專利名稱：電池模塊均衡電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電池管理電路系統，尤其涉及對多個串聯電池單元進行均衡處理的電池模塊均衡電路。
背景技術：
具有多個電池單元的電池組，例如鋰離子電池組，被廣泛應用于工業生產中。鋰離子電池具有能量密度大、平均輸出電壓高、自放電小、沒有記憶效應、工作溫度范圍寬、循環性能優越、可快速充放電、充電效率高達100%、輸出功率大、使用壽命長以及不含有毒有害物質等諸多優點，被稱為綠色電池，廣泛應用于筆記本電腦、電動工具、電動車等領域。單節鋰離子電池的電壓為4V左右，為了獲得較高電壓，在實際應用中常常使用鋰離子電池多節串聯后得到的鋰離子電池組給設備進行供電，所以鋰離子電池組會據客戶系統的電壓和容量要求進行串并聯供電。由于鋰離子電池組非常嬌貴，單個電池單元必須保證在規格書給定的電壓范圍內，如果超出了規格書給定的范圍，輕則損傷電池單元的電芯，影響整組電池的壽命，重則會出現電池組燃燒、爆炸等安全事故。故，對每個電池單元及整個電池組的電壓進行采樣、 監控是很有必要的。即使所有電池單元都是在安裝前進行過容量匹配檢測，但在長期的使用過程中電池單元會因自身放電不一致而導致電池單元之間的容量不一致，間接表現出電壓不一致，因此，需要通過均衡電路進行均衡，以實現多組電池單元的電壓一致，否則導致多組電池單元的容量也不一致。整體電池組的總容量取決于最低電壓的電芯組，故導致不能放出全部能量，并且還會進一步惡化，最低電壓的電池單元由于長期處于滿放狀態，壽命衰減加快，從而降低了整組電池的壽命。所以實時監測每節鋰離子電池的電壓變得非常有必要。通過對每一節鋰離子電池的電壓進行實時監測，可以在對串聯電池組充電時有的放矢，保證整個電池組的平衡。在現有技術中電池單元均衡電路是采用一個耗能電阻和一個控制開關串聯，然后與單節電池單元并聯連接。例如圖1所示，其為現有技術中一電池單元均衡電路的結構框圖，所述電池單元均衡電路包括具有六個電池10_1 10_6的電池單元10、具有六個開關 20_1 20_6的開關單元20以及具有六個耗能電阻30_1 30_6的耗能電阻單元30，其中一個耗能電阻和一個控制開關串聯，然后與對應的電池并聯連接。如果其中某個電池單元的電壓過高，就閉合相應的控制開關，通過耗能電阻消耗其能量，從而達到所有的電芯組電壓一致的效果。例如，其中第二電池10_2電壓過高，則閉合第二開關20_2，使第二耗能電阻30_2消耗第二電池10_2的能量，使第二電池10_2電壓降低。然而，上述均衡電路是一種耗能型的，所有均衡掉的能量都要通過耗能電阻轉化為熱量散發掉，這樣會導致整個電池組的溫度升高，降低了整個電池系統的可靠性。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種電池模塊均衡電路，以提高電池單元系統的均衡效率、穩定性和可靠性。為解決上述問題，本實用新型提供一種電池模塊均衡電路，包括由若干個電池串聯連接形成的電池模塊，還包括電容，所述若干個電池分別與所述電容連接；若干組單控開關單元，所述單控開關單元的數量等于所述電池的數量，每組所述單控開關單元對應連接于一個電池與所述電容之間；總控開關單元，所述總控開關單元連接于所述電池模塊與所述電容之間。進一步的，每組所述單控開關單元包括兩個開關，每組單控開關單元的第一個開關連接于所述對應電池的正極和所述電容的第一極之間，每組單控開關單元的第二個開關連接于所述對應電池的負極和所述電容的第二極之間。進一步的，所述總控開關單元包括兩個開關，所述總控開關單元的第一個開關連接于所述電池模塊的正極和所述電容的第一極之間，所述總控單元的第二個開關連接于所述電池模塊的負極和所述電容的第二極之間。進一步的，還包括檢測單元和選通單元，其中，所述檢測單元接收所述若干個電池的參數信號，并向所述選通單元發出結果信號；所述選通單元接收所述結果信號，并向所述若干組單控開關單元和總控開關單元發出開合控制信號。其中，所述若干電池的參數信號為電壓信號。進一步的，所述若干個電池與所述電容連接方式為并聯連接。進一步的，所述單控開關單元為模擬開關，所述總控開關單元的開關為模擬開關。本實用新型還提供一種電池模塊均衡電路，包括若干電池單元串聯形成的電池模塊，每個所述電池單元包括若干個電池，還包括電容，所述若干個電池單元分別與所述電容連接；若干組單控開關單元，所述開關單元的數量等于所述電池單元的數量，每組所述單控開關單元對應連接于一個電池單元與所述電容之間；還包括總控開關單元，所述總控開關單元連接于所述電池模塊與所述電容之間。進一步的，每組所述單控開關單元包括兩個開關，每組單控開關單元的第一個開關連接于所述對應電池單元的正極和所述電容的第一極之間，每組單控開關單元的第二個開關連接于所述對應電池單元的負極和所述電容的第二極之間。進一步的，所述總控開關單元包括兩個開關，所述總控開關單元的第一個開關連接于所述電池模塊的正極和所述電容的第一極之間，所述總控單元的第二個開關連接于所述電池模塊的負極和所述電容的第二極之間。進一步的，還包括檢測單元和選通單元，其中，所述檢測單元接收所述若干個電池單元的參數信號，并向所述選通單元發出結果信號；所述選通單元接收所述結果信號，并向所述若干組單控開關單元和總控開關單元發出開合控制信號。其中，所述若干電池的參數信號為電壓信號。進一步的，所述若干個電池單元與所述電容連接方式為并聯連接。進一步的，所述單控開關單元的開關為模擬開關，所述總控開關單元的開關為模擬開關。與現有技術相比，本實用新型的電池模塊均衡電路使用電容，能夠將電壓值最高的電池的部分能量通過電容轉移至電壓值最低的電池，從而實現整個電池單元的均衡效率，也能夠將整個電池模塊中的能量轉移到電壓值較低的單體電池中，提高整個電池系統
5的可靠性，且在能量轉移過程中減少能量損耗，降低了整個電池單元升溫，提高系統的可靠性。
圖1為現有技術中一電池單元均衡電路的結構框圖。圖2為本實用新型一實施例中電池模塊均衡電路的結構框圖圖3為本實用新型另一實施例中電池模塊均衡電路的結構框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本實用新型的內容作進一步說明。當然本實用新型并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實用新型的保護范圍內。其次，本實用新型利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本實用新型實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本實用新型的限定。實施例一本實用新型提供一種電池模塊均衡電路，包括由若干個電池串聯連接形成的電池單元，其特征在于，還包括電容，所述若干個電池分別與所述電容連接；若干組單控開關單元，所述單控開關單元的數量等于所述電池的數量，每組所述單控開關單元對應連接于一個電池與所述電容之間；總控開關單元，所述總控開關單元連接于所述電池模塊與所述電容之間。可以理解的是，電池模塊可以包括任意數量的電池，本實施例以六個電池為例，只是為了方便描述本實用新型。圖2為本實用新型一實施例中電池模塊均衡電路的結構框圖，如圖2所示，電池模塊均衡電路包括六個電池100_1 100_6串聯形成的電池模塊100、電容300以及六組單控開關單元200_1 200 6的開關組200，其中六個電池100_1 100_6分別與所述電容300連接，所述單控開關單元200_1 200 6也是六個，數量上等于所述電池100_1 100_6的數量，每組所述單控開關單元200對應連接于一個電池100_1 100_6與所述電容300之間，所述總控開關單元201連接于所述電池模塊100與所述電容300之間。所述若干個電池100_1 100_6與所述電容300連接方式為并聯連接。如圖2所示，每組所述單控開關單元200包括兩個開關，例如第一組單控開關單元 200_1包括兩個開關200_la和200_lb，其中第一個開關200_la連接于所述對應電池100_1 的正極和所述電容300的第一極之間，第二個開關200_lb連接于所述對應電池100_1的負極和所述電容300的第二極之間。對應的，第二組單控開關單元200_2包括兩個開關200_加和200_2b，其中第一個開關200_加連接于所述對應電池100_2的正極和所述電容300的第一極之間，第二個開關200_2b連接于所述對應電池100_2的負極和所述電容300的第二極之間。第三組單控開關單元200_3 第六組單控開關單元200_4以此類推。每個單控開關單元200_1 200_6中的兩個開關都是同時斷開和閉合。所述總控開關單元201包括兩個開關201a和201b，所述總控開關單元201的第一個開關201a連接于所述電池模塊100的正極和所述電容300的第一極之間，所述總控開關單元的第二個開關201b連接于所述電池模塊100的負極和所述電容300的第二極之間。 所述總控開關單元201的兩個開關同時斷開和閉合。所述單控開關單元200_1 200_6和所述總控開關單元201還可以采用模擬開關，例如電壓可控導通的晶體管等。電池模塊均衡電路還包括檢測單元400和選通單元500，其中，所述檢測單元400 接收所述電池模塊100的參數信號，并向所述選通單元500發出結果信號；所述選通單元 500接收所述結果信號，并向所述若干組單控開關單元200_1 200_6和總控開關單元201 組成的開關組200發出開合控制信號。所述檢測單元400用于檢測電池模塊100中若干個電池100_1 100_6的參數信號，在本實施例中若干個電池100_1 100_6的參數信號以電壓信號作為均衡目標參數，然而如本領域普通技術人員所理解的，本實用新型的電池模塊均衡電路參數采用其他參數， 例如荷電狀態、容量等，作為均衡目標參數來均衡電池的原理與采用電壓作為均衡目標參數的原理是相同的。所述檢測單元400接收若干個電池100_1 100_6的電壓信號，將檢測到的結果信號傳遞給選通單元500，選通單元500向所述單控開關單元200_1 200_6和總控開關單元201組成的開關組200發出控制信號，例如，所述檢測單元400檢測到第一個電池100_1 的電壓最高，并檢測到第二個電池100_2的電壓最低，則將所述控制信號傳遞給選通單元 500，選通單元500首先控制接通所述第一個電池100_1的單控開關單元200_1，電流由第一個電池100_1流向電容300，由于電容效應，所述電容300的能量由單控開關單元200_1的閉合時間控制，從第一個電池100_1中轉移出來的能量被存儲在電容300中，一端時間后， 控制信號控制斷開第一個電池100_1的單控開關單元200_1，閉合第二個電池100_2的單控開關單元200_2，則電容300中的能量轉移到第二個電池100_2中，從而實現將最高電壓電池的能量轉移到最低電壓電池的過程。重復上述能量轉移過程，直至整個電池模塊100 的所有電池的電壓都一致，從而實現了均衡效率。所述總孔開關單元201與所述單控開關單元200聯合工作，能夠實現另一種均衡方法首先閉合總控開關單元201時，將整個電池模塊100的總能量給電容300充電，接著，斷開所述總控開關單元201后選擇閉合電池模塊 100中電壓最低的電池的單控開關單元進行充電，根據實際需要轉移能量確定所述總控開關單元201的閉合時間及對應單控開關單元的閉合時間，從而實現將整個電池模塊的能量轉移到電壓值的較低的電池中，多次重復上述能量轉移步驟，以實現調節整個電池模塊100 的總電壓。因此，本實用新型的電池模塊均衡電路使用電容，能夠將電壓值最高的電池的部分能量、或整體電池模塊中的部分能量通過電容轉移至電壓值最低的電池，從而實現整個電池模塊的均衡效率，也能夠將整個電池模塊中的能量轉移到電壓值較低的單體電池中， 提高整個電池系統的可靠性，同時，通過電容300轉移能量能夠減少能量損耗，也降低了整個電池系統的升溫，提供了系統的穩定性和可靠性。本實用新型所述電池單元均衡電路適用于電池的充電過程、放電過程以及空閑狀態，其中空閑狀態是指既不充電也不放電。實施例二相比于實施例一，本實施例中電池模塊均衡電路實現結構將實施例一中每個電池替換為包括若干電池的電池單元，從而電池模塊均衡電路不僅能夠對單個電池串聯形成的
7電池模塊實現單個電池之間的電壓均衡，還能夠對由多個電池組成的電池單元串聯形成的電池模塊實現電池單元之間的均衡。在本實施例中，所述電池模塊均衡電路，包括若干電池單元串聯形成的電池模塊， 每個所述電池單元包括若干個電池，還包括電容，所述若干個電池單元分別與所述電容連接；若干組單控開關單元，所述開關單元的數量等于所述電池單元的數量，每組所述單控開關單元對應連接于一個電池單元與所述電容之間；還包括總控開關單元，所述總控開關單元連接于所述電池模塊與所述電容之間。圖3為本實用新型另一實施例中電池模塊均衡電路的結構框圖，如圖2所示，電池模塊均衡電路包括六個電池單元101_1 101_6串聯形成的電池模塊101、電容300以及六組單控開關單元200_1 200 6的開關組200，其中六個電池單元101_1 101_6分別與所述電容300連接，所述單控開關單元200_1 200 6也是六個，數量上等于所述電池單元101_1 101_6的數量，每組所述單控開關單元200_1 200 6對應連接于一個電池單元101_1 101_6與所述電容300之間，所述總控開關單元201連接于所述電池模塊101與所述電容300之間。其中，每個電池單元都包括若干個電池，在本實施例中，能夠對包括若干個電池的電池單元之間進行能量轉移，將電壓值較高的電池單元的能量整體轉移到電壓值較低的電池單元，從而提高電池模塊的整體可靠性。如圖3所示，每組所述單控開關單元200_1 200 6包括兩個開關，例如第一組單控開關單元200_1包括兩個開關200_la和200_lb，其中第一個開關200_la連接于所述對應電池單元101_1的正極和所述電容300的第一極之間，第二個開關200_lb連接于所述對應電池單元101_1的負極和所述電容300的第二極之間。對應的，第二組單控開關單元 200_2包括兩個開關200_加和200_2b，其中第一個開關200_加連接于所述對應電池單元 101_2的正極和所述電容300的第一極之間，第二個開關200_2b連接于所述對應電池單元 101_2的負極和所述電容300的第二極之間。第三組單控開關單元200_3 第六組單控開關單元200_4以此類推。每個單控開關單元200_1 200_6中的兩個開關都是同時斷開和閉合。所述總控開關單元201包括兩個開關201a和201b，所述總控開關單元201的第一個開關201a連接于所述電池模塊101的正極和所述電容300的第一極之間，所述總控開關單元的第二個開關201b連接于所述電池模塊101的負極和所述電容300的第二極之間。 所述總控開關單元201的兩個開關同時斷開和閉合。所述總控開關單元201能夠實現對整個電池單元200的總電壓給電容300充電，從而實現調節整個電池模塊101的總電壓。電池模塊均衡電路還包括檢測單元400和選通單元500，其中，所述檢測單元400 接收所述電池模塊101的參數信號，并向所述選通單元500發出結果信號；所述選通單元 500接收所述結果信號，并向所述若干組單控開關單元200_1 200_6和總控開關單元201 組成的開關組200發出開合控制信號。所述檢測單元400用于檢測電池模塊101中若干個電池單元101_1 101_6的參數信號，在本實施例中若干個電池單元101_1 101_6的參數信號以電壓信號作為均衡目標參數，然而如本領域普通技術人員所理解的，本實用新型的電池模塊均衡電路參數采用其他參數，例如荷電狀態、容量等，作為均衡目標參數來均衡電池的原理與采用電壓作為均衡目標參數的原理是相同的。[0043]所述檢測單元400接收若干個電池單元101_1 101_6的電壓信號，將檢測到的結果信號傳遞給選通單元500，選通單元500向所述單控開關單元200_1 200_6和總控開關單元201組成的開關組200發出控制信號，例如，所述檢測單元400檢測到第一個電池單元101_1的電壓最高，并檢測到第二個電池單元101_2的電壓最低，則將所述控制信號傳遞給選通單元500，選通單元500首先控制接通所述第一個電池單元101_1的單控開關單元200_1，電流由第一個電池單元101_1流向電容300，由于電容效應，電流隨時間線性減小，所述電容300的能量由單控開關單元200_1的閉合時間控制，從第一個電池單元101_1 中轉移出來的能量被存儲在電容300中，一端時間后，控制信號控制斷開第一個電池單元 101_1的單控開關單元200_1，閉合第二個電池單元101_2的單控開關單元200_2，則電容中的能量轉移到第二個電池單元101_2中，從而實現將最高電壓電池的能量轉移到最低電壓電池的過程。重復上述能量轉移過程，直至整個電池模塊101的所有電池單元的電壓都一致，從而實現了均衡效率。所述總孔開關單元201與所述單控開關單元200聯合工作，能夠實現另一種均衡方法首先閉合總控開關單元201時，將整個電池模塊100的總能量給電容300充電，接著，斷開所述總控開關單元201后選擇閉合電池模塊100中電壓最低的電池單元對應的單控開關單元進行充電，根據實際需要轉移能量確定所述總控開關單元201的閉合時間及對應單控開關單元的閉合時間，從而實現將整個電池模塊的能量轉移到電壓值的較低的電池中，多次重復上述能量轉移步驟，以實現調節整個電池模塊100的總電壓。因此，本實用新型的電池模塊均衡電路使用電容，能夠將電壓值最高的電池的部分能量、或整體電池模塊中的部分能量通過電容轉移至電壓值最低的電池，從而實現整個電池模塊的均衡效率，也能夠將整個電池模塊中的能量轉移到電壓值較低的單體電池中，提高整個電池系統的可靠性，同時，通過電容300轉移能量能夠減少能量損耗，也降低了整個電池系統的升溫，提供了系統的穩定性和可靠性。本實用新型所述電池模塊均衡電路適用于電池的充電過程、放電過程以及空閑狀態，其中空閑狀態是指既不充電也不放電。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求1.一種電池模塊均衡電路，包括由若干個電池串聯連接形成的電池模塊，其特征在于， 還包括電容，所述若干個電池的正極與所述電容的第一極連接，所述若干電池的負極與所述電容的第二極連接；若干組單控開關單元，所述單控開關單元的數量等于所述電池的數量，每組所述單控開關單元包括兩個開關，每組單控開關單元的第一個開關連接于所述對應電池的正極和所述電容的第一極之間，每組單控開關單元的第二個開關連接于所述對應電池的負極和所述電容的第二極之間；以及總控開關單元，所述總控開關單元包括兩個開關，所述總控開關單元的第一個開關連接于所述電池模塊的正極和所述電容的第一極之間，所述總控單元的第二個開關連接于所述電池模塊的負極和所述電容的第二極之間。
2.如權利要求1所述的電池模塊均衡電路，其特征在于，還包括檢測單元和選通單元， 其中，所述檢測單元接收所述電池模塊的若干個電池的電壓信號，并向所述選通單元發出結果信號；所述選通單元接收所述結果信號，并向所述若干組單控開關單元和總控開關單元發出開合控制信號。
3.如權利要求2所述的電池單元主動均衡電路，其特征在于，所述若干電池的參數信號為電壓信號。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的電池模塊均衡電路，其特征在于，所述單控開關單元的開關為模擬開關。
5.如權利要求1至3中任意一項所述的電池模塊均衡電路，其特征在于，所述總控開關單元的開關為模擬開關。
6.一種電池模塊均衡電路，包括若干電池單元串聯形成的電池模塊，每個所述電池單元包括若干個電池，其特征在于，還包括電容，所述若干個電池的正極與所述電容的第一極連接，所述若干電池的負極與所述電容的第二極連接；若干組單控開關單元，所述開關單元的數量等于所述電池單元的數量，每組所述單控開關單元包括兩個開關，每組單控開關單元的第一個開關連接于所述對應電池單元的正極和所述電容的第一極之間，每組單控開關單元的第二個開關連接于所述對應電池單元的負極和所述電容的第二極之間；還包括總控開關單元，所述總控開關單元包括兩個開關，所述總控開關單元的第一個開關連接于所述電池模塊的正極和所述電容的第一極之間，所述總控單元的第二個開關連接于所述電池模塊的負極和所述電容的第二極之間。
7.如權利要求6所述的電池模塊均衡電路，其特征在于，還包括檢測單元和選通單元， 其中，所述檢測單元接收所述若干個電池單元的電壓信號，并向所述選通單元發出結果信號；所述選通單元接收所述結果信號，并向所述若干組單控開關單元和總控開關單元發出開合控制信號。
8.如權利要求6所述的電池單元主動均衡電路，其特征在于，所述若干電池的參數信號為電壓信號。
9.如權利要求6至8中任意一項所述的電池模塊均衡電路，其特征在于，所述單控開關單元的開關為模擬開關。
10.如權利要求6至8中任意一項所述的電池模塊均衡電路，其特征在于，所述總控開關單元的開關為模擬開關。
專利摘要本實用新型提供一種電池模塊均衡電路，包括由若干個電池串聯連接形成的電池單元；電容，所述若干個電池分別與所述電容連接；若干組單控開關單元，所述單控開關單元的數量等于所述電池的數量，每組所述單控開關單元對應連接于一個電池與所述電容之間；以及總控開關單元，所述總控開關單元連接于所述電池模塊與所述電容之間。本實用新型的電池模塊均衡電路使用電容，能夠將電壓值最高的電池的部分能量通過電容轉移至電壓值最低的電池，從而實現整個電池單元的均衡效率，也能夠將整個電池模塊中的能量轉移到電壓值較低的單體電池中，提高整個電池系統的可靠性，且在能量轉移過程中減少能量損耗，降低了整個電池單元升溫，提高系統的可靠性。
文檔編號H02J7/00GK202206153SQ20112031427
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者嚴春, 王玉 申請人:上海新進芯微電子有限公司