CN103138314A

CN103138314A - 一种电池电量均衡电路及电池系统

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Publication number: CN103138314A
Application number: CN2011103890482A
Authority: CN
Inventors: 葛伟国
Original assignee: DONGGUAN POWERWISE NEW ENERGY Co Ltd
Current assignee: Dongguan Powerwise Technology Co ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN103138314B

Abstract

本发明公开了一种电池系统，包括：多个电池；多个电容，分别对应于一电池；第一开关系统，分别将每一电容与对应的电池并联连接；第二开关系统，将多个电容并联连接。本发明进一步公开了一种电池电量均衡电路。通过以上方式，本发明所提供的电池电量均衡电路及电池系统利用多个电容在开关系统的控制下对多个电池进行电量均衡，可在大容量、高电压的场合下仍保持较低的能量损耗，具有低能耗、高效率的优点。

Description

一种电池电量均衡电路及电池系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池电量均衡电路及电池系统。

背景技术

目前电动汽车动力电池一般由多节较大容量电池单体串联而成，理想电池组中各单体的工作电压、实际容量都一致，但实际的电池组在出厂时很难保持所有电池单体完全一致，而且随着电池组充放电次数的增加，电池组内电池单体的不一致性将逐渐增大。研究表明，在生产过程中，工艺和材料的问题使得电池之间的活性物质、隔膜、电解液等存在微小差异，在电池组充放电过程中，容量小的或内阻高的单体容易产生过冲、过放，而容量较大的单体容易产生欠充欠放，更加导致电池单体间的不一致，即不均衡。

在不断的充放电循环中，电池组的不均衡现象进一步加大，进入恶性循环。在动力电池组应用中，由于存在“木桶效应”，即电池组的特性由最差的电池决定，一组由寿命为2500次充放电寿命的电池单体组成的电池组，在完全没有均衡控制并且充电时无过充的情况下，实际使用寿命只有300次。电池的不均衡性将直接导致电池组寿命缩短、不安全性增加，使得动力电池组成为动汽车产业化、市场化的瓶颈。

正是由于锂离子动力电池组串联使用时容量不均衡的问题大大限制其广泛应用，因而加入均衡电路是有效的解决方法。尤其是对于大容量的锂电池组，价格昂贵，更是需要有效可靠的均衡电路与均衡策略。

均衡电路的研究随着电池的广泛使用早就已经起步，现有技术中的电池电路均衡方法主要是利用分流电阻来进行的，该方法简单可靠，是工业界常用的均衡方法，因此，在小容量、低电压的应用场合，电阻分流法因为其实现简单、成本低廉成为最主流的方案。

但现有技术中的电阻分流法由于采用电阻进行电量均衡，因此能耗很大，明显存在效率较低的缺点，在大容量、高电压的场合，电阻分流法显然是不可取的。

因此，亟需提供一种电池电量均衡电路及电池系统以解决上述问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电池电量均衡电路及电池系统，以解决上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电池系统，包括：多个电池；多个电容，分别对应于一电池；第一开关系统，分别将每一电容与对应的电池并联连接；第二开关系统，将多个电容并联连接。

其中，第一开关系统包括多个第一开关以及多个第二开关，每一第一开关与每一第二开关分别对应于一电池以及一电容，每一第一开关选择性连接对应的电池的正极与对应的电容的第一极板，每一第二开关选择性连接对应的电池的负极与对应的电容的第二极板。

其中，每一第一开关的第一端连接对应的电池的正极，每一第一开关的第二端连接对应的电容的第一极板，每一第二开关的第一端连接对应的电池的负极，每一第二开关的第二端连接对应的电容的第二极板。

其中，第二开关系统包括多个第三开关以及多个第四开关，每一第三开关与每一第四开关对应于一电容，并且每一第三开关的第一端与对应的电容的第一极板连接，每一第四开关的第一端与对应的电容的第二极板连接，并且多个第三开关的第二端相互连接，多个第四开关的第二端相互连接。

其中，在第一开关以及第二开关闭合，且第三开关以及第四开关打开时，电池与对应的电容并联连接，在第一开关以及第二开关打开，且第三开关以及第四开关闭合时，电容并联连接。

为解决上述技术问题，本发明采用的另外一个技术方案是：提供一种电池电量均衡电路，用于对多个电池进行电量均衡，均衡装置包括：多个电容，分别对应于一电池；第一开关系统，分别将每一电容与对应的电池并联连接；第二开关系统，将多个电容并联连接。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明所提供的电池电量均衡电路及电池系统利用多个电容在开关系统的控制下对多个电池进行电量均衡，可在大容量、高电压的场合下仍保持较低的能量损耗，具有低能耗、高效率的优点。

附图说明

图1是根据本发明实施例的电池系统的电路结构示意图。

具体实施方式

请参见图1，图1是根据本发明实施例的电池系统的电路结构示意图。

如图1所示，根据本发明实施例的电池系统，包括：多个电池 101、102、103、多个电容104、105、106、第一开关系统120以及第二开关系统130。其中多个电容104、105、106分别对应于电池101、102、103。第一开关系统120分别将每一电容104、105、106与对应的电池101、102、103并联连接；第二开关系统130将多个电容104、105、106并联连接。

值得注意的是，如图1所示，多个电池101、102、103串联连接，但，其仅为本发明之一优选实施方式，在本发明的其他实施例中，多个电池可以并联、混联等方式连接，本发明对此并不作具体限定。

其中，第一开关系统120包括多个第一开关107、108、109以及多个第二开关110、111、112，第二开关系统130包括多个第三开关113、114、115以及多个第四开关116、117、118。

具体而言，第一开关107以及第二开关110对应于电池101以及电容104，第一开关107可选择性连接电池101的正极1011以及电容104的第一极板1041，第二开关110可选择性连接电池101的负极1012与电容104的第二极板1042。其中，第一开关107的第一端1071连接电池101的正极1011，第一开关107的第二端1072连接电容104的第一极板1041，第二开关110的第一端1101连接电池101的负极1012，第二开关110的第二端1102连接电容104的第二极板1042。第三开关113与第四开关116对应于电容104，其中第三开关113的第一端1131与电容104的第一极板1041连接，第四开关116的第一端1161与电容104的第二极板1042连接。

同理，第一开关108以及第二开关111对应于电池102以及电容105，第一开关108可选择性连接电池102的正极1021以及电容105的第一极板1051，第二开关111可选择性连接电池102的负极1022与电容105的第二极板1052。其中，第一开关108的第一端1081连接电池102的正极1021，第一开关108的第二端1082连接电容105的第一极板1051，第二开关111的第一端1111连接电池102的负极1022，第二开关111的第二端1112连接电容105的第二极板1052。第三开关114与第四开关117对应于电容105，其中第三开关114的第一端1141与电容105的第一极板1051连接，第四开关117的第一端1171与电容105的第二极板1052连接。

第一开关109以及第二开关112对应于电池103以及电容106，第一开关109可选择性连接电池103的正极1031以及电容106的第一极板1061，第二开关112可选择性连接电池103的负极1032与电容106的第二极板1062。其中，第一开关109的第一端1091连接电池103的正极1031，第一开关109的第二端1092连接电容106的第一极板1061，第二开关112的第一端1121连接电池103的负极1032，第二开关112的第二端1122连接电容106的第二极板1062。第三开关115与第四开关118对应于电容106，其中第三开关115的第一端1151与电容106的第一极板1061连接，第四开关118的第一端1181与电容106的第二极板1062连接。

此外，第三开关113的第二端1132、第三开关114的第二端1142以及第三开关115的第二端1152相互连接，第四开关116的第二端1162、第四开关117的第二端1172以及第四开关118的第二端1182相互连接。

因此，系统启动后，当第一开关107、108、109以及第二开关110、111、112闭合，第三开关113、114、115以及第四开关116、117、118打开时，电池101与电容104并联，电池102与电容105并联，电池103与电容106并联。此时，电池101可对电容104充电，电池102对电容105充电，电池103对电容106充电，使得电池101、102、103的一部分电量分别转移到电容104、105、106。

当第一开关107、108、109以及第二开关110、111、112打开，第三开关113、114、115以及第四开关116、117、118闭合时，电容104、105、106之间分别并联在一起，组成并联电容电路，在并联电容电路中，若电容104、105、106之间的电量不相等，则会发生电量迁移，从存储有大电量的电容向存储有小电量的电容转移电量，并最后达到电量均衡，即每一电容所存储的电量相等。值得注意的是，在本实施例中，电容104、105、106优选为具有相同电容值。

在电容104、105、106之间达到电量均衡之后，可闭合第一开关107、108、109以及第二开关110、111、112，打开第三开关113、114、115以及第四开关116、117、118，使得达到电量均衡后的电容104、105、106分别重新与电池101、102、103并联，而在电容104与电池101并联，电容105与电池102并联，以及电容106与电池103并联之后，电容101根据自身存储的电量对电池101进行充放电，电容105根据自身存储的电量对电池102进行充放电，电容106根据自身存储的电量对电池103进行充放电，进而实现了电池101、102、103之间的电量转移。如此反复，则可以使得电池101、102、103之间的电量保持在均衡状态。

值得注意的是，在以上实施例中，通过统一控制第一开关系统120以及第二开关系统130内的开关的打开闭合状态可对多个电池进行电量均衡处理，但在本发明的其他实施方式中，也可以根据需要对电池组中的任意数量的电池进行电量均衡，如参见图1，可根据需要对电池101与电池103进行电量均衡处理，本发明对此并不作具体限定。

另外，为了便于说明，图1中仅绘示出三个电池101、102、103、三个电容104、105、106及相应的开关，但是，在实际应用中，可设置多个电池及与电池一一对应的电容，本发明对此亦不作具体限定。

另外，本发明所揭示的第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关为受控开关，其可优选为继电器或模拟开关。

本发明进一步揭示一种电池电量均衡电路，其可包括以上所揭示的多个电容104、105、106、第一开关系统120以及第二开关系统130，可用于对多个电池101、102、103进行电量均衡。

因此，本发明提供了一种电池电量均衡电路及电池系统，其利用多个电容在开关系统的控制下对多个电池进行电量均衡，可在大容量、高电压的场合下仍保持较低的能量损耗，具有低能耗、高效率的优点。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种电池系统，其特征在于，包括：

多个电池；

多个电容，分别对应于一所述电池；

第一开关系统，分别将每一所述电容与对应的所述电池并联连接；

第二开关系统，将所述多个电容并联连接。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述第一开关系统包括多个第一开关以及多个第二开关，每一所述第一开关与每一所述第二开关分别对应于一所述电池以及一所述电容，每一所述第一开关选择性连接对应的所述电池的正极与对应的所述电容的第一极板，每一所述第二开关选择性连接对应的所述电池的负极与对应的所述电容的第二极板。

3.根据权利要求2所述的电池系统，其特征在于，每一所述第一开关的第一端连接对应的所述电池的正极，每一所述第一开关的第二端连接对应的所述电容的第一极板，每一所述第二开关的第一端连接对应的所述电池的负极，每一所述第二开关的第二端连接对应的所述电容的第二极板。

4.根据权利要求3所述的电池系统，其特征在于，所述第二开关系统包括多个第三开关以及多个第四开关，每一所述第三开关与每一所述第四开关对应于一所述电容，并且每一所述第三开关的第一端与对应的所述电容的第一极板连接，每一所述第四开关的第一端与对应的所述电容的第二极板连接，并且所述多个第三开关的第二端相互连接，所述多个第四开关的第二端相互连接。

5.根据权利要求4所述的电池系统，其特征在于，在所述第一开关以及所述第二开关闭合，且所述第三开关以及所述第四开关打开时，所述电池与对应的所述电容并联连接，在所述第一开关以及所述第二开关打开，且所述第三开关以及所述第四开关闭合时，所述电容并联连接。

6.一种电池电量均衡电路，用于对多个电池进行电量均衡，其特征在于，所述均衡装置包括：

多个电容，分别对应于一所述电池；

第二开关系统，将所述多个电容并联连接。

7.根据权利要求6所述的电池电量均衡电路，其特征在于，所述第一开关系统包括多个第一开关以及多个第二开关，每一所述第一开关与每一所述第二开关分别对应于一所述电池以及一所述电容，每一所述第一开关选择性连接对应的所述电池的正极与对应的所述电容的第一极板，每一所述第二开关选择性连接对应的所述电池的负极与对应的所述电容的第二极板。

8.根据权利要求7所述的电池电量均衡电路，其特征在于，每一所述第一开关的第一端连接对应的所述电池的正极，每一所述第一开关的第二端连接对应的所述电容的第一极板，每一所述第二开关的第一端连接对应的所述电池的负极，每一所述第二开关的第二端连接对应的所述电容的第二极板。

9.根据权利要求7所述的电池电量均衡电路，其特征在于，所述第二开关系统包括多个第三开关以及多个第四开关，每一所述第三开关与每一所述第四开关对应于一所述电容，并且每一所述第三开关的第一端与对应的所述电容的第一极板连接，每一所述第四开关的第一端与对应的所述电容的第二极板连接，并且所述多个第三开关的第二端相互连接，所述多个第四开关的第二端相互连接。

10.根据权利要求9所述的电池电量均衡电路，其特征在于，在所述第一开关以及所述第二开关闭合，且所述第三开关以及所述第四开关打开时，所述电池与对应的所述电容并联连接，在所述第一开关以及所述第二开关打开，且所述第三开关以及所述第四开关闭合时，所述电容并联连接。