CN210956904U - 一种共电感储能式锂电池均衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种共电感储能式锂电池均衡电路，只在均衡电路中共用一个电感，电感通过信号控制开关电路连接电池组中的多个电池，均衡电路中电感先接通高电压电池将高电压电池中的电能转移到电感中，再断开电感与原高电压电池的连接，连接低电压电池，将电感中的电能转移到低电压电池中，实现能量从高电压电池到低电压电池之间的相互转移，解决电池组系统在使用过程中因单芯电池的异常而发生整个电池组过充电或过放电的问题，相较于现有技术中分别在每两个相邻电池的两端设置开关和电感，简化了电路结构，减少元件的数量，提高了系统的可靠性。

Description

一种共电感储能式锂电池均衡电路

技术领域

本申请涉及充电领域，尤其涉及一种共电感储能式锂电池均衡电路。

背景技术

在储能和新能源电动汽车充电电池的领域，用到大量的锂电池的串、并联组合应用。在一个电池组系统充放电过程中，当其中某一只电池的电压达到单体电芯的充电截止电压或放电截止电压后，系统停止对整个电池组的充电或放电。这意味着单体电芯的充放电会影响整个电池组系统的充放电。

现有技术中，主要采用通过开关接通电阻，电阻消耗一定的能量的被动式均衡方式和主动式均衡方式来实现均衡。

主动式均衡是在相邻两节电池中间，串接一个电感，和在电池正负极端各加一个开关。通过对多个开关的断开和闭合，形成升压电路和降压电路，从而实现电池间的均衡。

现有的主动式均衡方式比较适用于串联电池组中电池数目较小的场合，当电池组中的电池数目比较大时，在每个相邻的电池都加一个电感和两个开关，电感器件数量较多，电路复杂，系统的可靠性会降低。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种共电感储能式锂电池均衡电路，以解决相关技术中的问题。

本申请的目的是通过以下技术方案实现的：

本申请提供一种共电感储能式锂电池均衡电路，包括均衡模块、储能模块和电池组；

所述均衡模块分别与储能模块和电池组连接；

所述电池组通过所述均衡模块将所述电池组中高电压电池的电能转移至所述储能模块中；

所述储能模块通过所述均衡模块将所述储能模块中的电能转移至所述电池组中低电压的电池中。

可选的，所述均衡电路包括多个子均衡电路；

所述子均衡电路两端与所述储能模块两端连接；

所述子均衡电路还与所述电池组的两个电池连接；

所述子均衡电路用于控制所述电池组与所述储能模块之间的导通状态。

可选的，还包括控制模块；

所述控制模块与所述均衡模块连接，用于通过所述均衡模块控制所述电池组与所述储能模块之间的导通状态。

可选的，所述子均衡电路包括第一开关组件、第二开关组件和节点；

所述第一开关组件包括：第一端、第二端和第三端；

所述第二开关组件包括：第一端、第二端和第三端；

所述第一开关组件的第一端与所述储能模块的第一端连接；

所述第一开关组件的第二端与所述控制模块连接；

所述第一开关组件的第三端与所述节点连接；

所述第二开关组件的第一端与所述储能模块的第二端连接；

所述第二开关组件的第二端与所述控制模块连接；

所述第二开关组件的第三端与所述节点连接；

所述节点用于分别与所述电池组中的一个电池的正极和另一相邻电池的负极连接。

可选的，所述第一开关组件包括：第一MOS管开关电路和第一二极管；

所述第一MOS管开关电路的第一端与所述储能模块的第一端连接；

所述第一MOS管开关电路的第二端与所述控制模块连接；

所述第一MOS管开关电路的第三端与所述第一二极管正极连接；

所述第一二极管负极与所述节点连接。

可选的，所述第二开关组件包括：第二MOS管开关电路和第二二极管；

所述第二MOS管开关电路的第一端与所述储能模块第二端连接；

所述第二MOS管开关电路的第二端与所述控制模块连接；

所述第二MOS管开关电路的第三端与所述第二二极管负极连接；

所述第二二极管正极与所述节点连接。

可选的，所述第一MOS管开关电路包括第一场效应管和第三二极管；

所述第一场效应管的漏极分别与所述第三二极管的负极和所述储能模块的第一端连接；

所述第一场效应管的栅极与所述控制模块连接；

所述第一场效应管的源极分别与所述第三二极管的正极和第一二极管的负极连接。

可选的，所述第二MOS管开关电路包括第二场效应管；

所述第二场效应管的漏极与所述储能模块的第二端连接；

所述第二场效应管的栅极与所述控制模块连接；

所述第二场效应管的源极与所述第二二极管的正极连接。

可选的，还包括电池采样模块；

所述电池采样模块包括单片机控制器和采集电路；

所述单片机控制器通过所述采集电路与所述电池组中的每一个单体电池连接，

所述电池采样模块用于通过所述采集电路检测所述电池组的电池信息。

可选的，所述电池采样模块与所述控制模块连接；

所述电池采样模块将所述电池信息传递到所述控制模块。

本申请采用以上技术方案，具有如下有益效果：

本申请的方案中，在均衡电路中共用一个储能模块电感，电感通过信号控制开关连接电池组中的多个电池，电感先接通高电压电池将高出的电能转移到电感中，然后断开与原高电压电池的连接，再连接低电压电池，将电感中的电能转移到低电压电池中，实现能量从高电压电池到低电压电池之间的相互转移，整个过程中，均衡电路中只存在一个储能模块电感，电感通过均衡模块连接电池组中的多个电池，使电池组系统在使用过程中避免过充电及过放电的问题，克服现有技术中在每个电池的两端设置开关和电感，简化了电路结构，减少了元件的数量，提高了系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请一个实施例提供的一种共电感储能式锂电池均衡电路的结构示意图。

图2是本申请一个实施例提供的一种共电感储能式锂电池均衡电路中子均衡电路的结构示意图。

图3是本申请一个实施例提供的一种共电感储能式锂电池均衡电路中均衡电路的结构示意图。

附图标记：

1-均衡模块、2-储能模块、3-电池组、4-控制模块、5-电池采样模块、6-第一开关组件、7-第二开关组件、8-节点、9-第一MOS管开关电路、10-第二MOS管开关电路、11-第一二极管、12-第二二极管、13-第三二极管。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

随着储能技术的发展，目前新能源电动汽车中用到了大量的锂电池，通过锂电池对汽车提供动力。目前，主动式的均衡方式为在相邻两节电池中间，串接一个电感，并且各加一个开关管到每个电池的正、负端。通过改变开关的状态，形成充电和放电的电路，达到电能的转移，从而实现电池组中各电池间的均衡。

而现有的主动式均衡方式比较适用于串联电池组数目较小的场合，当电池组中电池的数目比较大时，对每相邻的电池中都要加一个电感和两个开关，电感器件数量较多，电路复杂，系统的可靠性会降低。

对于简化均衡电路，减少电路器件的数量，从而提高电池系统的可靠性，本申请本专利提出以下技术方案来解决。

实施例：

参见图1，图1是本申请一个实施例提供的一种共电感储能式锂电池均衡电路的结构示意图。

如图1所示，本实施例提供一种共电感储能式锂电池均衡电路，包括：均衡模块1、储能模块2、电池组3、控制模块4和电池采样模块5；

均衡模块1分别与储能模块2和电池组3连接；

电池组3通过均衡模块1将电池组3中高电压电池的电能转移至储能模块2中；

储能模块2通过均衡模块1将储能模块2中的电能转移至电池组3中低电压的电池中。

本申请的方案中，均衡模块1分别与储能模块2和电池组3连接；电池组3通过均衡模块1将电池组3中高电压电池的电能转移至储能模块2中；储能模块2通过均衡模块1将所述储能模块2中的电能转移至电池组3中低电压的电池中；如此设置，本申请提供的方案中，通过将电池组3中的每个单芯电池与均衡模块1连接，通过均衡模块1与储能模块2连接，先将其中高电压的电池中的能量传输到储能模块2中，再将储能模块2中的能量通过均衡模块1转移到电池组3的低电压的电池中；避免了电池组系统在使用过程中因单个电池的原因而使整个电池组出现过充电或过放电的问题。通过将电池组中的每个电池与公用的均衡电路以及储能模块连接，克服现有技术中在每两个相邻电池的两端设置开关和电感，简化了电路结构，减少元件的数量，提高了系统的可靠性。

本申请提供的储能模块2可以通过电感来实现。

进一步的，均衡模块1还与控制模块4连接，均衡模块1通过接收控制模块4的指令控制储能模块2与电池组3的导通状态，控制模块4还连接电池采样模块5，电池采样模块5连接电池组3，并采集电池组3中每个电池的电池信息，并将信息传递到控制模块4，供控制模块4确定高电压电池与低电压电池。

图2是本申请一个实施例提供的一种共电感储能式锂电池均衡电路中子均衡电路的结构示意图。

如图2所示：

本申请中均衡模块1包括多个子均衡模块。

具体的，所述子均衡电路两端与所述储能模块2两端连接；所述子均衡电路还与所述电池组3的两个电池连接；所述子均衡电路用于控制所述电池组3与所述储能模块2的导通状态。

在本申请提供的方案中，均衡模块1包括多个子均衡模块，每一个子均衡模块都分别连接储能模块2，而且每个子均衡电路连接电池组3中的两个单芯电池。子均衡模块通过控制不同单芯电池与储能模块2的连接状态来实现将电池组3中的高电压电池的能量转移到储能模块2中，再由储能模块2将能量传递到电池组3中的低电压电池中。通过共用储能模块2，简化了电路元件，增加了电池组系统的可靠性。

进一步的，本申请提供的方案中子均衡模块包括第一开关组件6、第二开关组件7和节点8。

具体的，一个子均衡模块中：

第一开关组件6的第一端与储能模块2的第一端连接；

第一开关组件6的第二端与控制模块4连接；

第一开关组件6的第三端与节点8连接；

第二开关组件7的第一端与储能模块2的第二端连接；

第二开关组件7的第二端与控制模块4连接；

第二开关组件7的第三端与节点8连接；

节点8用于分别与电池组3中的一个电池的正极和另一相邻电池的负极连接。

第一开关组件6通过连接储能模块2、控制模块4和节点8，在接收到控制模块4中的信号后，改变组件的开关状态。开通时，使电池组3与储能模块2导通，进行电能的转移；断开时，使电池组3与储能模块2断开连接，结束电能的转移。

第二开关组件7的功能与第一开关组件6的功能原理相同，在此不再进行赘述。

每个子均衡模块都将电池组3中的两个电池与储能模块2进行连接，并且子均衡电路与控制模块4连接，并根据控制模块4中的信号来控制电池组3中每个单芯电池与储能模块2的导通状态。通过共用储能模块2，简化电路元件，增加电池系统的可靠性。

进一步的，第一开关组件6包括：第一MOS管开关电路9和第一二极管11；第二开关组件7包括：第二MOS管开关电路10和第二二极管12。

具体的，通过MOS管与二极管的连接，实现当开关组件处于开通状态时，只是单向连通，用于给电池充电的线路只能用于充电，放电电路只能用于给电池放电。

进一步的，第一MOS管开关电路9包括第一场效应管和第三二极管13；

第一场效应管的漏极分别与第三二极管13的负极和储能模块2连接；

第一场效应管的栅极与控制模块4连接；

第一场效应管的源极分别与第三二极管13的正极和第一二极11管的正极连接；

第三二极管13的作用是防止VDD过压的情况下，烧坏MOS管。在过压对MOS管造成破坏之前，二极管先反向击穿，从而避免MOS管被烧坏。

具体的，第二MOS管开关电路10包括第二场效应管；

第二场效应管的漏极与储能模块2连接；

第二场效应管的栅极与控制模块4连接；

第二场效应管的源极与第二二极管12的负极连接。

在实际应用中，电池采样模块5采集到电池信息，并将每个电池的电池信息传递到控制模块4中，当电池组3中的某一个单芯电池电压较高，而另一个单芯电池电压较低时，控制模块4发送控制信号，与高电压电池正极连接的第二开关组件7中的第二场效应管的栅极接收信号，第二开关组件7中的第二场效应管4的源极导通，使高电压电池的正极与储能模块2导通；与高电压电池负极连接的第一开关组件6中的第一场效应管的栅极接收信号，使第一开关组件6的源极导通，使高电压电池的负极与储能模块2导通。高电压电池3与储能模块2形成闭合回路，将电能存储到储能模块2中。

进一步的，控制模块4发送控制信号，与高电压负极连接的第一开关组件6和与高电压电池的正极连接的第二开关组件7的栅极接收信号，使两个开关组件的源极均断开，断开高电压电池与储能模块2的连接。此时高电压中高出的部分电能已经存储到储能模块2中了。

进一步的，控制模块4发送控制信号，与低电压电池正极连接的第一开关组件6中的第一场效应管的栅极接收信号，+中的第一场效应管的源极导通，使低电压电池的正极与储能模块2导通；与低电压电池负极连接的第二开关组件7中的第二场效应管的栅极接收信号，使第二开关组件7的上源极导通，低电压电池的负极与储能模块2导通。低电压电池与储能模块2形成闭合回路，储能模块2中的电能存储到低电压电池中。

图3是本申请一个实施例提供的一种共电感储能式锂电池均衡电路中均衡电路的结构示意图。

参照图3，图3中BATX表示电池组3中的电池，其中X为1-12以电池BAT3、BAT4、BAT5为例，对电路连接结构进行说明，如图3所示：

电池BAT3的正极连接一个第二开关组件7，负极连接一个第一开关组件6；

电池BAT4的正极连接一个第二开关组件7，负极连接一个第一开关组件6；

电池BAT5的正极连接一个第二开关组件7，负极连接一个第一开关组件6；

电池BAT3、电池BAT4、电池BAT5为串联，且电池BAT3的正极与电池BAT4的负极连接，电池BAT4的正极与电池BAT5的负极连接，其他电池之间的连接方式原理与电池BAT3、电池BAT4、电池BAT5相同，在此不再进行赘述。

其他单芯电池与开关的连接方式与上述连接方式原理相同，在此不再进行赘述；

例如：电池采样模块5采集电池信息，控制模块4确定电池BAT4为低电压，电池BAT5为高电压。

子均衡电路中的第一开关组件6中的第一MOS管开关电路9中的第一场效应管的漏极连接储能模块2的第一端和第三二极管13的负极，栅极连接控制模块4，接收控制模块4传递来的信号，源极连接第一二极管11的正极和第三二极管13的正极。

其中，第一二极管11的负极连接电池BAT4的负极。

子均衡电路中的第二开关组件7中的第二MOS管开关电路10中的第二场效应管的漏极连接储能模块2的第二端，栅极连接控制模块4，接收控制模块4传递来的信号，源极连接第二二极管12的负极。

其中，第二二极管12的正极连接电池BAT4的正极。

其他两个电池BAT3和电池BAT5与另外的开关的连接原理与电池BAT4的连接原理是相同的，在此不在进行赘述。

控制模块4发出信号，信号由与电池BAT5正极连接的第二开关组件7和与电池BAT5负极连接的第一开关组件6接收，其中，第二开关组件7中的第二MOS管开关电路10和第一开关组件6中的第一MOS管开关电路9的栅极接收信号，接收信号后，使MOS管开关电路处于导通状态，电池BAT5与储能模块2连接，通过与电池BAT5正极连接的第二开关组件7中的第二二极管12和与电池BAT5负极连接的第一开关组件6中的第一二极管11的极性限制,电池BAT5处于放电状态，将多余的电能转移到储能模块2中。

在电池BAT5放电完成后，上诉第一开关组件6和第二开关组件7接收信号，断开电池BAT5与储能模块2的连接。

控制模块4再发送信号给与电池BAT4正极连接的第一开关组件6和与电池BAT4负极连接的第二开关组件7。其中第一开关组件6中的第一MOS管开关电路9和第二开关组件7中的第二MOS管开关电路10的栅极接收信号，接收信号后，使MOS管开关电路处于导通状态。电池BAT4与储能模块2连接，通过与电池BAT4正极连接的第一开关组件6中的第一二极管11和与电池BAT4负极连接的第二开关组件7中的第二二极管12的极性限制,电池BAT4处于充状态，将储能模块2中的电能转移到电池BAT4中。完成电能从高电压电池BAT5转移到低电压电池BAT4中，达到均衡。

当高电压和低电压的为其他电池时，电能转换的原理是相同的，在此不再进行赘述。

在本申请提供的方案中，通过多个子均衡模块，每一个子均衡模块中都包含第一开关组件6与第二开关组件7，连接电池的正极与另一个电池的负极。采用多个子均衡模块，实现每个电池的负极都与第一开关组件6连接，负极都与第二开关组件7连接。并且电池通过第一开关组件6与第二开关组件7与储能模块2连接。通过控制不同单芯电池与储能模块2的导通状态来实现将高电压电池的能量转移到储能模块2中，再由储能模块2将能量传递到低电压电池中。通过共用储能模块2，简化电路元件，增加电池系统的可靠性。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，包括均衡模块、储能模块和电池组；

所述均衡模块分别与储能模块和电池组连接；

所述电池组通过所述均衡模块将所述电池组中高电压电池的电能转移至所述储能模块中；

所述储能模块通过所述均衡模块将所述储能模块中的电能转移至所述电池组中低电压的电池中。

2.根据权利要求1所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，所述均衡电路包括多个子均衡电路；

所述子均衡电路两端与所述储能模块两端连接；

所述子均衡电路还与所述电池组的两个电池连接；

所述子均衡电路用于控制所述电池组与所述储能模块之间的导通状态。

3.根据权利要求2所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，还包括控制模块；

所述控制模块与所述均衡模块连接，用于通过所述均衡模块控制所述电池组与所述储能模块之间的导通状态。

4.根据权利要求3所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，所述子均衡电路包括第一开关组件、第二开关组件和节点；

所述第一开关组件包括：第一端、第二端和第三端；

所述第二开关组件包括：第一端、第二端和第三端；

所述第一开关组件的第一端与所述储能模块的第一端连接；

所述第一开关组件的第二端与所述控制模块连接；

所述第一开关组件的第三端与所述节点连接；

所述第二开关组件的第一端与所述储能模块的第二端连接；

所述第二开关组件的第二端与所述控制模块连接；

所述第二开关组件的第三端与所述节点连接；

所述节点用于分别与所述电池组中的一个电池的正极和另一相邻电池的负极连接。

5.根据权利要求4所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，所述第一开关组件包括：第一MOS管开关电路和第一二极管；

所述第一MOS管开关电路的第一端与所述储能模块的第一端连接；

所述第一MOS管开关电路的第二端与所述控制模块连接；

所述第一MOS管开关电路的第三端与所述第一二极管正极连接；

所述第一二极管负极与所述节点连接。

6.根据权利要求4所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，所述第二开关组件包括：第二MOS管开关电路和第二二极管；

所述第二MOS管开关电路的第一端与所述储能模块第二端连接；

所述第二MOS管开关电路的第二端与所述控制模块连接；

所述第二MOS管开关电路的第三端与所述第二二极管负极连接；

所述第二二极管正极与所述节点连接。

7.根据权利要求5所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，所述第一MOS管开关电路包括第一场效应管和第三二极管；

所述第一场效应管的漏极分别与所述第三二极管的负极和所述储能模块的第一端连接；

所述第一场效应管的栅极与所述控制模块连接；

所述第一场效应管的源极分别与所述第三二极管的正极和第一二极管的负极连接。

8.根据权利要求6所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，所述第二MOS管开关电路包括第二场效应管；

所述第二场效应管的漏极与所述储能模块的第二端连接；

所述第二场效应管的栅极与所述控制模块连接；

所述第二场效应管的源极与所述第二二极管的正极连接。

9.根据权利要求3所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，还包括电池采样模块；

所述电池采样模块包括单片机控制器和采集电路；

所述单片机控制器通过所述采集电路与所述电池组中的每一个单体电池连接；

所述电池采样模块用于通过所述采集电路检测所述电池组的电池信息。

10.根据权利要求9所述的一种共电感储能式锂电池均衡电路，其特征在于，所述电池采样模块与所述控制模块连接；

所述电池采样模块将所述电池信息传递到所述控制模块。

Images