CN209592234U - 一种电池电量平衡补偿装置 - Google Patents

Abstract

一种电池电量平衡补偿装置，其包含一电池组，包含多个电芯；多个电池选择开关，每一电芯对应每一电池选择开关；一电压量测单元电连接所述电池组，用以量测电芯的电量；一处理器，电连接电压量测单元与些电池选择开关；一电量补偿模块，电连接所述处理器，所述处理器确认所述多个电芯的电量后，控制使电量补偿模块通过电池选择开关分别对指定的所述多个电芯进行电量补偿，电量补偿模块包含一电流选择开关，由多个调整单元所组成，通过所述多个调整单元调整所述电量补偿模块输入指定的所述电芯的电流大小。

Description

一种电池电量平衡补偿装置

技术领域

本实用新型是涉及一种电池电量平衡补偿装置，特别是涉及一种可以平衡补偿电池组中每一电芯电量的电池电量平衡补偿装置。

背景技术

随着科技的进步，锂电芯生产与研究获得非常大的突破，因为锂电芯拥有放电电压稳定、自放电率低、工作温度范围宽、无记忆效应、储存寿命长、重量轻与体积小等特点，已逐渐替代了传统的镍镉电芯或铅酸蓄电芯。

随着锂电芯的应用越来越广泛，电芯的管理变成各种设备中一种非常重要的技术。由于在锂电芯内部，其化学反应非常复杂，在不断完善电芯自身性能的同时，也对电芯的管理技术及使用进行不断的研究，以增加电芯使用寿命，提高电芯效率，最大地发挥电芯性能。

电池管理***(Battery Management System，BMS)，是对电池组中电芯的电量进行平衡管理的***，其具有量测电芯电压的功能，防止或避免电芯过放电、过充电、过温度等异常状况出现。它涉及微型计算机技术及检测等技术，能促使电芯处在最佳工作状态，降低运行成本，提高使用寿命。

然而，一般的主动平衡电池管理***在做电量平衡时，往往无法考虑到每一颗电芯的电量状态，提供最合适的平衡电流，进而达到保护电芯与延长使用寿命的目的，换句话说，由于平衡电流无法针对不同电量状态(或是不同性质的电芯)、不同电压高低的电芯的特性进行调整，因此，很可能会因为平衡电流过大而损害电芯，或平衡电流过小而推迟达到电池平衡的目的。

电池组内电芯的电量不平衡的因素很多，例如包含自放电的状况，有些电芯自放电较多，有些电芯自放电较少。电芯自放电较少，电压较高，充电时会比较快充饱；电芯自放电较多，电压较低，充电时间慢饱。

再者，以往使用外部电源或电池组电源，都会以固定的电压/电流对电芯进行充电(电量平衡)，欲充电的电芯与输入的电源电压容易有过大的电压差，导致有过大的电流注入，大电流输入也容易把开关(Switch)损坏(芯片(IC)烧坏)。

因此，需要针对上述的问题，设计一种新颖的电池管理***，可以针对电芯老化的问题进行管理，针对单一电芯给予匹配的电流，除了可避免将开关烧坏，也可以延长电池组整体的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在公開一种电池电量平衡补偿装置，以针对不同电压高低的电芯进行电量补偿，达到电池全局平衡的目的。

根据上述的目的，本实用新型提供一种电池电量平衡补偿装置，其中包含：一电池组，包含多个电芯；多个电池选择开关，每一电芯对应每一电池选择开关；一电压量测单元电连接电池组，用以估测电芯的电量；一处理器电连接电压量测单元与所述多个电池选择开关；一电量补偿模块，电连接处理器，所述处理器确认各电芯的电量后，控制使电量补偿模块通过电池选择开关分别对指定的电芯进行电量补偿，电量补偿模块包含一电流选择开关，由多个调整单元所组成，通过所述多个调整单元调整所述电量补偿模块输入指定的所述电芯的电流大小。

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，每一调整单元包含一限流电阻与一开关。

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，包含一物理计量单元，用以获得每一电芯的一内阻值

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，处理器是依据电芯的电压的大小，控制电流选择开关切换调整单元，用以针对特定的电芯输入匹配的电量或电流。

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，处理器切换每一调整单元的所述平衡开关，以提供一平衡电流。

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，平衡电流的计算公式为：IBAL＝(VDC-VBAT)/(RSEL+RGEAR)，其中，所述VDC为电量补偿模块的电源电压，VBAT为一平衡电池的电压值，RSEL为所述平衡开关的电阻值，RGEAR为所述电流选择开关的电阻。

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，电量补偿模块包含一电源转换组件，且电连接于一电源供应模块。

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，电源转换组件是将电源供应模块的输入电压调整成一匹配所述电量补偿模块的输出电流。

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，电源供应模块系来自一外部电源或来自电池组本身。

所述的电池电量平衡补偿装置，其中，物理计量单元可为一电流计。

据此，本实用新型通过计算一平衡电流，调整流通过平衡开关的电流，避免平衡开关烧毁。并且，通过电流选择开关的启动与关闭，可以控制输入到指定电芯的电流大小。

承上所述，本实用新型的电池电量平衡补偿装置为一种主动式能源管理***，可通过自身的电池组或者外部电源，针对每一颗电芯进行电量的平衡、补偿以及管理，使得电池组每一颗电芯可以将其自身的电量发挥到最大效能。同时，通过电压量测单元将量测到每颗电芯的电压值传送至处理器，使处理器控制电流选择开关中每个平衡开关的开启与关闭，进而调整所述电流选择开关，以便于针对需要充电的指定电芯给予相匹配的电流，达到平衡电池组每一颗电芯电量的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型的电池电量平衡补偿装置的方块图。

图2为本实用新型的电池电量平衡补偿装置的电路图。

图3为本实用新型的电池电量平衡补偿装置的方块图。

图例说明：

<本实用新型>

10 电池电量平衡补偿装置

101 电池组

102 电池选择开关

103 电压量测单元

104 处理器

105 电量补偿模块

106 电流选择开关

107 电芯

108 调整单元

109 限流电阻

110 平衡开关

111 外部电源

112 电源转换组件

113 物理计量单元

114 电源供应模块

具体实施方式

以下将详述本实用新型的实施例，其细节亦呈现于相关的附图，不同附图中相同的编号或标记表示相同的组件或概念。本实用新型实施例的说明将配合相关的附图进行。

图1为本实用新型的电池电量平衡补偿装置的方块图，图2为本实用新型的电池电量平衡补偿装置的电路图，图3为本实用新型的电池电量平衡补偿装置的另一实施例的方块图。如图1与图2所示，本实用新型的电池电量平衡补偿装置10包含一电池组101、多个电池选择开关102、一电压量测单元103、一处理器104、一电量补偿模块105、一电流选择开关106以及一电源供应模块114。

所述电池组101包含多个电芯107，每个电芯107分别对应一个电池选择开关102，电芯107较佳为二次电芯，所述二次电芯可以是锂电芯或镍电芯等，在此并不局限，且二次电芯为串联连接。

电压量测单元103电连接电池组101，用以量测每个电芯107的电量。处理器104电连接电压量测单元103与多个电池选择开关102，电量补偿模块105电连接处理器104与电池选择开关102，处理器104在确认每个电芯107的电量后，控制使电量补偿模块105通过电池选择开关102对指定的电芯107进行电量补偿。

要特别说明的是，本实用新型所提出的电量补偿模块105包含一电流选择开关106，其是由多个调整单元108所组成，通过多个调整单元108调整电量补偿模块105输入指定的电芯107的电流大小。其中，每一调整单元108包含一限流电阻109与一平衡开关110，每个限流电阻109的电阻值可以相同或不同，于本实用新型的一实施例中，限流电阻109的电阻值可以为零，但在此并不局限。调整单元108便是通过限流电阻109与平衡开关110调整电量补偿模块105输入每个电芯107的电流大小，藉此，可以针对不同健康程度的电芯107，给予最适合的电流，避免电芯107因不适合或不相匹配的电流而加速老化的程度，以延长整个电池组的使用寿命。

而在不同实施例中，更包含一物理计量单元113，用以获得每一个电芯107的一内阻值，特别是做定电流充放电或静置的时候，物理计量单元113可以通过电池选择开关106量测每颗电池芯107电流值，进而计算每颗电芯的内阻值，以了解每颗电池芯107的老化程度或健康状态。其中，物理计量单元113可以使用一电流计来量测每个电芯107的内阻值，但并不局限，如图3所示，可以通过处理器104利用电压、电流以及功率的信息，计算得出电芯107的内阻值。特别要说明的是，本实用新型所提出的电池电量平衡补偿装置10通过此物理计量单元113获取每一个电芯107的内阻值，可以实时了解每个电芯107的健康状况，特别是应用在电池管理***中，通过此物理计量单元113可以进一步监测每个电芯107的健康状况，据此，电池管理***可以发出需更换特定电芯的警示信息，进一步保护整个电池组101的整体使用寿命。

据此，处理器104是依据各电芯107的电量状态或电压大小，控制电流选择开关切换调整单元108而使电量补偿模块105输入特定某个电芯107的电流控制在一相匹配的范围内，藉此配合每个电芯107的不同内阻值皆可通过调整单元108而给予相匹配的电流，以达到全局的平衡的目的。换句话说，通过电流选择开关106选择不同电流去做平衡，可适应性的调整输出电流。

在本实用新型的实施例中，处理器104可以通过切换每个调整单元108的平衡开关110，计算一平衡电流。其中，平衡电流的计算公式为：IBAL＝(VDC-VBAT)/(RSEL+RGEAR)，其中，VDC为电量补偿模块105的电压，VBAT为一平衡电池的电压值，在一较佳实施例中，平衡电池的电压值VBAT便是来自电源供应模块114所提供的一平衡电池的电压值，RSEL为电池选择开关102的电阻值，RGEAR为电流选择开关106的电阻值。

另外，在本实用新型的一实施例中，电量补偿模块105包含一电源转换组件112，且电连接于一电源供应模块114。其中，所述电源转换组件112是用以将电源供应模块114的输入电压调整成一匹配电量补偿模块105的输出电流。而要特别说明的是，本实用新型所提出的电池电量平衡补偿装置10，通过电源转换组件112可将电源供应模块114的输入电压调整成一匹配电量补偿模块105的输出电流，因此，电源供应模块114可以来自一外部电源111，或者是来自自身的电池组101的电源皆可。若是来自自身的电池组101作为电源供应模块114的供电来源，则可以使整个电池组101主动地调节本身的每个电芯107的电量之间的均衡，降低各电芯107之间的电量差异。

举例来说，若电池组101包括三颗电芯107，分别为电芯A、电芯B及电芯C，其目前剩余电量分别为原有饱和状态的50％(电芯A)、60％(电芯B)及70％(电芯C)，则通过本实用新型的电池电量平衡补偿装置10可将电芯A、电芯B及电芯C的电量平衡，使得电芯A、电芯B及电芯C的电量皆为60％。在电池组101中，每个电芯107的电压有高有低，处理器104会选择电压最低的电芯107开始进行电量平衡的工作，通过电量补偿模块105知道所述电芯107的电量平衡后，处理器104就会对下一颗电芯107进行平衡的工作。

综上所述，本实用新型的电池电量平衡补偿装置为一种主动式能源管理***，可通过自身的电池组或者外部电源作为一电源供应模块，针对每一颗电芯进行电量的平衡、补偿以及管理，使得电池组每一颗电芯可以将其自身的电量发挥到最大效能。同时，通过量测到每颗电芯的电流值传送至处理器内计算每颗电芯的内阻值，所述处理器控制所述电流选择开关中每个平衡开关的开启与关闭以提供一适当的平衡电流，以便于针对需要充电的电芯进行电量补偿，达到平衡电池组每一颗电芯电量的目的。

传统的电池电量平衡补偿装置没有电流选择开关，使用范围会受到限制，举例来说，电池组的电压只能在3.6V～4V之间调整，而本实用新型的电池电量平衡补偿装置可通过平衡开关实现全局的电池组平衡。所谓全局电池组的平衡是说，当电池组的电压太低的时候，可能瞬间流过太大的电流，会烧毁平衡电路中的开关组件，这时候可以切换平衡开关，调整平衡电流大小，让电池组的使用范围扩充到3V～4V，且因限制电池的平衡电流，过低的电芯电压(电压差大)也不会因为电流过大而导致电芯烧毁或损坏平衡电路中的开关组件。

以上该仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本实用新型的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述公開的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电池电量平衡补偿装置，其特征在于，包含：

一电池组，包含多个电芯；

多个电池选择开关，每一所述多个电芯对应每一所述多个电池选择开关；

一电压量测单元电连接所述电池组，用以量测所述多个电芯的电量；

一处理器，电连接所述电压量测单元与所述多个电池选择开关；一电量补偿模块，电连接所述处理器，所述处理器确认所述多个电芯的电量后，控制使所述电量补偿模块通过所述电池选择开关分别对指定的所述多个电芯进行电量补偿，所述电量补偿模块包含一电流选择开关，由多个调整单元所组成，通过所述多个调整单元调整所述电量补偿模块输入指定的所述电芯的电流大小。

2.根据权利要求1所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，每一所述多个调整单元包含一限流电阻与一平衡开关。

3.根据权利要求2所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，包含一物理计量单元，用以获得每一所述多个电芯的一平衡电流值。

4.根据权利要求2所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，所述处理器是依据所述多个电芯的电量状态或电压的大小，控制所述电流选择开关切换所述多个调整单元。

5.根据权利要求2所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，所述处理器切换每一所述多个调整单元的所述平衡开关，以计算一电池的内阻值。

6.根据权利要求3所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，所述平衡电流的计算公式为：IBAL＝(VDC-VBAT)/(RSEL+RGEAR)，所述VDC为所述电量补偿模块的电压，VBAT一平衡电池的输出电压，RSEL为所述电池选择开关的电阻值，RGEAR为所述电流选择开关的电阻值。

7.根据权利要求1或2所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，所述电量补偿模块包含一电源转换组件，且电连接于一电源供应模块。

8.根据权利要求7所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，所述电源转换组件是将所述电源供应模块的输入电压调整成一匹配所述电量补偿模块的输出电流。

9.根据权利要求7所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，所述电源供应模块系来自一外部电源或来自所述电池组。

10.根据权利要求3所述的电池电量平衡补偿装置，其特征在于，物理计量单元可为一电流计。