CN215496833U - 并联均衡电路及电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了并联均衡电路及电池系统，该并联均衡电路包括至少两个呈并联设置的电池模组和若干负温度系数热敏电阻，所述电池模组包括若干按顺序串联的电芯，所有电池模组中位于同一顺序的所述电芯之间通过对应的负温度系数热敏电阻并联以形成对应的内部充放电支路，所有内部充放电支路呈并联设置，所述负温度系数热敏电阻对所有电芯的电流进行自动均衡；本实用新型利用负温度系数热敏电阻的固有物理特性，在无需复杂的辅助电路、通讯链路的情况下，有效实现电池模组的实时自动均衡，且均衡效率高、电路结构简单、成本低、可靠性高，便于后期对电池模组的维护、更换。

Description

并联均衡电路及电池系统

技术领域

本实用新型涉及电池均衡技术领域，尤其涉及并联均衡电路及电池系统。

背景技术

在实际应用中经常需要将较小的单体电池模组通过并联的方式组成大型的电池模组，以提高总电池模组的总容量，以满足实际需求。

各个单体电池模组由于容量衰减、新旧模组混用等原因而造成各个单体电池模组的电压、容量存在差异，而各个单体电池模组直接并联使用时会存在下列问题：1、单体电池模组并联连接时瞬间大电流放电问题；2、电池模组使用过程中存在均流问题；3、电池模组间保护触发信号的传递问题；4、并联失效单体电池模组的退出机制问题。为了解决上述问题，现有的方法是采用较为复杂的BMS系统进行管理。

然而，现有BMS系统架构和算法存在下列缺点：1、额外的均流电路效率低，电路结构复杂，成本高，可靠性差；2、对电池模组中单体电池模组的维护、更换工序复杂；3、电池模组无法实现实时自动均流。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种并联均衡电路，利用负温度系数热敏电阻的固有物理特性，在无需复杂的辅助电路、通讯链路的情况下，有效实现电池模组的实时自动均衡，且均衡效率高、电路结构简单、成本低、可靠性高，便于后期对电池模组的维护、更换。

本实用新型的又一目的是提供一种电池系统，通过具有主动信令功能的接插件进行并联，便于电池模组间安装及维护，有利于适应更多的电池模组的并联使用。

为了实现上有目的，本实用新型公开了并联均衡电路，其包括至少两个呈并联设置的电池模组和若干负温度系数热敏电阻，所述电池模组包括若干按顺序串联的电芯，所有电池模组中位于同一顺序的所述电芯之间通过对应的负温度系数热敏电阻并联以形成对应的内部充放电支路，所有内部充放电支路呈并联设置，所述负温度系数热敏电阻对所有电芯的电流进行自动均衡。

较佳地，所述负温度系数热敏电阻为功率型负温度系数热敏电阻。

较佳地，相邻所述电池模组中位于同一顺序的所述电芯的正极或负极通过所述负温度系数热敏电阻电连接，相邻所述电池模组中位于同一顺序的所述电芯的负极或正极通过导线电连接，以使所有电池模组中位于同一顺序的所述电芯呈并联设置。

具体地，相邻所述内部充放电支路共用所述电池模组中位于同一顺序的所有负温度系数热敏电阻。

较佳地，所述负温度系数热敏电阻设于对应的所述电池模组内。

较佳地，所述电池模组还包括均流接口和均流线束，相邻电池模组的均流接口通过对应的均流线束电连接，以使所有内部充放电支路通过对应的均流线束呈并联设置。

具体地，所述负温度系数热敏电阻位于对应的所述均流线束内。

相应地，本实用新型还公开了一种电池系统，其包括并联均衡电路和若干具有主动信令功能的接插件，所述并联均衡电路如上所述，所述具有主动信令功能的接插件包括安装部、功率触点组件和信号触点组件，所述安装部包括第一安装面和第二安装面，所述功率触点组件安装于所述安装部上，所述信号触点组件包括信号触头和筒体，所述信号触头可伸缩的安装于所述筒体内，所述筒体安装于所述第一安装面/第二安装面上，且所述信号触头可伸缩的贯穿所述安装部，以凸伸于所述第二安装面/第一安装面外或缩入所述筒体内，相邻所述电池模组通过对应的具有主动信令功能的接插件插接连接，以使所有电池模组成并联设置。

较佳地，所述信号触点组件还包括绝缘件和弹性件，所述弹性件限位安装于所述筒体内，所述绝缘件安装于所述筒体内并位于所述信号触头和弹性件之间，所述弹性件恒提供一将所述信号触头推出所述第二安装面/第一安装面外的弹性力。

具体地，所述弹性件为金属弹簧，所述弹性件设有第一端子。

与现有技术相比，本实用新型的并联均衡电路中，所有电池模组中位于同一顺序的电芯之间通过对应的负温度系数热敏电阻并联以形成对应的内部充放电支路，所有内部充放电支路呈并联设置，负温度系数热敏电阻对所有电芯的电流进行自动均衡，一方面，通过利用负温度系数热敏电阻的固有物理特性，在无需复杂的辅助电路、通讯链路的情况下，有效实现电池模组的实时自动均衡；另一方面，负温度系数热敏电阻的特性稳定、均衡效率高，仅需对传统并联的电池模组进行简单改造即可实现实时均衡，电路结构简单、成本低、可靠性高，便于后期对电池模组的维护、更换。本实用新型的电池系统通过具有主动信令功能的接插件进行并联，便于电池模组间安装及维护，有利于适应更多的电池模组的并联使用。

附图说明

图1是本实用新型的并联均衡电路的等效电路图；

图2是本实用新型的并联均衡电路设有均流接口时的简化结构示意图；

图3是本实用新型的两个电池模组通过均流接口电连接时的结构示意图；

图4是本实用新型的两个电池模组通过对应的具有主动信令功能的接插件插接时的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的具有主动信令功能的接插件的分解示意图；

图6是本实用新型实施例的具有主动信令功能的接插件的右视图；

图7是图6沿AA’方向看的剖视图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1－图3所示，本实施例的电池系统包括并联均衡电路和若干具有主动信令功能的接插件。其中，该并联均衡电路包括四个呈并联设置的电池模组1和若干负温度系数热敏电阻3，电池模组1包括四个按顺序串联的电芯2，所有电池模组1中位于同一顺序的电芯2之间通过对应的负温度系数热敏电阻3并联以形成对应的内部充放电支路4，所有内部充放电支路4呈并联设置，负温度系数热敏电阻3对所有电芯2的电流进行自动均衡。

优选地，该负温度系数热敏电阻3为功率型负温度系数热敏电阻3，以使负温度系数热敏电阻3能够承受较大的功率，以满足电池系统的正常工作。由于功率型负温度系数热敏电阻3自身所固有的负温度系数特性，功率型负温度系数热敏电阻3可实时根据电芯2间的压差，对其所在内部充放电支路4进行自动的匹配调节均衡电流，以使当前内部充放电支路4的各个电芯2具有相同的均衡电流。而由于各个内部充放电支路4呈并联设置，因此，在各个内部充放电支路4的共同电流均衡作用下，所有电芯2均具有相同的均衡电流，以实现该电池模组1的所有电芯2的实时电流均衡。

实际电路设计时，只需要根据当前电池模组1中所有电芯2的规格、型号、内阻、电压等参数选择温度系数、功率、零功率电阻值适合的功率型负温度系数热敏电阻3就可以达到适宜的均衡电流，以满足电池模组1的所有电芯2的实时电流均衡。该设计无需设置额外的控制电路或配备BMS系统，有效降低并联均衡电路的电路设计复杂程度，有效减小设计成本，提高可靠性。

较佳地，相邻电池模组1中位于同一顺序的电芯2的正极或负极通过负温度系数热敏电阻3电连接，相邻电池模组1中位于同一顺序的电芯2的负极或正极通过导线电连接，以使所有电池模组1中位于同一顺序的电芯2呈并联设置。具体地，相邻内部充放电支路4共用电池模组1中位于同一顺序的所有负温度系数热敏电阻3。

例如，对于顺序一中的电芯2，由于各个电池模组1是呈并联设置的，所以此时顺序一中的电芯2的正极已经通过导线电连接，将相邻电芯2之间通过对应的负温度系数热敏电阻3电连接，即此时顺序一中的电芯2通过三个负温度系数热敏电阻3呈并联设置，此时该顺序一中的所有电芯2和对应的负温度系数热敏电阻3构成内部充放电支路4，该内部充放电支路4对其内的各个电芯2进行实时电流均衡操作。

对于顺序二中的电芯2，由于同一电池模组1的各个电芯2是按顺序串联的，因此，顺序二中的电芯2的正极共用了顺序一中的三个负温度系数热敏电阻3，将顺序二中的电芯2的负极通过导线电连接，即此时顺序二中的电芯2通过三个负温度系数热敏电阻3呈并联设置，此时该顺序二中的所有电芯2和对应的负温度系数热敏电阻3构成内部充放电支路4，该内部充放电支路4对其内的各个电芯2进行实时电流均衡操作。

对于顺序三和顺序四的电芯2的连接方式参照上述进行设置，不做额外赘述。此时，该并联均衡电路具有四个相互并联的内部充放电支路4，四个内部充放电支路4实时进行电流均衡操作，并在各个内部充放电支路4的共同作用下实现所有电芯2的实时均衡。另外，相邻内部充放电支路4共用电池模组1中位于同一顺序的所有负温度系数热敏电阻3，有效节约了负温度系数热敏电阻3的数量，有效降低电路制作成本。

较佳地，负温度系数热敏电阻3设于对应的电池模组1内，以避免负温度系数热敏电阻3直接暴露于外部环境，有效避免负温度系数热敏电阻3因环境变化而影响稳定性。在其他实施方式中，该电池模组1还包括均流接口5和均流线束6，所有电池模组1的均流接口5通过对应的均流线束6电连接，以使所有内部充放电支路4通过对应的均流线束6呈并联设置，该负温度系数热敏电阻3位于对应的均流线束6内。通过上述设置，以提升均流线束6的布线合理性，便于组装、检修和更换。

需要说明的是，本实施例以4S4P电池组进行阐述本使用新型的设计理念，当然，电池模组1的数量和各个电池模组1内的电芯2数量可以根据实际情况设定，在此不做限定。

请参阅图4－图7所示，该接插件100包括安装部10、功率触点组件20和信号触点组件30，其中，安装部10包括第一安装面11和第二安装面12，功率触点组件20安装于安装部10上。信号触点组件30包括信号触头31和筒体32，信号触头31可伸缩的安装于筒体32内，筒体32安装于第一安装面11上，且信号触头31可伸缩的贯穿安装部10，以凸伸于第二安装面12外或缩入筒体32内，通过监测信号触头31的状态变化以监测电池模组1的状态，如监测信号触头31是位于第二安装面12外还是缩入筒体32内，以监测信号触头31的位置变化而间接判断电池模组1与接插件100的插接状态。

优选地，信号触点组件30还包括绝缘件33和弹性件34，弹性件34限位安装于筒体32内，绝缘件33安装于筒体32内并位于信号触头31和弹性件34之间，弹性件34恒提供一将信号触头31推出第二安装面12外的弹性力，从而使得信号触头31在自然状态系凸伸于第二安装面12外，当上级电池模组1未接入或未正确接入该接插件100时，信号触头31完全凸出或部分凸出于第二安装面12外；当上级电池模组1正确接入该接插件100时，信号触头31完全缩入筒体32内。

可以理解的是，绝缘件33可以为实心绝缘件以抵接于信号触头31和弹性件34之间，也可以为空心绝缘件以包覆弹性件临近信号触头31的部分。

优选地，该弹性件34为金属弹簧，弹性件34设有第一端子341，以供与外部器件进行电连接。较佳地，筒体32为金属件，筒体32设有第二端子321，以供与外部器件进行电连接。具体地，本实施例的外部器件具体为监测设备，监测设备的监测探头分别电连接第一端子341和第二端子321，以监测信号触点组件30的实时电阻值。由于信号触头31伸缩至不同状态位置时，该弹性件34的弹性形变是不同的，而不同弹性形变下的弹性件34具有不同的电阻值。因此，本实施例的实质是通过监测弹性件34的电阻值，以判断电池模组1与接插件100的插接状态。

进一步地，安装部10开设有通孔13，筒体32安装于通孔13上并完全遮盖通孔13，信号触头31通过通孔13贯穿安装部10。优选地，通孔13的直径大于信号触头31的直径，以使得信号触头31能够自由地在第一安装面11和第二安装面12之间伸缩。

请参阅图1－图3所示，本实施例的功率触点组件20包括两个金属插片21，金属插片21穿过并固定于安装部10上，且金属插片21的一端凸伸于第一安装面11外，另一端凸伸于第二安装面12外。通过上述设置，上级电池模组1的正负极能够通过对应的金属插片21与下级电池模组1的正负极电连接，以实现上级电池模组1与下级电池模组1的并联。在其他实施方式中，金属插片21的数量还可以为一个、三个或四个等，金属插片21的数量根据实际需求选定，在此不做限定。

优选地，为了使上级电池和下级电池能够更可靠并联，本实施例的第一安装面11和第二安装面12分设于安装部10的两相对侧，安装部10沿第二安装面12方向凸伸形成供下级电池模组1插接的公头14。该公头14呈中空结构，该中空结构形成供上级电池模组1插接的母头15。通过在同一接插件100上设置公头14、母头15，以实现上级电池模组1和下级电池模组1的可靠连接。

下面将对本实施例的接插件100的具体使用方式进行说明：

请参阅图1－图3所示，设当信号触头31缩入筒体32内时，测得弹性件34的电阻值为第一电阻值，当信号触头31完全凸出于第二安装面12外时，测得弹性件34的电阻值为第二电阻值。监测设备通过实时监测弹性件34的电阻值，以判断电池模组1与接插件100的插接状态：

1、当测得的弹性件34的电阻值为第一电阻值时，判定上级电池模组1没有插接接插件100；

2、当测得的弹性件34的电阻值为第二电阻值时，判定上级电池模组1正确插接接插件100；

3、当测得的弹性件34的电阻值介于第一电阻值到第二电阻值之间时，判定上级电池模组1没有正确插接接插件100。

值得注意的是，本实施例仅示出了具有一个信号触点组件30的实施方式，当接插件100具有多个信号触点组件30时，其中一个信号触点组件30可以用于监测上级电池模组1的插接状态，其余信号触点组件30可以电连接上级电池模组1和/或下级电池模组1对应的各个内部充放电支路4，以通过监测对应充各个内部充放电支路4的电压值，以监测上级电池模组1和/或下级电池模组1的充放电状态。通过监测所有信号触点组件30的返回值，以形成特定监测逻辑表，通过特定监测逻辑表以判断上级电池模组1或下级电池模组1的状态。

另外，信号触点组件30可用于监测下级电池模组1与接插件100的插接状态，此时，仅需将信号触点组件30呈镜像设置，以将信号触头31朝向下级电池模组1，即可实现对下级电池模组1的监测，在此不做赘述。

结合图1－图7，本实用新型的并联均衡电路中，所有电池模组1中位于同一顺序的电芯2之间通过对应的负温度系数热敏电阻3并联以形成对应的内部充放电支路4，所有内部充放电支路4呈并联设置，负温度系数热敏电阻3对所有电芯2的电流进行自动均衡，一方面，通过利用负温度系数热敏电阻3的固有物理特性，在无需复杂的辅助电路、通讯链路的情况下，有效实现电池模组1的实时自动均衡；另一方面，负温度系数热敏电阻3的特性稳定、均衡效率高，仅需对传统并联的电池模组1进行简单改造即可实现实时均衡，电路结构简单、成本低、可靠性高，便于后期对电池模组1的维护、更换。本实用新型的电池系统通过具有主动信令功能的接插件100进行并联，便于电池模组1间安装及维护，有利于适应更多的电池模组1的并联使用。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种并联均衡电路，包括至少两个呈并联设置的电池模组，所述电池模组包括若干按顺序串联的电芯，其特征在于：所述并联均衡电路还包括若干负温度系数热敏电阻，所有电池模组中位于同一顺序的所述电芯之间通过对应的负温度系数热敏电阻并联以形成对应的内部充放电支路，所有内部充放电支路呈并联设置，所述负温度系数热敏电阻对所有电芯的电流进行自动均衡。

2.如权利要求1所述的并联均衡电路，其特征在于：所述负温度系数热敏电阻为功率型负温度系数热敏电阻。

3.如权利要求1所述的并联均衡电路，其特征在于：相邻所述电池模组中位于同一顺序的所述电芯的正极或负极通过所述负温度系数热敏电阻电连接，相邻所述电池模组中位于同一顺序的所述电芯的负极或正极通过导线电连接，以使所有电池模组中位于同一顺序的所述电芯呈并联设置。

4.如权利要求3所述的并联均衡电路，其特征在于：相邻所述内部充放电支路共用所述电池模组中位于同一顺序的所有负温度系数热敏电阻。

5.如权利要求1所述的并联均衡电路，其特征在于：所述负温度系数热敏电阻设于对应的所述电池模组内。

6.如权利要求1所述的并联均衡电路，其特征在于：所述电池模组还包括均流接口和均流线束，相邻电池模组的均流接口通过对应的均流线束电连接，以使所有内部充放电支路通过对应的均流线束呈并联设置。

7.如权利要求6所述的并联均衡电路，其特征在于：所述负温度系数热敏电阻位于对应的所述均流线束内。

8.一种电池系统，其特征在于：包括并联均衡电路和若干具有主动信令功能的接插件，所述并联均衡电路如权利要求1－7中任一项所述，所述具有主动信令功能的接插件包括安装部、功率触点组件和信号触点组件，所述安装部包括第一安装面和第二安装面，所述功率触点组件安装于所述安装部上，所述信号触点组件包括信号触头和筒体，所述信号触头可伸缩的安装于所述筒体内，所述筒体安装于所述第一安装面/第二安装面上，且所述信号触头可伸缩的贯穿所述安装部，以凸伸于所述第二安装面/第一安装面外或缩入所述筒体内，相邻所述电池模组通过对应的具有主动信令功能的接插件插接连接，以使所有电池模组成并联设置。

9.如权利要求8所述的电池系统，其特征在于：所述信号触点组件还包括绝缘件和弹性件，所述弹性件限位安装于所述筒体内，所述绝缘件安装于所述筒体内并位于所述信号触头和弹性件之间，所述弹性件恒提供一将所述信号触头推出所述第二安装面/第一安装面外的弹性力。

10.如权利要求9所述的电池系统，其特征在于：所述弹性件为金属弹簧，所述弹性件设有第一端子。

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