CN103887859A - 一种电池模块自动并联均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池模块自动并联均衡方法，正常输出时，正极动触点与正极输出触点接触，负极动触点与负极输出触点接触，各电池组群依次串联在工作正极与工作负极之间；均衡时，正极动触点与正极均衡触点接触，负极动触点与负极均衡触点接触，各电池组群同时并联在均衡正极与均衡负极之间；电动均衡开关装置可以对电池组群进行自动串并联切换，从而实现电池模块的输出或均衡选择；各电池组群依次串联在工作正极和工作负极之间时，电池模块对外正常供电，工作可靠；各电池组群分别并联在均衡正极和均衡负极之间时，使各电池组群进入自动均衡状态，且电动均衡开关装置动作速度比较快，不会产生动作火花，提高了各电池组群的使用寿命。

Description

一种电池模块自动并联均衡方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电源技术领域，尤其涉及一种电动汽车电池组的均衡方法。

背景技术

随着新能源电动汽车的快速发展，替代传统铅酸蓄电池的新型能源电池（锂电池、镍氢电池等），正逐步在新能源汽车或工程机械上得到应用，但由于电池组是由若干单体电池组成，在装车时采用串联方式以达到汽车的应用电压，新型电池自身所具备的特性和生产过程存在的参数差异，在实际应用过程中，会随着电池充放电次数的增加，每个电池参数的不均衡现象愈加凸显，其结果会造成电池模组的输出容量逐渐降低，虽然目前采用了一些如电路的均衡方法，但是不够理想，电池组的均衡是制约锂电池在实际应用中的一大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使电动汽车电池进行自动均衡的电池组均衡方法。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电池模块自动并联均衡方法，用于控制电池模块内的各电池组群，选择所述电池模块通过工作正极和工作负极输出或通过均衡正极和均衡负极均衡，各所述电池组群分别设有电池组群正极和电池组群负极，所述电池组群连接有电动均衡开关装置，所述电动均衡开关装置内设有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点和负极动触点、成对设置的正极输出触点和负极输出触点、成对设置的正极均衡触点和负极均衡触点；

各所述电池组群正极分别电连接与之对应的所述正极动触点，各所述电池组群负极分别电连接与之对应的所述负极动触点，与所述正极动触点对应布置有所述正极输出触点和所述正极均衡触点，与所述负极动触点对应布置有所述负极输出触点和所述负极均衡触点；各所述电池组群对应的所述正极输出触点和所述负极输出触点串联连接，且首端的所述正极输出触点连接至所述工作正极，尾端的所述负极输出触点连接至所述工作负极；各所述正极均衡触点分别连接至所述均衡正极，各所述负极均衡触点分别连接至所述均衡负极；

正常输出时，成对设置的所述正极动触点和负极动触点同时动作，所述正极动触点与所述正极输出触点接触，所述负极动触点与所述负极输出触点接触，各所述电池组群依次串联在所述工作正极与所述工作负极之间；

均衡时，成对设置的所述正极动触点和负极动触点同时动作，所述正极动触点与所述正极均衡触点接触，所述负极动触点与所述负极均衡触点接触，各所述电池组群同时并联在所述均衡正极与所述均衡负极之间。

作为优选的技术方案，所述电动均衡开关装置包括均衡开关座，所述均衡开关座上安装有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点和负极动触点、成对设置的正极输出触点和负极输出触点、成对设置的正极均衡触点和负极均衡触点；所述正极动触点通过柔性导体连接至电池组群正极，所述负极动触点通过柔性导体连接至电池组群负极；所述正极输出触点之间连接有正极串联导线排，所述正极串联导线排与所述工作正极连接，所述负极输出触点之间连接有负极串联导线排，所述负极串联导线排与所述工作负极连接；所述正极均衡触点之间连接有正极并联导线排，所述正极并联导线排与所述均衡正极连接，所述负极均衡触点之间连接有负极并联导线排，所述负极并联导线排与所述均衡负极连接；所述均衡开关座上安装有绝缘拉杆，所述绝缘拉杆上连接有与所述电池组群数量对应的动触头弹片，所述动触头弹片分别连接至所述正极动触点和所述负极动触点，所述正极动触点和所述负极动触点的外端分别铰接在所述均衡开关座上；所述绝缘拉杆上还安装有拉杆驱动装置；所述拉杆驱动装置连接有电池模块状态指示装置。

作为优选的技术方案，所述拉杆驱动装置包括安装在所述绝缘拉杆端部的拉杆座，所述拉杆座外周套装有抵靠在所述均衡开关座上的复位弹簧；所述拉杆座对应的所述均衡开关座上设有花键孔，所述花键孔内安装有平移花键轴，所述平移花键轴的一端与所述拉杆座固定连接，所述平移花键轴的另一端固定设有平移凸轮，所述平移凸轮的内端面设有凸轮螺旋台；所述均衡开关座上转动安装有套装在所述平移花键轴外的槽轮，所述槽轮的外端面设有槽轮螺旋台，所述槽轮螺旋台与所述凸轮螺旋台对应；所述均衡开关座上转动安装有与所述槽轮对应的拨盘，所述拨盘连接有减速电机。

作为优选的技术方案，所述绝缘拉杆上设有弹片插槽，所述动触头弹片插接在所述弹片插槽内。

作为优选的技术方案，所述凸轮螺旋台包括受力螺旋面和复位垂直面，槽轮螺旋台包括施力螺旋面和限位垂直面。

作为优选的技术方案，所述电池模块状态指示装置包括铰接在所述均衡开关座上的指示杆，所述绝缘拉杆上设有指示杆拨槽，所述指示杆的下端伸入至所述指示杆拨槽内，所述指示杆的上端向所述模块壳体的顶部延伸，所述模块上盖上设有便于观察所述指示杆位置的视窗。

作为优选的技术方案，所述柔性导体为弹性金属片。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：电动均衡开关装置可以对电池组群进行自动串并联切换，从而实现电池模块的输出或均衡选择；各电池组群依次串联在工作正极和工作负极之间时，电池模块对外正常供电，工作可靠；各电池组群分别并联在均衡正极和均衡负极之间时，使各电池组群进入自动均衡状态，且电动均衡开关装置动作速度比较快，不会产生动作火花，大大提高了各电池组群的使用寿命，保证了电池模块的长期供电效果。

附图说明  

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的电路原理图；

图2是本发明实施例多个电池模块连接的电路原理图；

图3是本发明实施例电动均衡开关装置的结构示意图； 

图4是本发明实施例电动均衡开关装置的分解结构示意图； 

图中：1-模块壳体；2-工作正极；3-工作负极；4-均衡正极；5-均衡负极；6-均衡开关座；7-均衡开关盖；8-正极动触点；9-负极动触点；10-正极输出触点；11-负极输出触点；12-正极均衡触点；13-负极均衡触点；14-柔性导体；15-正极串联导线排；16-负极串联导线排；17-正极并联导线排；18-负极并联导线排；19-绝缘拉杆；20-弹片插槽；21-拉杆座；22-复位弹簧；23-平移花键轴；24-平移凸轮；25-凸轮螺旋台；26-槽轮；27-槽轮螺旋台；28-拨盘；29-凸轮盖；30-减速电机；31-滚珠；32-轴承座；33-指示杆；34-指示杆拨槽；35-视窗。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，一种电池模块自动并联均衡方法，用于控制电池模块内的各电池组群，选择所述电池模块通过工作正极2和工作负极3输出或通过均衡正极4和均衡负极5均衡，各所述电池组群分别设有电池组群正极和电池组群负极，所述电池组群连接有电动均衡开关装置，所述电动均衡开关装置内设有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点8和负极动触点9、成对设置的正极输出触点10和负极输出触点11、成对设置的正极均衡触点12和负极均衡触点13。

如图1所示，本实施例的电路连接方式为：各所述电池组群正极分别电连接与之对应的所述正极动触点8，各所述电池组群负极分别电连接与之对应的所述负极动触点9，与所述正极动触点8对应布置有所述正极输出触点10和所述正极均衡触点12，与所述负极动触点9对应布置有所述负极输出触点11和所述负极均衡触点13；各所述电池组群对应的所述正极输出触点10和所述负极输出触点11串联连接，且首端的所述正极输出触点10连接至所述工作正极2，尾端的所述负极输出触点11连接至所述工作负极3；各所述正极均衡触点12分别连接至所述均衡正极4，各所述负极均衡触点13分别连接至所述均衡负极5。

正常输出时，成对设置的所述正极动触点8和负极动触点9同时动作，所述正极动触点8与所述正极输出触点10接触，所述负极动触点9与所述负极输出触点11接触，各所述电池组群依次串联在所述工作正极2与所述工作负极3之间。

均衡时，成对设置的所述正极动触点8和负极动触点9同时动作，所述正极动触点8与所述正极均衡触点12接触，所述负极动触点9与所述负极均衡触点13接触，各所述电池组群同时并联在所述均衡正极4与所述均衡负极5之间。

本实施例可以多个电池模块进行工作输出和均衡，如图2所示。所述正极动触点8和所述负极动触点9为联动触点，以确保电池组群在均衡时，两者动作的一致性。

如图3和图4所示，电动开关式电池模块自动均衡装置，安装在电池模块的模块壳体1内，所述电池模块由至少两组电池组群组成，各电池组群有若干单体电池并联而成，所述模块壳体1上设有工作正极2和工作负极3、均衡正极4和均衡负极5；本实施例用于控制电池模块内的各电池组群，选择电池模块通过工作正极2和工作负极3输出或通过均衡正极4和均衡负极5均衡。

本实施例包括均衡开关座6，均衡开关座6是本装置的安装主体，底端与电池组群的电池组群固定座配合装配，所述均衡开关座6上安装有配合使用的均衡开关盖7，均衡开关座6和均衡开关盖7一起将本装置的各个装置零部件进行封装固定，以方便安装。所述均衡开关座6上安装有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点8和负极动触点9、成对设置的正极输出触点10和负极输出触点11、成对设置的正极均衡触点12和负极均衡触点13；所述正极动触点8通过柔性导体14连接至电池组群正极，所述负极动触点9通过柔性导体14连接至电池组群负极，所述柔性导体14为弹性金属片，具有良好的弹性和柔韧度，以方便其穿设于电动均衡开关装置内的各个部件之间；所述正极输出触点10之间连接有正极串联导线排15，所述正极串联导线排15与所述工作正极2连接，所述负极输出触点11之间连接有负极串联导线排16，所述负极串联导线排16与所述工作负极3连接，实现了将电池组群的电能引出；所述正极均衡触点12之间连接有正极并联导线排17，所述正极并联导线排17与所述均衡正极4连接，所述负极均衡触点13之间连接有负极并联导线排18，所述负极并联导线排18与所述均衡负极5连接，以方便均衡使用；所述均衡开关座6上安装有绝缘拉杆19，所述绝缘拉杆19上连接有与所述电池组群数量对应的动触头弹片，所述动触头弹片的两端分别连接至所述正极动触点8和所述负极动触点9，所述正极动触点8和所述负极动触点9的外端分别铰接在所述均衡开关座6上；所述绝缘拉杆19上还安装有拉杆驱动装置；所述电池组群和所述本装置还分别连接至电池管理系统，电池管理系统（BMS管理系统）为本技术领域内普通技术人员所熟知的现有技术内容，在这里不再赘述。当然，所述电动均衡开关装置也可以设置为继电器等常规控制部件。

电池组群的电源正常输出时由电动均衡开关装置将电池组群串联，均衡时电池管理系统切断电源输出，启动电动均衡开关装置将电池组群并联。完成这个过程是由拉杆驱动装置驱动成对设置的正极动触点8和负极动触点9的动作转换实现的。

如图4所示，所述拉杆驱动装置包括安装在所述绝缘拉杆19端部的拉杆座21，所述拉杆座21外周套装有抵靠在所述均衡开关座6上的复位弹簧22；所述拉杆座21对应的所述均衡开关座6上设有花键孔，所述花键孔内安装有平移花键轴23，所述平移花键轴23的一端通过连接螺栓与所述拉杆座21固定连接，所述平移花键轴23的另一端固定设有平移凸轮24，所述平移凸轮24的内端面设有凸轮螺旋台25；所述均衡开关座6上转动安装有套装在所述平移花键轴23外的槽轮26，所述槽轮26的外端面设有槽轮螺旋台27，所述槽轮螺旋台27与所述凸轮螺旋台25对应，所述凸轮螺旋台25包括受力螺旋面和复位垂直面，槽轮螺旋台27包括施力螺旋面和限位垂直面。所述均衡开关座6上转动安装有与所述槽轮26对应的拨盘28，所述均衡开关座6上可拆卸安装有凸轮盖29，所述凸轮盖29上连接有驱动所述拨盘28的减速电机30，所述减速电机30通过导线连接至所述电池管理系统。

正极动触点8和负极主动触点9前端的绝缘弹片在弹片插槽20和绝缘拉杆19的拉动下，以其尾端作为轴点进行摆动，从而实现动触点与正极输出触点10和负极输出触点11或正极均衡触点12和负极均衡触点13的接通与断开。

拉杆驱动装置的工作过程如下所述：

平移凸轮24通过螺钉与平移花键轴23连接，平移花键轴23与均衡开关座6内设有的花键孔配合，可以实现绝缘拉杆19平行移动，但平移凸轮24不能旋转，而套装在平移凸轮24上的槽轮26是可以旋转的，所述槽轮26一侧安装有轴承座32，所述均衡开关座6上对应所述轴承座32设有滚珠槽，所述滚珠槽与所述轴承座32之间设有滚珠31，以降低槽轮26旋转时的摩擦系数；所述槽轮螺旋台27设置为三个，所述凸轮螺旋台25也相应的设置为三个，两组螺旋凸面分别呈120°均布，所述槽轮26设置为马氏槽轮，且设置为六齿槽轮，当拨盘28旋转一周，拨动槽轮26旋转60°，由于平行凸轮不能旋转，槽轮26上的三个槽轮螺旋台27在槽轮26旋转时，相对与平移凸轮24的三个凸轮螺旋台25的位置会随着槽轮26的旋转发生变化，即槽轮螺旋台27和凸轮螺旋台25的凸面依次实现受力螺旋面与施力螺旋面、限位垂直面与复位垂直面的旋转位置变化，使得平移凸轮24实现平行移动。具体的当槽轮螺旋台27的限位垂直面处于与凸轮螺旋台25的复位垂直面位置配合时，绝缘拉杆19拉动正极动触点8与正极输出触点10、负极动触点9与负极输出触点11分别接触，电池组群实现正常的电压输出；当需要电池均衡时，BMS管理系统发出动作指令，启动减速电机30拖动拨盘28，啮合槽轮26旋转，两组螺旋台面的螺旋面和垂直面的配合位置发生变化，当旋转到两个螺旋台的两个垂直面脱离时，绝缘拉杆19在复位弹簧22的作用下联动，由于两个螺旋面的高度的降低，平移凸轮24实现瞬间快速移动，绝缘拉杆19拨动正极动触点8与正极输出触点10、负极动触点9与负极输出触点11分别释放，且正极动触点8与正极均衡触点12、负极动触点9与负极均衡触点13分别闭合，槽轮26完成了一周的旋转动作后停止，此时每个电池组群的正负极分别处于并联状态，其电位都处于一个水平，这样就实现了电池的参数均衡。当然，所述电动均衡开关装置也可以设置为继电器等常规控制部件。

当电池在需要均衡时，BMS管理系统首先切断电池组群的电源输出，在没有电流输出的状态下实现电池均衡的，此时的输出是零电位，在正极动触点8与正极输出触点10断开、与正极均衡触点12接触的瞬间，负极动触点9与负极输出触点11断开、与负极均衡触点13接触的瞬间不会产生动作火花，但是此时每个电池组群的参数并不一致，现有技术的电池组群在均衡时（电池组群并联时）会有大电流瞬间从高电位流向低电位，触点在闭合时会产生放电火花，进而烧蚀触点影响电池组群的工作寿命，而本实施例在均衡工作状态时，绝缘拉杆19在复位弹簧22的作用下实现的快速动作，实现了触点的瞬间切换，均衡结束，BMS管理系统发出指令，减速电机30拖动拨盘28旋转，拨盘28啮合槽轮26旋转，绝缘拉杆19拨动正极动触点8和负极动触点9转换到正常电源输出，此时由于电源输出处于切断状态，因此正极动触点8和负极动触点9在动作时不会产生火花，当完成输出状态转换后，BMS管理系统接控制通电池组群的电源输出，使本装置处于正常工作的状态，进而消除了上述工作寿命短的缺陷。

本实施例中槽轮26的旋转是由拨盘28啮合旋转实现，而拨盘28的旋转是由减速电机30拖动的，减速电机30的旋转则是由BMS管理系统控制实现的，通过设置BMS管理系统每发出一个程序控制指令，减速电机30拖动拨盘28旋转一周，从而实现了电池组群的正常输出和均衡转换。

如图4所示，所述拉杆驱动装置连接有电池模块状态指示装置，所述电池模块状态指示装置包括通过转轴铰接在所述均衡开关座6上的指示杆33，所述绝缘拉杆19上设有指示杆拨槽34，所述指示杆33的下端伸入至所述指示杆拨槽34内，所述指示杆33的上端向所述模块壳体1的顶部延伸，所述模块上盖上设有便于观察所述指示杆33位置的视窗35。当绝缘拉杆19移动时，拖动指示杆33绕转轴实现摆动，通过模块上盖的透明视窗35，可以观察电池组群是处于电源输出状态还是在均衡状态，这在电池组群安装时是非常必要的。

本实施例仅提供了单个电池模块的技术方案，实际应用中，可以根据电动车辆的电压和容量的要求，分别将多个电池模块组合在一起，同时将各电池模块通过工作正极和工作负极串联在一起，并将各电池模块通过均衡正极和均衡负极并联在一起，这样就可以实现多个电池模块共同工作和均衡。所述模块上盖上还设有便于与所述电池管理系统连接的通讯接口，当然该通讯接口根据电动汽车结构的不同，可以设置在如模块箱体上等其他位置，电池管理系统可以安装在电动汽车的驾驶室或其它位置，本实施例的附图中并未显示。

本实施例电动均衡开关装置可以对电池组群进行自动串并联切换，从而实现电池模块的输出或均衡选择；各电池组群依次串联在工作正极和工作负极之间时，电池模块对外正常供电，工作可靠；各电池组群分别并联在均衡正极和均衡负极之间时，使各电池组群进入自动均衡状态，且电动均衡开关装置动作速度比较快，不会产生动作火花，大大提高了各电池组群的使用寿命，保证了电池模块的长期供电效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种电池模块自动并联均衡方法，用于控制电池模块内的各电池组群，选择所述电池模块通过工作正极和工作负极输出或通过均衡正极和均衡负极均衡，各所述电池组群分别设有电池组群正极和电池组群负极，所述电池组群连接有电动均衡开关装置，所述电动均衡开关装置内设有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点和负极动触点、成对设置的正极输出触点和负极输出触点、成对设置的正极均衡触点和负极均衡触点；其特征在于，

各所述电池组群正极分别电连接与之对应的所述正极动触点，各所述电池组群负极分别电连接与之对应的所述负极动触点，与所述正极动触点对应布置有所述正极输出触点和所述正极均衡触点，与所述负极动触点对应布置有所述负极输出触点和所述负极均衡触点；各所述电池组群对应的所述正极输出触点和所述负极输出触点串联连接，且首端的所述正极输出触点连接至所述工作正极，尾端的所述负极输出触点连接至所述工作负极；各所述正极均衡触点分别连接至所述均衡正极，各所述负极均衡触点分别连接至所述均衡负极；

正常输出时，成对设置的所述正极动触点和负极动触点同时动作，所述正极动触点与所述正极输出触点接触，所述负极动触点与所述负极输出触点接触，各所述电池组群依次串联在所述工作正极与所述工作负极之间；

均衡时，成对设置的所述正极动触点和负极动触点同时动作，所述正极动触点与所述正极均衡触点接触，所述负极动触点与所述负极均衡触点接触，各所述电池组群同时并联在所述均衡正极与所述均衡负极之间。

2.如权利要求1所述的一种电池模块自动并联均衡方法，其特征在于，所述电动均衡开关装置包括均衡开关座，所述均衡开关座上安装有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点和负极动触点、成对设置的正极输出触点和负极输出触点、成对设置的正极均衡触点和负极均衡触点；所述正极动触点通过柔性导体连接至电池组群正极，所述负极动触点通过柔性导体连接至电池组群负极；所述正极输出触点之间连接有正极串联导线排，所述正极串联导线排与所述工作正极连接，所述负极输出触点之间连接有负极串联导线排，所述负极串联导线排与所述工作负极连接；所述正极均衡触点之间连接有正极并联导线排，所述正极并联导线排与所述均衡正极连接，所述负极均衡触点之间连接有负极并联导线排，所述负极并联导线排与所述均衡负极连接；所述均衡开关座上安装有绝缘拉杆，所述绝缘拉杆上连接有与所述电池组群数量对应的动触头弹片，所述动触头弹片分别连接至所述正极动触点和所述负极动触点，所述正极动触点和所述负极动触点的外端分别铰接在所述均衡开关座上；所述绝缘拉杆上还安装有拉杆驱动装置；所述拉杆驱动装置连接有电池模块状态指示装置。

3.如权利要求2所述的一种电池模块自动并联均衡方法，其特征在于，所述拉杆驱动装置包括安装在所述绝缘拉杆端部的拉杆座，所述拉杆座外周套装有抵靠在所述均衡开关座上的复位弹簧；所述拉杆座对应的所述均衡开关座上设有花键孔，所述花键孔内安装有平移花键轴，所述平移花键轴的一端与所述拉杆座固定连接，所述平移花键轴的另一端固定设有平移凸轮，所述平移凸轮的内端面设有凸轮螺旋台；所述均衡开关座上转动安装有套装在所述平移花键轴外的槽轮，所述槽轮的外端面设有槽轮螺旋台，所述槽轮螺旋台与所述凸轮螺旋台对应；所述均衡开关座上转动安装有与所述槽轮对应的拨盘，所述拨盘连接有减速电机。

4.如权利要求2所述的一种电池模块自动并联均衡方法，其特征在于，所述绝缘拉杆上设有弹片插槽，所述动触头弹片插接在所述弹片插槽内。

5.如权利要求3所述的一种电池模块自动并联均衡方法，其特征在于，所述凸轮螺旋台包括受力螺旋面和复位垂直面，槽轮螺旋台包括施力螺旋面和限位垂直面。

6.如权利要求3所述的一种电池模块自动并联均衡方法，其特征在于，所述电池模块状态指示装置包括铰接在所述均衡开关座上的指示杆，所述绝缘拉杆上设有指示杆拨槽，所述指示杆的下端伸入至所述指示杆拨槽内，所述指示杆的上端向所述模块壳体的顶部延伸，所述模块上盖上设有便于观察所述指示杆位置的视窗。

7.如权利要求3至6任一权利要求所述的一种电池模块自动并联均衡方法，其特征在于，所述柔性导体为弹性金属片。

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