CN106786927A - 一种被动均衡失效保护电路和一种电池组 - Google Patents

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田云芳
周长文
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Abstract

本发明涉及一种被动均衡失效保护电路和一种电池组，该电池组包括至少两个单体电池，各单体电池的两端并联有被动均衡失效保护电路，该保护电路上串设有控制开关、均衡电阻和具有设定导通压降的器件。当控制开关无法断开时，均衡电阻持续消耗单体电池的电能，但是，由于串设的器件具有一定的导通压降，使得单体电池在电压降到该导通压降时，该器件就不再导通，使单体电池的电压不低于安全值，避免单体电池过放，避免对单体电池及整个电池组的正常使用和安全运行造成影响，防止系统出现更严重的故障。

Description

一种被动均衡失效保护电路和一种电池组
技术领域
本发明涉及一种被动均衡失效保护电路和一种电池组，属于电池组被动均衡技术领域。
背景技术
锂电池在使用过程中存在的不一致性严重影响到了锂电池组充放电性能的发挥，基于业内提出了各种各样的BMS均衡解决方案。被动均衡方案由于电路简单、体积小、成本低，在解决电池组电量均衡方面有着广泛的应用。
传统的被动均衡方案为：每个单体电池两端均并联有一条被动均衡线路，被动均衡线路上串设有控制开关和均衡电阻，如图1所示，图1以两个单体电池的被动均衡线路为例。控制开关S接收系统指令后闭合对目标单体电池进行均衡放电，提高单体电池间电压的一致性。控制开关根据控制器的指令通断以实现开启均衡与关断均衡。所以，控制开关的可靠性至关重要，一旦系统失效没有发出控制开关S的断开指令，或者有一路或者多路控制开关S发生粘连、短路等现象，则控制开关失效无法正常断开，会一直处于导通状态，实际电路变为均衡电阻R直接与对应的单体电池并联，被动均衡BMS的均衡功能将失效，单体电池会一直对均衡电阻R放电，均衡电阻R持续消耗电能，造成单体电池过放，直至单体电池失效，影响该单体电池及整个电池组的正常使用和安全运行，甚至可能对系统造成更加严重的故障。因此，对被动均衡电路进行失效保护是未来研究的重点。
发明内容
本发明的目的是提供一种被动均衡失效保护电路，用以解决当控制开关无法断开时会造成单体电池过放的问题。本发明同时提供一种电池组。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种被动均衡失效保护电路，用于并联在对应的单体电池的两端，所述保护电路上串设有控制开关和均衡电阻，所述保护电路上还串设有具有设定导通压降的器件。
所述器件为一个二极管。
所述器件为由至少两个二极管串联、并联或者混联构成的结构。
所述均衡电阻并联有指示支路，所述指示支路上串设有发光器件。
所述发光器件为发光二极管。
一种电池组，包括至少两个单体电池，各单体电池的两端并联有被动均衡失效保护电路，所述保护电路上串设有控制开关和均衡电阻，所述保护电路上还串设有具有设定导通压降的器件。
所述器件为一个二极管。
所述器件为由至少两个二极管串联、并联或者混联构成的结构。
所述均衡电阻并联有指示支路，所述指示支路上串设有发光器件。
所述发光器件为发光二极管。
本发明提供的被动均衡失效保护电路与传统的均衡线路的区别在于：线路中还串设有具有一定导通压降的器件，当系统没有发出断开指令或者控制开关发生粘连、短路等现象而导致控制开关没有断开时，均衡电阻持续消耗单体电池的电能，但是，由于串设的器件具有一定的导通压降，使得单体电池在电压降到该导通压降时，该器件就不再导通，使单体电池的电压钳位在该器件的导通压降，进而使电压不低于安全值，避免单体电池过放，从而避免对单体电池及整个电池组的正常使用和安全运行造成影响，防止电池系统出现更严重的故障。
附图说明
图1是现有的被动均衡线路与单体电池的连接关系示意图；
图2是被动均衡失效保护电路的其中一个实施方式与单体电池的连接关系示意图；
图3是被动均衡失效保护电路的另一个实施方式与单体电池的连接关系示意图；
图4-a是二极管串联结构示意图；
图4-b是二极管并联结构示意图；
图4-c是二极管混联结构示意图。
具体实施方式
电池组实施例
如图2所示，本实施例中的电池组包括至少两个串联设置的单体电池，每个单体电池的两端均并联有被动均衡失效保护电路。由于电池组中的单体电池部分属于常规技术，这里就不再具体描述，以下对被动均衡失效保护电路进行具体说明。
图2中以其中两个单体电池并联的被动均衡失效保护电路为例。如图2所示，被动均衡失效保护电路中串设有均衡电阻R、控制开关S和二极管D，这三个器件之间没有严格的位置关系，只要串设在该保护电路中即可，但是，毫无疑义地，为了保证该保护电路正常运行，二极管D的位置可以任意调整，但是阳极和阴极的方向不能改变，即二极管D的阳极需要直接或者通过其他器件连接单体电池的正极，二极管D的阴极需要直接或者通过其他器件连接单体电池的负极。本实施例给出一种具体的位置关系，其中，如图2所示，单体电池的正极接均衡电阻R的一端，均衡电阻R的另一端接控制开关S的一端，控制开关S的另一端接二极管D的阳极，二极管D的阴极接单体电池的负极。控制开关S可以是继电器、MOS管、三极管、光MOS等电控型开关器件。
当某一个或者几个单体电池电压过高时，对应的控制开关S接收到闭合指令而闭合，单体电池通过均衡电阻R和二极管D放电；当单体电池的电压正常时，控制开关S接到断开指令而断开，单体电池停止放电。
控制开关S根据接收到的控制指令进行闭合或者关断，实现对单体电池的均衡放电或者停止放电。电池组运行过程中，如果系统失效没发出控制开关S的断开指令或者某一个或者多个控制开关S意外损坏(比如粘连、短路等故障)而无法断开，对应的单体电池持续对均衡电阻R放电，但是由于二极管D的导通压降的存在，使得单体电池电压放电到该导通压降时，二极管D不再导通，单体电池的电压被限制于导通压降，所以，将该导通压降的电压称为单体电池电压的安全值。因此，在二极管D具备导通压降的特性的情况下，即使控制开关S无法断开，二极管D也会把单体电池电压钳位至二极管的导通压降，使单体电池的电压不低于安全值，保证单体电池不过放，避免系统出现更严重的故障。而且，还可以根据电池放电特性选择合适的二极管，使二极管的导通压降满足条件，最终目的是使单体电池电压不低于二极管的导通压降，即导通电压。
另外，二极管的单向导通性也可以避免均衡线路反接时造成在特定应用场合单体电池持续放电的问题。在特定应用场合，如果错误的把现有技术中的被动均衡线路反接也会引起均衡功能失效，单体电池持续对均衡电阻放电，造成单体电池过放或者均衡电路烧毁，严重影响系统可靠性，所以，本发明提供的保护电路中，利用二极管D的单向导通性，使电池只能按单向电流方向放电，在特定应用场合均衡电路反接时，不会自动持续放电，提高了系统的安全性及可靠性。
所以，该被动均衡失效保护电路既可以用于控制开关S失效保护，又可以用于均衡线路反接保护。而且，应用于不同电池类型时，只需依据电池的放电曲线选择合适的二极管，使二极管的导通压降满足要求即可。
进一步地，图3为本发明提供的被动均衡失效保护电路的另一种实施方式，是在图2的基础上进一步优化的技术方案。如图3所示，均衡电阻R的两端并联有一条支路，本实施例将该支路称为指示支路，该指示支路上串设有电阻R'与发光器件，该发光器件以发光二极管LED为例。
当某一个或者几个单体电池电压过高时，对应的控制开关S接收到闭合指令而闭合，单体电池通过均衡电阻R和二极管D放电，同时，指示支路中的发光二极管LED会被点亮，表明单体电池在放电；当单体电池的电压正常时，控制开关S接到断开指令而断开，单体电池停止放电，发光二极管LED熄灭，表示单体电池没有放电。
而且，与图2对应的实施方式同理，根据电池放电特性选择合适的二极管D，可以使单体电池电压不低于二极管D的导通电压。即使系统失效没发出控制开关S断开指令或控制开关S失效造成控制开关S无法断开时，二极管D会把单体电池电压钳位至二极管D的导通压降，保证单体电池不过放，同时，当单体电池电压钳位至二极管D的导通电压时，发光二极管LED熄灭。
所以，通过发光二极管LED的发光情况能够直观获知对应的单体电池是否在放电。
因此，通过上述两个实施例可以看出，该被动均衡失效保护电路具有以下优点：
(1)在控制开关无法断开时利用二极管进行钳位，避免单体电池过放；
(2)在特定应用场合，避免均衡线路反接造成的单体电池持续放电；
(3)电路结构简单、性能可靠、便于实现，具有一定的通用性和扩展性，能够提高被动均衡的可靠性、安全性。
另外，上述实施例中，保护电路中串设的是单个二极管，作为其他的实施方式，实现具有导通压降和单向导通性的结构除了单个二极管之外，还可以是由至少两个二极管串联、并联或者混联构成的电路结构，如图4-a、图4-b和图4-c所示。而且，上述实施例中，同时利用了二极管的具有导通压降的特性和单向导通性能够解决不止一个技术问题，这是一种优化的实施方式，其实只利用二极管的导通压降这一特性就能够解决目前存在的技术缺陷——控制开关无法断开时会造成单体电池过放。所以，刨去单向导通性，只谈具有导通压降的器件的话，那么，由于只具有导通压降特性的器件可能不止二极管这一种，所以，本发明保护的被动均衡失效保护电路中的具有导通压降的器件除了二极管之外，还可以是其他同样具有设定的，即一定导通压降这一特性的器件。
被动均衡失效保护电路实施例
由于本实施例中的被动均衡失效保护电路在上述电池组实施例中已做出了详细地描述，这里就不再具体说明。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种被动均衡失效保护电路，用于并联在对应的单体电池的两端，所述保护电路上串设有控制开关和均衡电阻，其特征在于，所述保护电路上还串设有具有设定导通压降的器件。
2.根据权利要求1所述的被动均衡失效保护电路，其特征在于，所述器件为一个二极管。
3.根据权利要求1所述的被动均衡失效保护电路，其特征在于，所述器件为由至少两个二极管串联、并联或者混联构成的结构。
4.根据权利要求1所述的被动均衡失效保护电路，其特征在于，所述均衡电阻并联有指示支路，所述指示支路上串设有发光器件。
5.根据权利要求4所述的被动均衡失效保护电路，其特征在于，所述发光器件为发光二极管。
6.一种电池组，包括至少两个单体电池，各单体电池的两端并联有被动均衡失效保护电路，所述保护电路上串设有控制开关和均衡电阻，其特征在于，所述保护电路上还串设有具有设定导通压降的器件。
7.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，所述器件为一个二极管。
8.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，所述器件为由至少两个二极管串联、并联或者混联构成的结构。
9.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，所述均衡电阻并联有指示支路，所述指示支路上串设有发光器件。
10.根据权利要求9所述的电池组，其特征在于，所述发光器件为发光二极管。
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