CN202206153U - 电池模块均衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池模块均衡电路，包括由若干个电池串联连接形成的电池单元；电容，所述若干个电池分别与所述电容连接；若干组单控开关单元，所述单控开关单元的数量等于所述电池的数量，每组所述单控开关单元对应连接于一个电池与所述电容之间；以及总控开关单元，所述总控开关单元连接于所述电池模块与所述电容之间。本实用新型的电池模块均衡电路使用电容，能够将电压值最高的电池的部分能量通过电容转移至电压值最低的电池，从而实现整个电池单元的均衡效率，也能够将整个电池模块中的能量转移到电压值较低的单体电池中，提高整个电池系统的可靠性，且在能量转移过程中减少能量损耗，降低了整个电池单元升温，提高系统的可靠性。

Description

电池模块均衡电路

技术领域

本实用新型涉及电池管理电路系统，尤其涉及对多个串联电池单元进行均衡处理的电池模块均衡电路。

背景技术

具有多个电池单元的电池组，例如锂离子电池组，被广泛应用于工业生产中。锂离子电池具有能量密度大、平均输出电压高、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100％、输出功率大、使用寿命长以及不含有毒有害物质等诸多优点，被称为绿色电池，广泛应用于笔记本电脑、电动工具、电动车等领域。单节锂离子电池的电压为4V左右，为了获得较高电压，在实际应用中常常使用锂离子电池多节串联后得到的锂离子电池组给设备进行供电，所以锂离子电池组会据客户系统的电压和容量要求进行串并联供电。

由于锂离子电池组非常娇贵，单个电池单元必须保证在规格书给定的电压范围内，如果超出了规格书给定的范围，轻则损伤电池单元的电芯，影响整组电池的寿命，重则会出现电池组燃烧、爆炸等安全事故。故，对每个电池单元及整个电池组的电压进行采样、监控是很有必要的。即使所有电池单元都是在安装前进行过容量匹配检测，但在长期的使用过程中电池单元会因自身放电不一致而导致电池单元之间的容量不一致，间接表现出电压不一致，因此，需要通过均衡电路进行均衡，以实现多组电池单元的电压一致，否则导致多组电池单元的容量也不一致。整体电池组的总容量取决于最低电压的电芯组，故导致不能放出全部能量，并且还会进一步恶化，最低电压的电池单元由于长期处于满放状态，寿命衰减加快，从而降低了整组电池的寿命。所以实时监测每节锂离子电池的电压变得非常有必要。通过对每一节锂离子电池的电压进行实时监测，可以在对串联电池组充电时有的放矢，保证整个电池组的平衡。

在现有技术中电池单元均衡电路是采用一个耗能电阻和一个控制开关串联，然后与单节电池单元并联连接。例如图1所示，其为现有技术中一电池单元均衡电路的结构框图，所述电池单元均衡电路包括具有六个电池10_1～10_6的电池单元10、具有六个开关20_1～20_6的开关单元20以及具有六个耗能电阻30_1～30_6的耗能电阻单元30，其中一个耗能电阻和一个控制开关串联，然后与对应的电池并联连接。如果其中某个电池单元的电压过高，就闭合相应的控制开关，通过耗能电阻消耗其能量，从而达到所有的电芯组电压一致的效果。例如，其中第二电池10_2电压过高，则闭合第二开关20_2，使第二耗能电阻30_2消耗第二电池10_2的能量，使第二电池10_2电压降低。然而，上述均衡电路是一种耗能型的，所有均衡掉的能量都要通过耗能电阻转化为热量散发掉，这样会导致整个电池组的温度升高，降低了整个电池系统的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电池模块均衡电路，以提高电池单元系统的均衡效率、稳定性和可靠性。

为解决上述问题，本实用新型提供一种电池模块均衡电路，包括由若干个电池串联连接形成的电池模块，还包括：电容，所述若干个电池分别与所述电容连接；若干组单控开关单元，所述单控开关单元的数量等于所述电池的数量，每组所述单控开关单元对应连接于一个电池与所述电容之间；总控开关单元，所述总控开关单元连接于所述电池模块与所述电容之间。

进一步的，每组所述单控开关单元包括两个开关，每组单控开关单元的第一个开关连接于所述对应电池的正极和所述电容的第一极之间，每组单控开关单元的第二个开关连接于所述对应电池的负极和所述电容的第二极之间。

进一步的，所述总控开关单元包括两个开关，所述总控开关单元的第一个开关连接于所述电池模块的正极和所述电容的第一极之间，所述总控单元的第二个开关连接于所述电池模块的负极和所述电容的第二极之间。

进一步的，还包括检测单元和选通单元，其中，所述检测单元接收所述若干个电池的参数信号，并向所述选通单元发出结果信号；所述选通单元接收所述结果信号，并向所述若干组单控开关单元和总控开关单元发出开合控制信号。其中，所述若干电池的参数信号为电压信号。

进一步的，所述若干个电池与所述电容连接方式为并联连接。

进一步的，所述单控开关单元为模拟开关，所述总控开关单元的开关为模拟开关。

本实用新型还提供一种电池模块均衡电路，包括若干电池单元串联形成的电池模块，每个所述电池单元包括若干个电池，还包括：电容，所述若干个电池单元分别与所述电容连接；若干组单控开关单元，所述开关单元的数量等于所述电池单元的数量，每组所述单控开关单元对应连接于一个电池单元与所述电容之间；还包括总控开关单元，所述总控开关单元连接于所述电池模块与所述电容之间。

进一步的，每组所述单控开关单元包括两个开关，每组单控开关单元的第一个开关连接于所述对应电池单元的正极和所述电容的第一极之间，每组单控开关单元的第二个开关连接于所述对应电池单元的负极和所述电容的第二极之间。

进一步的，所述总控开关单元包括两个开关，所述总控开关单元的第一个开关连接于所述电池模块的正极和所述电容的第一极之间，所述总控单元的第二个开关连接于所述电池模块的负极和所述电容的第二极之间。

进一步的，还包括检测单元和选通单元，其中，所述检测单元接收所述若干个电池单元的参数信号，并向所述选通单元发出结果信号；所述选通单元接收所述结果信号，并向所述若干组单控开关单元和总控开关单元发出开合控制信号。其中，所述若干电池的参数信号为电压信号。

进一步的，所述若干个电池单元与所述电容连接方式为并联连接。

进一步的，所述单控开关单元的开关为模拟开关，所述总控开关单元的开关为模拟开关。

与现有技术相比，本实用新型的电池模块均衡电路使用电容，能够将电压值最高的电池的部分能量通过电容转移至电压值最低的电池，从而实现整个电池单元的均衡效率，也能够将整个电池模块中的能量转移到电压值较低的单体电池中，提高整个电池系统的可靠性，且在能量转移过程中减少能量损耗，降低了整个电池单元升温，提高系统的可靠性。

附图说明

图1为现有技术中一电池单元均衡电路的结构框图。

图2为本实用新型一实施例中电池模块均衡电路的结构框图

图3为本实用新型另一实施例中电池模块均衡电路的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。

其次，本实用新型利用示意图进行了详细的表述，在详述本实用新型实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定。

实施例一

本实用新型提供一种电池模块均衡电路，包括由若干个电池串联连接形成的电池单元，其特征在于，还包括：电容，所述若干个电池分别与所述电容连接；若干组单控开关单元，所述单控开关单元的数量等于所述电池的数量，每组所述单控开关单元对应连接于一个电池与所述电容之间；总控开关单元，所述总控开关单元连接于所述电池模块与所述电容之间。

可以理解的是，电池模块可以包括任意数量的电池，本实施例以六个电池为例，只是为了方便描述本实用新型。

图2为本实用新型一实施例中电池模块均衡电路的结构框图，如图2所示，电池模块均衡电路包括六个电池100_1～100_6串联形成的电池模块100、电容300以及六组单控开关单元200_1～200～6的开关组200，其中六个电池100_1～100_6分别与所述电容300连接，所述单控开关单元200_1～200～6也是六个，数量上等于所述电池100_1～100_6的数量，每组所述单控开关单元200对应连接于一个电池100_1～100_6与所述电容300之间，所述总控开关单元201连接于所述电池模块100与所述电容300之间。所述若干个电池100_1～100_6与所述电容300连接方式为并联连接。

如图2所示，每组所述单控开关单元200包括两个开关，例如第一组单控开关单元200_1包括两个开关200_1a和200_1b，其中第一个开关200_1a连接于所述对应电池100_1的正极和所述电容300的第一极之间，第二个开关200_1b连接于所述对应电池100_1的负极和所述电容300的第二极之间。对应的，第二组单控开关单元200_2包括两个开关200_2a和200_2b，其中第一个开关200_2a连接于所述对应电池100_2的正极和所述电容300的第一极之间，第二个开关200_2b连接于所述对应电池100_2的负极和所述电容300的第二极之间。第三组单控开关单元200_3～第六组单控开关单元200_4以此类推。每个单控开关单元200_1～200_6中的两个开关都是同时断开和闭合。

所述总控开关单元201包括两个开关201a和201b，所述总控开关单元201的第一个开关201a连接于所述电池模块100的正极和所述电容300的第一极之间，所述总控开关单元的第二个开关201b连接于所述电池模块100的负极和所述电容300的第二极之间。所述总控开关单元201的两个开关同时断开和闭合。

所述单控开关单元200_1～200_6和所述总控开关单元201还可以采用模拟开关，例如电压可控导通的晶体管等。

电池模块均衡电路还包括检测单元400和选通单元500，其中，所述检测单元400接收所述电池模块100的参数信号，并向所述选通单元500发出结果信号；所述选通单元500接收所述结果信号，并向所述若干组单控开关单元200_1～200_6和总控开关单元201组成的开关组200发出开合控制信号。

所述检测单元400用于检测电池模块100中若干个电池100_1～100_6的参数信号，在本实施例中若干个电池100_1～100_6的参数信号以电压信号作为均衡目标参数，然而如本领域普通技术人员所理解的，本实用新型的电池模块均衡电路参数采用其他参数，例如荷电状态、容量等，作为均衡目标参数来均衡电池的原理与采用电压作为均衡目标参数的原理是相同的。

所述检测单元400接收若干个电池100_1～100_6的电压信号，将检测到的结果信号传递给选通单元500，选通单元500向所述单控开关单元200_1～200_6和总控开关单元201组成的开关组200发出控制信号，例如，所述检测单元400检测到第一个电池100_1的电压最高，并检测到第二个电池100_2的电压最低，则将所述控制信号传递给选通单元500，选通单元500首先控制接通所述第一个电池100_1的单控开关单元200_1，电流由第一个电池100_1流向电容300，由于电容效应，所述电容300的能量由单控开关单元200_1的闭合时间控制，从第一个电池100_1中转移出来的能量被存储在电容300中，一端时间后，控制信号控制断开第一个电池100_1的单控开关单元200_1，闭合第二个电池100_2的单控开关单元200_2，则电容300中的能量转移到第二个电池100_2中，从而实现将最高电压电池的能量转移到最低电压电池的过程。重复上述能量转移过程，直至整个电池模块100的所有电池的电压都一致，从而实现了均衡效率。所述总孔开关单元201与所述单控开关单元200联合工作，能够实现另一种均衡方法：首先闭合总控开关单元201时，将整个电池模块100的总能量给电容300充电，接着，断开所述总控开关单元201后选择闭合电池模块100中电压最低的电池的单控开关单元进行充电，根据实际需要转移能量确定所述总控开关单元201的闭合时间及对应单控开关单元的闭合时间，从而实现将整个电池模块的能量转移到电压值的较低的电池中，多次重复上述能量转移步骤，以实现调节整个电池模块100的总电压。因此，本实用新型的电池模块均衡电路使用电容，能够将电压值最高的电池的部分能量、或整体电池模块中的部分能量通过电容转移至电压值最低的电池，从而实现整个电池模块的均衡效率，也能够将整个电池模块中的能量转移到电压值较低的单体电池中，提高整个电池系统的可靠性，同时，通过电容300转移能量能够减少能量损耗，也降低了整个电池系统的升温，提供了系统的稳定性和可靠性。

本实用新型所述电池单元均衡电路适用于电池的充电过程、放电过程以及空闲状态，其中空闲状态是指既不充电也不放电。

实施例二

相比于实施例一，本实施例中电池模块均衡电路实现结构将实施例一中每个电池替换为包括若干电池的电池单元，从而电池模块均衡电路不仅能够对单个电池串联形成的电池模块实现单个电池之间的电压均衡，还能够对由多个电池组成的电池单元串联形成的电池模块实现电池单元之间的均衡。

在本实施例中，所述电池模块均衡电路，包括若干电池单元串联形成的电池模块，每个所述电池单元包括若干个电池，还包括：电容，所述若干个电池单元分别与所述电容连接；若干组单控开关单元，所述开关单元的数量等于所述电池单元的数量，每组所述单控开关单元对应连接于一个电池单元与所述电容之间；还包括总控开关单元，所述总控开关单元连接于所述电池模块与所述电容之间。

图3为本实用新型另一实施例中电池模块均衡电路的结构框图，如图2所示，电池模块均衡电路包括六个电池单元101_1～101_6串联形成的电池模块101、电容300以及六组单控开关单元200_1～200～6的开关组200，其中六个电池单元101_1～101_6分别与所述电容300连接，所述单控开关单元200_1～200～6也是六个，数量上等于所述电池单元101_1～101_6的数量，每组所述单控开关单元200_1～200～6对应连接于一个电池单元101_1～101_6与所述电容300之间，所述总控开关单元201连接于所述电池模块101与所述电容300之间。其中，每个电池单元都包括若干个电池，在本实施例中，能够对包括若干个电池的电池单元之间进行能量转移，将电压值较高的电池单元的能量整体转移到电压值较低的电池单元，从而提高电池模块的整体可靠性。

如图3所示，每组所述单控开关单元200_1～200～6包括两个开关，例如第一组单控开关单元200_1包括两个开关200_1a和200_1b，其中第一个开关200_1a连接于所述对应电池单元101_1的正极和所述电容300的第一极之间，第二个开关200_1b连接于所述对应电池单元101_1的负极和所述电容300的第二极之间。对应的，第二组单控开关单元200_2包括两个开关200_2a和200_2b，其中第一个开关200_2a连接于所述对应电池单元101_2的正极和所述电容300的第一极之间，第二个开关200_2b连接于所述对应电池单元101_2的负极和所述电容300的第二极之间。第三组单控开关单元200_3～第六组单控开关单元200_4以此类推。每个单控开关单元200_1～200_6中的两个开关都是同时断开和闭合。

所述总控开关单元201包括两个开关201a和201b，所述总控开关单元201的第一个开关201a连接于所述电池模块101的正极和所述电容300的第一极之间，所述总控开关单元的第二个开关201b连接于所述电池模块101的负极和所述电容300的第二极之间。所述总控开关单元201的两个开关同时断开和闭合。所述总控开关单元201能够实现对整个电池单元200的总电压给电容300充电，从而实现调节整个电池模块101的总电压。

电池模块均衡电路还包括检测单元400和选通单元500，其中，所述检测单元400接收所述电池模块101的参数信号，并向所述选通单元500发出结果信号；所述选通单元500接收所述结果信号，并向所述若干组单控开关单元200_1～200_6和总控开关单元201组成的开关组200发出开合控制信号。

所述检测单元400用于检测电池模块101中若干个电池单元101_1～101_6的参数信号，在本实施例中若干个电池单元101_1～101_6的参数信号以电压信号作为均衡目标参数，然而如本领域普通技术人员所理解的，本实用新型的电池模块均衡电路参数采用其他参数，例如荷电状态、容量等，作为均衡目标参数来均衡电池的原理与采用电压作为均衡目标参数的原理是相同的。

所述检测单元400接收若干个电池单元101_1～101_6的电压信号，将检测到的结果信号传递给选通单元500，选通单元500向所述单控开关单元200_1～200_6和总控开关单元201组成的开关组200发出控制信号，例如，所述检测单元400检测到第一个电池单元101_1的电压最高，并检测到第二个电池单元101_2的电压最低，则将所述控制信号传递给选通单元500，选通单元500首先控制接通所述第一个电池单元101_1的单控开关单元200_1，电流由第一个电池单元101_1流向电容300，由于电容效应，电流随时间线性减小，所述电容300的能量由单控开关单元200_1的闭合时间控制，从第一个电池单元101_1中转移出来的能量被存储在电容300中，一端时间后，控制信号控制断开第一个电池单元101_1的单控开关单元200_1，闭合第二个电池单元101_2的单控开关单元200_2，则电容中的能量转移到第二个电池单元101_2中，从而实现将最高电压电池的能量转移到最低电压电池的过程。重复上述能量转移过程，直至整个电池模块101的所有电池单元的电压都一致，从而实现了均衡效率。所述总孔开关单元201与所述单控开关单元200联合工作，能够实现另一种均衡方法：首先闭合总控开关单元201时，将整个电池模块100的总能量给电容300充电，接着，断开所述总控开关单元201后选择闭合电池模块100中电压最低的电池单元对应的单控开关单元进行充电，根据实际需要转移能量确定所述总控开关单元201的闭合时间及对应单控开关单元的闭合时间，从而实现将整个电池模块的能量转移到电压值的较低的电池中，多次重复上述能量转移步骤，以实现调节整个电池模块100的总电压。因此，本实用新型的电池模块均衡电路使用电容，能够将电压值最高的电池的部分能量、或整体电池模块中的部分能量通过电容转移至电压值最低的电池，从而实现整个电池模块的均衡效率，也能够将整个电池模块中的能量转移到电压值较低的单体电池中，提高整个电池系统的可靠性，同时，通过电容300转移能量能够减少能量损耗，也降低了整个电池系统的升温，提供了系统的稳定性和可靠性。

本实用新型所述电池模块均衡电路适用于电池的充电过程、放电过程以及空闲状态，其中空闲状态是指既不充电也不放电。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电池模块均衡电路，包括由若干个电池串联连接形成的电池模块，其特征在于，还包括：

电容，所述若干个电池的正极与所述电容的第一极连接，所述若干电池的负极与所述电容的第二极连接；

若干组单控开关单元，所述单控开关单元的数量等于所述电池的数量，每组所述单控开关单元包括两个开关，每组单控开关单元的第一个开关连接于所述对应电池的正极和所述电容的第一极之间，每组单控开关单元的第二个开关连接于所述对应电池的负极和所述电容的第二极之间；以及

总控开关单元，所述总控开关单元包括两个开关，所述总控开关单元的第一个开关连接于所述电池模块的正极和所述电容的第一极之间，所述总控单元的第二个开关连接于所述电池模块的负极和所述电容的第二极之间。

2.如权利要求1所述的电池模块均衡电路，其特征在于，还包括检测单元和选通单元，其中，

所述检测单元接收所述电池模块的若干个电池的电压信号，并向所述选通单元发出结果信号；

所述选通单元接收所述结果信号，并向所述若干组单控开关单元和总控开关单元发出开合控制信号。

3.如权利要求2所述的电池单元主动均衡电路，其特征在于，所述若干电池的参数信号为电压信号。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的电池模块均衡电路，其特征在于，所述单控开关单元的开关为模拟开关。

5.如权利要求1至3中任意一项所述的电池模块均衡电路，其特征在于，所述总控开关单元的开关为模拟开关。

6.一种电池模块均衡电路，包括若干电池单元串联形成的电池模块，每个所述电池单元包括若干个电池，其特征在于，还包括：

电容，所述若干个电池的正极与所述电容的第一极连接，所述若干电池的负极与所述电容的第二极连接；

若干组单控开关单元，所述开关单元的数量等于所述电池单元的数量，每组所述单控开关单元包括两个开关，每组单控开关单元的第一个开关连接于所述对应电池单元的正极和所述电容的第一极之间，每组单控开关单元的第二个开关连接于所述对应电池单元的负极和所述电容的第二极之间；

还包括总控开关单元，所述总控开关单元包括两个开关，所述总控开关单元的第一个开关连接于所述电池模块的正极和所述电容的第一极之间，所述总控单元的第二个开关连接于所述电池模块的负极和所述电容的第二极之间。

7.如权利要求6所述的电池模块均衡电路，其特征在于，还包括检测单元和选通单元，其中，

所述检测单元接收所述若干个电池单元的电压信号，并向所述选通单元发出结果信号；

所述选通单元接收所述结果信号，并向所述若干组单控开关单元和总控开关单元发出开合控制信号。

8.如权利要求6所述的电池单元主动均衡电路，其特征在于，所述若干电池的参数信号为电压信号。

9.如权利要求6至8中任意一项所述的电池模块均衡电路，其特征在于，所述单控开关单元的开关为模拟开关。

10.如权利要求6至8中任意一项所述的电池模块均衡电路，其特征在于，所述总控开关单元的开关为模拟开关。

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