CN216671738U - 应用于电池模组的均衡管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于电池模组的均衡管理***，包括主控制器和数据采集模块，还包括N个第一开关和N个第二开关，所述第一开关和所述单体电池一一对应串联成组，形成串联结构，所述第二开关与所述串联结构一一对应并联，所述N个第一开关和N个第二开关均与所述主控制器连接；所述电池模组进行充电或放电时，N个所述第一开关均闭合，N个所述第二开关均断开，当所述主控制器检测到有单体电池达到极限电压，则控制该节单体电池对应的所述第一开关断开，并控制该节单体电池对应的所述第二开关闭合，将该节单体电池退出充电回路或放电回路。本实用新型不会额外占用单体电池的充放电循环次数，实现无损均衡的目的。

Description

应用于电池模组的均衡管理***

技术领域

本实用新型涉电池管理技术领域，尤其涉及应用于电池模组的均衡管理***。

背景技术

目前市场上投入使用的电池模组，都会存在单体电池性能不一致的问题，为了改善这个问题，一般采用均衡技术来提升电池模组的一致性。均衡技术分为被动均衡和主动均衡，被动均衡是通过对能量高的单体电池进行放电实现容量的泄放的方式进行一致性均衡，但不能对能量低的单体电池进行补充能量，而主动均衡则是通过将能量高的单体电池与能量低的单体电池之间进行能量转移的方式，即可以给电池放电，也可以给电池充电。

但是单体电池本身是有使用寿命的，在出厂时就对电池的充放电循环次数进行了限定，比如2000次、4000次、6000次等，这些充放电循环次数是设定为电池在日常的工作中使用的，比如电动车在行驶时进行的放电次数，电动车在充电桩进行充电的次数，而两种均衡技术是在电池日常工作的充放电基础上对电池再进行额外的充放电，占用了电池额定的充放电循环次数，缩短了电池的使用寿命，从而减损了整个电池模组的使用性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种应用于电池模组的均衡管理***，解决在对电池均衡管理时会占用电池充放电循环次数的问题，不减损电池的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型提供一种应用于电池模组的均衡管理***，包括主控制器和数据采集模块，所述电池模组具有N节串联的单体电池，所述主控制器与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块与所述电池模组连接还包括N个第一开关和N个第二开关，所述第一开关和所述单体电池一一对应串联成组，形成N个串联结构，N个所述第二开关与N个所述串联结构一一对应并联，N个所述第一开关和N个所述第二开关均与所述主控制器连接；所述电池模组进行充电或放电时，N个所述第一开关均闭合，N个所述第二开关均断开，所述数据采集模块采集所述单体电池的电压数据，反馈至所述主控制器，当所述主控制器检测到有单体电池达到极限电压，则控制该节单体电池对应的所述第一开关断开，并控制该节单体电池对应的所述第二开关闭合，将该节单体电池退出充电回路或放电回路。

优选的，还包括蓄电装置和N个开关电路，所述开关电路与所述单体电池一一对应，所述开关电路的第一接线端分别连接所对应单体电池相邻的两个第二开关，所述开关电路的第二接线端连接所述蓄电装置，N个所述开关电路的第二接线端相互连接，N个所述开关电路均与所述主控制器连接；当有单体电池退出充电回路，充电电流通过该节单体电池所对应的开关电路，向所述蓄电装置充电；当有单体电池退出放电回路，所述蓄电装置通过该节单体电池所对应的开关电路进行放电。

优选的，所述极限电压为对所述单体电池设置的最高电压阈值和最低电压阈值，所述最高电压阈值保护单体电池不会过充，所述最低电压阈值保护所述单体电池不会过放。

优选的，所述第一开关的第一端连接所对应单体电池的正极，所述第一开关的第二端连接相邻单体电池的负极，所述第二开关的第一端连接所对应开关电路的第一接线端，所述第二开关的第二端端连接所对应第一开关的第二端和相邻开关电路的第一接线端。

优选的，所述蓄电装置为铅酸储能电池，所述铅酸储能电池的容量与所述电池模组充满电时所需的电量匹配。

优选的，所述第一开关和第二开关为MOS管，所述MOS管的栅极连接所述主控制器。

优选的，所述数据采集模块为模拟前端芯片，所述模拟前端芯片用于采集所述单体电池的电压及温度数据。

优选的，所述开关电路为双向DC/DC模块。

与现有技术相比，本实用新型之技术方案具有以下优点：通过控制每节单体电池在达到极限电压时即退出充放电主回路，避免进行额外的充放电均衡工作，解决了单体电池充放电循环次数被额外占用的问题；同时通过开关电路的接入，避免了因单体电池退出充放电主回路而造成电池模组总电压下降的问题。本实用新型能在对电池进行一致性均衡的同时，不会额外占用单体电池的充放电循环次数，不减损单体电池的使用寿命及不影响电池模组的正常使用，实现无损均衡的目的。

附图说明

图1是本实用新型应用于电池模组的均衡管理***实施例示意图；

图2是本实用新型应用于电池模组的均衡管理***实施例的进一步示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参考图1，是本实用新型应用于电池模组的均衡管理***实施例的示意图，本实施例中，电池模组3以12节的单体电池BAT1、BAT2……BAT12为例，数据采集模块以AFE模拟前端芯片2为例，主控制器MCU1与AFE模拟前端芯片2连接，可以是CAN通讯连接，也可以是SPI通讯等其他方式连接，AFE模拟前端芯片2通过采样线束21与电池模组3中的单体电池连接，采集单体电池的电压、温度等数据，并反馈信号至主控制器MCU1。本实施例包括12个第一开关K1-1、K1-2、K1-3……K1-12和12个第二开关K2-1、K2-2、K2-3……K2-12，每个第一开关与一节电池对应串联成组，形成串联结构，如图1所示，相邻两节电池之间串联有一个第一开关，第一开关K1-1与BAT1对应，K1-2与BAT2对应……以此类推，所有电池和第一开关都串联在母线L上；每个第二开关与形成串联结构的一组第一开关和单体电池对应并联，如图1所示，第二开关K2-1与第一开关K1-1和电池BAT1并联，第二开关K2-2与第一开关K1-2和电池BAT2并联……以此类推，相邻两个第二开关共线连接在母线L上，所有第二开关串联，并且所有第一开关和第二开关均与所述主控制器MCU1连接。

本实施例中，在通常情况下，第一开关K1-1、K1-2、K1-3……K1-12处于闭合状态，第二开关K2-1、K2-2、K2-3……K2-12处于断开状态，所述电池模组3进行日常充电时，AFE模拟前端芯片2采集各节电池的电压数据并反馈信号至主控制器MCU1进行检测，假设第3节单体电池BAT3最先达到最高极限电压，所述主控制器MCU1控制电池BAT3对应的第一开关K1-3断开，并控制第二开关K2-3闭合，这时电池BAT3从主回路中退出，不再进行充电，电流从第二开关K2-3处转回到母线L上；电池模组3进行日常放电时，假设第6节单体电池BAT6最先到达最低极限电压，主控制器MCU1控制第一开关K1-6断开，第二开关K2-6闭合，这时电池BAT6从主回路中退出，不再进行放电，电流从第二开关K2-6处转回到母线L上。本实用新型通过对充放电的电流分流，将已经完成充电或完成放电的单体电池退出回路中，不再对其进行额外的充放电循环，从而不占用单体电池额定的充放电次数，不影响单体电池的使用寿命。

参考图2，是本实用新型实施例的进一步的示意图。每当有单体电池达到极限电压，就会退出充电或放电的主回路，此时电池模组由12节单体电池串联会慢慢变成11节、10节、9节甚至更少，电池模组3提供给外部负载的电压随着串联电池数的减少而下降，最终会导致外部负载由于电池模组3提供的电压过低而无法正常运行。因此，本实用新型还包括蓄电装置和N个开关电路，在本实施例中蓄电装置以铅酸储能电池4为例，开关电路以双向DC/DC模块为例，每个所述双向DC/DC模块对应一节单体电池，如图2所示，1#双向DC/DC模块对应电池BAT1、2#双向DC/DC模块对应电池BAT2……以此类推。双向DC/DC模块具有第一接线端A端和第二接线端B端，每个第二开关的第二端连接在母线L上，第一端连接所对应的双向DC/DC模块A端，同时双向DC/DC模块A端连接母线L，从而第二开关通过双向DC/DC模块与所对应的第一开关和单体电池并联，双向DC/DC模块的B端连接所述铅酸储能电池4，12个双向DC/DC模块的B端相互连接，并均与所述主控制器MCU1连接。此时，双向DC/DC模块的A端电压为所对应单体电池的电压，B端电压为铅酸储能电池4的电压。

电池模组3进行日常充电时，假设单体电池BAT3达到充电的极限电压，第一开关K1-3断开，第二开关K2-3闭合，电池BAT3退出充电回路，此时主控制器MCU1控制3#双向DC/DC模块启动接入充电回路，弥补电池BAT3退出的空位，因此，整个电池模组3的电压不会降低，而从双向DC/DC模块的A端进入的充电电流经B端输出，向铅酸储能电池4充电，储存能量；同理，当其他电池也到达充电的极限电压时，也按此控制策略进行均衡处理。电池模组3进行日常放电时，假设单体电池BAT6达到放电的极限电压，第一开关K1-6断开，第二开关K2-6闭合，电池BAT6退出放电回路，此时6#双向DC/DC模块接入放电回路，弥补电池BAT6退出的空位，铅酸储能电池4中的能量从双向DC/DC模块的B端输入，从A端输出进行放电，同理，当其他电池也到达放电的极限电压时，也按此控制策略进行均衡处理。通过双向DC/DC模块弥补退出的单体电池，使得整个电池模组3的总电压不会降低，使电池模组的正常供电，保证外部负载的运行。

具体的，极限电压为对所述单体电池设置的最高电压阈值和最低电压阈值。电池模组内的每节单体电池，都设置有最高电压阈值和最低电压阈值，所述最高电压阈值保护单体电池不会过充，所述最低电压阈值保护所述单体电池不会过放，达到这两个阈值则断开相关的充放电回路，以免过充或过放而损坏电池。

具体的，每个第一开关的第一端连接所对应单体电池的正极，每个第一开关的第二端连接相邻单体电池的负极，每个第二开关的第一端连接所对应开关电路的第一接线端，每个第二开关的第二端连接所对应第一开关的第二端和相邻开关电路的第一接线端。如图2所示，第一开关K1-1的第一端连接BAT1的正极，第二端连接电池BAT2的负极，第二开关K2-1的第一端连接1#双向DC/DC模块的A端，第二端连接2#双向DC/DC模块的A端，同时第二开关K2-1的第二端还连接第一开关K1-1的第二端……以此类推。

具体的，铅酸储能电池4的容量与所述电池模组3充满电时所需的电量相匹配。铅酸储能电池4需要储存退出充电回路电池的能量，只要还有1节电池仍在充电，充电电流都会通过双向DC/DC模块给铅酸储能电池充电，储存能量，铅酸储能电池的容量就需要跟整个电池模组3充满电时所需的电量相匹配，保证充电回路的正常运行。

具体的，所述第一开关和第二开关为MOS管，MOS管开关的控制端与主控制器连接，由主控制器来控制其导通和断开。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于电池模组的均衡管理***，包括主控制器和数据采集模块，所述电池模组具有N节串联的单体电池，所述主控制器与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块与所述电池模组连接，其特征在于,

还包括N个第一开关和N个第二开关，所述第一开关和所述单体电池一一对应串联成组，形成N个串联结构，N个所述第二开关与N个所述串联结构一一对应并联，N个所述第一开关和N个所述第二开关均与所述主控制器连接；

所述电池模组进行充电或放电时，N个所述第一开关均闭合，N个所述第二开关均断开，所述数据采集模块采集所述单体电池的电压数据，反馈至所述主控制器，当所述主控制器检测到有单体电池达到极限电压，则控制该节单体电池对应的所述第一开关断开，并控制该节单体电池对应的所述第二开关闭合，将该节单体电池退出充电回路或放电回路。

2.根据权利要求1所述的应用于电池模组的均衡管理***，其特征在于，还包括蓄电装置和N个开关电路，所述开关电路与所述单体电池一一对应，所述开关电路的第一接线端分别连接所对应单体电池相邻的两个第二开关，所述开关电路的第二接线端连接所述蓄电装置，N个所述开关电路的第二接线端相互连接，N个所述开关电路均与所述主控制器连接；

当有单体电池退出充电回路，充电电流通过该节单体电池所对应的开关电路，向所述蓄电装置充电；

当有单体电池退出放电回路，所述蓄电装置通过该节单体电池所对应的开关电路进行放电。

3.根据权利要求2所述的应用于电池模组的均衡管理***，其特征在于，所述极限电压为对所述单体电池设置的最高电压阈值和最低电压阈值，所述最高电压阈值保护单体电池不会过充，所述最低电压阈值保护所述单体电池不会过放。

4.根据权利要求3所述的应用于电池模组的均衡管理***，其特征在于，所述第一开关的第一端连接所对应单体电池的正极，所述第一开关的第二端连接相邻单体电池的负极，所述第二开关的第一端连接所对应开关电路的第一接线端，所述第二开关的第二端端连接所对应第一开关的第二端和相邻开关电路的第一接线端。

5.根据权利要求2-4任一项所述的应用于电池模组的均衡管理***，其特征在于，所述蓄电装置为铅酸储能电池，所述铅酸储能电池的容量与所述电池模组充满电时所需的电量匹配。

6.根据权利要求1-4任一项所述的应用于电池模组的均衡管理***，其特征在于，所述第一开关和第二开关为MOS管，所述MOS管的栅极连接所述主控制器。

7.根据权利要求1-4任一项所述的应用于电池模组的均衡管理***，其特征在于，所述数据采集模块为模拟前端芯片，所述模拟前端芯片用于采集所述单体电池的电压及温度数据。

8.根据权利要求2-4任一项所述的应用于电池模组的均衡管理***，其特征在于，所述开关电路为双向DC/DC模块。

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