CN211296261U - 用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路 - Google Patents

Abstract

用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，包括多个电芯串联而成的电池系统，还包括与电池系统旁路的均衡电路，以每两个相邻的电芯为单元，均衡电路为每个单元配置有一个主动开关式均衡芯片，由单元为主动开关式均衡芯片供电；电池系统在非充、放电的静置状态下，对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，通过主动开关式均衡芯片检测单元内两个电芯的电压，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片给电压低的电芯充电。电池系统处于非、充放电状态的静置状态下主动启动均衡电路，电压高的电芯利用主动开关式采用高频开关式DC‑DC模式的能量给低压电芯充电，效率高，温升很低，均衡工作电流大，均衡速度快，特别对大容量的电池系统效果非常明显。

Description

用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其是用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路。

背景技术

锂电池，即锂聚合物电池（Li-polymer，又称高分子锂电池），是一种化学性质的电池，相对以前的电池来说能量高、小型化、轻量化。

锂电池通常是把多个电芯串联起来，得到所需要的工作电压，以三电芯串联的锂电池为例，将三只单节标称电压3.7V、容量2500mAh锂聚合物电芯通过串联的方式组成电池组，其标称电压倍增为11.1V、容量仍等于2500mAh。

但是不可避免的，由于电芯的单体电压、电气特性差异会出现锂电池中各个电芯的电压有差异，这种差异经过多次的充放电循环后会变得越来越明显，从而严重影响锂电池的寿命和可靠性。所以在多级电芯串联的电池系统中一般会增加电池电压均衡调节控制电路，用来降低电池系统中单体电芯之间的电压差异，提高电池系统的循环寿命和可靠性。

现有技术中采用的电池电压均衡调节控制电路多为无源均衡技术，在电池系统充电且快充满的一小段时间才能开启均衡，其本质是以电能消耗的方式为电压较高的电芯放电，以此来均衡电池系统中单体电芯之间的电压差异，损失了能量而且温升高，会产生较大功耗，均衡过程中发热量较大。为了削弱均衡过程中的温升速度，不得不对电池电压平衡调节控制电路的均衡工作电流进行控制，通过电路结构设计获得30-80mA之间的均衡工作电流，均衡工作电流过低，很难满足电芯之间电压均衡的要求。

实用新型内容

本实用新型为了弥补上述现有技术的不足之处，提供了一种用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，利用主动开关式均衡芯片及其外围电路组成均衡电路，在非、充放电状态下即可对串联电芯中的每一只电芯进行主动的电压均衡，使电池系统中的每一只电芯电压均保持一致。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案。

用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，包括多个电芯串联而成的电池系统，电池系统具有对外输出的正极输出端和负极输出端，还包括与电池系统旁路的均衡电路，均衡电路用于均衡各电芯的电压，其中：

以每两个相邻的电芯为单元，均衡电路为每个单元配置有一个主动开关式均衡芯片，由单元为主动开关式均衡芯片供电；

电池系统在非充、放电的静置状态下，对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，通过主动开关式均衡芯片检测单元内两个电芯的电压，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片给电压低的电芯充电。

较佳的，主动开关式均衡芯片的型号为ETA3000。该芯片的特点是自动检测串联的相邻电芯电压不平衡并自动启动均衡功能，其具有均衡启动电压（相邻电芯电压差）=100mV、均衡解除电压（相邻电芯电压差）=30mV、静态功耗≤2uA、92%的充电传输效率。电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片采用高频开关式DC-DC模式给低压电芯充电，效率可达到92%，温升很低，充分利用了现有能量，另外均衡工作电流最大可达1.5A。

现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

电池系统处于非、充放电状态的静置状态下主动启动均衡电路，电压高的电芯利用主动开关式采用高频开关式DC-DC模式的能量给低压电芯充电，效率高，温升很低，均衡工作电流大，均衡速度快，特别对大容量的电池系统效果非常明显。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

附图说明

图1是本实用新型的实施例一的电路原理图。

图2是本实用新型的实施例二的电路原理图。

具体实施方式

用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，包括多个电芯串联而成的电池系统，电池系统具有对外输出的正极输出端和负极输出端，还包括与电池系统旁路的均衡电路，均衡电路用于均衡各电芯的电压，其中：

以每两个相邻的电芯为单元，均衡电路为每个单元配置有一个主动开关式均衡芯片，由单元为主动开关式均衡芯片供电；

电池系统在非充、放电的静置状态下，对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，通过主动开关式均衡芯片检测单元内两个电芯的电压，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片给电压低的电芯充电。

上述技术方案中的用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，由单元为主动开关式均衡芯片供电，所以电池系统处于非、充放电状态的静置状态下主动启动均衡电路；通过主动开关式均衡芯片检测单元内两个电芯的电压，利用电压高的电芯的能量给低压电芯充电，温升很低，均衡速度快，特别对大容量的电池系统效果非常明显。

为便于进一步理解本实用新型的技术方案，本实用新型提供了如下实施例。

【实施例一】

如图1所示，本实施例包括电芯BT1、电芯BT2串联而成的电池系统，电池系统具有对外输出的正极输出端P+和负极输出端P-，还包括与电池系统旁路的均衡电路，均衡电路用于均衡电芯BT1、电芯BT2的电压，其中：

均衡电路为电芯BT1、电芯BT2配置有一个型号为ETA3000的主动开关式均衡芯片U1，由电芯BT1、电芯BT2为主动开关式均衡芯片U1供电；

电池系统在非充、放电的静置状态下，对电芯BT1、电芯BT2和为其配置的主动开关式均衡芯片U1而言，通过主动开关式均衡芯片U1检测两个电芯的电压，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片U1给电压低的电芯充电。

实现两个电芯的电压检测的方式是：主动开关式均衡芯片U1的第2脚和第5脚分别跨接在两端，即主动开关式均衡芯片U1的第2脚连接电芯BT2的负极，主动开关式均衡芯片U1的第5脚连接电芯BT1的正极，主动开关式均衡芯片的第6脚接入两个电芯之间。主动开关式均衡芯片U1持续侦测连接在其第2脚和第6脚之间的电芯BT1的电压、以及连接在其第6脚和第5脚之间的电芯BT2的电压。

实现两个电芯均衡的方式是：主动开关式均衡芯片U1的第6脚和第3脚之间通过LC串联谐振电路连接，LC串联谐振电路包括依次串联于主动开关式均衡芯片U1的第6脚和第3脚之间的电感L1、电容C1，LC串联谐振电路中的电容C1则跨接在主动开关式均衡芯片U1的第3脚和第4脚之间。当电芯BT1、电芯BT2的电压差高于设定值时，主动开关式均衡芯片U1启动均衡功能，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片U1的内部电路及电感L1组成DC-DC电路给电压低的电芯进行充电。

型号为ETA3000的主动开关式均衡芯片U1，其特点是自动检测串联的相邻电芯电压不平衡并自动启动均衡功能，其具有均衡启动电压（相邻电芯电压差）=100mV、均衡解除电压（相邻电芯电压差）=30mV、静态功耗≤2uA、92%的充电传输效率。

故而，本实施例中，当电芯BT1与电芯BT2的电压差大于100mV，且这种状态持续的时间超过主动开关式均衡芯片U1的均衡启动延迟时间时，主动开关式均衡芯片U1启动均衡功能，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片U1内部电路及电感L1组成的DC-DC电路给电压低的电芯进行充电，并同时不断的检测电芯BT1与电芯BT2的电压值，直到电芯BT1与电芯BT2的电压差小于30mV，均衡停止。优势在于，在电池系统静置状态（非充、放电状态）下就可以启动、电压高的电芯通过DC-DC的模式给低压电芯充电，效率可达到92%，温升很低，充分利用了现有能量，另外均衡工作电流最大可达1.5A，大大的加快均衡的速度，特别对大容量的电池组效果非常明显。正常工作状态下的电池系统，不需要均衡时，主动开关式均衡芯片U1进入低功耗模式，功耗为2uA。

本实施例中，对于均衡工作电流的设定方式是：主动开关式均衡芯片U1的第1脚、第2脚之间通过RC并联电路连接, RC并联电路包括并联于主动开关式均衡芯片U1的第1脚、第2脚之间的电阻R1、电容C2。

【实施例二】

如图2所示，用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，包括采用了电芯BT1、电芯BT2、电芯BT3、电芯BT4、电芯BT5的多个电芯串联而成的电池系统，电池系统具有对外输出的正极输出端B+和负极输出端B-，还包括与电池系统旁路的均衡电路，均衡电路用于均衡各电芯的电压，其中：

以每两个相邻的电芯为单元，均衡电路为每个单元配置有一个型号为ETA3000的主动开关式均衡芯片，由单元为主动开关式均衡芯片供电；即：为电芯BT1、电芯BT2组成的单元配置主动开关式均衡芯片U4，为电芯BT2、电芯BT3组成的单元配置主动开关式均衡芯片U3, 为电芯BT3、电芯BT4组成的单元配置主动开关式均衡芯片U2, 为电芯BT4、电芯BT5组成的单元配置主动开关式均衡芯片U1;

电池系统在非充、放电的静置状态下，对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，通过主动开关式均衡芯片检测单元内两个电芯的电压，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片给电压低的电芯充电。

实现两个相邻电芯的电压检测的方式是：对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，主动开关式均衡芯片的第2脚和第5脚分别跨接在单元两端，主动开关式均衡芯片的第6脚接入单元的两个电芯之间。主动开关式均衡芯片持续侦测连接在其第2脚和第6脚之间的电芯的电压、以及连接在其第6脚和第5脚之间的电芯的电压。

实现两个电芯均衡的方式是：主动开关式均衡芯片的第6脚和第3脚之间通过LC串联谐振电路连接，LC串联谐振电路中的电容则跨接在主动开关式均衡芯片的第3脚和第4脚之间。当电芯BT1、电芯BT2的电压差高于设定值时，主动开关式均衡芯片U1启动均衡功能，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片U1的内部电路及电感L1组成DC-DC电路给电压低的电芯进行充电。

基于实施例一中陈述的型号为ETA3000的主动开关式均衡芯片的特性，对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，主动开关式均衡芯片为两个电芯的电压差设定均衡启动阈值和均衡停止阈值，两个电芯的电压差大于均衡启动阈值时，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片给电压低的电芯充电，直至两个电芯的电压差小于均衡启动阈值；均衡启动阈值为100 mV,均衡停止阈值为30mV。

同样的，本实施例中对于均衡工作电流的设定方式是：主动开关式均衡芯片的第1脚、第2脚之间通过RC并联电路连接。

本实施例在实施例一的基础上，利用主动开关式均衡芯片可面向上下两串电芯，通过级联实现了4电芯串联电池系统的主动式电压均衡电路。显然，基于本实施例的架构，可以通过主动开关式均衡芯片级联实现3节-24节以上串连电芯的电压均衡。

对于本领域的技术人员来说，可根据本实用新型所揭示的结构和原理获得其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都属于本实用新型的保护范畴。

Claims (7)

1.用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，包括多个电芯串联而成的电池系统，电池系统具有对外输出的正极输出端和负极输出端，还包括与电池系统旁路的均衡电路，均衡电路用于均衡各电芯的电压，其特征在于：

以每两个相邻的电芯为单元，均衡电路为每个单元配置有一个主动开关式均衡芯片，由单元为主动开关式均衡芯片供电；

电池系统在非充、放电的静置状态下，对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，通过主动开关式均衡芯片检测单元内两个电芯的电压，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片给电压低的电芯充电。

2.如权利要求1所述的用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，其特征在于：主动开关式均衡芯片的型号为ETA3000。

3.如权利要求2所述的用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，其特征在于：对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，主动开关式均衡芯片的第2脚和第5脚分别跨接在单元两端，主动开关式均衡芯片的第6脚接入单元的两个电芯之间。

4.如权利要求3所述的用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，其特征在于：主动开关式均衡芯片的第1脚、第2脚之间通过RC并联电路连接。

5.如权利要求3所述的用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，其特征在于：主动开关式均衡芯片的第6脚和第3脚之间通过LC串联谐振电路连接，LC串联谐振电路中的电容则跨接在主动开关式均衡芯片的第3脚和第4脚之间。

6.如权利要求1到5任一项所述的用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，其特征在于：对每个单元和为其配置的主动开关式均衡芯片而言，主动开关式均衡芯片为两个电芯的电压差设定均衡启动阈值和均衡停止阈值，两个电芯的电压差大于均衡启动阈值时，电压高的电芯通过主动开关式均衡芯片给电压低的电芯充电，直至两个电芯的电压差小于均衡启动阈值。

7.如权利要求6所述的用于锂电池串联电芯的主动式电压均衡电路，其特征在于：均衡启动阈值为100 mV,均衡停止阈值为30mV。

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