電池組主動均衡級聯結構的制作方法
【專利摘要】電池組主動均衡級聯結構，包括由M個電池組串聯連接形成的電池組串，M為大于1的整數，所述電池組串上設有級聯分布的N級均衡模塊，N是滿足2N≤M<2N+1的整數，相鄰的2m-1個電池組之間均設有均衡模塊，形成第m級均衡模塊，m的取值為1到N的所有整數。本發明通過采用級聯分布的均衡模塊，使得主動均衡電流大，能同時均衡所有的單體電池，在電池充放電狀態時都能均衡，效率高，而且可靠性高，應用方便。
【專利說明】電池組主動均衡級聯結構
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種電池組主動均衡級聯結構。
【背景技術】
[0002]電池組在使用過程中會有一致性的問題，嚴重影響了電池組的循環壽命。
[0003]以前的解決方案都是每個電池單元都通過一個開關連接到一個負載電阻，充電時對電壓過高的單元放電，即采取被動均衡的方案，具體結構如圖1所示。上述被動均衡方案，只適用于在充電模式下抑制最強電池單元的電壓攀升，將多余的能量作為熱量釋放掉，使得整個系統效率低，功耗高。此類電路一般最大均衡電流不超過100mA，均衡電流小，均衡效果差，散熱困難。
[0004]現在有基于變壓器的主動均衡方案。初級線圈與整個電池組相連，次級線圈與每個電池單元相連，通過微控制器控制來達到電池均衡的目的。工作方法如下；對所有單體電池進行電壓采樣，計算平均值，然后檢查電壓偏離平均值最大的電池單元，比如第一節電池電壓低于平均值，則閉合主開關S0，電池組開始對變壓器充電，斷開主開關，閉合開關SI，變壓器存儲的能量就可以轉移到第一節電池中了。若第η節電池電壓高于平均值，此時閉合開關Sn，該電池多余的能量通過磁場的形式儲存，斷開開關Sn，閉合主開關S0，此時變壓器從儲能模式進入了能量輸出模式，能量通過初級線圈送入整個電池組，具體結構如圖2所示。上述基于變壓器的主動均衡方案，雖然和傳統被動均衡方案比有了很多優點，但是其缺點也很明顯，比如對主開關管耐壓要求高，需要高精度AD芯片采樣電池電壓及MCU控制均衡邏輯，一次只能均衡一節電池，不利于模塊化，有一個元件壞了，需要更換整個均衡板，更換起來相當麻煩。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種均衡效率高、功耗低、方便維修、穩定可靠的電池組主動均衡級聯結構。
[0006]本發明采用的技術方案是:
電池組主動均衡級聯結構，包括由M個電池組串聯連接形成的電池組串，M為大于I的整數，其特征在于:所述電池組串上設有級聯分布的N級均衡模塊，N是滿足2ν< Μ〈2ν+1的整數，相鄰的2°"1個電池組之間均設有均衡模塊，形成第m級均衡模塊，m的取值為I到N的所有整數。即相鄰的單個電池組之間均設有均衡模塊，形成第一級均衡模塊，相鄰的2個電池組之間也均設有均衡模塊，形成第二級均衡模塊，相鄰的4個電池組之間也均設有均衡模塊，形成第三級均衡模塊，以此類推，相鄰的個電池組之間也均設有均衡模塊，形成第N級均衡模塊。本發明通過采用級聯分布的均衡模塊，使得主動均衡電流大，能同時均衡所有的單體電池，在電池充放電狀態時都能均衡，效率高，而且可靠性高，應用方便。
[0007]進一步，所述電池組由η節單體電池組成，η是大于等于I的整數。
[0008]進一步，當M # 2%寸，所述電池組串上的同級均衡模塊之間設有交錯連接的均衡模塊。當電池組串內的電池組個數不夠分配時或當電池組串聯的節數比較高造成最后一級均衡模塊輸入電壓較高時，對于相鄰的電池組之間會采用交錯連接的均衡模塊，以達到每個電池組都能均衡到，做到整串電池組串內的電池都相互均衡的效果。
[0009]本發明的有益效果:結構清晰明了，電路簡單，穩定可靠；多節電池可以在同一時間進行均衡；應用方便；該結構方便維修，哪個均衡模塊出現故障，更換掉該模塊就好；采用模塊化設計，根據電池串數的不同，級聯方案有著較大的可擴展性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是傳統的被動均衡方案的結構示意圖。
[0011]圖2是基于變壓器的主動均衡方案的結構示意圖。
[0012]圖3是本發明的第一種結構示意圖。
[0013]圖4是本發明的第二種結構示意圖。
[0014]圖5是本發明的第三種結構示意圖。
[0015]圖6是本發明的第四種結構示意圖。
[0016]圖7是本發明的可擴展的結構示意圖。
[0017]圖8是本發明的均衡模塊交錯連接的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例來對本發明進行進一步說明，但并不將本發明局限于這些【具體實施方式】。本領域技術人員應該認識到，本發明涵蓋了權利要求書范圍內所可能包括的所有備選方案、改進方案和等效方案。
[0019]參照圖3-8，電池組主動均衡級聯結構，包括由M個電池組I串聯連接形成的電池組串，M為大于I的整數，所述電池組串上設有N級均衡模塊，N是滿足2n< M〈2n+1的整數，相鄰的21"1個電池組I之間均設有均衡模塊2，形成第m級均衡模塊，m的取值為I到N的所有整數。即相鄰的單個電池組I之間均設有均衡模塊2，形成第一級均衡模塊，相鄰的2個電池組I之間也均設有均衡模塊2，形成第二級均衡模塊，相鄰的4個電池組I之間也均設有均衡模塊2，形成第三級均衡模塊，以此類推，相鄰的個電池組I之間也均設有均衡模塊2，形成第N級均衡模塊。本發明通過采用級聯分布的均衡模塊，使得主動均衡電流大，能同時均衡所有的單體電池，在電池充放電狀態時都能均衡，效率高，而且可靠性高，應用方便。
[0020]本實施例所述電池組I由η節單體電池組成，η是大于等于I的整數。
[0021]本實施例當M ^ 2%寸，所述電池組串上的同級均衡模塊之間設有交錯連接的均衡模塊2。當電池組串內的電池組I個數不夠分配時或當電池組I串聯的節數比較高造成最后一級均衡模塊輸入電壓較高時，對于相鄰的電池組I之間會采用交錯連接的均衡模塊，以達到每個電池組都能均衡到，做到整串電池組串內的電池都相互均衡的效果。
[0022]本實施例的均衡模塊都可以采用基本的拓撲電路組成，如Buck、Boost、CUK,Flyback、Forward 等電路。
[0023]本發明具有可靠性高，多節電池可以在同一時間均衡，使用方便等優點。在使用中不需要從一級均衡到N級均衡都具備，可以根據需要進行相應的選擇，各級均衡都只是為了確保每節單體電池都能進行均衡。
[0024]現具體舉例如下:
如圖3所示，當M=2，n=l時，N=L m的取值為1，此時電池組串是由兩個單體電池串聯組成，相鄰的單體電池之間就設有單個均衡模塊2，該均衡模塊2對單體電池與另一單體電池進行主動均衡，若VM到VP的電池能量高于VN到VM的電池能量，則均衡模塊會把VM到VP電池的能量無損傳輸給VN到VM的電池，若VN到VM的電池能量高于VM到VP的電池能量，則均衡模塊會把VN到VM電池的能量無損傳輸給VM到VP的電池，始終做到VM到VP的電池和VN到VM的電池能量均衡。
[0025]如圖4所示，當Μ=2，η>1時，N=l，m的取值為1，此時電池組串是由兩個電池組I串聯組成，電池組I由η節單體電池串聯組成，相鄰的電池組I之間就設有單個均衡模塊2，該均衡模塊2對η節單體電池與另一 η節單體電池進行主動均衡，若VM到VP的電池能量高于VN到VM的電池能量，則均衡模塊會把VM到VP電池的能量無損傳輸給VN到VM的電池，若VN到VM的電池能量高于VM到VP的電池能量，則均衡模塊會把VN到VM電池的能量無損傳輸給VM到VP的電池，始終做到VM到VP的電池和VN到VM的電池能量均衡。
[0026]如圖5所示，當Μ=3，η=1時，N=I，m的取值為I，此時電池組串是由三個單體電池串聯組成，相鄰的單體電池之間均設有均衡模塊2，即該級均衡模塊內設有兩個均衡模塊2，而且兩個均衡模塊2是交錯連接，來實現三個單體電池的共同均衡。
[0027]如圖6所示，當M=4，n=l時，N=2，m的取值為1、2，此時電池組串是由四個單體電池串聯組成，第一級均衡模塊包括兩個均衡模塊2，分別對相鄰的單體電池進行均衡，第二級均衡模塊只有單個均衡模塊，對相鄰的兩個單體電池進行均衡，來實現四個單體電池的共同均衡。
[0028]如圖7所示，當Μ>4，η>1時，N不定，此時對電池組串中的最低級均衡的4個電池組I之間進行了均衡，可以看出該級聯結構是以多串電池組I為例的多級均衡級聯方案，可以讓電池能量通過均衡模塊級聯傳遞，結構清晰，組合方便，可以繼續延伸，可擴展性強。
[0029]參照圖8，當Μ>6，η>1時，N不定，此時對電池組串中的最低級均衡的6個電池組I之間進行了均衡，當電池組I內的電池串聯節數比較高的時候，會造成最后一級均衡模塊輸入電壓較高，所以對最后一級均衡采取了交錯連接。
【權利要求】
1.電池組主動均衡級聯結構，包括由M個電池組串聯連接形成的電池組串，M為大于I的整數，其特征在于:所述電池組串上設有級聯分布的N級均衡模塊，N是滿足2n< M〈2 n+1的整數，相鄰的2°"1個電池組之間均設有均衡模塊，形成第m級均衡模塊，m的取值為I到N的所有整數。
2.如權利要求1所述的電池組主動均衡級聯結構，其特征在于:所述電池組由η節單體電池組成，η是大于等于I的整數。
3.如權利要求1所述的電池組主動均衡級聯結構，其特征在于:當M# 2 "時，所述電池組串上的同級均衡模塊之間設有交錯連接的均衡模塊。
【文檔編號】H02J7/00GK104485701SQ201410709182
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】張云程, 奚淡基, 任遠程, 周遜偉 申請人:杭州協能科技有限公司