CN219938013U - 一种电芯电压控制电路、电池包和动力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电芯电压控制电路、电池包和动力装置，该电路包括：电压采样芯片，用于采集电池组中各电芯的电压值；多路复用单元，用于输入各电芯的端电压，并输出各端电压中与目标电压值对应的目标端电压，其中，目标电压值为各电压值中的最大电压值；转换单元，用于将目标端电压转换为预设电压，并基于预设电压向预设负载供电，以此通过使各电芯中电压最高的电芯对预设负载供电，使得电芯电压达到相对均衡的水平，从而在保证电芯电压一致性的基础上避免了电能的浪费。

Description

一种电芯电压控制电路、电池包和动力装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，更具体地，涉及一种电芯电压控制电路、电池包和动力装置。

背景技术

在电动车辆中，动力电池组是其重要的组成部分。由于电池组是由多个单体电芯串联连接而成，随着电池的使用，电池组中各电芯间的差异性逐渐扩大，导致电芯间一致性差。当电芯电压不一致时，放电工况下，容量最小的电芯最先完成放电，而充电工况下，容量大的电芯最先达到满充，就可能出现电池包容量消失非常快或者电芯发生过热的情况，从而缩短电池包使用寿命。

现有技术中，对保证电芯电压一致性的处理方式有很多，比如被动均衡等，被动均衡是使用电阻耗散能量，即设置一个旁路电阻器，用于释放多余的电压并使电芯与其它电芯均衡。然而，被动均衡技术是使用电阻耗散能量来保证电芯电压的一致性，均衡电量全部以热量的形式被浪费，并且被动均衡将导致动力电池组的局部温度上升，会导致元器件的失效率也随之上升。

因此，如何在保证电芯电压一致性的基础上避免电能的浪费，是目前有待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例提出了一种电芯电压控制电路、电池包和动力装置，用以在保证电芯电压一致性的基础上避免电能的浪费。

第一方面，提供一种电芯电压控制电路，所述电路包括：电压采样芯片，用于采集电池组中各电芯的电压值；多路复用单元，用于输入各所述电芯的端电压，并输出各所述端电压中与目标电压值对应的目标端电压，其中，所述目标电压值为各所述电压值中的最大电压值；转换单元，用于将所述目标端电压转换为预设电压，并基于所述预设电压向预设负载供电；其中，所述电压采样芯片通过电压采样连接器分别连接各所述电芯的电压采样点，所述多路复用单元的各电压输入端分别连接各所述电压采样点，所述多路复用单元的输出端连接所述转换单元的输入端，所述转换单元的输出端连接所述预设负载。

在一些实施例中，所述预设负载包括所述电压采样芯片或电池管理系统的电池控制单元。

在一些实施例中，若所述预设负载为所述电压采样芯片，所述转换单元为第一DC/DC转换器，所述预设电压为第一预设电压。

在一些实施例中，若所述预设负载为所述电池控制单元，所述转换单元为第二DC/DC转换器，所述预设电压为第二预设电压，所述电路还包括：欠压保护单元，用于在所述目标端电压低于预设参考电压时停止输出所述目标端电压，在所述目标端电压不低于所述预设参考电压时输出所述目标端电压；其中，所述欠压保护单元的输入端连接多路复用单元的输出端，所述欠压保护单元的输出端连接所述第二DC/DC转换器的输入端，所述第二DC/DC转换器的输出端连接所述电池控制单元。

在一些实施例中，所述欠压保护单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、稳压芯片和三极管，其中，所述第一电阻的一端为所述欠压保护单元的输入端，所述第一电阻的另一端、所述第一电容的一端、所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端共接于所述第四电阻的一端，所述第一电容的另一端和所述第二电阻的另一端均接地，所述第三电阻的另一端为所述预设参考电压的输入端，所述第四电阻的另一端、所述第二电容的一端和所述第三电容的一端共接于所述稳压芯片的参考端，所述第二电容的另一端和所述稳压芯片的阴极共接于所述第五电阻的一端，所述第三电容的另一端和所述稳压芯片的阳极均接地，所述第五电阻的另一端和所述第六电阻的一端共接于所述三极管的基极，所述第六电阻的另一端连接所述三极管的发射极，所述三极管的集电极为所述欠压保护单元的输出端。

在一些实施例中，所述预设参考电压为2.8V～3.9V，所述第二预设电压为12V。

在一些实施例中，所述多路复用单元包括正极多路复用器和负极多路复用器，所述多路复用单元的各电压输入端包括所述正极多路复用器上的各正极输入端和所述负极多路复用器上的各负极输入端，各所述正极输入端连接所述电压采样点中的正极采样点，各所述负极输入端连接所述电压采样点中的负极采样点，所述多路复用单元的输出端包括所述正极多路复用器上的正极输出端和所述负极多路复用器上的负极输出端。

在一些实施例中，所述正极多路复用器和所述负极多路复用器均包括用于输入选择信号的控制端，各所述控制端连接微控制单元的选择信号输出端，所述微控制单元的电压输入端连接所述电压采样芯片的输出端，其中，所述选择信号是所述微控制单元对各所述电压值进行比较后，根据与所述最大电压值对应的电芯的编号生成的。

第二方面，提供一种电池包，包括如第一方面所述的电芯电压控制电路。

第三方面，提供一种动力装置，包括如第二方面所述的电池包。

通过应用以上技术方案，电芯电压控制电路包括：电压采样芯片，用于采集电池组中各电芯的电压值；多路复用单元，用于输入各电芯的端电压，并输出各端电压中与目标电压值对应的目标端电压，其中，目标电压值为各电压值中的最大电压值；转换单元，用于将目标端电压转换为预设电压，并基于预设电压向预设负载供电；其中，电压采样芯片通过电压采样连接器分别连接各电芯的电压采样点，多路复用单元的各电压输入端分别连接各电压采样点，多路复用单元的输出端连接转换单元的输入端，转换单元的输出端连接预设负载，以此通过使各电芯中电压最高的电芯对预设负载供电，使得电芯电压达到相对均衡的水平，从而在保证电芯电压一致性的基础上避免了电能的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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示出了本实用新型实施例提出的一种电芯电压控制电路的结构示意图；

图2示出了本实用新型另一实施例提出的一种电芯电压控制电路的结构示意图；

图3示出了本实用新型又一实施例提出的一种电芯电压控制电路的结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例中欠压保护单元的结构示意图；

图5示出了本实用新型又一实施例提出的一种电芯电压控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种电芯电压控制电路，如图1所示，该电路包括：

电压采样芯片10，用于采集电池组20中各电芯的电压值；

多路复用单元30，用于输入各电芯的端电压，并输出各端电压中与目标电压值对应的目标端电压，其中，目标电压值为各电压值中的最大电压值；

转换单元40，用于将目标端电压转换为预设电压，并基于预设电压向预设负载50供电；

其中，电压采样芯片10通过电压采样连接器60分别连接各电芯的电压采样点，多路复用单元30的各电压输入端分别连接各电压采样点，多路复用单元30的输出端连接转换单元40的输入端，转换单元40的输出端连接预设负载50。

本实施例中，电池组20中包括多个电芯，电压采样芯片10即AFE(analog frontend，模拟前端)芯片，电压采样芯片10通过电压采样连接器60分别连接各电芯的电压采样点，采集电池组20中各电芯的电压值。多路复用单元30输入各电芯的端电压，并将各端电压中的目标端电压输出到转换单元40，转换单元40将目标端电压转换为预设电压，预设电压为与预设负载50匹配的电压，并基于预设电压向预设负载50供电，其中，目标端电压与目标电压值对应，目标电压值为各电压值中的最大电压值，以此通过使各电芯中电压最高的电芯对预设负载50供电，使得电芯电压达到相对均衡的水平，从而在保证电芯电压一致性的基础上避免了电能的浪费。

在本申请一些实施例中，预设负载50包括电压采样芯片10或电池管理系统的电池控制单元51。

现有技术中，一般通过将多个电芯串联后对电压采样芯片10供电，可能会出现已经欠压或者接近欠压的电芯还在给电压采样芯片10供电，容易导致电芯电压不一致。本实施例中，通过将各电芯中电压最高的电芯对电压采样芯片10供电，避免高电压的电芯过压，以及避免电压较低的电芯欠压，保证了电芯电压的一致性。

现有技术中的电池控制单元51(即BCU)一般由SBC供电，本实施例中，若预设负载50为电池管理系统的电池控制单元51，将各电芯中电压最高的电芯对电池控制单元51供电，保证了电芯电压的一致性，若SBC的供电失效，可为电池控制单元51提供备用电源，提高了电池控制单元51的可靠性。

在本申请一些实施例中，如图2所示，若预设负载50为电压采样芯片10，转换单元40为第一DC/DC转换器41，预设电压为第一预设电压。

本实施例中，第一DC/DC转换器41为DC/DC升压转换器，第一预设电压可以为9.6V至61.6V，从而提高了对电压采样芯片10的供电可靠性。可选的，第一DC/DC转换器41可采用MAX668芯片。

在本申请一些实施例中，如图3所示，若预设负载50为电池控制单元51，转换单元40为第二DC/DC转换器42，预设电压为第二预设电压，电路还包括：

欠压保护单元70，用于在目标端电压低于预设参考电压时停止输出目标端电压，在目标端电压不低于预设参考电压时输出目标端电压；

其中，欠压保护单元70的输入端连接多路复用单元30的输出端，欠压保护单元70的输出端连接第二DC/DC转换器42的输入端，第二DC/DC转换器42的输出端连接电池控制单元51。

本实施例中，在预设负载50为电池控制单元51时，通过设置欠压保护单元70，可以保证在目标端电压低于预设参考电压时停止对电池控制单元51供电，从而提高了对电池控制单元51的供电可靠性。

在本申请一些实施例中，如图4所示，欠压保护单元70包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、稳压芯片U1和三极管Q1，其中，

第一电阻R1的一端为欠压保护单元70的输入端，第一电阻R1的另一端、第一电容C1的一端、第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端共接于第四电阻R4的一端，第一电容C1的另一端和第二电阻R2的另一端均接地，第三电阻R3的另一端为预设参考电压Vref的输入端，第四电阻R4的另一端、第二电容C2的一端和第三电容C3的一端共接于稳压芯片U1的参考端，第二电容C2的另一端和稳压芯片U1的阴极共接于第五电阻R5的一端，第三电容C3的另一端和稳压芯片U1的阳极均接地，第五电阻R5的另一端和第六电阻R6的一端共接于三极管Q1的基极，第六电阻R6的另一端连接三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极为欠压保护单元70的输出端。

本实施例中，预先设置预设参考电压Vref，当目标端电压低于预设参考电压Vref，即A点电压低于预设参考电压Vref，则稳压芯片U1截止，B点电压为高电平，三极管Q1也截止，此时停止输出目标端电压到第二DC/DC转换器42，电芯无法给电池控制单元51供电；当目标端电压不低于预设参考电压Vref，即A点电压低于预设参考电压Vref，则稳压芯片U1导通，B点电压为低电平，三极管Q1也导通，此时输出目标端电压到第二DC/DC转换器42，经过第二DC/DC转换器42升压后给电池控制单元51供电，从而提高了对电池控制单元51的供电可靠性。

可选的，稳压芯片U1的型号可采用TL431。

在本申请一些实施例中，预设参考电压Vref为2.8V～3.9V，第二预设电压为12V。

本实施例中，电芯可以为磷酸铁锂电芯，预设参考电压Vref可为2.8V～3.9V，第二DC/DC升压转换器在目标端电压不低于预设参考电压Vref时，将目标端电压升压至12V，从而保证可靠的对电池控制单元51供电。

在本申请一些实施例中，多路复用单元包括正极多路复用器和负极多路复用器，多路复用单元的各电压输入端包括正极多路复用器上的各正极输入端和负极多路复用器上的各负极输入端，各正极输入端连接电压采样点中的正极采样点，各负极输入端连接电压采样点中的负极采样点，多路复用单元的输出端包括正极多路复用器上的正极输出端和负极多路复用器上的负极输出端。

举例来说，如图5所示，若电池组20中包括8个电芯，多路复用单元30的各电压输入端包括正极多路复用器31上的各正极输入端(CH0-CH7)和负极多路复用器32上的各负极输入端(CH0-CH7)，各正极输入端连接电压采样点中的正极采样点，各负极输入端连接电压采样点中的负极采样点，多路复用单元30的输出端包括正极多路复用器31上的正极输出端OUT1和负极多路复用器32上的负极输出端OUT2，从而提高了多路复用单元30的可靠性。

在本申请一些实施例中，正极多路复用器和负极多路复用器均包括用于输入选择信号的控制端，各控制端连接微控制单元的选择信号输出端，微控制单元的电压输入端连接电压采样芯片的输出端，其中，选择信号是微控制单元对各电压值进行比较后，根据与最大电压值对应的电芯的编号生成的。

本实施例中，微控制单元(即MCU)获取电压采样芯片采集的各电压值，并对各电压值进行比较，确定最大电压值，根据与最大电压值对应的电芯的编号生成选择信号，并将选择信号输入正极多路复用器和负极多路复用器的控制端，以使正极多路复用器和负极多路复用器输出相应的目标端电压。

举例来说，如图5所示，若电池组20中包括8个电芯，即Cell-1～Cell-8，预设负载50为电压采样芯片10，正极多路复用器31和负极多路复用器32分别为8通道多路复用器，Rc为电压采样连接器60和及采样线束之间的阻抗，Rb指采样通道的串联电阻，Ra指电压采样芯片10内部的等效电阻，CT0～CT8为各电压采样点，VPWR为第一预设电压。电芯电压的控制过程包括以下步骤：

(1)电压采样芯片10采集电池组20中各电芯的电压值，例如，采集CT0和CT1两点的电压，两者相减得电势差，即CT0-CT1，从而得到cell-8的电压值，以此类推，再依次得到cell-7至cell-1的电压值；

(2)微控制单元80通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)或菊花链连接电压采样芯片10的输出端，微控制单元80从电压采样芯片10获取各电压值，对各电压值由高至低进行实时排序；

(3)微控制单元80选择各电压值中的最大电压值，根据与最大电压值对应的电芯的编号生成选择信号，将选择信号输入正极多路复用器31和负极多路复用器32的控制端，以使正极多路复用器31和负极多路复用器32输出相应的端电压。例如，若与最大电压值对应的电芯为Cell-7，其编号为7，相应的二进制数为111，微控制单元80分别从正极多路复用器31和负极多路复用器32的控制端(即引脚S0、S1和S2)输入选择信号，即二进制数111，则导通正极多路复用器31和负极多路复用器32的CH7引脚，将Cell-7的端电压作为目标端电压，并从正极多路复用器31上的正极输出端OUT1和负极多路复用器32上的负极输出端OUT2输出；

(4)该目标端电压经过第一DC/DC转换器41升压后给电压采样芯片10供电，其中，电压采样芯片10可采用MC33771芯片，第一DC/DC转换器41可采用MAX668芯片，使得第一预设电压VPWR处于9.6V至61.6V之间，第一DC/DC转换器41还连接参考电压Vcell-0。

通过应用以上技术方案，电芯电压控制电路包括：电压采样芯片，用于采集电池组中各电芯的电压值；多路复用单元，用于输入各电芯的端电压，并输出各端电压中与目标电压值对应的目标端电压，其中，目标电压值为各电压值中的最大电压值；转换单元，用于将目标端电压转换为预设电压，并基于预设电压向预设负载供电；其中，电压采样芯片通过电压采样连接器分别连接各电芯的电压采样点，多路复用单元的各电压输入端分别连接各电压采样点，多路复用单元的输出端连接转换单元的输入端，转换单元的输出端连接预设负载，以此通过使各电芯中电压最高的电芯对预设负载供电，使得电芯电压达到相对均衡的水平，从而在保证电芯电压一致性的基础上避免了电能的浪费。

本申请实施例还提出了一种电池包，包括如上所述的电芯电压控制电路。

本申请实施例还提出了一种动力装置，包括如上所述的电池包，该动力装置例如为电动汽车、混合动力汽车、电瓶车、机器人和无人机等。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“进入”、“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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实用新型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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型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)

1.一种电芯电压控制电路，其特征在于，所述电路包括：

电压采样芯片，用于采集电池组中各电芯的电压值；

多路复用单元，用于输入各所述电芯的端电压，并输出各所述端电压中与目标电压值对应的目标端电压，其中，所述目标电压值为各所述电压值中的最大电压值；

转换单元，用于将所述目标端电压转换为预设电压，并基于所述预设电压向预设负载供电；

其中，所述电压采样芯片通过电压采样连接器分别连接各所述电芯的电压采样点，所述多路复用单元的各电压输入端分别连接各所述电压采样点，所述多路复用单元的输出端连接所述转换单元的输入端，所述转换单元的输出端连接所述预设负载。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述预设负载包括所述电压采样芯片或电池管理系统的电池控制单元。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，若所述预设负载为所述电压采样芯片，所述转换单元为第一DC/DC转换器，所述预设电压为第一预设电压。

4.如权利要求2所述的电路，其特征在于，若所述预设负载为所述电池控制单元，所述转换单元为第二DC/DC转换器，所述预设电压为第二预设电压，所述电路还包括：

欠压保护单元，用于在所述目标端电压低于预设参考电压时停止输出所述目标端电压，在所述目标端电压不低于所述预设参考电压时输出所述目标端电压；

其中，所述欠压保护单元的输入端连接多路复用单元的输出端，所述欠压保护单元的输出端连接所述第二DC/DC转换器的输入端，所述第二DC/DC转换器的输出端连接所述电池控制单元。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述欠压保护单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、稳压芯片和三极管，其中，

所述第一电阻的一端为所述欠压保护单元的输入端，所述第一电阻的另一端、所述第一电容的一端、所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端共接于所述第四电阻的一端，所述第一电容的另一端和所述第二电阻的另一端均接地，所述第三电阻的另一端为所述预设参考电压的输入端，所述第四电阻的另一端、所述第二电容的一端和所述第三电容的一端共接于所述稳压芯片的参考端，所述第二电容的另一端和所述稳压芯片的阴极共接于所述第五电阻的一端，所述第三电容的另一端和所述稳压芯片的阳极均接地，所述第五电阻的另一端和所述第六电阻的一端共接于所述三极管的基极，所述第六电阻的另一端连接所述三极管的发射极，所述三极管的集电极为所述欠压保护单元的输出端。

6.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述预设参考电压为2.8V～3.9V，所述第二预设电压为12V。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述多路复用单元包括正极多路复用器和负极多路复用器，所述多路复用单元的各电压输入端包括所述正极多路复用器上的各正极输入端和所述负极多路复用器上的各负极输入端，各所述正极输入端连接所述电压采样点中的正极采样点，各所述负极输入端连接所述电压采样点中的负极采样点，所述多路复用单元的输出端包括所述正极多路复用器上的正极输出端和所述负极多路复用器上的负极输出端。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述正极多路复用器和所述负极多路复用器均包括用于输入选择信号的控制端，各所述控制端连接微控制单元的选择信号输出端，所述微控制单元的电压输入端连接所述电压采样芯片的输出端，其中，所述选择信号是所述微控制单元对各所述电压值进行比较后，根据与所述最大电压值对应的电芯的编号生成的。

9.一种电池包，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电芯电压控制电路。

10.一种动力装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池包。