以控制对充放电开关电路所连接的电芯的充放电状态。
11.可选的，充放电控制输出端包括第一控制输出端和第二控制输出端；充放电开关电路包括第一输出三极管和第二输出三极管；
12.第一输出三极管的控制极与第一控制输出端电连接，第一输出三极管的第一极连接第一电源，第一输出三极管的第二极连接电芯的正极；
13.第二输出三极管的控制极与第二控制输出端电连接，第二输出三极管的第一极连接第二电源，第二输出三极管的第二极连接电芯的正极；第一电源提供的电压为正电压，第二电源提供的电压为负电压。
14.可选的，充放电开关电路还包括第一保护三极管和第二保护三极管；
15.第一保护三极管的基极通过第一电阻连接第一输出三极管的发射极，第一保护三极管的发射极与第一输出三极管的发射极电连接，第一保护三极管的集电极与第一输出三极管的发射极电连接；
16.第二保护三极管的基极通过第二电阻连接第二输出三极管的发射极，第二保护三极管的发射极与第二输出三极管的发射极电连接，第二保护三极管的集电极与第二输出三极管的发射极电连接。
17.可选的，充放电控制电路包括开关电路单元和控制电路单元，控制电路单元包括第一控制输出端和第二控制输出端；控制电路单元与开关电路单元电连接，开关电路单元用于根据自身开关控制端的信号控制向控制电路单元是否向第一控制输出端和第二控制输出端输出电流。
18.可选的，开关电路单元包括多级放大电路，每级放大电路包括放大三极管，放大三极管的基极、发射极和集电极均连接有电阻；
19.后一级放大电路中放大三极管的基极与前一级放大三极管的集电极电连接；最后一级放大电路中放大三极管的集电极作为连接端与控制电路单元电连接；最后一级放大电路中放大三极管的发射极连接第三电源，第三电源提供的电压为负电压。
20.可选的，控制电路单元包括第一控制三极管、第二控制三极管和第三控制三极管，第一控制三极管的基极与充放电控制电路的控制端电连接，第一控制三极管的集电极连接第四电源，第一控制三极管的发射极与开关电路单元的连接端电连接；
21.第二控制三极管的基极与第一控制三极管的集电极电连接，第二控制三极管的发射极连接第四电源，第二控制三极管的集电极连接第一控制输出端；第四电源提供的电压为正电压；
22.第三控制三极管的基极与充放电控制电路的控制端电连接，第三控制三极管的发射极与开关电路单元的连接端电连接，第三控制三极管的集电极连接第二控制输出端。
23.可选的，电压环控制单元包括输出电压采样电路、第一反向放大电路、第一积分电路和第一二极管；
24.输出电压采样电路包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，第一输入端与电芯的正极电连接，第二输入端与电芯的负极电连接；输出电压采样电路用于根据第一输入端和第二输入端的电压，通过第一输出端输出第一电压信号；
25.第一反向放大电路包括第三输入端、第四输入端和第二输出端，第三输入端连接第一设定输入端，第四输入端接地；第一反向放大电路用于根据第三输入端和第四输入端的电压，通过第二输出端输出第二电压信号；
26.第一积分电路包括第五输入端、第六输入端和第三输出端，第五输入端接地，第六输入端分别与第一输出端、第二输出端电连接，第三输出端与第一二极管的阴极电连接，第一二极管的阳极作为电压环控制输出端与充放电主功率模块的控制端电连接；第一积分电路用于根据第五输入端和第六输入端的电压，通过第三输出端向第一二极管的阴极输出第三电压信号，第一二极管的阳极还通过接地电阻接地。
27.可选的，输出电压采样电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的同相输入端连接第一输入端，第一运算放大器的反相输入端连接第二输入端，第一运算放大器的输出端作为第一输出端；
28.第一反向放大电路包括第二运算放大器，第二运算放大器的同相输入端连接第四输入端，第二运算放大器的反相输入端连接第三输入端，第二运算放大器的输出端作为第二输出端；
29.第一积分电路包括第三运算放大器，第三运算放大器的同相输入端连接第五输入端，第三运算放大器的反相输入端连接第六输入端，第三运算放大器的输出端连接第三输出端，第一积分电路还包括第一反馈支路，第一反馈支路的第一端连接第三运算放大器的输出端，第一反馈支路的第二端连接第三运算放大器的反相输入端，第一反馈支路包括串联在自身第一端和第二端之间的第一反馈电容。
30.可选地，电压环控制输出端通过第三二极管与充放电控制电路的控制端电连接；其中，第三二极管的阳极与电压环控制输出端电连接，第三二极管的阴极与充放电控制电路的控制端电连接。
31.可选的，电流环控制单元包括差分采样电路、第二反向放大电路、第二积分电路和第二二极管；
32.差分采样电路包括第七输入端、第八输入端和第四输出端，第七输入端与电芯的负极电连接，电芯的负极通过采样电阻接地，第八输入端接地；差分采样电路用于根据第七输入端和第八输入端的电压，通过第四输出端输出第四电压信号；
33.第二反向放大电路包括第九输入端、第十输入端和第五输出端，第九输入端接地，第十输入端连接第二设定输入端；第二反向放大电路用于根据第九输入端和第十输入端的电压，通过第五输出端输出第五电压信号；
34.第二积分电路包括第十一输入端、第十二输入端和第六输出端，第十一输入端接地，第十二输入端分别与第四输出端、第五输出端电连接，第六输出端与第二二极管的阴极电连接，第二二极管的阳极作为电流环控制输出端与充放电主功率模块的控制端电连接；第二积分电路用于根据第十一输入端和第十二输入端的电压，通过第六输出端向第二二极管的阴极输出第六电压信号。
35.可选的，差分采样电路包括第四运算放大器，第四运算放大器的同相输入端连接第七输入端，第四运算放大器的反相输入端连接第八输入端，第四运算放大器的输出端作为第四输出端；
36.第二反向放大电路包括第五运算放大器，第五运算放大器的同相输入端连接第九输入端，第五运算放大器的反相输入端通过第三电阻连接第十输入端，第五运算放大器的反相输入端还通过第四电阻连接第五电源，第五运算放大器的反相输入端还通过第五电阻连接第五输出端，第五运算放大器的输出端作为第五输出端；
37.第二积分电路包括第六运算放大器，第六运算放大器的同相输入端连接第十一输入端，第六运算放大器的反相输入端连接第十二输入端，第六运算放大器的输出端连接第六输出端，第二积分电路还包括第二反馈支路，第二反馈支路的第一端连接第六运算放大器的输出端，第二反馈支路的第二端连接第六运算放大器的反相输入端，第二反馈支路包括串联在自身第一端和第二端之间的反馈电阻和第二反馈电容。
38.可选的，电芯模拟器电路还包括无线通信模块，无线通信模块与控制模块电连接，无线通信模块用于连接终端和控制模块。
39.可选的，控制模块用于通过控制向第二设定输入端输入的第二控制电压控制均衡
模块对电芯的充电状态或放电状态；以及用于通过控制向第一设定输入端输入的第一控制电压和第二设定输入端输入的第二控制电压控制恒流充电或恒压充电；通过控制向第一设定输入端输入的第一控制电压和第二设定输入端输入的第二控制电压控制恒流放电或恒压放电。
40.本发明实施例的电芯模拟器电路，包括控制模块和至少一个均衡模块，均衡模块用于连接电芯，因此电芯模拟器电路可以同时连接电池包的多节电芯。均衡模块包括充放电主功率单元、电压环控制单元和电流环控制单元，控制模块可以向第一设定输入端输出第一控制电压，并可以向第二设定输入端输出第二控制电压。电压环控制单元根据第一控制电压和对应连接的电芯的电压通过电压环控制输出端输出第三控制电压；电流环控制单元根据第二控制电压和对应连接的电芯的电流通过电流环控制输出端输出第四控制电压。充放电主功率单元中充放电控制电路的控制端分别与电压环控制输出端、电流环控制输出端电连接，充放电控制输出端与充放电开关电路电连接，充放电控制电路可以根据电压环控制输出端的第三控制电压和/或电流环控制输出端的第四控制电压控制充放电开关电路的电路状态，以控制对充放电开关电路所连接的电芯的充放电状态。本实施例的技术方案，电芯模拟器电路可以同时连接电池包的多节电芯，通过控制模块向电压环控制单元和电流环控制单元分别输出的第一控制电压和第二控制电压的大小的控制，可以实现对电芯充放电状态的控制，进而可以对电池包中电压高的电芯进行放电，电压低的电芯进行充电，在不拆解电池包的情况下，完成各电芯电压一致性的快速修复，提高维修效率，降低成本。
附图说明
41.图1是本发明实施例提供的一种电芯模拟器电路的结构示意图；
42.图2是本发明实施例提供的一种充放电主功率单元的结构示意图；
43.图3是本发明实施例提供的另一种充放电主功率单元的结构示意图；
44.图4是本发明实施例提供的一种电压环控制单元的结构示意图；
45.图5是本发明实施例提供的一种电流环控制单元的结构示意图；
46.图6是本发明实施例提供的另一种充放电主功率单元的结构示意图；
47.图7是本发明实施例提供的另一种电芯模拟器电路的结构示意图。
具体实施方式
48.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
49.本发明实施例提供了一种电芯模拟器电路，该电芯模拟器电路可以用于在不拆解电池包模组的情况下完成各电芯电压一致性修复的情况。图1是本发明实施例提供的一种电芯模拟器电路的结构示意图，参考图1，该电芯模拟器电路包括控制模块100和至少一个均衡模块200，均衡模块200用于连接电芯310；均衡模块200包括充放电主功率单元210、电压环控制单元220和电流环控制单元230；
50.控制模块100分别与电压环控制单元220的第一设定输入端vset1、电流环控制单元230的第二设定输入端vset2电连接，用于向第一设定输入端vset1输出第一控制电压，以
及用于向第二设定输入端vset2输出第二控制电压；
51.电压环控制单元220用于在第一控制电压满足电压环控制条件时，根据第一控制电压和对应连接的电芯310的电压通过电压环控制输出端vout1输出第三控制电压；
52.电流环控制单元230用于在第二控制电压满足电流环控制条件时，根据第二控制电压和对应连接的电芯310的电流通过电流环控制输出端vout2输出第四控制电压；
53.充放电主功率单元210包括充放电控制电路211和充放电开关电路212，充放电控制电路211包括控制端ctr和充放电控制输出端，控制端ctr分别与电压环控制输出端vout1、电流环控制输出端vout2电连接，充放电控制输出端与充放电开关电路212电连接，充放电控制电路211用于根据电压环控制输出端vout1的第三控制电压和/或电流环控制输出端vout2的第四控制电压控制充放电开关电路212的电路状态，以控制对充放电开关电路212所连接的电芯310的充放电状态。
54.可选地，电芯模拟器电路可以包括一个均衡模块200或者至少两个均衡模块200，其中，电芯模拟器电路包括一个均衡模块200时，该均衡模块200可以连接电池包中的至少一节电芯。当电芯模拟器包括两个、三个或更多个均衡模块200时，每个均衡模块200可以连接电池包的一节电芯310。通过控制模块100对均衡模块200的控制，使得均衡模块200对所连接的电芯310进行充电或放电，使得各电芯310的电压一致性提高，实现对电池包的均衡。
55.其中，控制模块100可以包括单片机、dsp、fpga、arm中的至少一者。
56.均衡模块200包括充放电主功率单元210、电压环控制单元220和电流环控制单元230。控制模块100与电压环控制单元220的第一设定输入端vset1电连接，可以向第一设定输入端vset1输出第一控制电压。电压环控制单元220还可以连接电芯310，具体可以分别连接电芯310的正极和负极，电压环控制单元220可以根据第一控制电压和电芯310的电压(其中电芯310的电压可以为电芯310正极与负极之间的压差)，通过自身的电压环控制输出端vout1输出第三控制电压。其中电压环控制单元220输出第三控制电压的前提是，电压环控制单元220的第一设定输入端vset1接收到的第一控制电压满足电压环控制条件，示例性的，第一设定输入端vset1接收到的第一控制电压在第一设定电压范围之内时，满足电压环控制条件。在电压环控制单元220的第一设定输入端vset1接收到的第一控制电压不满足电压环控制条件时，电压环控制单元220不输出。
57.控制模块100还与电流环控制单元230的第二设定输入端vset2电连接，可以向第二设定输入端vset2输出第二控制电压。电流环控制单元230还可以连接电芯310，以获取流过电芯310的电流，电流环控制单元230可以根据第二控制电压和对应连接的电芯310的电流通过电流环控制输出端vout2输出第四控制电压。其中电流环控制单元230输出第四控制电压的前提是，电流环控制单元230的第二设定输入端vset2接收到的电压满足电流环控制条件，示例性的，第二设定输入端vset2接收到的第二控制电压在第二设定电压范围之内时，满足电流环控制条件。在电流环控制单元230的第二设定输入端vset2接收到的第二控制电压不满足电流环控制条件时，电流环控制单元230不输出。
58.通过上述分析可知，控制模块100通过控制向电压环控制单元220的第一设定输入端vset1输入第一控制电压的大小，以及向电流环控制单元230的第二设定输入端vset2的第二控制电压的大小，可以控制电压环控制单元220进行输出或是电流环控制单元230进行输出，也即控制电压环控制单元220对充放电主功率单元210起作用或电流环控制单元230
对充放电主功率单元210起作用。
59.本实施例中，充放电主功率单元210包括充放电控制电路211和充放电开关电路212，充放电控制电路211包括控制端ctr和充放电控制输出端，控制端ctr分别与电压环控制输出端vout1、电流环控制输出端vout2电连接，充放电控制输出端与充放电开关电路212电连接。示例性的，在第一控制电压满足电压环控制条件时，充放电控制电路211可以根据电压环控制输出端vout1的第三控制电压控制充放电开关电路212的电路状态，通过对充放电开关电路212的电路状态的控制，实现对充放电开关电路212所连接的电芯310的充放电状态。在第二控制电压满足电压环控制条件时，充放电控制电路211可以根据电流环控制输出端vout2的第四控制电压控制充放电开关电路212的电路状态，以控制对充放电开关电路212所连接的电芯310的充放电状态。其中，充放电主功率单元210对电芯310进行充电时，充放电主功率单元210作为负载，电芯310通过充放电主功率单元210放电，充放电主功率单元210工作于载模式。充放电主功率单元210对电芯310进行放电时，充放电主功率单元210作为电源为电芯310充电，充放电主功率单元210工作于源模式。可选的，充放电开关电路212可以充电开关和放电开关，充电开关和放电开关分别与电芯310电连接，充放电开关电路212的电路状态包括流过充电开关的电流大小，以及流过放电开关的电流大小。
60.本实施例的电芯模拟器电路，包括控制模块和至少一个均衡模块，均衡模块用于连接电芯，因此电芯模拟器电路可以同时连接电池包的多节电芯。均衡模块包括充放电主功率单元、电压环控制单元和电流环控制单元，控制模块可以向第一设定输入端输出第一控制电压，并可以向第二设定输入端输出第二控制电压。电压环控制单元根据第一控制电压和对应连接的电芯的电压通过电压环控制输出端输出第三控制电压；电流环控制单元根据第二控制电压和对应连接的电芯的电流通过电流环控制输出端输出第四控制电压。充放电主功率单元中充放电控制电路的控制端分别与电压环控制输出端、电流环控制输出端电连接，充放电控制输出端与充放电开关电路电连接，充放电控制电路可以根据电压环控制输出端的第三控制电压和/或电流环控制输出端的第四控制电压控制充放电开关电路的电路状态，以控制对充放电开关电路所连接的电芯的充放电状态。本实施例的技术方案，电芯模拟器电路可以同时连接电池包的多节电芯，通过控制模块向电压环控制单元和电流环控制单元分别输出的第一控制电压和第二控制电压的大小的控制，可以实现对电芯充放电状态的控制，进而可以对电池包中电压高的电芯进行放电，电压低的电芯进行充电，在不拆解电池包的情况下，完成各电芯电压一致性的快速修复，提高维修效率，降低成本。
61.图2是本发明实施例提供的一种充放电主功率单元的结构示意图，参考图1和图2，可选的，充放电控制输出端包括第一控制输出端cout1和第二控制输出端cout2；充放电开关电路212包括第一输出三极管q1和第二输出三极管q2；第一输出三极管q1的控制极与第一控制输出端cout1电连接，第一输出三极管q1的第一极连接第一电源v1，第一输出三极管q1的第二极连接电芯310的正极out+；第二输出三极管q2的控制极与第二控制输出端cout2电连接，第二输出三极管q2的第一极连接第二电源v2，第二输出三极管q2的第二极连接电芯310的正极out+；第一电源v1提供的电压为正电压，第二电源v2提供的电压为负电压。
62.其中，对于第一输出三极管q1和第二输出三极管q2来说，控制极为基极，第一极为集电极，第二极为发射极。其中，均衡模块200对连接的电芯310进行充电时，第一电源v1的电流第一输出三极管q1集电极、发射极流入至电芯310的正极out+，经过电芯310到达电芯
310的负极out-。电芯310通过均衡模块200放电时，电芯310正极out+流出电流至第二输出三极管q2的发射极，然后到达第二输出三极管q2的集电极，并通过第二电源v2到地，实现对电芯310的放电。其中，第一输出三极管q1为npn三极管，第二输出三极管q2为pnp三极管。
63.继续参考图2，第一输出三极管q1的发射极和第二输出三极管q2的发射极分别连接有电阻，第一输出三极管q1的发射极所连接的电阻(记为第一发射极电阻re1)以及第二输出三极管q2的发射极所连接的电阻(记为第二发射极电阻re2)阻值均较小，例如第一发射极电阻re1以及第二发射极电阻re2阻值均为0.15欧姆，使得该电阻消耗功率较小，降低能量的浪费。
64.继续参考图2，可选的，充放电开关电路212还包括第一保护三极管q3和第二保护三极管q4；第一保护三极管q3的基极通过第一电阻r1连接第一输出三极管q1的发射极，第一保护三极管q3的发射极与第一输出三极管q1的发射极电连接，第一保护三极管q3的集电极与第一输出三极管q1的发射极电连接；第二保护三极管q4的基极通过第二电阻r2连接第二输出三极管q2的发射极，第二保护三极管q4的发射极与第二输出三极管q2的发射极电连接，第二保护三极管q4的集电极与第二输出三极管q2的发射极电连接。
65.具体的，在第一输出三极管q1流过的电流增大时，第一保护三极管q3的基极电压增大。通过选用合适阻值的第一电阻r1，使得第一输出三极管q1的集电极和发射极所流过的电流过大时，第一保护三极管q3导通，此时第一保护三极管q3工作与饱和区。第一输出晶体管的发射极所连接的电阻很小，在第一保护三极管q3导通时，第一保护三极管q3的集电极和发射极的压差，与第一输出晶体管的基极和发射极的压差接近。而第一保护三极管q3工作与饱和区，第一保护三极管q3的集电极和发射极的压差很小，因此第一输出晶体管的基极和发射极的压差很小，第一输出三极管q1关断，进而对第一输出三极管q1进行过流保护。
66.对于第二输出三极管q2流过的电流过大时，第二保护三极管q4对第二输出三极管q2的保护原理，与第一保护三极管q3对第一输出三极管q1的保护原理相同，在此不再赘述。
67.本实施例中，第一电阻r1的阻值远大于第一发射极电阻re1，示例性的，第一电阻r1的阻值为1000欧姆，第一发射极电阻re1的阻值为0.15欧姆。本实施例中，第二电阻r2的阻值远大于第二发射极电阻re2，示例性的，第二电阻r2的阻值为1000欧姆，第二发射极电阻re2的阻值为0.15欧姆。
68.图3是本发明实施例提供的另一种充放电主功率单元的结构示意图，参考图3，可选的，该电芯模拟器电路中，充放电控制电路211包括开关电路单元2111和控制电路单元2112，控制电路单元2112包括第一控制输出端cout1和第二控制输出端cout2；控制电路单元2112与开关电路单元2111电连接，开关电路单元2111用于根据自身开关控制端的信号控制控制电路单元2112是否向第一控制输出端cout1和第二控制输出端cout2输出电流。
69.结合图1-图3，其中，开关电路单元2111的开关控制端k1可以连接控制模块100，在需要对电芯310进行充电或放电时，控制模块100可以向开关电路单元2111的开关控制端k1发送第一控制信号，使得开关电路单元2111根据第一控制信号控制控制电路单元2112向第一控制输出端cout1和第二控制输出端cout2输出电流；在不需要对电芯310进行充电或放电时，控制模块100可以向开关电路单元2111的开关控制端k1发送第二控制信号，使得开关电路单元2111根据第二控制信号控制控制电路单元2112不向第一控制输出端cout1和第二
控制输出端cout2输出电流。需要对电芯310进行充电或放电时，开关控制单元的开关控制端k1还可以连接电源，使得需要对电芯310进行充电或放电时，开关电路单元2111控制控制电路单元2112向第一控制输出端cout1和第二控制输出端cout2输出电流；需要对电芯310进行充电或放电时，开关控制单元的开关控制端k1可以悬空，使得不需要对电芯310进行充电或放电时，控制电路单元2112不向第一控制输出端cout1和第二控制输出端cout2输出电流。
70.继续参考图3，可选的，开关电路单元2111包括多级放大电路，每级放大电路包括放大三极管，放大三极管的基极、发射极和集电极均连接有电阻；
71.后一级放大电路中放大三极管的基极与前一级放大三极管的集电极电连接；最后一级放大电路中放大三极管的集电极作为连接端与控制电路单元2112电连接；最后一级放大电路中放大三极管的发射极连接第三电源v3，第三电源v3提供的电压为负电压。
72.其中，图3中示意性示出了开关电路单元2111包括三级放大电路的情况，在本发明其他可选实施例中，开关电路单元2111可以包括两级放大电路或至少四级放大电路，本实施例在此不做具体限定。参考图3，第一级放大电路包括第一放大三极管q5，第二级放大电路包括第二放大三极管q6，第三级放大电路包括第三放大三极管q7。图3中示意性示出了开关电路单元2111的开关控制端k1连接电源的情况。开关电路单元2111还包括与电源并联连接的电阻。通过多级放大电路的放大，可以将第一级放大电路的输入电流(第一放大三极管q5的基极电流)逐级放大，使得最后一级的放大三极管的集电极的电流和发射极的电流流至第三电源v3。控制电路单元2112与开关电路单元2111的连接端(即最后一级放大电路中放大三极管的集电极)电连接，在最后一级放大三极管集电极与第三电源v3之间连通时，控制电路单元2112也可根据电压环控制单元输出的第三控制电压和/或电流环控制单元输出的第四控制电压对充放电开关电路212进行控制，进而控制对电芯310的充放电状态。
73.继续参考图3，可选的，控制电路单元2112包括第一控制三极管q8、第二控制三极管q9和第三控制三极管q10，第一控制三极管q8的基极与充放电控制电路211的控制端电连接，第一控制三极管q8的集电极连接第四电源v4，第一控制三极管q8的发射极与开关电路单元2111的连接端电连接；
74.第二控制三极管q9的基极与第一控制三极管q8的集电极电连接，第二控制三极管q9的发射极连接第四电源v4，第二控制三极管q9的集电极连接第一控制输出端cout1；第四电源v4提供的电压为正电压；
75.第三控制三极管q10的基极与充放电控制电路211的控制端电连接，第三控制三极管q10的发射极与开关电路单元2111的连接端电连接，第三控制三极管q10的集电极连接第二控制输出端cout2。
76.本实施例中，第一控制三极管q8的基极与充放电控制电路211的控制端电连接，也即第一控制三极管q8的基极分别与电压环控制输出端vout1和电流环控制输出端vout2电连接，电压环控制输出端输出第三控制电压时，该第三控制电压对应的电流到达第一控制三极管q8的基极，第一控制三极管q8、第二控制三极管q9和第三控制三极管q10均工作于放大区，对于第一控制三极管q8、第二控制三极管q9和第三控制三极管q10中任一三极管来说，基极电流越大，集电极电流和发射极电流越大。控制模块100通过向电压环控制单元220输出第一控制电压，可以控制电压环控制单元220的电压环控制输出端输出的第三控制电
压，进而控制第一控制三极管q8的基极电流，从而控制第一控制三极管q8的集电极电流，也即第二控制三极管q9的基极电流，进而控制第二控制三极管q9的集电极电流。第二控制三极管q9的集电极连接第一控制输出端cout1，第一控制输出端cout1的输出电流等于第二控制三极管q9的集电极电流。第一控制输出端cout1连接第一输出三极管q1的基极，因此第一输出三极管q1的集电极和发射极电流由第一控制输出端cout1的输出电流决定。控制模块100通过向电压环控制单元220输出第一控制电压，可以控制电压环控制单元220的电压环控制输出端输出的第三控制电压，进而还可控制第三控制三极管q10的基极电流，从而控制第三控制三极管q10的集电极电流。第三控制三极管q10的集电极连接第二控制输出端cout2，第二控制输出端cout2的输出电流等于第三控制三极管q10的集电极电流。第二控制输出端cout2连接第二输出三极管q2的基极，因此第二输出三极管q2的集电极和发射极电流由第一控制输出端cout1的输出电流决定。综上，本实施例中，通过控制模块100通过向电压环控制单元220输出第一控制电压，可以控制电压环控制单元220的电压环控制输出端输出的第三控制电压，最终可以控制第一控制输出端cout1的输出电流和第二控制输出端cout2的输出电流，进而控制第一输出三极管q1的集电极和发射极电流，以及控制第二输出三极管q2的集电极和发射极电流，从而控制对电芯310的充放电状态。
77.控制模块100通过向电流环控制单元230输出第二控制电压，可以控制电流环控制单元230的电压环控制输出端输出的第四控制电压，进而控制第一控制三极管q8的基极电流，从而控制第一控制三极管q8的集电极电流，也即第二控制三极管q9的基极电流，进而控制第二控制三极管q9的集电极电流。第二控制三极管q9的集电极连接第一控制输出端cout1，第一控制输出端cout1的输出电流等于第二控制三极管q9的集电极电流。第一控制输出端cout1连接第一输出三极管q1，因此第一输出三极管q1的集电极和发射极电流由第一控制输出端cout1的输出电流决定。控制模块100通过向电流环控制单元230输出第二控制电压，可以控制电流环控制单元230的电流环控制输出端输出的第四控制电压，进而还可控制第三控制三极管q10的基极电流，从而控制第三控制三极管q10的集电极电流。第三控制三极管q10的集电极连接第二控制输出端cout2，第二控制输出端cout2的输出电流等于第三控制三极管q10的集电极电流。第二控制输出端cout2连接第二输出三极管q2的基极，因此第二输出三极管q2的集电极和发射极电流由第一控制输出端cout1的输出电流决定。综上，本实施例中，通过控制模块100通过向电流环控制单元230输出第二控制电压，可以控制电流环控制单元230的电流环控制输出端输出的第四控制电压，最终可以控制第一控制输出端cout1的输出电流和第二控制输出端cout2的输出电流，进而控制第一输出三极管q1的集电极和发射极电流，以及控制第二输出三极管q2的集电极和发射极电流，从而控制对电芯310的充放电状态。
78.图4是本发明实施例提供的一种电压环控制单元的结构示意图，参考图3和图4，可选的，电压环控制单元220包括输出电压采样电路221、第一反向放大电路222、第一积分电路223和第一二极管d1；
79.输出电压采样电路221包括第一输入端in1、第二输入端in2和第一输出端out1，第一输入端in1与电芯310的正极out+电连接，第二输入端in2与电芯310的负极out-电连接；输出电压采样电路221用于根据第一输入端in1和第二输入端in2的电压，通过第一输出端out1输出第一电压信号；
80.第一反向放大电路222包括第三输入端in3、第四输入端in4和第二输出端out2，第三输入端in3连接第一设定输入端vset1，第四输入端in4接地；第一反向放大电路222用于根据第三输入端in3和第四输入端in4的电压，通过第二输出端out2输出第二电压信号；
81.第一积分电路223包括第五输入端in5、第六输入端in6和第三输出端out3，第五输入端in5接地，第六输入端in6分别与第一输出端out1、第二输出端out2电连接，第三输出端out3与第一二极管d1的阴极电连接，第一二极管d1的阳极作为电压环控制单元220的输出端与充放电主功率单元的控制端电连接；第一积分电路223用于根据第五输入端in5和第六输入端in6的电压，通过第三输出端out3向第一二极管d1的阴极输出第三电压信号，第一二极管d1的阳极还通过接地电阻rd接地。
82.继续参考图4，可选的，输出电压采样电路221包括第一运算放大器u1，第一运算放大器u1的同相输入端in+连接第一输入端in1，第一运算放大器u1的反相输入端in-连接第二输入端in2，第一运算放大器u1的输出端作为第一输出端out1。
83.第一运算放大器u1的同相输入端in+通过一电阻连接电芯310的正极out+，第一运算放大器u1的反相输入端in-通过一电阻连接电芯310的负极out-，其中第一运算放大器u1的同相输入段与电芯310正极out+之间连接的电阻和反相输入端in-和电芯310的负极out-之间所连接的电阻的阻值可以是相等的。第一运算放大器u1的反相输入端in-和第一运算放大器u1的输出端之间也连接有并联的电阻和电容，该电阻的阻值可以等于第一运算放大器u1的同相输入段与电芯310正极out+之间连接的电阻的阻值。输出电压采样电路221可以根据电芯310的正极out+和负极out-之间的压差，通过第一输出端out1输出第一电压信号。
84.可选的，第一反向放大电路222包括第二运算放大器u2，第二运算放大器u2的同相输入端in+连接第四输入端in4，第二运算放大器u2的反相输入端in-连接第三输入端in3，第二运算放大器u2的输出端作为第二输出端out2。
85.第二运算放大器u2的反相输入端in-连接第一反向放大电路222的第三输入端in3，第二运算放大器u2的反相输入端in-通过一电阻连接第一设定输入端vset1，控制模块100可以向第一设定输入端vset1输出第一控制电压。第二运算放大器u2的同相输入端in+通过一电阻接地。第二运算放大器u2的反相输入端in-和第二运算放大器u2的输出端之间还连接有并联的电阻和电容。反向放大输出电路可以根据第三输入端in3(或者说是第一设定输入端vset1的电压)和第四输入端in4的电压，通过第二输出端out2输出第二电压信号。
86.电压环控制单元220还包括第一积分电路223，积分电路的第五输入端in5接地，第六输入端in6分别通过一电阻与输出电压采样电路221的第一输出端out1、第一反向放大电路222的第二输出端out2电连接，其中第一输出端out1与第六输入端in6之间连接的电阻，与第二输出端out2与第六输入端in6之间所连接的电阻的阻值相等。第一积分电路223根据第五输入端in5和第六输入端in6的电压，通过第三输出端out3向第一二极管d1的阴极输出第三电压信号，第一二极管d1的阳极还通过接地电阻接地。
87.可选的，第一积分电路223包括第三运算放大器u3，第三运算放大器u3的同相输入端in+连接第五输入端in5，第三运算放大器u3的反相输入端in-连接第六输入端in6，第三运算放大器u3的输出端连接第三输出端out3，第一积分电路223还包括第一反馈支路，第一反馈支路的第一端连接第三运算放大器u3的输出端，第一反馈支路的第二端连接第三运算放大器u3的反相输入端in-，第一反馈支路包括串联在自身第一端和第二端之间的第一反
馈电容c1。
88.其中，第三运算放大器u3的同相输入端in+通过一电阻接地，因此第三运算放大器u3的同相输入端in+的电位为0。第三运算放大器u3的反相输入端in-作为第一积分电路223的第六输入端in6，当第三运算放大器u3的反相输入端in-的电位也等于0时，第一积分电路223的第三输出端out3达到稳定的输出，根据运算放大器的虚短原理，此时第三运算放大器u3的反相输出端为-12v至0v之间的一负电压。此时第一二极管d1导通，电压环控单元可以输出第三控制电压至充放电控制电路211的控制端，使得充放电控制电路211根据第三控制电压对电芯310进行充放电状态的控制。
89.图5是本发明实施例提供的一种电流环控制单元的结构示意图，参考图5，可选的，电流环控制单元230包括差分采样电路231、第二反向放大电路232、第二积分电路233和第二二极管d2；
90.差分采样电路231包括第七输入端in7、第八输入端in8和第四输出端out4，第七输入端in7与电芯310的负极out-电连接，电芯310的负极out-通过采样电阻接地，第八输入端in8接地；差分采样电路231用于根据第七输入端in7和第八输入端in8的电压，通过第四输出端out4输出第四电压信号；
91.第二反向放大电路232包括第九输入端in9、第十输入端in10和第五输出端out5，第九输入端in9接地，第十输入端in10连接第二设定输入端vset2；第二反向放大电路232用于根据第九输入端in9和第十输入端in10的电压，通过第五输出端out5输出第五电压信号；
92.第二积分电路233包括第十一输入端in11、第十二输入端in12和第六输出端out6，第十一输入端in11接地，第十二输入端in12分别与第四输出端out4、第五输出端out5电连接，第六输出端out6与第二二极管d2的阴极电连接，第二二极管d2的阳极作为电流环控制单元230的输出端与充放电主功率模块的控制端电连接；第二积分电路233用于根据第十一输入端in11和第十二输入端in12的电压，通过第六输出端out6向第二二极管d2的阴极输出第六电压信号。
93.继续参考图5，可选的，差分采样电路231包括第四运算放大器u4，第四运算放大器u4的同相输入端in+连接第七输入端in7，第四运算放大器u4的反相输入端in-连接第八输入端in8，第四运算放大器u4的输出端作为第四输出端out4。
94.其中，第四运算放大器u4的同相输入端in+可以通过一电阻连接电池的负极out-，电池的负极out-通过一采样电阻(可参考图3)接地，因此第四运算放大器u4的同相输入端in+通过一电阻接入采样电阻对应的采样电压，采样电压等于采样电阻与采样电阻流过的电流(也即电芯310流过的电流)的乘积。第四运算放大器u4的反相输入端in-和第一运算放大器u1的输出端之间也连接有并联的电阻和电容。第四运算放大器u4的反相输入端in-通过一电阻接地。差分采样电路231根据采样电阻上电压，以及接地电压，通过第四输出端out4输出第四电压信号。
95.可选的，第二反向放大电路232包括第五运算放大器u5，第五运算放大器u5的同相输入端in+连接第九输入端in9，第五运算放大器u5的反相输入端in-通过第三电阻r3连接第十输入端in10，第五运算放大器u5的反相输入端in-还通过第四电阻r4连接第五电源v5，第五运算放大器u5的反相输入端in-还通过第五电阻r5连接第五输出端out5，第五运算放大器u5的输出端作为第五输出端out5。
96.第五运算放大器u5的同相输入端in+的电压为接地电位，也即为0电位。第五运算放大器u5的反相输入端in-的电压由第五电源v5的电压大小，以及第二设定输入端vset2(也即第十输入端in10)所输入的大小决定，其中，第三电阻r3和第四电阻r4的阻值可以相等。则当第三电源所提供的电压与第二设定输入端vset2输入的第二控制电压之和大于0时，第五输出端out5输出的电压为负值；则当第三电源所提供的电压与第二设定输入端vset2输入的第二控制电压之和小于0时，第五输出端out5输出的电压为正值。
97.可选的，第二积分电路233包括第六运算放大器u6，第六运算放大器u6的同相输入端in+连接第十一输入端in11，第六运算放大器u6的反相输入端in-连接第十二输入端in12，第六运算放大器u6的输出端连接第六输出端out6，第二积分电路233还包括第二反馈支路，第二反馈支路的第一端连接第六运算放大器u6的输出端，第二反馈支路的第二端连接第六运算放大器u6的反相输入端in-，第二反馈支路包括串联在自身第一端和第二端之间的反馈电阻rf1和第二反馈电容c2。
98.第六运算放大器u6的同相输入端in+连接第二积分电路233的第十一输入端in11，因此第六运算放大器u6的同相输入端in+的电位为0，当第三运算放大器u3的反相输入端in-的电位也等于0时，第二积分电路233的第六输出端out6达到稳定的输出，根据运算放大器的虚短原理，此时第六运算放大器u6的反相输出端为-12v至0v之间的一负电压。此时第二二极管d2导通，电流环控单元可以输出第四控制电压至充放电控制电路211的控制端，使得充放电控制电路211根据第四控制电压对电芯310进行充放电状态的控制。
99.继续参考图4和图5，第一运算放大器u1-第二运算放大器u6均包括正电源输入端vcc和负电源输入端vee，其中正电源输入端vcc接入+12v电压，负电源输入端vee接入-12v电压。
100.图6是本发明实施例提供的另一种充放电主功率单元的结构示意图，参考图6，可选的，电压环控制输出端vout1通过第三二极管d3与充放电控制电路的控制端电连接；其中，第三二极管d3的阳极与电压环控制输出端vout1电连接，第三二极管d3的阴极与充放电控制电路的控制端ctr电连接。电流环控制输出端vout2直接连接充放电控制电路的控制端ctr。该电路可以保证均衡模块工作在载模式下，放电电流较大时，电芯模拟器电路可以正常工作。
101.在上述各实施例的基础上，如上所述的，充放电主功率单元210工作模式包括源模式和载模式，其中充放电主功率单元210的工作模式由控制模块100控制。可选的，控制模块100用于通过控制向第二设定输入端vset2输入的第二控制电压控制均衡模块200对电芯310的充电状态或放电状态；以及用于通过控制向第一设定输入端vset1输入的第一控制电压和第二设定输入端vset2输入的第二控制电压控制恒流充电或恒压充电；通过控制向第一设定输入端vset1输入的第一控制电压和第二设定输入端vset2输入的第二控制电压控制恒流放电或恒压放电。
102.其中，均衡模块200工作在源模式时，也即对电芯310进行充电时，充电状态包括对电芯310的恒压充电和恒流充电。均衡模块200工作在载模式时，也即对电芯310进行放电时，放电状态包括对电芯310的恒压放电和恒流放电。
103.其中，均衡模块200处于源模式或载模式可以由控制模块100输出的第二控制电压进行控制。
104.具体的，在源模式的恒流充电状态下，电压环控制单元220不起作用，也即电压环控制单元220无输出。具体的，控制模块100输出的第一控制电压，使第三运算放大器u3处于正满偏状态(也即第一控制电压大小满足的条件为可以使得第三运算放大器u3的的同相输入端in+的电压大于反相输入端in-的电压)，第三运算放大器u3输出正电压，使得第一二极管d1的阴极电压大于阳极电压，第一二极管d1处于截止状态，电压环控制单元220失去调节作用。结合图3-图6，均衡模块200在源模式下给电芯310充电时，电流的流动方向为从充放电开关电路212的输出端流动至电芯310的正极out+，然后到达电芯310的负极out-，然后通过采样电阻r0到地，则采样电阻r0上的电压为正电压。相应的，第四运算放大器u4的同相输入端in+的电压为正电压，第四运算放大器u4的反相输入端in-的电压为0，第四输出端out4的输出电压为正电压。为保证可以达到恒流充电稳定状态，第五输出端out5的输出电压应该为负电压，使得第六运算放大器u6的反相输入端in-的电位可以等于同相输入端in+的电位(0)。因此，第五运算放大器u5的反相输入端in-的输入电压应为正电压，在第三电阻r3等于第四电阻r4，第三电源提供的电压为负电压时，第二控制电压应为正电压，且需保证第二控制电压的绝对值大于第三电源提供的电压为负电压的绝对值，使得均衡模块200对电芯310进行恒流充电。具体的，第六运算放大器u6的反相输入端in-的电位可以等于同相输入端in+的电位时，根据虚短原理，第六输出端out6输出的电压为负电压，第二二极管d2导通，电流环控制单元230输出第四控制电压，该第四控制电压在第一控制三极管q8的基极对应一基极电流，第一控制三极管q8的集电极电流与第一控制三极管q8的基极电流正相关。也即电流环控制单元230输出的第四控制电压，可以控制第一控制三极管q8的基极电流，进而控制第一控制三极管q8的集电极电流，从而控制第二控制三极管q9的基极电流，进一步控制第二控制三极管q9的发射极和集电极电流，进而控制第一输出三极管q1的基极电流，进而控制流过第一输出三极管q1的集电极和发射极电流，从而控制对电芯310的充电电流。
105.电流环控制单元230可以调节充电电流达到稳定。示例性的，在充电电流为理想设定电流时，第六运算放大器u6的反相输入端in-可以达到0电位。则在充电电流超出理想设定电流时，采样电阻r0上的电压会相对于充电电流为理想设定电流时的电压更大，则第四输出端out4的电压也会相对于充电电流为理想设定电流时的电压更大，则第六运算放大器u6的反相输入端in-的电压会大于0，使得第六输出端out6所输出的电压(负电压)的绝对值减小，使得第一控制三极管q8的基极电流减小，第一控制三极管q8的集电极电流减小，从而控制第二控制三极管q9的基极电流减小，进一步控制第二控制三极管q9的发射极和集电极电流减小，进而控制第一输出三极管q1的基极电流减小，进而控制流过第一输出三极管q1的集电极和发射极电流减小，使得对电芯310的充电电流减小，最终达到理想设定电流，从而实现源模式下的恒流充电。
106.在源模式的恒压充电状态下，电流环控制单元230不起作用，也即电流环控制单元230无输出。具体的，控制模块100输出的第二控制电压，使第六运算放大器u6处于正满偏状态(也即第二控制电压大小满足的条件为可以使得第六运算放大器u6的的同相输入端in+的电压大于反相输入端in-的电压)，第六运算放大器u6输出正电压，使得第二二极管d2的阴极电压大于阳极电压，第二二极管d2处于截止状态，电流环控制单元230失去调节作用。结合图3-图6，均衡模块200在源模式下给电芯310充电时，电流的流动方向为从充放电开关电路212的输出端流动至电芯310的正极out+，然后到达电芯310的负极out-，然后通过采样
电阻r0到地，则采样电阻r0上的电压为正电压。则电芯310的正极out+电压和负极out-电压的压差大于0，第一运算放大器u1的第一输出端out1所输出的电压为正电压。为保证可以达到恒压充电稳定状态，第二运算放大器u2的第二输出端out2的输出电压应该为负电压(通过控制第一控制电压的大小，可以使第二运算放大器u2的第二输出端out2的输出电压应该为负电压)，使得第三运算放大器u3的反相输入端in-的电位可以等于同相输入端in+的电位(0)。具体的，第三运算放大器u3的反相输入端in-的电位可以等于同相输入端in+的电位时，根据虚短原理，第三输出端out3输出的电压为负电压，第二二极管d2导通，电压环控制单元220输出第三控制电压，该第三控制电压在第三控制三极管q10的基极对应一基极电流，第三控制三极管q10的集电极电流与第三控制三极管q10的基极电流正相关。也即电流环控制单元230输出的第四控制电压，可以控制第三控制三极管q10的基极电流，进而控制第三控制三极管q10的集电极电流，进而控制第二输出三极管q2的基极电流，进而控制流过第二输出三极管q2的发射极和集电极电流，从而控制流过电芯310的电流，进而控制电芯310正极out+和负极out-之间的压差。
107.电压环控制单元220可以调节电芯310的正负极out-压差达到稳定。示例性的，在电芯310的正极out+和负极out-压差为理想设定压差时，第三运算放大器u3的反相输入端in-可以达到0电位。则在电芯310的正极out+和负极out-压差超出理想设定压差时，第三运算放大器u3的同相输入端in+和反相输入端in-之间的压差变大，使得第一输出端out1所输出的电压(正电压)的绝对值增大，相应的，第三运算放大器u3的反相输入端in-的电压大于0，使得第三输出端out3所输出的(负电压)的绝对值减小，使得第一控制三极管q8的基极电流减小，第一控制三极管q8的集电极电流减小，从而控制第二控制三极管q9的基极电流减小，进一步控制第二控制三极管q9的发射极和集电极电流减小，进而控制第一输出三极管q1的基极电流减小，进而控制流过第一输出三极管q1的集电极和发射极电流减小，使得对电芯310的充电电流减小，使得电芯310的正极out+与负极out-之间的压差减小，最终使得电芯310的正极out+与负极out-之间的压差达到理想设定压差，从而实现源模式下的恒压充电。
108.在载模式的恒流放电状态下，电压环控制单元220不起作用，也即电压环控制单元220无输出。具体的，控制模块100输出的第一控制电压，使第三运算放大器u3处于正满偏状态(也即第一控制电压大小满足的条件为可以使得第三运算放大器u3的的同相输入端in+的电压大于反相输入端in-的电压)，第三运算放大器u3输出正电压，使得第一二极管d1的阴极电压大于阳极电压，第一二极管d1处于截止状态，电压环控制单元220失去调节作用。结合图3-图6，均衡模块200在载模式下给电芯310放电时，电流的流动方向为从电芯310的正极out+，流动至充放电开关电路212的输出端，通过第二输出三极管q2、第二电源v1到地，最后通过采样电阻r0到达电芯310的负极out-，则采样电阻r0上的电压为负电压。相应的，第四运算放大器u4的同相输入端in+的电压为负电压，第四运算放大器u4的反相输入端in-的电压为0，第四输出端out4的输出电压为负电压。为保证可以达到恒流放电稳定状态，第五输出端out5的输出电压应该为正电压，使得第六运算放大器u6的反相输入端in-的电位可以等于同相输入端in+的电位(0)。因此，第五运算放大器u5的反相输入端in-的输入电压应为负电压，在第三电阻r3等于第四电阻r4，第三电源提供的电压为负电压时，第二控制电压应为正电压或负电压，但需保证第二控制电压和第三电源提供的电压的和为负电压，使
得均衡模块200对电芯310进行恒流放电。具体的，第六运算放大器u6的反相输入端in-的电位可以等于同相输入端in+的电位时，根据虚短原理，第六输出端out6输出的电压为负电压，第二二极管d2导通，电流环控制单元230输出第四控制电压，该第四控制电压在第三控制三极管q10的基极对应一基极电流，第三控制三极管q10的集电极电流与第三控制三极管q10的基极电流正相关。也即电流环控制单元230输出的第四控制电压，可以控制第三控制三极管q10的基极电流，进而控制第三控制三极管q10的集电极电流，从而控制第二输出三极管q2的基极电流，进而控制流过第二输出三极管q2的集电极和发射极电流，从而控制对电芯310的放电电流。
109.电流环控制单元230可以调节放电电流达到稳定，具体调节原理与对充电电流的调节原理相同，在此不在赘述。
110.在载模式的恒压放电状态下，电流环控制单元230不起作用，也即电流环控制单元230无输出。具体的，控制模块100输出的第二控制电压，使第六运算放大器u6处于正满偏状态(也即第二控制电压大小满足的条件为可以使得第六运算放大器u6的的同相输入端in+的电压大于反相输入端in-的电压)，第六运算放大器u6输出正电压，使得第二二极管d2的阴极电压大于阳极电压(阳极电压为接地电压0)，第二二极管d2处于截止状态，电流环控制单元230失去调节作用。结合图3-图6，均衡模块200在载模式下给电芯310放电时，电流的流动方向为从电芯310的正极out+，流动至充放电开关电路212的输出端，通过第二输出三极管q2、第二电源v1到地，最后通过采样电阻r0到达电芯310的负极out-，则采样电阻r0上的电压为负电压。则电芯310的正极out+电压和负极out-电压的压差大于0，第一运算放大器u1的第一输出端out1所输出的电压为正电压。为保证可以达到恒压放电稳定状态，第二运算放大器u2的第二输出端out2的输出电压应该为负电压(通过控制第一控制电压的大小，可以使第二运算放大器u2的第二输出端out2的输出电压应该为负电压)，使得第三运算放大器u3的反相输入端in-的电位可以等于同相输入端in+的电位(0)。具体的，第三运算放大器u3的反相输入端in-的电位可以等于同相输入端in+的电位时，根据虚短原理，第三输出端out3输出的电压为负电压，第二二极管d2导通，电压环控制单元220输出第三控制电压，该第三控制电压在第三控制三极管q10的基极对应一基极电流，第三控制三极管q10的集电极电流与第三控制三极管q10的基极电流正相关。也即电流环控制单元230输出的第四控制电压，可以控制第三控制三极管q10的基极电流，进而控制第三控制三极管q10的集电极电流，从而控制第二输出三极管q2的基极电流，进而控制流过第二输出三极管q2的集电极和发射极电流，从而控制对电芯310的放电电流。
111.电压环控制单元220可以调节电芯310的正负极out-压差达到稳定，具体调节原理与恒压充电时的调节原理相同，在此不再赘述。
112.图7是本发明实施例提供的另一种电芯模拟器电路的结构示意图，参考图7，可选的，电芯模拟器电路还包括无线通信模块300，无线通信模块300与控制模块100电连接，无线通信模块300用于连接终端400和控制模块100。
113.其中，无线通信模块300可以是蓝牙模块或wifi模块。终端400可以是手机等移动设备，或者是计算机等非移动设备。终端400通过无线通信模块300连接控制模块100，进而可以从控制模块100中获取到电芯310的电压、电流等信息。
114.继续参考图6，可选的，电芯模拟器电路还包括隔离通讯模块500、数模转换模块
600和模数转换模块700。其中，隔离通讯模块500连接控制模块100和数模转换模块600，隔离通讯模块500还连接控制模块100和模数转换模块700。隔离通讯模块500可以进行通道隔离。数模转换模块600可以将控制模块100发出的数字信号转换成模拟信号至电压环控制单元220和/或电流环控制单元230；模数转换模块700可以将电压环控制单元220和/或电流环控制单元230的模拟信号转换成数字信号，并通过隔离通讯模块500传输至控制模块100。
115.可选的，电芯模拟器电路还包括为无线通信模块300供电的供电模块，为电压环控制单元220和电流环控制单元230供电的隔离供电模块，以及为充放电主功率模块供电的dcdc隔离模块。其中，供电模块、隔离供电模块和dcdc隔离模块上的电源可以取自车辆电池。
116.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种电芯模拟器电路，其特征在于，包括控制模块和至少一个均衡模块，所述均衡模块用于连接电芯；所述均衡模块包括充放电主功率单元、电压环控制单元和电流环控制单元；所述控制模块分别与所述电压环控制单元的第一设定输入端、所述电流环控制单元的第二设定输入端电连接，用于向所述第一设定输入端输出第一控制电压，以及用于向所述第二设定输入端输出第二控制电压；所述电压环控制单元用于在所述第一控制电压满足电压环控制条件时，根据所述第一控制电压和对应连接的所述电芯的电压通过电压环控制输出端输出第三控制电压；所述电流环控制单元用于在所述第二控制电压满足电流环控制条件时，根据所述第二控制电压和对应连接的所述电芯的电流通过电流环控制输出端输出第四控制电压；所述充放电主功率单元包括充放电控制电路和充放电开关电路，所述充放电控制电路包括控制端和充放电控制输出端，所述控制端分别与所述电压环控制输出端、所述电流环控制输出端电连接，所述充放电控制输出端与所述充放电开关电路电连接，所述充放电控制电路用于根据所述电压环控制输出端的第三控制电压和/或所述电流环控制输出端的第四控制电压控制所述充放电开关电路的电路状态，以控制对所述充放电开关电路所连接的电芯的充放电状态。2.根据权利要求1所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述充放电控制输出端包括第一控制输出端和第二控制输出端；所述充放电开关电路包括第一输出三极管和第二输出三极管；所述第一输出三极管的控制极与所述第一控制输出端电连接，所述第一输出三极管的第一极连接第一电源，所述第一输出三极管的第二极连接所述电芯的正极；所述第二输出三极管的控制极与所述第二控制输出端电连接，所述第二输出三极管的第一极连接第二电源，所述第二输出三极管的第二极连接所述电芯的正极；所述第一电源提供的电压为正电压，所述第二电源提供的电压为负电压。3.根据权利要求2所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述充放电开关电路还包括第一保护三极管和第二保护三极管；所述第一保护三极管的基极通过第一电阻连接所述第一输出三极管的发射极，所述第一保护三极管的发射极与所述第一输出三极管的发射极电连接，所述第一保护三极管的集电极与所述第一输出三极管的发射极电连接；所述第二保护三极管的基极通过第二电阻连接所述第二输出三极管的发射极，所述第二保护三极管的发射极与所述第二输出三极管的发射极电连接，所述第二保护三极管的集电极与所述第二输出三极管的发射极电连接。4.根据权利要求2所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述充放电控制电路包括开关电路单元和控制电路单元，所述控制电路单元包括所述第一控制输出端和第二控制输出端；所述控制电路单元与所述开关电路单元电连接，所述开关电路单元用于根据自身开关控制端的信号控制向所述控制电路单元是否向所述第一控制输出端和所述第二控制输出端输出电流。5.根据权利要求4所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述开关电路单元包括多级放大电路，每级所述放大电路包括放大三极管，所述放大三极管的基极、发射极和集电极均连
接有电阻；后一级放大电路中放大三极管的基极与前一级所述放大三极管的集电极电连接；最后一级所述放大电路中放大三极管的集电极作为连接端与所述控制电路单元电连接；最后一级所述放大电路中所述放大三极管的发射极连接第三电源，所述第三电源提供的电压为负电压。6.根据权利要求5所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述控制电路单元包括第一控制三极管、第二控制三极管和第三控制三极管，所述第一控制三极管的基极与所述充放电控制电路的控制端电连接，所述第一控制三极管的集电极连接第四电源，所述第一控制三极管的发射极与所述开关电路单元的所述连接端电连接；所述第二控制三极管的基极与所述第一控制三极管的集电极电连接，所述第二控制三极管的发射极连接所述第四电源，所述第二控制三极管的集电极连接所述第一控制输出端；所述第四电源提供的电压为正电压；所述第三控制三极管的基极与所述充放电控制电路的控制端电连接，所述第三控制三极管的发射极与所述开关电路单元的所述连接端电连接，所述第三控制三极管的集电极连接所述第二控制输出端。7.根据权利要求1-6任一项所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述电压环控制单元包括输出电压采样电路、第一反向放大电路、第一积分电路和第一二极管；所述输出电压采样电路包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述第一输入端与所述电芯的正极电连接，所述第二输入端与所述电芯的负极电连接；所述输出电压采样电路用于根据所述第一输入端和所述第二输入端的电压，通过所述第一输出端输出第一电压信号；所述第一反向放大电路包括第三输入端、第四输入端和第二输出端，所述第三输入端连接所述第一设定输入端，所述第四输入端接地；所述第一反向放大电路用于根据所述第三输入端和所述第四输入端的电压，通过所述第二输出端输出第二电压信号；所述第一积分电路包括第五输入端、第六输入端和第三输出端，所述第五输入端接地，所述第六输入端分别与所述第一输出端、所述第二输出端电连接，所述第三输出端与所述第一二极管的阴极电连接，所述第一二极管的阳极作为所述电压环控制输出端与所述充放电主功率模块的控制端电连接；所述第一积分电路用于根据所述第五输入端和所述第六输入端的电压，通过所述第三输出端向所述第一二极管的阴极输出第三电压信号，所述第一二极管的阳极还通过接地电阻接地。8.根据权利要求7所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述输出电压采样电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一输入端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第二输入端，所述第一运算放大器的输出端作为所述第一输出端；所述第一反向放大电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第四输入端，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述第三输入端，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二输出端；所述第一积分电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的同相输入端连接所述第五输入端，所述第三运算放大器的反相输入端连接所述第六输入端，所述第三运算放大
器的输出端连接所述第三输出端，所述第一积分电路还包括第一反馈支路，所述第一反馈支路的第一端连接所述第三运算放大器的输出端，所述第一反馈支路的第二端连接所述第三运算放大器的反相输入端，所述第一反馈支路包括串联在自身第一端和第二端之间的第一反馈电容。9.根据权利要求7所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述电压环控制输出端通过第三二极管与所述充放电控制电路的控制端电连接；其中，所述第三二极管的阳极与所述电压环控制输出端电连接，所述第三二极管的阴极与所述充放电控制电路的控制端电连接。10.根据权利要求1-6任一项所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述电流环控制单元包括差分采样电路、第二反向放大电路、第二积分电路和第二二极管；所述差分采样电路包括第七输入端、第八输入端和第四输出端，所述第七输入端与所述电芯的负极电连接，所述电芯的负极通过采样电阻接地，所述第八输入端接地；所述差分采样电路用于根据所述第七输入端和所述第八输入端的电压，通过所述第四输出端输出第四电压信号；所述第二反向放大电路包括第九输入端、第十输入端和第五输出端，所述第九输入端接地，所述第十输入端连接所述第二设定输入端；所述第二反向放大电路用于根据所述第九输入端和所述第十输入端的电压，通过所述第五输出端输出第五电压信号；所述第二积分电路包括第十一输入端、第十二输入端和第六输出端，所述第十一输入端接地，所述第十二输入端分别与所述第四输出端、所述第五输出端电连接，所述第六输出端与所述第二二极管的阴极电连接，所述第二二极管的阳极作为所述电流环控制输出端与所述充放电主功率模块的控制端电连接；所述第二积分电路用于根据所述第十一输入端和所述第十二输入端的电压，通过所述第六输出端向所述第二二极管的阴极输出第六电压信号。11.根据权利要求10所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述差分采样电路包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的同相输入端连接所述第七输入端，所述第四运算放大器的反相输入端连接所述第八输入端，所述第四运算放大器的输出端作为所述第四输出端；所述第二反向放大电路包括第五运算放大器，所述第五运算放大器的同相输入端连接所述第九输入端，所述第五运算放大器的反相输入端通过第三电阻连接所述第十输入端，所述第五运算放大器的反相输入端还通过第四电阻连接第五电源，所述第五运算放大器的反相输入端还通过第五电阻连接所述第五输出端，所述第五运算放大器的输出端作为所述第五输出端；所述第二积分电路包括第六运算放大器，所述第六运算放大器的同相输入端连接所述第十一输入端，所述第六运算放大器的反相输入端连接所述第十二输入端，所述第六运算放大器的输出端连接所述第六输出端，所述第二积分电路还包括第二反馈支路，所述第二反馈支路的第一端连接所述第六运算放大器的输出端，所述第二反馈支路的第二端连接所述第六运算放大器的反相输入端，所述第二反馈支路包括串联在自身第一端和第二端之间的反馈电阻和第二反馈电容。12.根据权利要求1-6任一项所述的电芯模拟器电路，其特征在于，还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制模块电连接，所述无线通信模块用于连接终端和所述控
制模块。13.根据权利要求1-6任一项所述的电芯模拟器电路，其特征在于，所述控制模块用于通过控制向所述第二设定输入端输入的第二控制电压控制所述均衡模块对所述电芯的充电状态或放电状态；以及用于通过控制向所述第一设定输入端输入的第一控制电压和所述第二设定输入端输入的第二控制电压控制恒流充电或恒压充电；通过控制向所述第一设定输入端输入的第一控制电压和所述第二设定输入端输入的第二控制电压控制恒流放电或恒压放电。

技术总结
本发明实施例公开一种电芯模拟器电路，包括控制模块和至少一个均衡模块，均衡模块用于连接电芯。均衡模块包括充放电主功率单元、电压环控制单元和电流环控制单元，电压环控制单元根据控制模块输入的第一控制电压和对应连接的电芯的电压通过输出第三控制电压；电流环控制单元根据控制模块输入的第二控制电压和对应连接的电芯的电流输出第四控制电压。充放电控制电路可以根据电压环控制输出端的第三控制电压和/或电流环控制输出端的第四控制电压控制充放电开关电路的电路状态，以控制对充放电开关电路所连接的电芯的充放电状态。本发明技术方案，可以在不拆解电池包的情况下，完成各电芯电压一致性的快速修复，提高维修效率，降低成本。降低成本。降低成本。


技术研发人员：徐朗 万里平 谢绍伟 刘振 肖文兵
受保护的技术使用者：惠州亿纬锂能股份有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/9/20