電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括由M個電池組串聯(lián)連接形成的電池組串，M為大于1的整數(shù)，所述電池組串上設(shè)有級聯(lián)分布的N級均衡模塊，N是滿足2N≤M<2N+1的整數(shù)，相鄰的2m-1個電池組之間均設(shè)有均衡模塊，形成第m級均衡模塊，m的取值為1到N的所有整數(shù)。本發(fā)明通過采用級聯(lián)分布的均衡模塊，使得主動均衡電流大，能同時均衡所有的單體電池，在電池充放電狀態(tài)時都能均衡，效率高，而且可靠性高，應(yīng)用方便。
【專利說明】電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]電池組在使用過程中會有一致性的問題，嚴(yán)重影響了電池組的循環(huán)壽命。
[0003]以前的解決方案都是每個電池單元都通過一個開關(guān)連接到一個負載電阻，充電時對電壓過高的單元放電，即采取被動均衡的方案，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。上述被動均衡方案，只適用于在充電模式下抑制最強電池單元的電壓攀升，將多余的能量作為熱量釋放掉，使得整個系統(tǒng)效率低，功耗高。此類電路一般最大均衡電流不超過100mA，均衡電流小，均衡效果差，散熱困難。
[0004]現(xiàn)在有基于變壓器的主動均衡方案。初級線圈與整個電池組相連，次級線圈與每個電池單元相連，通過微控制器控制來達到電池均衡的目的。工作方法如下；對所有單體電池進行電壓采樣，計算平均值，然后檢查電壓偏離平均值最大的電池單元，比如第一節(jié)電池電壓低于平均值，則閉合主開關(guān)S0，電池組開始對變壓器充電，斷開主開關(guān)，閉合開關(guān)SI，變壓器存儲的能量就可以轉(zhuǎn)移到第一節(jié)電池中了。若第η節(jié)電池電壓高于平均值，此時閉合開關(guān)Sn，該電池多余的能量通過磁場的形式儲存，斷開開關(guān)Sn，閉合主開關(guān)S0，此時變壓器從儲能模式進入了能量輸出模式，能量通過初級線圈送入整個電池組，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。上述基于變壓器的主動均衡方案，雖然和傳統(tǒng)被動均衡方案比有了很多優(yōu)點，但是其缺點也很明顯，比如對主開關(guān)管耐壓要求高，需要高精度AD芯片采樣電池電壓及MCU控制均衡邏輯，一次只能均衡一節(jié)電池，不利于模塊化，有一個元件壞了，需要更換整個均衡板，更換起來相當(dāng)麻煩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種均衡效率高、功耗低、方便維修、穩(wěn)定可靠的電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括由M個電池組串聯(lián)連接形成的電池組串，M為大于I的整數(shù)，其特征在于:所述電池組串上設(shè)有級聯(lián)分布的N級均衡模塊，N是滿足2ν< Μ〈2ν+1的整數(shù)，相鄰的2°"1個電池組之間均設(shè)有均衡模塊，形成第m級均衡模塊，m的取值為I到N的所有整數(shù)。即相鄰的單個電池組之間均設(shè)有均衡模塊，形成第一級均衡模塊，相鄰的2個電池組之間也均設(shè)有均衡模塊，形成第二級均衡模塊，相鄰的4個電池組之間也均設(shè)有均衡模塊，形成第三級均衡模塊，以此類推，相鄰的個電池組之間也均設(shè)有均衡模塊，形成第N級均衡模塊。本發(fā)明通過采用級聯(lián)分布的均衡模塊，使得主動均衡電流大，能同時均衡所有的單體電池，在電池充放電狀態(tài)時都能均衡，效率高，而且可靠性高，應(yīng)用方便。
[0007]進一步，所述電池組由η節(jié)單體電池組成，η是大于等于I的整數(shù)。
[0008]進一步，當(dāng)M # 2%寸，所述電池組串上的同級均衡模塊之間設(shè)有交錯連接的均衡模塊。當(dāng)電池組串內(nèi)的電池組個數(shù)不夠分配時或當(dāng)電池組串聯(lián)的節(jié)數(shù)比較高造成最后一級均衡模塊輸入電壓較高時，對于相鄰的電池組之間會采用交錯連接的均衡模塊，以達到每個電池組都能均衡到，做到整串電池組串內(nèi)的電池都相互均衡的效果。
[0009]本發(fā)明的有益效果:結(jié)構(gòu)清晰明了，電路簡單，穩(wěn)定可靠；多節(jié)電池可以在同一時間進行均衡；應(yīng)用方便；該結(jié)構(gòu)方便維修，哪個均衡模塊出現(xiàn)故障，更換掉該模塊就好；采用模塊化設(shè)計，根據(jù)電池串?dāng)?shù)的不同，級聯(lián)方案有著較大的可擴展性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是傳統(tǒng)的被動均衡方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是基于變壓器的主動均衡方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4是本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5是本發(fā)明的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖6是本發(fā)明的第四種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖7是本發(fā)明的可擴展的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖8是本發(fā)明的均衡模塊交錯連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明進行進一步說明，但并不將本發(fā)明局限于這些【具體實施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，本發(fā)明涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進方案和等效方案。
[0019]參照圖3-8，電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括由M個電池組I串聯(lián)連接形成的電池組串，M為大于I的整數(shù)，所述電池組串上設(shè)有N級均衡模塊，N是滿足2n< M〈2n+1的整數(shù)，相鄰的21"1個電池組I之間均設(shè)有均衡模塊2，形成第m級均衡模塊，m的取值為I到N的所有整數(shù)。即相鄰的單個電池組I之間均設(shè)有均衡模塊2，形成第一級均衡模塊，相鄰的2個電池組I之間也均設(shè)有均衡模塊2，形成第二級均衡模塊，相鄰的4個電池組I之間也均設(shè)有均衡模塊2，形成第三級均衡模塊，以此類推，相鄰的個電池組I之間也均設(shè)有均衡模塊2，形成第N級均衡模塊。本發(fā)明通過采用級聯(lián)分布的均衡模塊，使得主動均衡電流大，能同時均衡所有的單體電池，在電池充放電狀態(tài)時都能均衡，效率高，而且可靠性高，應(yīng)用方便。
[0020]本實施例所述電池組I由η節(jié)單體電池組成，η是大于等于I的整數(shù)。
[0021]本實施例當(dāng)M ^ 2%寸，所述電池組串上的同級均衡模塊之間設(shè)有交錯連接的均衡模塊2。當(dāng)電池組串內(nèi)的電池組I個數(shù)不夠分配時或當(dāng)電池組I串聯(lián)的節(jié)數(shù)比較高造成最后一級均衡模塊輸入電壓較高時，對于相鄰的電池組I之間會采用交錯連接的均衡模塊，以達到每個電池組都能均衡到，做到整串電池組串內(nèi)的電池都相互均衡的效果。
[0022]本實施例的均衡模塊都可以采用基本的拓撲電路組成，如Buck、Boost、CUK,Flyback、Forward 等電路。
[0023]本發(fā)明具有可靠性高，多節(jié)電池可以在同一時間均衡，使用方便等優(yōu)點。在使用中不需要從一級均衡到N級均衡都具備，可以根據(jù)需要進行相應(yīng)的選擇，各級均衡都只是為了確保每節(jié)單體電池都能進行均衡。
[0024]現(xiàn)具體舉例如下:
如圖3所示，當(dāng)M=2，n=l時，N=L m的取值為1，此時電池組串是由兩個單體電池串聯(lián)組成，相鄰的單體電池之間就設(shè)有單個均衡模塊2，該均衡模塊2對單體電池與另一單體電池進行主動均衡，若VM到VP的電池能量高于VN到VM的電池能量，則均衡模塊會把VM到VP電池的能量無損傳輸給VN到VM的電池，若VN到VM的電池能量高于VM到VP的電池能量，則均衡模塊會把VN到VM電池的能量無損傳輸給VM到VP的電池，始終做到VM到VP的電池和VN到VM的電池能量均衡。
[0025]如圖4所示，當(dāng)Μ=2，η>1時，N=l，m的取值為1，此時電池組串是由兩個電池組I串聯(lián)組成，電池組I由η節(jié)單體電池串聯(lián)組成，相鄰的電池組I之間就設(shè)有單個均衡模塊2，該均衡模塊2對η節(jié)單體電池與另一 η節(jié)單體電池進行主動均衡，若VM到VP的電池能量高于VN到VM的電池能量，則均衡模塊會把VM到VP電池的能量無損傳輸給VN到VM的電池，若VN到VM的電池能量高于VM到VP的電池能量，則均衡模塊會把VN到VM電池的能量無損傳輸給VM到VP的電池，始終做到VM到VP的電池和VN到VM的電池能量均衡。
[0026]如圖5所示，當(dāng)Μ=3，η=1時，N=I，m的取值為I，此時電池組串是由三個單體電池串聯(lián)組成，相鄰的單體電池之間均設(shè)有均衡模塊2，即該級均衡模塊內(nèi)設(shè)有兩個均衡模塊2，而且兩個均衡模塊2是交錯連接，來實現(xiàn)三個單體電池的共同均衡。
[0027]如圖6所示，當(dāng)M=4，n=l時，N=2，m的取值為1、2，此時電池組串是由四個單體電池串聯(lián)組成，第一級均衡模塊包括兩個均衡模塊2，分別對相鄰的單體電池進行均衡，第二級均衡模塊只有單個均衡模塊，對相鄰的兩個單體電池進行均衡，來實現(xiàn)四個單體電池的共同均衡。
[0028]如圖7所示，當(dāng)Μ>4，η>1時，N不定，此時對電池組串中的最低級均衡的4個電池組I之間進行了均衡，可以看出該級聯(lián)結(jié)構(gòu)是以多串電池組I為例的多級均衡級聯(lián)方案，可以讓電池能量通過均衡模塊級聯(lián)傳遞，結(jié)構(gòu)清晰，組合方便，可以繼續(xù)延伸，可擴展性強。
[0029]參照圖8，當(dāng)Μ>6，η>1時，N不定，此時對電池組串中的最低級均衡的6個電池組I之間進行了均衡，當(dāng)電池組I內(nèi)的電池串聯(lián)節(jié)數(shù)比較高的時候，會造成最后一級均衡模塊輸入電壓較高，所以對最后一級均衡采取了交錯連接。
【權(quán)利要求】
1.電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括由M個電池組串聯(lián)連接形成的電池組串，M為大于I的整數(shù)，其特征在于:所述電池組串上設(shè)有級聯(lián)分布的N級均衡模塊，N是滿足2n< M〈2 n+1的整數(shù)，相鄰的2°"1個電池組之間均設(shè)有均衡模塊，形成第m級均衡模塊，m的取值為I到N的所有整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述電池組由η節(jié)單體電池組成，η是大于等于I的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的電池組主動均衡級聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于:當(dāng)M# 2 "時，所述電池組串上的同級均衡模塊之間設(shè)有交錯連接的均衡模塊。
【文檔編號】H02J7/00GK104485701SQ201410709182
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】張云程, 奚淡基, 任遠程, 周遜偉 申請人:杭州協(xié)能科技有限公司