CN217035746U - 一种自适应电池均衡系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种自适应电池均衡系统，系统包括：电池组，该电池组包括至少两个单体电芯，每个单体电芯具有第一正极接口和第一负极接口；插座盘，其具有依次排布的至少两组端子，每组端子均包括正极端子和负极端子，第一正极接口连接正极端子，第一负极接口连接负极端子；开关设置在插座盘中，用于切换接通插座盘中的一组或多组端子；控制模块与开关电连接，在电池组内单体电芯之间充放电失衡的情况下，控制开关切换到目标单体电芯所连接的端子处闭合。在该系统中无需均衡电阻即可实现对电池组中的各单体电芯的容量均衡，可对单体电芯进行充放电，且由于无需均衡电阻，不会导致电路温升很快，损坏电路，提升了电路的安全性和寿命。

Description

一种自适应电池均衡系统

技术领域

本申请涉及电池均衡领域，具体涉及一种自适应电池均衡系统。

背景技术

随着国家对新能源汽车的大力推广，很多补贴措施也相应出台，越来越多的车企转型生产新能源汽车。作为新能源汽车核心部件之一的动力电池组，已经成为新能源汽车行业中备受关注的产业。

新能源汽车动力电池时长目前的主流是由锂电池并联组成的动力电池组，由于锂电池单体电芯的电压不一致，容易导致电池一致性差，进而影响电池的安全和寿命。为此相关技术中，如图1所示，可以在单体电芯(A1，A2，A3)所组成的电路中增加一个电阻R1，在单体电芯A1的容量较其他的单体电芯(A2，A3)容量大时，可基于该电阻R1对该单体电芯A1进行放电，从而使动力电池组中的各单体电芯的容量一致。

发明人发现，上述在单体电芯对应的电路中增加一个电阻的方式，仅可对容量大的单体电芯进行放电，且利用电阻对该单体电芯进行放电，导致电路温升很快，高温容易导致电路损坏。

实用新型内容

本申请实施例的目的是提供一种自适应电池均衡系统，以解决现有技术中在单体电芯对应的电路中增加一个电阻，仅可对容量大的单体电芯进行放电，且增加的电阻，导致电路温升很快，进而导致电路的损坏的问题。

本申请实施例提供了一种自适应电池均衡系统，所述系统包括：

电池组，所述电池组包括至少两个单体电芯，每个所述单体电芯具有第一正极接口和第一负极接口；

插座盘，所述插座盘具有依次排布的至少两组端子，每组端子均包括正极端子和负极端子，所述第一正极接口连接所述正极端子，所述第一负极接口连接所述负极端子；

开关，所述开关设置在所述插座盘中，用于切换接通所述插座盘中的一组或多组端子；

控制模块，所述控制模块与所述开关电连接，在所述电池组内单体电芯之间充放电失衡的情况下，控制所述开关切换到目标单体电芯所连接的端子处闭合；

其中，所述目标单体电芯为所述电池组内的一个或多个单体电芯。

在一些实施例中，所述系统还包括：

电池容量检测模块，所述电池容量检测模块分别与所述电池组和所述控制模块连接，所述电池容量检测模块包括至少两个电极接口组，每个所述电极接口组包括第二正极接口和第二负极接口；所述第一正极接口与所述第二正极接口连接，所述第一负极接口与所述第二负极接口连接。

在一些实施例中，所述插座盘的数量为至少一个；

在所述插座盘的数量为多个的情况下，各插座盘之间互不连接。

在一些实施例中，所述插座盘包括底座和盖体，盖体连接在底座上方并与底座构造出插座盘内部的容置空间；

所述盖体上排布所述至少两组端子；

所述容置空间中设置所述开关，所述开关可活动地连接所述盖体上的各组端子，以切换连接对应组内的正极端子和负极端子。

在一些实施例中，在所述插座盘的所述盖体形状为圆形的情况下，所述插座盘中的每组端子绕所述盖体圆周向依次排布。

在一些实施例中，所述盖体为两个圆形所组成的圆环，每组端子的正极端子在所述盖体的外围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布，每组端子的负极端子在所述盖体的内围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布；或者

第一组端子的正极端子和负极端子在所述盖体的外围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布，第二组端子的正极端子和负极端子在所述盖体的内围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布；

其中，所述第一组端子和所述第二组端子组成所述电池组对应的全部端子。

在一些实施例中，所述插座盘的容置空间内设有旋转电机，

旋转电机与控制模块电连接，且旋转电机的输出轴连接所述开关，以通过输出轴带动开关可旋转地连接盖体上的各组端子。

在一些实施例中，所述盖体为中部镂空的圆环状，盖体上按照圆周向排布各组所述正极端子；盖体中部的镂空处固定设置有圆形子盘，所述子盘上按照圆周向排布各组所述负极端子；

所述子盘中部设有通孔；一伸缩轴一端从所述通孔伸入所述容置空间中连接一接触片，接触片上至少设有两个触点，每个触点连接一个所述负极端子；且伸缩轴位于盖体外部的另一端连接有指针；

所述容置空间中设有旋转电机，所述旋转电机与控制模块电连接，且该电机的输出轴与所述伸缩轴连接；

所述容置空间中还设有至少两个开关，每个开关的一端均与一个正极端子连接，每个开关的另一端固定在所述接触片下方，以在伸缩轴轴向位移时将接触片下压至与所述开关的另一端接触连接。

在一些实施例中，所述插座盘为非金属材料。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本申请实施例提供的自适应电池均衡系统，该系统包括：电池组，该电池组包括至少两个单体电芯，每个单体电芯具有第一正极接口和第一负极接口；插座盘，该插座盘具有依次排布的至少两组端子，每组端子均包括正极端子和负极端子，第一正极接口连接正极端子，第一负极接口连接负极端子；开关，所述开关设置在所述插座盘中，用于切换接通所述插座盘中的一组或多组端子；控制模块，该控制模块与开关电连接，在电池组内单体电芯之间充放电失衡的情况下，控制所述开关切换到目标单体电芯所连接的端子处闭合。在该系统中无需均衡电阻即可实现对电池组中的各单体电芯的容量均衡，可对单体电芯进行充放电，且由于无需均衡电阻，不会导致电路温升很快而损坏电路，提升了电路的安全性和寿命。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，并不构成对本申请的不当限定。

图1是相关技术中均衡系统的示意图；

图2是本申请实施例涉及的一种自适应电池均衡系统的结构示意图；

图3是本申请一个具体示例中的插座盘的结构示意图；

图4是本申请一个具体示例中自适应电池均衡系统的结构示意图；

图5是本申请另一个具体示例中自适应电池均衡系统的结构示意图；

图6是本申请再一个具体示例中自适应电池均衡系统的结构示意图，其中(6a)中对插座盘正面结构进行示意，(6b)对插座盘的内部结构进行示意；

图7是本申请又一个具体示例中自适应电池均衡系统的结构示意图，其中(7a)中对插座盘正面结构进行示意，(7b)对插座盘的伸缩轴未下压前的状态进行示意，(7c)对插座盘的伸缩轴下压后的状态进行示意。

具体实施方式

为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的例子。

相关技术中，当电池中的多个单体电芯电量不均衡时，可以采用如图1所示的均衡电路，通过放电电阻R1对容量较大的单体电芯A1放电，以保持单体电芯间的电压容量一致。由于放电电阻R1消耗的电能等于白白浪费掉，因此不利于电池续航；而且单体电芯放电时产生的大电流会造成放电电阻R1快速而明显的升温，容易导致高温损害电路。并且由于放电电阻R1本身能够吸收的电能很小，使得均衡过程时间过长。

本申请实施例提供了一种自适应电池均衡系统，无需均衡电阻即可实现对电池组中的各单体电芯的容量均衡，从而可以解决上述均衡电路存在的问题。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的自适应电池均衡系统进行详细地说明。

图2是本申请实施例所提供的一种自适应电池均衡系统的结构示意图。如图2所示，该自适应电池均衡系统包括：

电池组201，所述电池组201包括至少两个单体电芯2011，每个所述单体电芯2011具有第一正极接口和第一负极接口；

插座盘203，所述插座盘203具有依次排布的至少两组端子，每组端子均包括正极端子2031和负极端子2032，所述第一正极接口连接所述正极端子2031，所述第一负极接口连接所述负极端子2032，参考图3所示；

开关202，所述开关202设置在所述插座盘203中，所述开关202用于切换接通所述插座盘203中的一组或多组端子；

控制模块204，所述控制模块204与所述开关202电连接，在所述电池组201内单体电芯2011之间充放电失衡的情况下，控制所述开关202切换到目标单体电芯所连接的端子处闭合，

其中，所述目标单体电芯为所述电池组201内待均衡的一个或多个单体电芯。

本申请实施例提供的自适应电池均衡系统中，插座盘203排布有若干组端子，每组端子可以对应接入一个单体电芯2011，即一组端子中的正极端子与单体电芯的第一正极接口连接，负极端子与第一负极接口连接。电池组201内的所有单体电芯2011可以接入一个或多个插座盘203。

插座盘203内设置的开关202与控制模块204电连接。在电池充电或放电过程中，如果单体电芯2011之间的电量失衡，则可以通过控制模块204输出指令到开关202，使其切换到待均衡的目标单体电芯所连接的正、负极端子处闭合，从而达到自适应均衡的目的。

图4为本申请实施例中通过插座盘203中的开关切换不同组端子通道来短接单体电芯的示意图。其中开关K1、K2、K3为分别连接在插座盘203上三组端子之间的开关，但应理解，实际应用中，开关K1、K2、K3的功能可以通过同一个开关切换来实现。

以电池组充电为例，参考图4所示，如果电池组内单体电芯BT1的当前容量大于单体电芯BT2、BT3，充电失衡，则可以通过控制模块输出指令到插座盘203对应开关，使开关K1闭合，单体电芯BT1短路，暂停充电，同时单体电芯BT2、BT3继续充电，直至电池组内单体电芯容量均衡，开关K1断开，单体电芯BT1、BT2、BT3继续充电。通过这种自适应均衡控制，可以避免发生单体电芯过充电状况。

以电池组放电为例，参考图4所示。如果电池组内单体电芯BT1、BT3的当前电量大于单体电芯BT2，放电失衡，则可以通过控制模块输出指令到插座盘203对应开关，使开关K2闭合，单体电芯BT2短路，暂停放电，同时单体电芯BT1、BT3继续放电，直至电池组内单体电芯量均衡，开关K2断开，单体电芯BT1、BT2、BT3继续放电。通过这种自适应均衡控制，可以避免发生单体电芯过放电状况。

因此，本申请实施例的自适应电池均衡系统，可以在电池组内充放电失衡时，通过插座盘中开关对单体电芯的短接隔离控制，实现电池的自适应均衡效果。相对于相关技术中采用放电电阻耗能的均衡电路来说，本申请实施例的系统因为不采用额外的耗能器件，因此不额外损耗电量，不仅不会因电池均衡产生高温而对电路造成损害，安全性高，而且不会造成电能浪费，利于电池续航。而且基于本申请实施例的系统，可以通过隔离待均衡的目标单体电芯，同时使其他电芯继续充放电，由于本申请实施例电路中充放电产生的容量变化相对于放电电阻消耗产生的容量变化，具有几个量级的区别，所以本申请实施例的系统可以快速实现电池的均衡，利于提升电池的使用安全性、可靠性，利于延长使用寿命。

可选的，本申请实施例中，电池组内包括至少两个单体电芯，单体电芯之间可以并联；在一些实施例中也可以混联，混联是指多个单体电芯中既有串联又有并联。所有电池单体之间可直接并联或混联后，置于电池壳体中，形成电池组模块。

应理解，单体电芯可以为锂离子电池，或者其他种类的电池，如钠离子电池等，但不局限于此。单体电芯可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。

在一些实施例中，如图5所示，所述自适应电池均衡系统还可以包括：

电池容量检测模块205，所述电池容量检测模块205分别与所述电池组201和所述控制模块204连接，所述电池容量检测模块205包括至少两个电极接口组，每个所述电极接口组包括第二正极接口和第二负极接口；所述第一正极接口与所述第二正极接口连接，所述第一负极接口与所述第二负极接口连接。

示例性的，电池容量检测模块205包括电压采集芯片，通过电压采集芯片采集电池组内各通道对应的单体电芯的电压信号，根据采集的电压信号确定对应单体电芯的当前容量或当前电量。

应理解，电池容量检测模块205为本领域成熟技术，该模块可以为集成模块化的器件，通过该模块的电极接口组与对应电池单体电连接，实现对应的电池容量检测功能。

在一些实施例中，电池容量检测模块205可以为BMU(Battery Management Unit，电池管理单元)，采集单体电芯的电压、电流、温度信息等等，不再赘述。

在电池组充放电过程中，电池容量检测模块205对电池组内各单体电芯的当前容量监测，从而可以确定电池组内的单体电芯的一致性。如果电池容量检测模块205通过采集的电信号确定充电状态下的某个单体电芯容量大于其他电芯，则输出对应的电平信号到控制模块，控制模块就可以根据该电平信号输出控制信号驱动对应开关闭合，短接该电芯。反之，如果放电状态下，某个单体电芯的容量小于其他电芯，则控制模块使对应开关闭合以短接该电芯。

示例性的，控制模块204可以为BCMS(Battery Cluster Management System，电池组管理系统)，可以对各BMU进行控制管理，此为本领域成熟技术，不再赘述。

为了便于对电池组内单体电芯的均衡控制，本申请实施例中通过插座盘连接电池组内的所有电芯。插座盘可作为接线端子器件，可以提供8～16组端子，支持8～16路通道。如果电池组内单体电芯数量较多时，可以增加插座盘的数量，以使电池组内每个单体电芯都接入插座盘提供的通道。

在所述插座盘的数量为多个的情况下，各插座盘之间互不连接。

可以理解的是，所述插座盘的形状包括如下任意一种：

矩形、圆形、星型、三角形和不规则形状，本申请实施例不做限定。

可选的，本申请实施例中，为了避免隔离电芯后电池组内的压降过大而影响电池组的安全性，目标单体电芯的数量不超过2。故而插座盘中的开关一般接通一组端子，或两组端子。

因此，在一些可选实施例中，参考图6中(6a)和(6b)所示，本申请实施例中插座盘203包括底座207和盖体208，盖体208连接在底座207上方并与底座207构造出插座盘内部的容置空间；

所述盖体208上排布至少两组端子，

所述容置空间中设有开关202，开关202可活动地连接盖体208上的各组端子，以切换连接对应组内的正极端子和负极端子。

为了便于通过少量开关可切换的导通多路通道，本申请一个具体示例中，参考图3所示，在所述插座盘203的盖体208形状为圆形的情况下，所述插座盘203中的每组端子(2031,2032)绕所述插座盘的盖体208圆周向依次排布。

可选的，所述盖体可以为两个圆形所组成的圆环，每组端子的正极端子在所述盖体的外围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布，每组端子的负极端子在所述盖体的内围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布。

在其他可选示例中，在所述盖体的形状为圆形的情况下，所述盖体为两个圆形所组成的圆环，第一组端子的正极端子和负极端子在所述盖体的外围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布，第二组端子的正极端子和负极端子在所述盖体的内围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布；

其中，所述第一组端子和所述第二组端子组成所述电池组对应的全部端子。

并且，参考图6所示，插座盘203的容置空间内设有旋转电机(图中未标示)，旋转电机与控制模块电连接，且旋转电机的输出轴连接所述开关202，以通过输出轴带动开关202可旋转地连接盖体208上的各组端子，进而实现切换对应通路。

可以预先给电池组内的每个单体电芯编号，每个编号的单体电芯固定连接一组端子(2031,2032)。端子和单体电芯的编号关联存储在BCMS的存储器中。当要短接隔离某一个目标单体电芯时，可以通过BCMS输出对应的电平信号，驱动旋转电机进行一定扭矩的转动，带动开关202的两端与该目标单体电芯在盖体上的一组端子(2031,2032)接触连接，然后BMU控制开关闭合，导通该组端子，短接目标单体电芯。

本申请另一个具体示例中，可以同时导通两路通道。具体地，参考图7中(7c)，插座盘203上的盖体208为中部镂空的圆环状，盖体208上按照圆周向排布上述若干正极端子2031；盖体208中部的镂空处固定设置有子盘209，子盘209为圆形，子盘209上按照圆周向排布上述若干负极端子2032。

结合图7中(7a)和(7b)，子盘209中部设有通孔；一伸缩轴210一端从所述通孔伸入容置空间中连接一接触片211，接触片211上至少设有两个触点212，每个触点212连接一个子盘209上的负极端子；且伸缩轴210位于盖体外部的另一端连接有指针206；

所述容置空间中设有旋转电机(图中未标示)，该电机与控制模块电连接，且该电机的输出轴与所述伸缩轴210连接，以通过输出轴带动旋转轴旋转。

所述容置空间中还设有至少两个开关202，每个开关202的一端2021均与一个正极端子2031连接，每个开关202的另一端2022固定在所述接触片211下方，以在伸缩轴210轴向位移时将接触片211的触点212下压至与所述开关202的另一端2022接触连接。可选的，伸缩轴旋转角度可以限制在顺时针60度到逆时针60之间，以避免旋转角较大时妨碍内部端子与触点之间布线。

当要短接隔离某一个目标单体电芯时，可以通过BCMS输出对应的电平信号，驱动旋转电机进行一定扭矩的转动，带动伸缩轴210绕自身轴线进行一定扭矩的旋转，旋转角度可通过指针206旋转的角度了解。当旋转到与两个目标单体电芯对应的端子处上方时，伸缩轴210轴向移动，带到接触片下压至与两个开关的另一端接触连接，然后BCMS控制开关202闭合，导通该两组端子，短接两个目标单体电芯。

为保证插座盘的安全性，所述插座盘的盘体为非金属材料。盘体内的各组端子为导电材料。

本申请实施例的自适应电池均衡系统可适用于任何纯电动车辆的电池均衡场景，由于不采用放电电阻等耗电元件，该系统在均衡过程中几乎无电量损耗，进而也避免了因为电量损耗导致的电路发热，利于改系统安全、稳定运行，利于延长电池组使用寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，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。

Claims (9)

1.一种自适应电池均衡系统，其特征在于，所述系统包括：

电池组，所述电池组包括至少两个单体电芯，每个所述单体电芯具有第一正极接口和第一负极接口；

插座盘，所述插座盘具有依次排布的至少两组端子，每组端子均包括正极端子和负极端子，所述第一正极接口连接所述正极端子，所述第一负极接口连接所述负极端子；

开关，所述开关设置在所述插座盘中，用于切换接通所述插座盘中的一组或多组端子；

控制模块，所述控制模块与所述开关电连接，在所述电池组内单体电芯之间充放电失衡的情况下，控制所述开关切换到目标单体电芯所连接的端子处闭合；

其中，所述目标单体电芯为所述电池组内的一个或多个单体电芯。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

电池容量检测模块，所述电池容量检测模块分别与所述电池组和所述控制模块连接，所述电池容量检测模块包括至少两个电极接口组，每个所述电极接口组包括第二正极接口和第二负极接口；所述第一正极接口与所述第二正极接口连接，所述第一负极接口与所述第二负极接口连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述插座盘的数量为至少一个；

在所述插座盘的数量为多个的情况下，各插座盘之间互不连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述插座盘包括底座和盖体，盖体连接在底座上方并与底座构造出插座盘内部的容置空间；

所述盖体上排布所述至少两组端子；

所述容置空间中设置所述开关，所述开关可活动地连接所述盖体上的各组端子，以切换连接对应组内的正极端子和负极端子。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述插座盘的所述盖体形状为圆形的情况下，所述插座盘中的每组端子绕所述盖体圆周向依次排布。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述盖体为两个圆形所组成的圆环，每组端子的正极端子在所述盖体的外围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布，每组端子的负极端子在所述盖体的内围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布；或者

第一组端子的正极端子和负极端子在所述盖体的外围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布，第二组端子的正极端子和负极端子在所述盖体的内围圆上环绕所述盖体的圆周向依次排布；

其中，所述第一组端子和所述第二组端子组成所述电池组对应的全部端子。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述插座盘的容置空间内设有旋转电机，

旋转电机与控制模块电连接，且旋转电机的输出轴连接所述开关，以通过输出轴带动开关可旋转地连接盖体上的各组端子。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述盖体为中部镂空的圆环状，盖体上按照圆周向排布各组所述正极端子；盖体中部的镂空处固定设置有圆形子盘，所述子盘上按照圆周向排布各组所述负极端子；

所述子盘中部设有通孔；一伸缩轴一端从所述通孔伸入所述容置空间中连接一接触片，接触片上至少设有两个触点，每个触点连接一个所述负极端子；且伸缩轴位于盖体外部的另一端连接有指针；

所述容置空间中设有旋转电机，所述旋转电机与控制模块电连接，且所述电机的输出轴与所述伸缩轴连接；

所述容置空间中还设有至少两个开关，每个开关的一端均与一个正极端子连接，每个开关的另一端固定在所述接触片下方，以在伸缩轴轴向位移时将接触片下压至与所述开关的另一端接触连接。

9.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述插座盘为非金属材料。

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