CN116169738B - 一种bms主动均衡电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种BMS主动均衡电路及其工作方法，该电路包括充电单元以及BMS单元，所述BMS单元包括电量转移均衡子单元，所述电量转移均衡子单元与若干个电芯组连接，所述电芯组包括若干个电芯；所述充电单元，用于对所述电芯组进行补电，所述电量转移均衡子单元，用于对所述电芯进行两两电量转移的均衡。通过实施本发明实施例可以解决电芯内部传统电路无法实现单个电池包内部电芯组之间的均衡以及不同电池包之间的均衡问题。

Description

一种BMS主动均衡电路及其工作方法

技术领域

本发明涉及主动均衡电路技术领域，尤其涉及一种BMS主动均衡电路及其工作方法。

背景技术

锂电池在生产过程中，因为生产工艺和材料问题会导致电芯之间的参数不一致，诸如电池内阻、剩余容量、开路电压等等，而且这些参数的不一致性会在使用过程中逐渐加强、劣化。如果不做相关的控制措施，随着充放电循环的增加，不同电芯之间的单体电压逐渐分化，会导致使用寿命逐渐减小。因此，BMS(电池管理系统，Battery ManagementSystem)都有电池均衡能力，利用电力电子的相关技术使得电池单体电压保持一定的一致性，从而保证电池单体在正常使用时候相同状态，避免过冲过放的发生。

电池的均衡技术分为主动式均衡技术和被动式均衡技术，其中被动均衡技术主要是通过电阻消耗电量，降低电压的形式。主动均衡主要以电量转移的方式进行均衡，将不同节电池之间的电量进行相互转移，效率高，损耗小，均衡速度快。传统的电芯两两电量转移均衡电路只能实现均衡电路所在的电芯组内部的电量均衡，但是这种电路不能实现单个电池包内部不同电芯组之间的均衡，也不能实现不同包电芯之间的均衡。

因此，有必要设计一种新的电路，解决电芯内部传统电路无法实现单个电池包内部电芯组之间的均衡以及不同电池包之间的均衡问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种BMS主动均衡电路及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种BMS主动均衡电路，包括充电单元以及BMS单元，所述BMS单元包括电量转移均衡子单元，所述电量转移均衡子单元与若干个电芯组连接，所述电芯组包括若干个电芯；所述充电单元，用于对所述电芯组进行补电，所述电量转移均衡子单元，用于对所述电芯进行两两电量转移的均衡。

其进一步技术方案为：所述BMS单元还包括AFE采集单元，所述AFE采集单元与若干个所述电芯组进行连接。

其进一步技术方案为：所述充电单元连接有控制单元；所述控制单元，用于控制所述充电单元的充电电流的大小。

其进一步技术方案为：所述充电单元包括隔离充电模块或非隔离充电模块。

其进一步技术方案为：所述电量转移均衡子单元包括均衡控制子单元、电感以及开关器件，所述均衡控制子单元与所述开关器件连接，所述电杆与所述开关器件连接，所述开关器件与所述电芯连接。

其进一步技术方案为：所述开关器件包括MOS管。

其进一步技术方案为：所述充电单元的输入电压以及输出电压根据所述电芯组的特征确定。

其进一步技术方案为：所述充电单元包括BUCK充电电路、BOOST充电电路、反激充电电路、正激充电电路以及推挽电路中至少一个。

另外，本发明要解决的技术问题是还在于提供一种BMS主动均衡电路的工作方法，包括：

通过充电单元对若干个电芯组的补电，且若干个电芯组内的电芯通过电量转移均衡子单元对另一个电芯进行充电。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置充电单元以及BMS单元，BMS单元连接若干个电芯组，而充电单元与电芯组连接，实现对所述电芯组进行补电，电量转移均衡子单元对所述电芯进行两两电量转移的均衡，以解决电芯内部传统电路无法实现单个电池包内部电芯组之间的均衡以及不同电池包之间的均衡问题。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种BMS主动均衡电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种BMS主动均衡电路的工作示意图；

图3为本发明实施例提供的电量转移均衡子单元的工作示意图；

图4为本发明实施例提供的电量转移均衡子单元的具体电路原理图；

图5为本发明实施例提供的电量转移均衡子单元中的充电示意图一；

图6为本发明实施例提供的电量转移均衡子单元中的充电示意图二；

图中标识说明：

10、BMS单元；20、充电单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种BMS主动均衡电路的结构示意图，该电路基于充电电路和电芯两两电量转移均衡电路的新型BMS主动均衡电路架构，可应用于不限于集装箱储能如车载、船用等领域。解决电芯内部传统电路无法实现单个电池包内部电芯组之间的均衡，以及不同电池包之间的均衡问题。

请参阅图1，上述的BMS主动均衡电路，包括充电单元20以及BMS单元10，BMS单元10包括电量转移均衡子单元，电量转移均衡子单元与若干个电芯组连接，电芯组包括若干个电芯；充电单元20，用于对电芯组进行补电，电量转移均衡子单元，用于对电芯进行两两电量转移的均衡。

具体地，充电单元20将输入电压转为高压电芯组充电。

请参阅图1和图3，通过图1中的充电单元20实现给高压侧N节电芯组的补电，控制K个充电单元20的补电大小，实现单个电池包内部K个电芯组之间的均衡，而传统的仅电芯两两转移的主动均衡电路，无法实现K个电芯组之间的均衡。

在一实施例中，请参阅图1，上述的BMS单元10还包括AFE采集单元，AFE采集单元与若干个电芯组进行连接。AFE采集单元用于采集电压和温度。

在一实施例中，上述的充电单元20连接有控制单元；控制单元，用于控制充电单元20的充电电流的大小。

在本实施例中，充电单元20的输入电压以及输出电压根据电芯组的特征确定。

具体地，利用控制单元控制各个充电单元20的电流，实现对不同电芯之间的均衡。

在一实施例中，上述的充电单元20包括隔离充电模块或非隔离充电模块。

具体地，充电单元20包括BUCK充电电路、BOOST充电电路、反激充电电路、正激充电电路以及推挽电路中至少一个。

在本实施例中，充电电路的电路结构可以是隔离的也可以是不隔离的，比如BUCK、BOOST、反激、正激、推挽等等，其次充电电路的输入电压和输出电压可以根据电芯组的特征选择。

请参阅图2，通过控制不同包内部的K组充电单元20的补电大小，即可实现对不同包之间的电量调整和均衡实现。

在一实施例中，请参阅图4，上述的电量转移均衡子单元包括均衡控制子单元、电感以及开关器件，均衡控制子单元与开关器件连接，电杆与开关器件连接，开关器件与电芯连接。

具体地，开关器件包括MOS管。

在一实施例中，请参阅图4，上述的开关器件包括MOS管Q1、MOS管Q2以及MOS管Q3。

请参阅图5和图6，当上面一节电池B2想给下面一节电池B1充电时，首先MOS管Q1和MOS管Q2闭合、MOS管Q3断开，此时上面电池B2给电感充电，而后电感补充一定的能量后，断开MOS管Q1，闭合MOS管Q2和MOS管Q3，电感给下面一节电池B1充电，如此反复进而实现上面电池B2给下面电池B1充电，这个过程如图5所示。当下面一节电池B0想给上面一节电池B1充电时，首先MOS管Q3和MOS管Q2闭合、MOS管Q1断开，此时下面电池B0给电感充电，而后电感补充一定的能量后，断开MOS管Q3，闭合MOS管Q2和MOS管Q1，电感给上面一节电池B0充电，如此反复进而实现下面电池B0给上面电池B1充电，这个过程如图6所示。

对于图1中的参数，N可以是12节电芯，或者16节电芯，K可以是4组、6组等等，目前BMS单元10包含2个电压域，一个是低压侧和高压侧。其中高压域主要由AFE采集单元、两两电芯的电量转移均衡单元等组成。

一般一个电池包内部会按照采集的需求，分为K个电芯组，如图1中所示。同时每个电芯组由N节电芯构成，每个包含N节电芯的电芯组包含对应的均衡电路和AFE采集电路。因此单个包会包含N*K节电芯，如24串电池包，则会分为2个电芯组，每个电芯组12节电芯，再比如72串电池包，包含6个电芯组，每个电芯组包含12节电芯。

本实施例的方法可以解决电芯两两电量转移均衡电路无法实现单个电池包内部不同电芯组之间无法均衡以及不同包之间无法均衡的问题。

上述的BMS主动均衡电路，通过设置充电单元20以及BMS单元10，BMS单元10连接若干个电芯组，而充电单元20与电芯组连接，实现对所述电芯组进行补电，电量转移均衡子单元对所述电芯进行两两电量转移的均衡，以解决电芯内部传统电路无法实现单个电池包内部电芯组之间的均衡以及不同电池包之间的均衡问题。

在一实施例中，还提供了一种BMS主动均衡电路的工作方法，包括：

通过充电单元20对若干个电芯组的补电，且若干个电芯组内的电芯通过电量转移均衡子单元对另一个电芯进行充电。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述一种BMS主动均衡电路的工作方法的具体实现过程，可以参考前述BMS主动均衡电路实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换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 (8)

1.一种BMS主动均衡电路，其特征在于，包括充电单元以及BMS单元，所述BMS单元包括电量转移均衡子单元，所述电量转移均衡子单元与若干个电芯组连接，所述电芯组包括若干个电芯；所述充电单元，用于对所述电芯组进行补电，所述电量转移均衡子单元，用于对所述电芯进行两两电量转移的均衡；

所述电量转移均衡子单元包括均衡控制子单元、电感以及开关器件，所述均衡控制子单元与所述开关器件连接，所述电感与所述开关器件连接，所述开关器件与所述电芯连接；

充电单元将输入电压转为高压电芯组充电，充电单元实现给高压侧若干节电芯组的补电，控制若干个充电单元的补电大小，实现单个电池包内部若干个电芯组之间的均衡；通过控制不同包内部的若干组充电单元的补电大小，实现对不同包之间的电量调整和均衡实现。

2.根据权利要求1所述的一种BMS主动均衡电路，其特征在于，所述BMS单元还包括AFE采集单元，所述AFE采集单元与若干个所述电芯组进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种BMS主动均衡电路，其特征在于，所述充电单元连接有控制单元；所述控制单元，用于控制所述充电单元的充电电流的大小。

4.根据权利要求3所述的一种BMS主动均衡电路，其特征在于，所述充电单元包括隔离充电模块或非隔离充电模块。

5.根据权利要求1所述的一种BMS主动均衡电路，其特征在于，所述开关器件包括MOS管。

6.根据权利要求1所述的一种BMS主动均衡电路，其特征在于，所述充电单元的输入电压以及输出电压根据所述电芯组的特征确定。

7.根据权利要求1所述的一种BMS主动均衡电路，其特征在于，所述充电单元包括BUCK充电电路、BOOST充电电路、反激充电电路、正激充电电路以及推挽电路中至少一个。

8.一种适用于权利要求1至7任一项所述的BMS主动均衡电路的工作方法，其特征在于，包括：

通过充电单元对若干个电芯组的补电，且若干个电芯组内的电芯通过电量转移均衡子单元对另一个电芯进行充电。