CN219145077U - 一种主动均衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主动均衡装置。包括：待均衡模组与主动均衡模组并联在第一母线与第二母线之间；主动均衡模组包括第一电芯、第二电芯和开关单元；所述第一电芯和所述第二电芯并联在所述第一母线与所述第二母线之间；其中，所述第一电芯分别与所述第一母线和所述第二母线之间设置所述开关单元；所述第二电芯分别与所述第一母线和所述第二母线之间设置所述开关单元；所述待均衡模组用于配置待均衡电芯的连接电路，将所述待均衡电芯并联至所述第一母线与所述第二母线之间；所述第一电芯用于向所述待均衡电芯进行充电，所述第二电芯用于接收所述待均衡电芯的放电电压。本实用新型提供的技术方案提高了均衡效率和均衡能量利用率，避免能源浪费。

Description

一种主动均衡装置

技术领域

本实用新型实施例涉及电池均衡技术领域，尤其涉及一种主动均衡装置。

背景技术

由于电池的电压、内阻和容量等参数会存在差异，因此电池之间容量电压和容量会出现不一致的问题，从而影响整个电池的性能和容量，导致电池寿命严重减损。

当前锂电池的电芯均衡普遍采用被动均衡，即通过将单体电压较高的电芯并联至均衡电阻，将高出的能量通过均衡电阻消耗掉，被动均衡的效率较低，另外，高电压电芯的能量单纯被均衡电阻散热消耗掉了，造成一定的能源浪费。

实用新型内容

本实用新型提供一种主动均衡装置，提高均衡效率，提高均衡能量利用率，避免能源浪费。

本实用新型实施例提供一种主动均衡装置，包括：待均衡模组和主动均衡模组；

所述待均衡模组与所述主动均衡模组并联在第一母线与第二母线之间；

所述主动均衡模组包括第一电芯、第二电芯和开关单元；所述第一电芯和所述第二电芯并联在所述第一母线与所述第二母线之间；其中，所述第一电芯分别与所述第一母线和所述第二母线之间设置所述开关单元；所述第二电芯分别与所述第一母线和所述第二母线之间设置所述开关单元；所述待均衡模组用于配置待均衡电芯的连接电路，将所述待均衡电芯并联至所述第一母线与所述第二母线之间；所述第一电芯用于向所述待均衡电芯进行充电，所述第二电芯用于接收所述待均衡电芯的放电电压。

可选的，所述主动均衡模组还包括备用开关单元；

所述第一电芯的第一极通过一所述开关单元连接至所述第一母线，所述第一电芯的第一极通过一所述备用开关单元连接至所述第二母线；所述第一电芯的第二极通过另一所述开关单元连接至所述第二母线，所述第一电芯的第二极通过另一所述备用开关单元连接至所述第一母线；

所述第二电芯的第一极通过一所述开关单元连接至所述第一母线，所述第二电芯的第一极通过一所述备用开关单元连接至所述第二母线；所述第二电芯的第二极通过另一所述开关单元连接至所述第二母线，所述第二电芯的第二极通过另一所述备用开关单元连接至所述第一母线。

可选的，所述待均衡模组包括多个待均衡电芯和多个开关单元，所述待均衡电芯串联连接，所述待均衡电芯的电极连接位置通过一所述开关单元连接至所述第一母线，通过另一所述开关单元连接至所述第二母线。

可选的，所述待均衡模组包括多个并联在第一母线和第二母线之间的待均衡电芯和多个开关单元，每一所述待均衡电芯的第一极通过一所述开关单元连接至所述第一母线；每一所述待均衡电芯的第二极通过另一所述开关单元连接至所述第二母线。

可选的，所述主动均衡模组还包括缓冲电阻；

所述第一电芯的第一极和/或第二极与所述开关单元之间串联缓冲电阻；

所述第二电芯的第一极和/或第二极与所述开关单元之间串联缓冲电阻。

可选的，所述开关单元包括半导体开关管。

可选的，所述待均衡电芯为锂离子电芯或钠离子电芯。

本实用新型实施例提供的技术方案，通过将待均衡模组和主动均衡模组并联连接，可以直接将待均衡模组中的待均衡电芯与第一电芯或第二电芯并联，利用第一电芯和第二电芯对待均衡电芯完成充放电均衡，将待均衡电芯的电压动态维持在稳定范围内，利用待均衡电芯的被均衡能量，主动均衡模组的第一电芯和第二电芯之间可以实现充放电，保持第一电芯和第二电芯的电压，从而充分利用被均衡的能量，避免浪费均衡能量。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种主动均衡装置的电路示意图。

图2为本实用新型实施例提供的又一种主动均衡装置的电路示意图。

图3为本实用新型实施例提供的又一种主动均衡装置的电路示意图。

图4为本实用新型实施例提供的又一种主动均衡装置的电路示意图。

图5为本实用新型实施例提供的一种主动均衡的流程示意图。

图6为本实用新型实施例提供的一种主动均衡的流程示意图。

图7为本实用新型实施例提供的一种主动均衡的流程示意图。

图8为本实用新型实施例提供的又一种主动均衡装置的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种主动均衡装置的电路示意图，参见图1，包括：待均衡模组101和主动均衡模组102；

待均衡模组101与主动均衡模组102并联在第一母线130与第二母线140之间；

主动均衡模组102包括第一电芯7、第二电芯8和开关单元120；第一电芯7和第二电芯8并联在第一母线130与第二母线140之间；其中，第一电芯7分别与第一母线130和第二母线140的之间设置开关单元120；第二电芯分8别与第一母线130和第二母线140的之间设置开关单元120；待均衡模组101用于配置待均衡电芯的连接电路，将待均衡电芯并联至第一母线130与第二母线140之间；第一电芯7用于向待均衡电芯进行充电，第二电芯8用于接收待均衡电芯的放电电压。

具体的，待均衡模组101与主动均衡模组102并联，主动均衡模组102中第一电芯7和第二电芯8并联，也就是说，待均衡模组101、第一电芯7和第二电芯8并联在第一母线130与第二母线140之间。待均衡模组101包括待均衡电芯，第一电芯7和第二电芯8的容量大于每个待均衡电芯的容量，例如，第一电芯7的容量和第二电芯8的容量分别为待均衡电芯的容量的2倍，此时，第一电芯7和第二电芯8的电压为待均衡电芯电压的1/2，当待均衡电压较高时(超过第一电芯或第二电芯的电压)，可以通过第一电芯7或第二电芯8进行放电，当待均衡电压较低时(低于第一电芯或第二电芯的电压)，可以通过第二电芯8或第一电芯7进行充电。

需要说明的是，本申请实施例仅以此为例，并不限于此，在其他的实施例中，第一电芯与待均衡电芯之间的容量关系、以及第二电芯与待均衡电芯之间的容量关系也可以是其他的倍数关系。另外，第一电芯和第二电芯既可以为待均衡电芯充电也可以吸收待均衡电芯的放电电压，可以选择其中一个对待均衡电压进行均衡。本申请实施例以采用第一电芯为待均衡电芯充电，采用第二电芯吸收待均衡电芯的电压为例进行说明。

当电压检测设备检测到待均衡电芯的电压较高，即超过规定的电压要求，则确定当前的待均衡电芯需要均衡，则待均衡模组可以通过配置连接电路，将该待均衡电芯并联至第一母线130和第二母线140之间，第二电芯8连接的开关单元120闭合，使待均衡电芯和第二电芯8形成并联关系，第二电芯8接收待均衡电芯的放电电压，直至待均衡电芯的电压达到目标点电压。

类似的，当电压检测设备检测到待均衡电芯的电压较低，即低于规定的电压要求，则确定当前的待均衡电芯需要均衡，则待均衡模组101可以通过配置连接电路，将该待均衡电芯并联至第一母线130和第二母线140之间，第一电芯7连接的开关单元120闭合，使待均衡电芯和第一电芯7形成并联关系，第一电芯7向待均衡电芯进行充电，直至待均衡电芯的电压达到目标点电压。

示例性的，当电压检测设备检测到第一电芯7和第二电芯8的电压的压差大于预设第一压差，例如压差大于800mv，则可以闭合第一电芯7和第二电芯8各自连接的开关单元120，使第一电芯7和第二电芯8并联，第一电芯7和第二电芯8的之间进行电压均衡，直至第一电芯7和第二电芯8的压差小于预设第二压差，例如小于20mv，从而利用待均衡电芯被均衡的能量，保持第一电芯和第二电芯的电压。

本实用新型实施例提供的技术方案，通过将待均衡模组和主动均衡模组并联连接，可以直接将待均衡模组中的待均衡电芯与第一电芯或第二电芯并联，利用第一电芯和第二电芯对待均衡电芯完成充放电均衡，实现对待均衡电芯的大电流的充放电，从而达到快速升高低电压电芯的电压和快速降低高电压电芯的电压，将待均衡电芯的电压动态维持在稳定范围内，利用待均衡电芯的被均衡能量，主动均衡模组的第一电芯和第二电芯之间可以实现充放电，保持第一电芯和第二电芯的电压，从而充分利用被均衡的能量，避免浪费均衡能量。

图2为本实用新型实施例提供的又一种主动均衡装置的电路示意图，参见图2，主动均衡模组102还包括备用开关单元121；

第一电芯7的第一极通过一开关单元120连接至第一母线130，第一电芯7的第一极通过一备用开关单元121连接至第二母线140；第一电芯7的第二极通过另一开关单元120连接至第二母线140，第一电芯7的第二极通过另一备用开关单元121连接至第一母线130；

第二电芯8的第一极通过一开关单元120连接至第一母线130，第二电芯8的第一极通过一备用开关单元121连接至第二母线140；第二电芯8的第二极通过另一开关单元120连接至第二母线140，第二电芯的第二极通过另一备用开关单元121连接至第一母线130。

具体的，通过设置备用开关单元121，第一电芯7的第一极分别通过开关单元120和备用开关单元121连接到第一母线130和第二母线140，第一电芯7的第二极同样分别通过开关单元120和备用开关单元121连接到第一母线130和第二母线140，也就是说，第一电芯7可以通过闭合第一极连接的开关单元120和第二极连接的开关单元120，连接至第一母线130和第二母线140之间；还可以通过闭合第一极连接的备用开关单元121和第二极连接的备用开关单元121，连接至第一母线130和第二母线140之间。相同的，第二电芯8可以通过闭合第一极连接的开关单元120和第二极连接的开关单元120，连接至第一母线130和第二母线140之间；还可以通过闭合第一极连接的备用开关单元121和第二极连接的备用开关单元121，连接至第一母线130和第二母线140之间。从而增加第一电芯7和第二电芯8连接至第一母线130和第二母线140之间的通路，因此当一组开关单元120功能失效，可以启用备用开关单元121，从而提高第一电芯7和第二电芯8并入第一母线130和第二母线140的稳定性。

图3为本实用新型实施例提供的又一种主动均衡装置的电路示意图，参见图3，待均衡模组包括多个待均衡电芯110和多个开关单元，待均衡电芯110串联连接，待均衡电芯110的电极连接位置通过一开关单元连接至第一母线130，通过另一开关单元连接至第二母线140。

具体的，待均衡模组中待均衡电芯110依次串联连接，示例性的，第一个待均衡电芯1的第一极通过第一个开关单元S1连接至第一母线130，第一个待均衡电芯1的第一极通过第二个开关单元S2连接至第二母线140，第一个待均衡电芯1的第二极通过第三个开关单元S3连接至第一母线130，第一个待均衡电芯1的第二极通过第四个开关单元S4连接至第二母线140；第二个待均衡电芯2的第一极通过第三个开关单元S3连接至第一母线130，第二个待均衡电芯2的第一极通过第四个开关单元S4连接至第二母线140，第二个待均衡电芯2的第二极通过第五个开关单元S5连接至第一母线130，第二个待均衡电芯2的第二极通过第六个开关单元S6连接至第二母线140，以此类推，通过调节各个开关单元120的导通闭合关系，调整待均衡电芯110与第一电芯7或第二电芯8的电路连接关系，实现主动均衡。

为了便于描述，以待均衡模组包括6个待均衡电芯为例，图4为本实用新型实施例提供的又一种主动均衡装置的电路示意图，参见图4，其中，6个待均衡电芯，分别标记为1、2、3……6。第一个均衡电芯1的正极分别通过第一个开关单元S1和第二个开关单元S2接入第一母线和第二母线，第一个均衡电芯1的负极分别通过第三个开关单元S3和第四个开关单元S4接入第一母线和第二母线，第二个均衡电芯2的正极分别通过第三个开关单元S3和第四个开关单元S4接入第一母线和第二母线，第二个均衡电芯2的负极分别通过第五个开关单元S5和第六个开关单元S6接入第一母线和第二母线，以此类推，6个待均衡电芯需要14个开关单元完成连接，第一个开关单元至第十四个开关单元分别记为S1-S14，第一电芯7的正极分别通过第十五个开关单元S15和第一个备用开关单元S16接入第一母线和第二母线，第一电芯7的负极分别通过第二个备用开关单元S17和第十六个开关单元S18接入第一母线和第二母线，第二电芯8的正极分别通过第十七个开关单元S19和第三个备用开关单元S20接入第一母线和第二母线，第二电芯8的负极分别通过第四个备用开关单元S21和第十八个开关单元S22接入第一母线和第二母线。

示例性的，图5为本实用新型实施例提供的一种主动均衡的流程示意图，结合图4，参见图5，检测到第一个待均衡电芯1的电压较高，超过规定的电压阈值则需要均衡，则闭合第一个开关单元S1、第四个开关单元S4、第十七个开关单元S19和第十八个开关单元S22，因此，第一个待均衡电芯1和第二电芯8形成并联，第二电芯8接收第一个待均衡电芯1的放电电压，即第一个待均衡电芯1向第二电芯8充电，直至第一个待均衡电芯1的电压达到目标点电压，则断开第一个开关单元S1、第四个开关单元S4、第十七个开关单元S19和第十八个开关单元S22。

相同的，还可以通过闭合第二个开关单元S2、第三个开关单元S3、第十七个开关单元S19和第十八个开关单元S22，或，通过闭合第二个开关单元S2、第三个开关单元S3、第三个备用开关单元S20和第四个备用开关单元S21，将第一个待均衡电芯1和第二电芯8形成并联完成均衡。

示例性的，图6为本实用新型实施例提供的一种主动均衡的流程示意图，结合图4，参见图6，检测到第二个待均衡电芯2的电压较低，低于规定的电压阈值则需要均衡，则闭合第三个开关单元S3、第六个开关单元S6、第十五个开关单元S15和第十六个开关单元S18，因此，第二个待均衡电芯2和第一电芯7形成并联，第一电芯7向第二个待均衡电芯2的充电，直至第二个待均衡电芯2的电压达到目标点电压，则断开第三个开关单元S3、第六个开关单元S6、第十五个开关单元S15和第十六个开关单元S18。

相同的，还可以通过闭合第四个开关单元S4、第五个开关单元S5、第十五个开关单元S15和第十六个开关单元S18，或，通过闭合第四个开关单元S4、第五个开关单元S5、第一个备用开关单元S16和第二个备用开关单元S17，将第二个待均衡电芯2和第一电芯7形成并联完成均衡。

还可以通过调整第一电芯7和第二电芯8的连接开关单元闭合关断关系，对第一电芯7和第二电芯8的电压均衡调整。示例性的，图7为本实用新型实施例提供的一种主动均衡的流程示意图，结合图4，参见图7，实时检测第一电芯7和第二电芯8的电压，若第一电芯7和第二电芯8的电压的压差大于预设第一压差，例如压差大于800mv，则可以闭合第一个备用开关单元S16、第三个备用开关单元S20、第二个备用开关单元S17和第四个备用开关单元S21，第一电芯7和第二电芯8并联，直至第一电芯7和第二电芯8的压差小于预设第二压差，例如小于20mv，则断开第一个备用开关单元S16、第三个备用开关单元S20、第二个备用开关单元S17和第四个备用开关单元S21。还可以通过闭合第十五个开关单元S15、第十六个开关单元S18、第十七个开关单元S19和第十八个开关单元S22，使第一电芯7和第二电芯8并联，直至第一电芯7和第二电芯8的压差小于预设第二压差，例如小于20mv，则断开第十五个开关单元S15、第十六个开关单元S18、第十七个开关单元S19和第十八个开关单元S22。

图8为本实用新型实施例提供的又一种主动均衡装置的电路示意图，参见图8，待均衡模组101包括多个并联在第一母线130和第二母线140之间的待均衡电芯110和多个开关单元，每一待均衡模电芯110的第一极通过一开关单元连接至第一母线130；每一待均衡模电芯110的第二极通过另一开关单元连接至第二母线140。

具体的，待均衡电芯110通过并联实现电量扩容，其中，待均衡电芯110的正极与第一母线之间串联一个开关单元，待均衡电芯110的负极与第二母线140之间串联一个开关单元，第一电芯7的正极(第一极)与第一母线130之间串联一个开关单元，第一电芯7的负极(第二极)与第二母线140之间串联一个开关单元，第二电芯8的正极(第一极)与第一母线130之间串联一个开关单元，第二电芯8的的负极(第二极)与第二母线140之间串联一个开关单元。通过调节各个开关单元的导通闭合关系，调整待均衡电芯110与第一电芯7或第二电芯8的电路连接关系，实现主动均衡。示例性的，待均衡电芯的个数可以根据应用需求进行调整，本实用新型实施例以6个待均衡电芯为例，各个开关单元的标号为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15和S23。

若检测到第一个待均衡电芯1的电压较高，超过规定的电压阈值则需要均衡，则闭合第一个开关单元S1、第二个开关单元S2、第十五个开关单元S15和第十六个开关单元S23，因此，第一个待均衡电芯1和第二电芯8形成并联，第二电芯8接收第一个待均衡电芯1的放电电压，即第一个待均衡电芯1向第二电芯8充电，直至第一个待均衡电芯1的电压达到目标点电压，则断开第一个开关单元S1、第二个开关单元S2、第十五个开关单元S15和第十六个开关单元S23。

示例性的，若检测到第二个待均衡电芯2的电压较低，低于规定的电压阈值则需要均衡，则闭合第三个开关单元S3、第四个开关单元S4、第十三个开关单元S13和第十四个开关单元S14，因此，第二个待均衡电芯2和第一电芯7形成并联，第一电芯7向第二个待均衡电芯2的充电，直至第二个待均衡电芯2的电压达到目标点电压，则断开第三个开关单元S3、第四个开关单元S4、第十三个开关单元S13和第十四个开关单元S14。

还可以通过调整第一电芯7和第二电芯8的连接开关单元闭合关断关系，对第一电芯7和第二电芯8的电压均衡调整。示例性的，实时检测第一电芯7和第二电芯8的电压，若第一电芯7和第二电芯8的电压的压差大于预设第一压差，例如压差大于800mv，则可以闭合第十三个开关单元S13、第十四个开关单元S14、第十五个开关单元S15和第十六个开关单元S23，第一电芯7和第二电芯8并联，直至第一电芯7和第二电芯8的压差小于预设第二压差，例如小于20mv，则断开第十三个开关单元S13、第十四个开关单元S14、第十五个开关单元S15和第十六个开关单元S23。

主动均衡模组还包括缓冲电阻R1；第一电芯的第一极和/或第二极与开关单元之间串联缓冲电阻R1；第二电芯的第一极和/或第二极与开关单元之间串联缓冲电阻R1。

具体的，第一电芯7和第二电芯8可以各自串联一个缓冲电阻R1，缓冲电阻R1起到限流保护的作用，避免充放电电流过大，造成第一电芯7和第二电芯8的损坏。

可选的，开关单元包括半导体开关管。例如，开关单元采用mos开关管，开关单元可以连接驱动芯片实现闭合关断的控制。

可选的，待均衡电芯为锂离子电芯。具体的，充电锂电池具有能量高、使用寿命长、电压高等优点，因此在储能电源电性能、可靠性、安全性、要求较高的场合成为首选对象。在其他可能的实施方式中，待均衡电芯也可以为钠离子电芯。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种主动均衡装置，其特征在于，包括：待均衡模组和主动均衡模组；

所述待均衡模组与所述主动均衡模组并联在第一母线与第二母线之间；

所述主动均衡模组包括第一电芯、第二电芯和开关单元；所述第一电芯和所述第二电芯并联在所述第一母线与所述第二母线之间；其中，所述第一电芯分别与所述第一母线和所述第二母线之间设置所述开关单元；所述第二电芯分别与所述第一母线和所述第二母线之间设置所述开关单元；所述待均衡模组用于配置待均衡电芯的连接电路，将所述待均衡电芯并联至所述第一母线与所述第二母线之间；所述第一电芯用于向所述待均衡电芯进行充电，所述第二电芯用于接收所述待均衡电芯的放电电压。

2.根据权利要求1所述的主动均衡装置，其特征在于，所述主动均衡模组还包括备用开关单元；

所述第一电芯的第一极通过一所述开关单元连接至所述第一母线，所述第一电芯的第一极通过一所述备用开关单元连接至所述第二母线；所述第一电芯的第二极通过另一所述开关单元连接至所述第二母线，所述第一电芯的第二极通过另一所述备用开关单元连接至所述第一母线；

所述第二电芯的第一极通过一所述开关单元连接至所述第一母线，所述第二电芯的第一极通过一所述备用开关单元连接至所述第二母线；所述第二电芯的第二极通过另一所述开关单元连接至所述第二母线，所述第二电芯的第二极通过另一所述备用开关单元连接至所述第一母线。

3.根据权利要求1或2所述的主动均衡装置，其特征在于，所述待均衡模组包括多个待均衡电芯和多个开关单元，所述待均衡电芯串联连接，所述待均衡电芯的电极连接位置通过一所述开关单元连接至所述第一母线，通过另一所述开关单元连接至所述第二母线。

4.根据权利要求1或2所述的主动均衡装置，其特征在于，所述待均衡模组包括多个并联在第一母线和第二母线之间的待均衡电芯和多个开关单元，每一所述待均衡电芯的第一极通过一所述开关单元连接至所述第一母线；每一所述待均衡电芯的第二极通过另一所述开关单元连接至所述第二母线。

5.根据权利要求1所述的主动均衡装置，其特征在于，所述主动均衡模组还包括缓冲电阻；

所述第一电芯的第一极和/或第二极与所述开关单元之间串联缓冲电阻；

所述第二电芯的第一极和/或第二极与所述开关单元之间串联缓冲电阻。

6.根据权利要求1所述的主动均衡装置，其特征在于，所述开关单元包括半导体开关管。

7.根据权利要求1所述的主动均衡装置，其特征在于，所述待均衡电芯为锂离子电芯或钠离子电芯。

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