CN112874326B - 电压均衡装置、供电系统和电动车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电压均衡装置、供电系统和电动车，涉及电池管理领域。该电压均衡装置包括多个伸缩柱，多个伸缩柱的数量与多个电芯的数量相同且一一对应，每个伸缩柱的一端与对应的电芯的正极电连接，另一端与对应的电芯的负极电连接，其中，伸缩柱的长度与对应的电芯的电压的大小对应；第一杆，抵接且电连接于最长的伸缩柱的一端；第二杆，抵接且电连接于最长的伸缩柱的另一端，其中，第一杆、第二杆用于与最大电压的电芯和空气压缩机形成储能回路；第三杆，抵接于最短的伸缩柱的一端，其中，第一杆、第三杆用于与开关模块形成判断回路，以在最长的伸缩柱与最短的伸缩柱之间的长度差满足预设条件时，导通储能回路，以均衡各个电芯的电压。

Description

电压均衡装置、供电系统和电动车

技术领域

本申请涉及电池管理技术领域，具体而言，涉及电压均衡装置、供电系统和电动车。

背景技术

燃油车的发展造成了全球能源的巨大消耗和不可再生石油资源的不断减少、温室气体的大量排放和大气污染。世界上大多数国家以及汽车业都普遍认识到节能减排是未来汽车业发展的方向，而发展电动车将是解决上述诸多问题的出路之一。

电动车可以大致分为纯电动车，混合电动车和燃料电池电动车。这些电动车一般会配置电池作为储能装置，特别是纯电动车，多使用多个单体电池，如单体电池串联和/或并联形成的电池模组。

然而，组成电池模组的各个单体电芯之间不可避免地存在性能差异，这种差异例如是电压差，在该电池模组使用过程中这种差异会越来越大。为了解决各个单体电芯性能不一致的问题，现有技术中常采用将电压较高的单体电芯的能量部分转移至电压较低的单体电芯之中，或者将电压较高的单体电芯的能量直接消耗一部分，以达到各个单体电芯之间的电压尽量均衡，但是，这两种均衡方式，前者需要较复杂的管理系统，后者的电池能量利用率低下，因此，现有技术中的电压均衡方式需要进行改进。

发明内容

为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的之一在于提供一种电压均衡装置、供电系统和电动车。

第一方面，本发明提供一种电压均衡装置，用于电池模组，所述电池模组包括多个电芯，所述电压均衡装置包括：

多个伸缩柱，数量与所述多个电芯的数量相同且一一对应，每个所述伸缩柱的一端与对应的所述电芯的正极电连接，另一端与对应的所述电芯的负极电连接，其中，所述伸缩柱的长度与对应的所述电芯的电压的大小对应；

第一杆，抵接且电连接于最长的所述伸缩柱的一端；

第二杆，抵接且电连接于最长的所述伸缩柱的另一端，其中，所述第一杆、所述第二杆用于与所述电芯和空气压缩机形成储能回路；

第三杆，抵接于最短的所述伸缩柱的一端，其中，所述第一杆、所述第三杆用于与开关模块形成判断回路，所述判断回路用于在最长的所述伸缩柱与最短的所述伸缩柱之间的长度差满足预设条件时，导通所述储能回路。

在可选的实施方式中，所述伸缩柱的长度与所述电芯的电压的大小成正比。

在可选的实施方式中，所述开关模块包括：

电源；

滑动电阻，电连接于所述电源的正负极，所述第一杆和所述第二杆机械连接于所述滑动电阻，其中，所述第一杆与所述滑动电阻的连接处为第一连接点，所述第二杆与所述滑动电阻的连接处为第二连接点；

二极管，阳极电连接于所述滑动电阻上对应所述第一连接点的位置，阴极电连接于所述滑动电阻上对应所述第二连接点的位置；

其中，随着所述长度差逐渐变大，所述二极管两端的电压逐渐变大，当所述二极管两端的电压达到预设阈值时，所述二极管导通，以导通所述储能回路。

在可选的实施方式中，所述预设阈值为60mV。

在可选的实施方式中，所述伸缩柱包括：

弹性柱及分别设置在所述弹性柱的两端的两个线圈，所述两个线圈电连接，其中，所述两个线圈中的一个电连接所述电芯的正极，另一个电连接所述电芯的负极。

在可选的实施方式中，还包括第一弹性元件，用于使所述第一杆始终抵接于最长的所述伸缩柱的一端。

在可选的实施方式中，还包括第二弹性元件，用于使所述第二杆始终抵接于最长的所述伸缩柱的另一端。

在可选的实施方式中，还包括第三弹性元件，用于使所述第三杆始终抵接于最短的所述伸缩柱的一端。

第二方面，本发明提供一种供电系统，包括：

电池模组，包括多个电芯；

如前述实施方式任一项所述的电压均衡装置；

第三方面，本发明提供一种电动车，包括空气压缩机及如前述实施方式所述的供电系统。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

当具有最大电压的电芯与具有最小电压的电芯的电压差过大，满足一定条件时，即最长的伸缩柱与最短的伸缩柱之间的长度差满足预设条件时，具有最大电压的电芯电连接空气压缩机，使得该电芯的部分电能转化为空气压缩机的空气压缩势能以储存，从而降低将该电芯的电压，保持任意两个电芯的之间的电压差尽可能小，保持各个电芯性能的一致性；并且空气压缩势能能够转化为电能继续利用，在保持电芯性能一致性的同时还能减少能量的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例电动车的结构框图；

图2为本发明实施例电压均衡装置和空气压缩机的结构示意图。

图标：100-电压均衡装置；110-伸缩柱；111-弹性柱；112-线圈；120-第一杆；121-第一弹性元件；122-第一板体；130-第二杆；131-第二弹性元件；132-第二板体；140-第三杆；141-第三弹性元件；142-第三板体；150-电源；160-二极管；170-滑动电阻；171-第一连接点；172-第二连接点；200-电池模组；300-空气压缩机。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1，本发明的实施例提供了一种电动车，该电动车至少包括驱动机构，空气压缩机300、具有电池模组200和电压均衡装置100的供电系统，该电池模组200由多个电芯之间为串联和/或并联构成，以提供能量使驱动机构工作，从而使得电动车移动，满足人们的出行需求。电压均衡装置100用于均衡各个电芯之间的电压，并将具有最大电压的电芯的部分电能转化为空气压缩机300的空气压缩势能，以保持各个电芯性能的一致性。

请参照图2，该电压均衡装置100主要包括：多个伸缩柱110，多个伸缩柱110的数量与多个电芯的数量相同且一一对应，每个伸缩柱110的一端与对应的电芯的正极电连接，另一端与对应的电芯的负极电连接，其中，伸缩柱110的长度与对应的电芯的电压的大小对应；第一杆120，抵接且电连接于最长的伸缩柱110的一端；第二杆130，抵接且电连接于最长的伸缩柱110的另一端，其中，第一杆120、第二杆130用于与最大电压的电芯和空气压缩机300形成储能回路；第三杆140，抵接于最短的伸缩柱110的一端，其中，第一杆120、第三杆140用于与开关模块形成判断回路，判断回路用于在最长的伸缩柱110与最短的伸缩柱110之间的长度差满足预设条件时，导通储能回路。

因此，当具有最大电压的电芯与具有最小电压的电芯的电压差满足一定条件时，即最长的伸缩柱110与最短的伸缩柱110之间的长度差满足预设条件时，具有最大电压的电芯电连接空气压缩机300，使得该电芯的部分电能转化为空气压缩机300的空气压缩势能以储存，从而降低将该电芯的电压，保持任意两个电芯的之间的电压差尽可能小，保持各个电芯性能的一致性；并且空气压缩势能能够转化为电能继续利用，在保持电芯性能一致性的同时还能减少能量的浪费。

在本实施例中，多个伸缩柱110在水平方向上并列设置，每个伸缩柱110的长度方向均沿竖直方向，其中，每个伸缩柱110在轴向的中部均穿设固定在一沿水平面设置的中间第三板体142上，即每个伸缩柱110的中部均处于同一水平面，每个伸缩柱110均以该水平面为分界线进行伸展或压缩。

该伸缩柱110主要包括弹性柱111和两个线圈112。弹性柱111为管状的弹性元件，为绝缘体，可以是螺旋弹簧，也可以弹簧管、波纹管等。两个线圈112的绕向相反，两个线圈112分别固定在弹性柱111的两端，两个线圈112的其中一个电连接于电芯的正极，另一个电连接于电芯的负极。两个线圈112之间的导线穿设于该弹性柱111内，其中，伸缩柱110顶端的线圈112连接于电芯的正极，在伸缩柱110底端的线圈112连接于电芯的负极。因为电芯和两个线圈112串联，从而两个线圈112成为两个电磁体，由于两个线圈112的绕向相反，故两个电磁体同极相对，而由于磁体同极相斥，异极相吸的性质，因此两个线圈112之间会产生排斥力，又因为两个线圈112分别固定在弹性柱111的顶底两端，所以两个线圈112会带着弹性柱111的顶底两端相互远离，即弹性柱111在其轴向伸展。能够想到的是，因为线圈112产生的磁场强度取决于对应电芯的电压的大小，由此电芯的电压大小与该弹性柱111的长度成正比，即电芯的电压越大，伸缩柱110的长度越长。

当然，在其他实施例中，两个线圈112的绕向也可以相同，因此两个线圈112之间会形成吸引力，从而使得弹性柱111压缩，此时电芯的电压大小与弹性柱111的长度成反比，即电芯的电压越大，伸缩柱110的长度越短。

在本实施例中，电压均衡装置100还包括第一板体122、第二板体132、第一弹性元件121、第二弹性元件131、第三弹性元件141。第一板体122和第二板体132相对设置，第一杆120和第二杆130位于第一板体122和第二板体132之间，第一板体122与第一杆120相对，第二板体132与第二杆130相对。第一杆120通过第一弹性元件121始终抵接于最长的伸缩柱110的一端。第二杆130通过第二弹性元件131始终抵接于最长的伸缩柱110的另一端。第三杆140通过第三弹性元件141始终抵接于最短的伸缩柱110的一端。

进一步的，第一弹性元件121、第二弹性元件131、第三弹性元件141为绝缘体，其中至少之一可以是螺旋弹簧，也可以弹簧管、波纹管等。该第一弹性元件121的一端与第一杆120机械连接，另一端与壳体固定连接。该第二弹性元件131的一端与第二杆130机械连接，另一端与壳体固定连接。该第三弹性元件141的一端与第三杆140机械连接，另一端与第三板体142固定连接。

具体的，第一板体122位于第一杆120的上方，第二板体132位于第二杆130的下方。第一杆120抵接于最长的伸缩柱110的顶端，两个第一弹性元件121呈水平状位于在第一杆120的接近两端的位置，每个第一弹性元件121的轴向均沿竖直方向，每个第一弹性元件121的底端与第一杆120的上沿固定连接，顶端与第一板的下表面固定连接。第二杆130抵接于最长的伸缩柱110的底端，两个第二弹性元件131呈水平状位于在第二杆130的接近两端的位置，每个第二弹性元件131的轴向均沿竖直方向，每个第二弹性元件131的顶端与第二杆130的下沿固定连接，底端与第二板体132的上面固定连接。第三杆140抵接于最短的伸缩柱110的顶端，两个第三弹性元件141呈水平状位于在第三杆140的接近两端的位置，每个第三弹性元件141的轴向均沿竖直方向，每个第三弹性元件141的顶端与最短的伸缩柱110的顶端固定连接，底端与第三板体142的上表面固定连接。

当然，在其他实施例中，也可以是该第三弹性元件141的底端与最短伸缩柱110的底端固定连接，顶端与第三板体142的下表面固定连接。其中，上述第一杆120、第二杆130、第三杆140、第一弹性元件121、第二弹性元件131、伸缩柱110的轴线均在同一竖直面上。

在本实施例中，开关模块主要包括电源150、滑动电阻170和二极管160；滑动电阻170电连接于电源150的正负极，第一杆120和第二杆130与滑动电阻170机械连接，其中，第一杆120与滑动电阻170的连接处为第一连接点171，第二杆130与滑动电阻170的连接处为第二连接点172。

二极管160的阳极电连接于滑动电阻170上对应第一连接点171的位置，二极管160的阴极电连接于滑动电阻170上对应第二连接点172的位置；其中，随着最长的伸缩柱110与最短的伸缩柱110之间的长度差逐渐变大，二极管160两端的电压逐渐变大，当二极管160两端的电压达到预设阈值时，即二极管160两端的正电压达到该二极管160的导通电压时，由于二极管160连接于第一杆120或第二杆130与空气压缩机300之间，此时二极管160导通，以导通储能回路，使得具有最大电压值的单个电芯与空气压缩机300电连接，将该电芯的部分电能转化为空气压缩机300的空气压缩势能进行储存，在后续需要时，可以将该空气压缩势能转化为12V电能。当该电芯的电压逐渐减小，第一连接点171和第二连接点172之间的距离逐渐减小，随之二极管160两端的正电压逐渐减小，当二极管160两端的正电压小于该二极管160的导通电压时，二极管160断开，以断开第一杆120、第二杆130和空气压缩机300的电连接，从而断开储能回路。

可以理解的是，该预设阈值(二极管160的导通电压)可根据实际使用过程中的电源150的输出功率及输出电压，还有滑动电阻170的最大阻值进行调整。例如，选用导通电压为60mV的二极管160作为开关，即预设阈值为60mV。

综上，本发明实施例提供的电压均衡装置100和电动车，通过设置与多个电芯一一对应电的多个伸缩柱110，每个伸缩柱110的一端与对应的电芯的正极电连接，另一端与对应的电芯的负极电连接。其中，伸缩柱110为弹性柱111及分别固定在该弹性柱111的两端的两个线圈112，两个线圈112相互电连接，一个线圈112与对应的电芯的正极电连接，另一个线圈112与对应的电芯的负极电连接。

每个电芯均和两个线圈112串联，两个线圈112形成两个电磁体，两个电磁体之间的相互作用力驱使弹性柱111在其轴向上伸长或者压缩，使得每个伸缩柱110的长度大小与对应电芯的电压大小相对应。而由于两个线圈112的绕向相反，因此每个伸缩柱110的长度与对应的电芯的电压成正比。

第一杆120和第二杆130分别始终抵接且电连接于最长的伸缩柱110的两端，第三杆140始终抵接且电连接于最短的伸缩柱110的一端，第一杆120和第三杆140还分别机械连接于滑动电阻170上。二极管160的两极分别电连接于滑动电阻170上的第一连接点171和第二连接点172。

该第一杆120、第二杆130能够和具有最大电压的电芯及空气压缩机300形成储能回路，第一杆120、第三杆140能够和开关模块形成判断回路。在最大电压的电芯和最小电压的电芯之间的电压差大到一定程度，滑动电阻170上第一连接点171和第二连接点172之间的间距即会减小到一定程度，对应的，二极管160两端的电压会大于或等于该二极管160的导通电压，使得最大电压的电芯通过第一杆120和第二杆130与空气压缩机300电连接，以将该最大电压的电芯的部分电能转化为空气压缩机300的空气压缩势能储存起来，使得电池模组200内任意两个电芯之间的电压差满足要求，保持各个电芯性能的一致性。

而在将电芯的电能转化为空气压缩机300的空气压缩势能的过程中，当二极管160两端的正电压减小至小于该二极管160的导通电压时，二极管160断开，以断开电芯与空气压缩机300的电连接，从而断开储能回路。其中，空气压缩机300储存的空气压缩势能还可以转变为电能，减少能量的浪费。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电压均衡装置，用于电池模组，所述电池模组包括多个电芯，其特征在于，所述电压均衡装置包括：

多个伸缩柱，数量与所述多个电芯的数量相同且一一对应，每个所述伸缩柱的一端与对应的所述电芯的正极电连接，另一端与对应的所述电芯的负极电连接，其中，所述伸缩柱的长度与对应的所述电芯的电压的大小对应；

第一杆，抵接且电连接于最长的所述伸缩柱的一端；

第二杆，抵接且电连接于最长的所述伸缩柱的另一端，其中，所述第一杆、所述第二杆用于与所述电芯和空气压缩机形成储能回路；

第三杆，抵接于最短的所述伸缩柱的一端，其中，所述第一杆、所述第三杆用于与开关模块形成判断回路，所述判断回路用于在最长的所述伸缩柱与最短的所述伸缩柱之间的长度差满足预设条件时，导通所述储能回路；

其中，所述伸缩柱的长度与所述电芯的电压的大小成正比。

2.如权利要求1所述的电压均衡装置，其特征在于，所述开关模块包括：

电源；

滑动电阻，电连接于所述电源的正负极，所述第一杆和所述第二杆机械连接于所述滑动电阻，其中，所述第一杆与所述滑动电阻的连接处为第一连接点，所述第二杆与所述滑动电阻的连接处为第二连接点；

二极管，阳极电连接于所述滑动电阻上对应所述第一连接点的位置，阴极电连接于所述滑动电阻上对应所述第二连接点的位置；

其中，随着所述长度差逐渐变大，所述二极管两端的电压逐渐变大，当所述二极管两端的电压达到预设阈值时，所述二极管导通，以导通所述储能回路。

3.如权利要求2所述的电压均衡装置，其特征在于，所述预设阈值为60mV。

4.如权利要求1所述的电压均衡装置，其特征在于，所述伸缩柱包括：

弹性柱及分别设置在所述弹性柱的两端的两个线圈，所述两个线圈电连接，其中，所述两个线圈中的一个电连接所述电芯的正极，另一个电连接所述电芯的负极。

5.如权利要求1所述的电压均衡装置，其特征在于，还包括第一弹性元件，用于使所述第一杆始终抵接于最长的所述伸缩柱的一端。

6.如权利要求1所述的电压均衡装置，其特征在于，还包括第二弹性元件，用于使所述第二杆始终抵接于最长的所述伸缩柱的另一端。

7.如权利要求1所述的电压均衡装置，其特征在于，还包括第三弹性元件，用于使所述第三杆始终抵接于最短的所述伸缩柱的一端。

8.一种供电系统，其特征在于，包括：

电池模组，包括多个电芯；

如权利要求1-7任一项所述的电压均衡装置。

9.一种电动车，其特征在于，包括空气压缩机及如权利要求8所述的供电系统。

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