CN206797153U - 电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置 - Google Patents

电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及电池均衡的技术领域，公开了一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置。该电量均衡装置包括：均衡模块，用于吸收所述单体电池的电能，并利用该电能对所述电池组内的其他单体电池进行放电；电量检测模块，用于检测各个单体电池的电量SOCnn；以及控制装置，用于计算单体电池的平均电量并确定所述电池组中电量大于单体电池平均电量的单体电池，以及利用所述电池组中电量大于单体电池平均电量的单体电池对所述均衡模块进行充电，之后控制该均衡模块利用其所被充入的电能对所述电池组中电量小于单体电池平均电量的单体电池进行放电。本实用新型实现了电池组内的主动均衡，有效地改善了电池组的一致性，提高了电池的使用寿命。

Description

电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置
技术领域
本实用新型涉及电池均衡的技术领域，具体地涉及电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置。
背景技术
受能源危机与环境危机的影响，电动汽车发展迅速，而锂电池作为电动汽车的主流动力来源则备受关注。锂电池在电动汽车上实际运用时，均采用电池组的形式，但由于锂电池在生产时的微小性能差异，导致锂电池组在实际使用过程中的不一致性会逐渐增大，如果不及时进行均衡处理，不断增大的不一致性会导致锂电池组的寿命提前终结。
主流均衡方式是被动均衡和主动均衡，被动均衡主要是通过在每节单体电池两端并联一个功率电阻和开关，当某节电池电压较高时，吸合开关，消耗部分电量，直至达到均衡状态。在这种方式中，功率电阻将电能转化为热能，如果散热不合理的话，会导致整个电池组合均衡模块温度过高，导致电池加速衰减以及均衡模块烧毁的后果。
实用新型内容
本实用新型提供了一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡方装置，用于解决现有技术中电池均衡效率低，损耗大的技术问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置，该电量均衡装置包括：均衡模块，用于吸收所述单体电池的电能，并利用该电能对所述电池组内的其他单体电池进行放电；电量检测模块，用于检测各个单体电池的电量SOCnn；以及控制装置，用于执行以下操作：根据该各个单体电池的电量SOCnn，计算单体电池的平均电量确定所述电池组中电量大于单体电池平均电量的单体电池；以及利用所述电池组中电量大于单体电池平均电量的单体电池对所述均衡模块进行充电，之后控制该均衡模块利用其所被充入的电能对所述电池组中电量小于单体电池平均电量的单体电池进行放电。
优选地，所述单体电池的平均电量的计算公式为其中，所述电池组包含n个单体电池，所述SOC11为第1个单体电池的电量、所述SOC12为第2个单体电池的电量……所述SOC1n为第n个单体电池的电量。
优选地，所述电池组为n个单体电池串联而成；所述均衡模块包含多绕组变压器、初级控制开关、以及与电池组内单体电池对应的多个次级控制开关，其中，所述多绕组变压器包含原线圈与多个副线圈，所述原线圈并联在所述电池组两端，所述初级控制开关串联在原线圈与所述电池组构成的回路中，以及多个副线圈中的副线圈与所述单体电池一一对应，每一单体电池两端并联一副线圈，每一单体电池与其两端并联的副线圈所构成的回路中串联有一个次级控制开关。
优选地，所述控制装置用于执行以下操作：断开所述初级控制开关以及电量小于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，闭合所述电量大于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，以使得所述电量大于单体电池平均电量的单体电池对该单体电池所对应的副线圈进行充电；断开所述电量大于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，闭合所述初级控制开关以及电量小于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，使所述多绕组变压器对所述电量小于单体电池平均电量的单体电池进放电。
优选地，所述初级控制开关和次级控制开关为MOS管。
通过上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有电路简单，均衡效率高，损耗小的优点。采用本实用新型的技术方案，可以实现电池组内的主动均衡，减小电池内的不一致性，有效地改善了电池组内的一致性，延长电池使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种电池组之间的电量均衡装置的结构图；
图2是本实用新型实施例提供的一种电池组之间的电量均衡模块的电路图；
图3是本实用新型实施例提供的一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置的结构图；
图4是本实用新型实施例提供的一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡模块的电路图；
图5是本实用新型实施例提供的一种电池组之间的电量均衡方法的工作流程示意图；
图6是本实用新型实施例提供的一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡方法的工作流程示意图。
附图标记说明
1电量检测模块 2控制装置
3均衡模块 4电池组
PACK1第1电池组 PACK2第2电池组
T1第1多绕组变压器 T2第2多绕组变压器
K1第1初级控制开关 K2第2初级控制开关
S1n第1电池组第n次级控制开关 S2n第2电池组第n次级控制开关
B1n第1电池组第n单体电池 B2n第2电池组第n单体电池
电池组平均电量 SOCn第n个电池组的电量
第n电池组单体电池平均电量 PA CnK第n个电池组
SOCnn第n电池组第n单体电池电量
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1是本实用新型一实施例提供的一种电池组之间的电量均衡装置的结构图。如图1所示，本实用新型提供一种电池组之间的电量均衡装置，该电量均衡装置包括：电量检测模块1、控制装置2、均衡模块3以及电池组4。其中，均衡模块3用于吸收电池组的电能，并利用该电能对其它电池组进行放电；电量检测模块1用于检测各个电池组的电量SOCn；控制模块2用于执行以下操作：接收上述各个电池组的电量SOCn，根据所述SOCn计算电池组的平均电量将SOCn与进行比较，确定电池组4中电量大于电池组平均电量的电池组和电量小于电池组平均电量的电池组，并利用电量大于电池组平均电量的电池组对均衡模块3充电，之后再控制该均衡模块3利用其所被充入的电能对电量小于电池组平均电量的单体电池进行放电。上述电量均衡装置通过将电量高于电池组平均电量的电池组内的多余电量转移到电量小于电池组平均电量的电池组内，实现了电池组之间的电量均衡，减少了电池组之间的不一致性，提高了电池的使用寿命。
本实用新型的技术方案可以实现n个电池组之间的电量均衡，现以两个电池组之间的电量均衡为例。
图2是本实用新型实施例提供的一种电量均衡模块的电路图，优选地，本实用新型可以采用多绕组变压器型均衡电路。本实施例以两个电池组之间的均衡模块为例，本实施例的均衡模块包含两个电池组，与两个电池组对应的两个多绕组变压器，两个初级控制开关以及与电池组内的单体电池一一对应的次级控制开关。
如图2所示，该电池由电池组PACK1与电池组PACK2组成，电池组PACK1与电池组PACK2串联连接，并且每个电池组均由n个单体电池串联构成。多绕组变压器T1、T2分别与电池组PACK1、PACK2相对应，每个多绕组变压器包含原线圈与多个副线圈，多绕组变压器T1的原线圈并联在电池组PACK1两端，初级控制开关K1串联在多绕组变压器T1的原线圈与电池组PACK1构成的回路中，多绕组变压器T1的副线圈与电池组PACK1内的单体电池一一对应，电池组PACK1内的每个单体电池两端并联一个多绕组变压器T1的副线圈，电池组PACK1内的每一单体电池与其两端的多绕组变压器T1的副线圈所构成的回路中串联有一个次级控制开关，多绕组变压器T2以同样的方式连接电池组PACK2。
其中，如图2所示，相邻电池组PACK1和PACK2各自所对应的多绕组变压器T1和T2的原线圈存在重叠区域，以使得电池组PACK1和PACK2各自所对应的多绕组变压器T1和T2可通过位于该重叠区域的单体电池交换能量，图2所示的重叠区域的单体电池为单体电池B21。
电量检测模块检测各个电池组的电量SOCn后将所述电量输入到控制装置，控制装置根据上述数据计算出电池组的平均电量并将电池组的电量SOCn与电池组的平均电量相比较，并控制均衡模块进行以下动作：断开与电量大于电池组平均电量的电池组连接的初级控制开关以及与电量小于电池组平均电量的电池组连接的初级控制开关和次级控制开关，闭合所述电量大于电池组平均电量的电池组内单体电池对应的次级控制开关，对与所述电量大于电池组平均电量的电池组连接的多绕组变压器充电；断开所述电量大于电池组平均电量的电池组内单体电池对应的次级控制开关，闭合与所述电量大于电池组平均电量的电池组连接的初级控制开关以及与所述对应于多绕组变压器原线圈重叠区域的单体电池连接的次级控制开关，使与所述电量大于电池组平均电量的电池组连接的多绕组变压器对所述对应于多绕组变压器原线圈重叠区域的单体电池放电；断开与所述电量大于电池组平均电量的电池组连接的初级控制开关，闭合与所述与电量小于电池组平均电量的电池组连接的初级控制开关，使所述对应于多绕组变压器原线圈重叠区域的单体电池对与所述电量小于电池组平均电量的电池组连接的多绕组变压器充电；断开与所述对应于多绕组变压器原线圈重叠区域的单体电池连接的次级控制开关，闭合与所述电量小于电池组平均电量的电池组内其他单体电池连接的次级控制开关，使与所述电量小于电池组平均电量的电池组连接的多绕组变压器对所述电量小于电池组平均电量的电池组放电。
如图2所示，如果电池组PACK1的电量大于电池组PACK2的电量，则控制模块控制均衡模块进行以下动作：断开与电池组PACK1连接的初级控制开关K1以及与电池组PACK2连接的初级控制开关K2和次级控制开关S2n，闭合电池组PACK1内单体电池对应的次级控制开关S1n，使电池组PACK1对多绕组变压器T1充电；再断开次级控制开关S1n，闭合初级控制开关K1以及与单体电池B21连接的次级控制开关S21，使多绕组变压器T1对单体电池B21放电；断开初级控制开关K1，闭合初级控制开关K2，使单体电池B21对多绕组变压器T2充电；断开与单体电池B21连接的次级控制开关S21，闭合与电池组PACK2内其它单体电池连接的次级控制开关，使多绕组变压器T2对低于电池组平均电量的电池组PACK2放电。这样就通过均衡模块将电池组PACK1内多余的电量转移到电池组PACK2，经过多次转换，最终达到电池组之间的电池均衡。
当电池组之间的电量均衡完毕后，亦可通过本实用新型提供的技术方案实现电池组内单体电池之间的电量均衡。图3是本实用新型一实施例提供的一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置的结构图。如图3所示，电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置包括：一个电池组PACKn、电量检测模块1、控制装置2以及均衡模块3。其中，电池组PACKn内有多个单体电池；均衡模块3用于吸收电池组单元的电能，并利用该电能对所述电池组内的其他单体电池进行放电；电量检测模块1用于检测各个单体电池的电量SOCnn；控制模块2用于执行以下操作：接收上述各个单体电池的电量SOCnn，根据所述SOCnn计算单体电池的平均电量将SOCnn与进行比较，确定电池组PACKn中电量大于单体电池平均电量的单体电池，并利用电池组PACKn中电量大于单体电池平均电量的单体电池对均衡模块3进行充电，之后再控制该均衡模块3利用其所被充入的电能对电池组PACKn中电量小于单体电池平均电量的单体电池进行放电。上述电量均衡装置通过将电池组PACKn内电量大于平均电量的单体电池内多余的电量转移到小于平均电量的单体电池内，实现了电池组内电池电量的均衡，减少了电池组内的不一致性，提高了电池的使用寿命。
图4是本实用新型实施例提供的一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡模块的电路图。优选地，本实用新型可以采用多绕组变压器型均衡电路。以实现电池组PACK1内单体电池之间电量均衡为例，本实施例的均衡模块包含多绕组变压器T1、初级控制开关K1、以及与电池组内单体电池对应的多个次级控制开关。
如图4所示，该电池组PACK1由n个单体电池串联构成，变压器T1有一个原线圈以及多个副线圈，其中，原线圈并联在电池组PACK1两端，初级控制开关K1串联在原线圈与电池组PACK1构成的回路中，副线圈都与单体电池一一对应，每个单体电池两端并联一个副线圈，每一单体电池与其两端并联的副线圈所构成的回路中串联有一个次级控制开关。
电量检测模块1检测各个单体电池的电量SOC1n后将所述数据输入到控制单元2，控制单元2根据上述数据计算出单体电池的平均电量并将单体电池的电量SOC1n与单体电池的平均电量相比较，并控制均衡模块3进行以下动作：断开初级控制开关K1以及电量小于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，闭合电量大于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，使得电量高的单体电池对该单体电池所对应的副线圈进行充电；然后断开电量大于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，闭合初级控制开关K1以及电量小于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，以使多绕组变压器T1对电池组PACK1内电量小的单体电池进行放电。本实施例采用了多绕组变压器作为均衡模块的主要器件，可以提高均衡效率，并减少电能损耗。
图5是本实用新型实施例提供的一种电池组之间的电量均衡方法的工作流程图。如图5所示，本实用新型还提供一种电池组之间的电量均衡方法，包括：先检测各个电池组的电量SOCn；根据该各个电池组的电量SOCn，计算电池组平均电量确定电量大于电池组平均电量的电池组；以及利用所述电量大于电池组平均电量的电池组对所述均衡模块进行充电，之后控制该均衡模块利用其所被充入的电能对所述电量小于电池组平均电量的电池组进行放电，通过采用上述方法，可以将电量高的电池组的电量转移到电量低的电池组，减少电池组之间的不一致性。多次重复上述方法可以实现电池组之间的电量均衡。
结合图2和图5，以两个电池组为例对电池组之间电量均衡方法进行解释。本实施例中的电池组PACK1与电池组PACK2串联连接，每个电池组由n个单体电池串联而成；均衡模块3包含多绕组变压器T1、T2，T1、T2分别对应于电池组PACK1、PACK2，每个多绕组变压器包含原线圈与多个副线圈，多绕组变压器T1的原线圈并联在电池组PACK1两端，初级控制开关K1串联在多绕组变压器T1的原线圈与电池组PACK1构成的回路中，多绕组变压器T1的副线圈与电池组PACK1内的单体电池一一对应，电池组PACK1内的每个单体电池两端并联一个多绕组变压器T1的副线圈，电池组PACK1内的每一单体电池与其两端的多绕组变压器T1的副线圈所构成的回路中串联有一个次级控制开关，多绕组变压器T2以同样的方式连接电池组PACK2。
其中，如图2所示，相邻电池组PACK1和PACK2各自所对应的多绕组变压器T1和T2的原线圈存在重叠区域，以使得电池组PACK1和PACK2各自所对应的多绕组变压器T1和T2可通过位于该重叠区域的单体电池交换能量，图2所示的重叠区域的单体电池为单体电池B21。
本实施例提供的电池组之间的电量均衡方法，是利用电量大于电池组平均电量的电池组对所述均衡模块3进行充电，之后控制该均衡模块3利用其所被充入的电能对电量小于电池组平均电量的电池组进行放电达到均衡电量的目的。相对应的，以电池组PACK1电量SOC1大于电池组平均电量为例，如图2所示的电路图做如下动作，包括：断开与电池组PACK1连接的初级控制开关K1以及与电池组PACK2连接的初级控制开关K2和次级控制开关S2n，闭合电池组PACK1内单体电池对应的次级控制开关S1n，使电池组PACK1对多绕组变压器T1充电；再断开次级控制开关S1n，闭合初级控制开关K1以及与单体电池B21连接的次级控制开关S21，使多绕组变压器T1对单体电池B21放电；断开初级控制开关K1，闭合初级控制开关K2，使单体电池B21对多绕组变压器T2充电；断开与单体电池B21连接的次级控制开关S21，闭合与电池组PACK2内其它单体电池连接的次级控制开关，使多绕组变压器T2对低于电池组平均电量的电池组PACK2放电。这样就通过均衡模块将电池组PACK1内多余的电量转移到电池组PACK2，经过多次转换，最终达到电池组之间的电量均衡。
图6是本实施例提供的一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡方法的工作流程示意图。当电池组之间的电量均衡完毕后，可以采用图6提供的方法对电池组内的多个单体电池之间进行电量均衡。
如图6所示，该电池组内单体电池之间电量均衡方法包括：先检测电池组内各个单体电池的电量SOCnn；根据该各个单体电池的电量SOCnn，计算单体电池的平均电量确定所述电池组中电量大于单体电池平均电量的单体电池；以及利用电池组中电量大于单体电池平均电量的单体电池对均衡模块3进行充电，之后控制该均衡模块3利用其所被充入的电能对所述电池组中电量小于单体电池平均电量的单体电池进行放电。
结合图4和图6，以实现电池组PACK1内单体电池之间电量均衡为例对该方法进行解释。如图4所示，断开与电池组PACK1连接的初级控制开关K1以及电池组PACK1内电量小于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，闭合电池组PACK1内电量大于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，以使得电池组PACK1内所述电量大于单体电池平均电量的单体电池对该单体电池所对应的副线圈进行充电；断开电池组PACK1内所述电量大于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，闭合电池组PACK1内所述初级控制开关K1以及电量小于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，使多绕组变压器T1对电池组PACK1内电量小于单体电池平均电量的单体电池进放电。这样就将电池组PACK1电量高的单体电池电量转移到电量低的单体电池，达到了电池组内单体电池电量均衡的目的。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (5)

1.一种电池组内的多个单体电池之间的电量均衡装置，其特征在于，包括：
均衡模块，用于吸收所述单体电池的电能，并利用该电能对所述电池组内的其他单体电池进行放电；
电量检测模块，用于检测各个单体电池的电量SOCnn；以及
控制装置，用于执行以下操作：
根据该各个单体电池的电量SOCnn，计算单体电池的平均电量
确定所述电池组中电量大于单体电池平均电量的单体电池；以及
利用所述电池组中电量大于单体电池平均电量的单体电池对所述均衡模块进行充电，之后控制该均衡模块利用其所被充入的电能对所述电池组中电量小于单体电池平均电量的单体电池进行放电。
2.根据权利要求1所述的电量均衡装置，其特征在于，所述单体电池的平均电量的计算公式为其中，所述电池组包含n个单体电池，所述SOC11为第1个单体电池的电量、所述SOC12为第2个单体电池的电量……所述SOC1n为第n个单体电池的电量。
3.根据权利要求1所述的电量均衡装置，其特征在于，所述电池组为n个单体电池串联而成；所述均衡模块包含多绕组变压器、初级控制开关、以及与电池组内单体电池对应的多个次级控制开关，其中，
所述多绕组变压器包含原线圈与多个副线圈，
所述原线圈并联在所述电池组两端，所述初级控制开关串联在原线圈与所述电池组构成的回路中，以及
多个副线圈中的副线圈与所述单体电池一一对应，每一单体电池两端并联一副线圈，每一单体电池与其两端并联的副线圈所构成的回路中串联有一个次级控制开关。
4.根据权利要求3所述的电量均衡装置，其特征在于，所述控制装置用于执行以下操作：
断开所述初级控制开关以及电量小于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，闭合所述电量大于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，以使得所述电量大于单体电池平均电量的单体电池对该单体电池所对应的副线圈进行充电；
断开所述电量大于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，闭合所述初级控制开关以及电量小于单体电池平均电量的单体电池对应的次级控制开关，使所述多绕组变压器对所述电量小于单体电池平均电量的单体电池进放电。
5.根据权利要求3所述的电量均衡装置，其特征在于，所述初级控制开关和次级控制开关为MOS管。
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