CN104485701A - 电池组主动均衡级联结构 - Google Patents

Abstract

电池组主动均衡级联结构，包括由M个电池组串联连接形成的电池组串，M为大于1的整数，所述电池组串上设有级联分布的N级均衡模块，N是满足2^N≤M<2^N+1的整数，相邻的2^m-1个电池组之间均设有均衡模块，形成第m级均衡模块，m的取值为1到N的所有整数。本发明通过采用级联分布的均衡模块，使得主动均衡电流大，能同时均衡所有的单体电池，在电池充放电状态时都能均衡，效率高，而且可靠性高，应用方便。

Description

电池组主动均衡级联结构

技术领域

本发明涉及一种电池组主动均衡级联结构。

背景技术

电池组在使用过程中会有一致性的问题，严重影响了电池组的循环寿命。

以前的解决方案都是每个电池单元都通过一个开关连接到一个负载电阻，充电时对电压过高的单元放电，即采取被动均衡的方案，具体结构如图1所示。  上述被动均衡方案，只适用于在充电模式下抑制最强电池单元的电压攀升，将多余的能量作为热量释放掉，使得整个系统效率低，功耗高。此类电路一般最大均衡电流不超过100mA，均衡电流小，均衡效果差，散热困难。

现在有基于变压器的主动均衡方案。初级线圈与整个电池组相连，次级线圈与每个电池单元相连，通过微控制器控制来达到电池均衡的目的。工作方法如下；对所有单体电池进行电压采样，计算平均值，然后检查电压偏离平均值最大的电池单元，比如第一节电池电压低于平均值，则闭合主开关S0，电池组开始对变压器充电，断开主开关，闭合开关S1，变压器存储的能量就可以转移到第一节电池中了。若第n节电池电压高于平均值，此时闭合开关Sn，该电池多余的能量通过磁场的形式储存，断开开关Sn，闭合主开关S0，此时变压器从储能模式进入了能量输出模式，能量通过初级线圈送入整个电池组，具体结构如图2所示。 上述基于变压器的主动均衡方案，虽然和传统被动均衡方案比有了很多优点，但是其缺点也很明显，比如对主开关管耐压要求高，需要高精度AD芯片采样电池电压及MCU控制均衡逻辑，一次只能均衡一节电池，不利于模块化，有一个元件坏了，需要更换整个均衡板，更换起来相当麻烦。

发明内容

本发明提供了一种均衡效率高、功耗低、方便维修、稳定可靠的电池组主动均衡级联结构。

本发明采用的技术方案是：

电池组主动均衡级联结构，包括由M个电池组串联连接形成的电池组串，M为大于1的整数，其特征在于：所述电池组串上设有级联分布的N级均衡模块，N是满足2^N≤M<2^N+1的整数，相邻的2^m-1个电池组之间均设有均衡模块，形成第m级均衡模块，m的取值为1到N的所有整数。即相邻的单个电池组之间均设有均衡模块，形成第一级均衡模块，相邻的2个电池组之间也均设有均衡模块，形成第二级均衡模块，相邻的4个电池组之间也均设有均衡模块，形成第三级均衡模块，以此类推，相邻的2^N-1个电池组之间也均设有均衡模块，形成第N级均衡模块。本发明通过采用级联分布的均衡模块，使得主动均衡电流大，能同时均衡所有的单体电池，在电池充放电状态时都能均衡，效率高，而且可靠性高，应用方便。

进一步，所述电池组由n节单体电池组成，n是大于等于1的整数。

进一步，当M≠2^N时，所述电池组串上的同级均衡模块之间设有交错连接的均衡模块。当电池组串内的电池组个数不够分配时或当电池组串联的节数比较高造成最后一级均衡模块输入电压较高时，对于相邻的电池组之间会采用交错连接的均衡模块，以达到每个电池组都能均衡到，做到整串电池组串内的电池都相互均衡的效果。

本发明的有益效果：结构清晰明了，电路简单，稳定可靠；多节电池可以在同一时间进行均衡；应用方便；该结构方便维修，哪个均衡模块出现故障，更换掉该模块就好；采用模块化设计，根据电池串数的不同，级联方案有着较大的可扩展性。

附图说明

图1是传统的被动均衡方案的结构示意图。

图2是基于变压器的主动均衡方案的结构示意图。

图3是本发明的第一种结构示意图。

图4是本发明的第二种结构示意图。

图5是本发明的第三种结构示意图。

图6是本发明的第四种结构示意图。

图7是本发明的可扩展的结构示意图。

图8是本发明的均衡模块交错连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

参照图3-8，电池组主动均衡级联结构，包括由M个电池组1串联连接形成的电池组串，M为大于1的整数，所述电池组串上设有N级均衡模块，N是满足2^N≤M<2^N+1的整数，相邻的2^m-1个电池组1之间均设有均衡模块2，形成第m级均衡模块，m的取值为1到N的所有整数。即相邻的单个电池组1之间均设有均衡模块2，形成第一级均衡模块，相邻的2个电池组1之间也均设有均衡模块2，形成第二级均衡模块，相邻的4个电池组1之间也均设有均衡模块2，形成第三级均衡模块，以此类推，相邻的2^N-1个电池组1之间也均设有均衡模块2，形成第N级均衡模块。本发明通过采用级联分布的均衡模块，使得主动均衡电流大，能同时均衡所有的单体电池，在电池充放电状态时都能均衡，效率高，而且可靠性高，应用方便。

本实施例所述电池组1由n节单体电池组成，n是大于等于1的整数。

本实施例当M≠2^N时，所述电池组串上的同级均衡模块之间设有交错连接的均衡模块2。当电池组串内的电池组1个数不够分配时或当电池组1串联的节数比较高造成最后一级均衡模块输入电压较高时，对于相邻的电池组1之间会采用交错连接的均衡模块，以达到每个电池组都能均衡到，做到整串电池组串内的电池都相互均衡的效果。

本实施例的均衡模块都可以采用基本的拓扑电路组成，如Buck、Boost、CUK、Flyback、Forward等电路。

本发明具有可靠性高，多节电池可以在同一时间均衡，使用方便等优点。在使用中不需要从一级均衡到N级均衡都具备，可以根据需要进行相应的选择，各级均衡都只是为了确保每节单体电池都能进行均衡。

现具体举例如下：

如图3所示，当M=2，n=1时，N=1，m的取值为1，此时电池组串是由两个单体电池串联组成，相邻的单体电池之间就设有单个均衡模块2，该均衡模块2对单体电池与另一单体电池进行主动均衡，若VM到VP的电池能量高于VN到VM的电池能量，则均衡模块会把VM到VP电池的能量无损传输给VN到VM的电池，若VN到VM的电池能量高于VM到VP的电池能量，则均衡模块会把VN到VM电池的能量无损传输给VM到VP的电池，始终做到VM到VP的电池和VN到VM的电池能量均衡。

如图4所示，当M=2，n>1时，N=1，m的取值为1，此时电池组串是由两个电池组1串联组成，电池组1由n节单体电池串联组成，相邻的电池组1之间就设有单个均衡模块2，该均衡模块2对n节单体电池与另一n节单体电池进行主动均衡，若VM到VP的电池能量高于VN到VM的电池能量，则均衡模块会把VM到VP电池的能量无损传输给VN到VM的电池，若VN到VM的电池能量高于VM到VP的电池能量，则均衡模块会把VN到VM电池的能量无损传输给VM到VP的电池，始终做到VM到VP的电池和VN到VM的电池能量均衡。

如图5所示，当M=3，n=1时，N=1，m的取值为1，此时电池组串是由三个单体电池串联组成，相邻的单体电池之间均设有均衡模块2，即该级均衡模块内设有两个均衡模块2，而且两个均衡模块2是交错连接，来实现三个单体电池的共同均衡。

如图6所示，当M=4，n=1时，N=2，m的取值为1、2，此时电池组串是由四个单体电池串联组成，第一级均衡模块包括两个均衡模块2，分别对相邻的单体电池进行均衡，第二级均衡模块只有单个均衡模块，对相邻的两个单体电池进行均衡，来实现四个单体电池的共同均衡。

如图7所示，当M>4，n>1时，N不定，此时对电池组串中的最低级均衡的4个电池组1之间进行了均衡，可以看出该级联结构是以多串电池组1为例的多级均衡级联方案，可以让电池能量通过均衡模块级联传递，结构清晰，组合方便，可以继续延伸，可扩展性强。

参照图8，当M>6，n>1时，N不定，此时对电池组串中的最低级均衡的6个电池组1之间进行了均衡，当电池组1内的电池串联节数比较高的时候，会造成最后一级均衡模块输入电压较高，所以对最后一级均衡采取了交错连接。

Claims (3)

1.电池组主动均衡级联结构，包括由M个电池组串联连接形成的电池组串，M为大于1的整数，其特征在于：所述电池组串上设有级联分布的N级均衡模块，N是满足2^N≤M<2^N+1的整数，相邻的2^m-1个电池组之间均设有均衡模块，形成第m级均衡模块，m的取值为1到N的所有整数。

2.如权利要求1所述的电池组主动均衡级联结构，其特征在于：所述电池组由n节单体电池组成，n是大于等于1的整数。

3.如权利要求1所述的电池组主动均衡级联结构，其特征在于：当M≠2^N时，所述电池组串上的同级均衡模块之间设有交错连接的均衡模块。