電池平衡管理電路及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種依次串聯(lián)的多節(jié)電芯的電池平衡管理電路，其包括一個或多個平衡電容和檢測控制電路。所述檢測控制電路檢測并比較各個電芯的電芯電壓，在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，則借助所述平衡電容將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。這樣可以實現(xiàn)了主動式的電芯平衡，延長電池的使用壽命。
【專利說明】電池平衡管理電路及系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型涉及電源領(lǐng)域，特別涉及一種多節(jié)電芯的電池平衡管理電路及系統(tǒng)?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]多節(jié)電池保護芯片對電池實現(xiàn)各種保護功能:充電過壓保護、放電過壓保護、放電過流保護、短路保護等。一般這里指的多節(jié)電池保護系統(tǒng)為多節(jié)電芯串聯(lián)的系統(tǒng)。高性能的電池保護芯片還集成了對電芯電壓進行平衡的功能。原因在于當電池長期使用后，由于每節(jié)電芯存在一定的制造差異，經(jīng)過多次充電和放電后，每節(jié)電芯電壓之間會產(chǎn)生較大差異，有的電芯電壓較高，而有些電芯電壓較低。當其中一節(jié)電芯電壓低于放電過壓閾值，而另一節(jié)電芯電壓高于充電過壓閾值時。此時該電池既不能充電也不能放電，處于報廢狀態(tài)。如果對這種電池充電，則導(dǎo)致電芯電壓超過充電過壓閾值的電芯爆炸；如果對該電池放電，貝0導(dǎo)致電芯電壓低于放電過壓閾值的電芯損壞。帶電芯平衡功能的電池保護電路有助于減小電芯之間的電壓差異，從而延長多節(jié)電芯的電池使用壽命。
[0003]目前比較廣泛應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)為被動平衡策略，即將電芯電壓較高的電芯進行限流放電，這種方式效率放電導(dǎo)致這些電芯能量完全浪費掉，而轉(zhuǎn)換為不好的熱量，增加電池內(nèi)溫度。而且被動平衡的策略，由于放電被限流(防止過熱)，平衡能力有限，導(dǎo)致長期使用后，其壽命仍存在一定不必要的減小。
[0004]因此，有必要提供一種改進的技術(shù)方案來克服上述問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種電池平衡管理電路及系統(tǒng)，其可以主動對電芯電壓差超過預(yù)定平衡差異閾值的兩個電芯進行電壓平衡，從而可以有效的延長了電池的壽命。
[0006]為了解決上述問題，本實用新型提供一種依次串聯(lián)的多節(jié)電芯的電池平衡管理電路，其包括:一個或多個平衡電容；檢測控制電路，其檢測并比較各個電芯的電芯電壓，在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，則借助所述平衡電容將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
[0007]進一步的，所述電池平衡管理電路還包括:多對選通開關(guān)，其中每對選通開關(guān)對應(yīng)一個電芯和一個平衡電容，并將對應(yīng)的電芯的正負極連接至對應(yīng)的平衡電容的兩端，每個電芯對應(yīng)一對或兩對選通開關(guān)，每個平衡電容對應(yīng)多對選通開關(guān)，每對選通開關(guān)包括第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)，第一選通開關(guān)的第一連接端與對應(yīng)的電芯的正極相連，第一選通開關(guān)的第二連接端與對應(yīng)的平衡電容的第一連接端相連，第二選通開關(guān)的第一連接端與對應(yīng)的電芯的負極相連，第二選通開關(guān)的第二連接端與對應(yīng)的平衡電容的第二連接端相連；選通控制電路，其控制每對選通開關(guān)中的第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷，以將該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯連接至對應(yīng)的平衡電容上或斷開該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯與所述平衡電容的連接。
[0008]進一步的，所述平衡電容為一個，所述檢測控制電路控制所述選通控制電路交替的將電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值的這兩個電芯連接至所述平衡電容上，以借助所述平衡電容實現(xiàn)這兩電芯的電能轉(zhuǎn)移。
[0009]進一步的，所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，將此情況通知所述選通控制電路，所述選通控制電路通過控制對應(yīng)的選通開關(guān)先控制這兩個電芯中的一個連接至所述平衡電容上，使得所述平衡電容的兩個連接端之間的電壓等于被選通的電芯的正負極之間的電壓，隨后控制這兩個電芯中的另一個連接至所述平衡電容上，使得所述平衡電容的兩個連接端之間的電壓等于被選通的電芯的正負極之間的電壓。
[0010]進一步的，同一時刻只有一個電芯通過其對應(yīng)的一對選通開關(guān)連接所述平衡電容，在交替將這兩個電芯連接至所述平衡電容上時，中間設(shè)置有兩個電芯都不連接至所述平衡電容上的預(yù)定死區(qū)時間。
[0011]進一步的，所述平衡電容為多個，每個平衡電容能夠通過選通開關(guān)與對應(yīng)的依次串聯(lián)的多節(jié)電芯相連，相鄰的兩個平衡電容能夠通過選通開關(guān)與對應(yīng)的同一個電芯相連，所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級內(nèi)電池平衡操作，所述級內(nèi)電池平衡操作包括:控制所述選通控制電路交替的將電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值的這兩個電芯連接至該同一平衡電容上，以借助該同一平衡電容實現(xiàn)這兩電芯的電能轉(zhuǎn)移；所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級間電池平衡操作，所述級間電池平衡操作包括:借助該兩個電芯對應(yīng)的平衡電容、以及位于該兩個電芯之間的平衡電容、以及這些被借助的平衡電容共同對應(yīng)的電芯將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
[0012]進一步的，所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，兩個電芯中電芯電壓高的那個被稱為高電壓電芯，兩個電芯中電芯電壓低的那個被稱為低電壓電芯，高電壓電芯對應(yīng)的靠近低電壓電芯的平衡電容被稱為初始轉(zhuǎn)移平衡電容，低電壓電芯對應(yīng)的靠近高電壓電芯的平衡電容被稱為最終轉(zhuǎn)移平衡電容，初始轉(zhuǎn)移平衡電容和最終轉(zhuǎn)移平衡電容之間的平衡電容被稱為中轉(zhuǎn)平衡電容。所述級間電池平衡操作包括:將高電壓電芯的能量傳遞至初始轉(zhuǎn)移平衡電容上；將初始轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的中轉(zhuǎn)平衡電容上；將當前中轉(zhuǎn)平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的下一個中轉(zhuǎn)平衡電容上，直到能量被傳遞至最終轉(zhuǎn)移平衡電容上；將最終轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量傳遞至低電壓電芯。
[0013]進一步的，如果初始轉(zhuǎn)移平衡電容與最終轉(zhuǎn)移平衡電容是相鄰的，那么則沒有中轉(zhuǎn)平衡電容。
[0014]根據(jù)本實用新型的另一個方面，本實用新型提供一種電池平衡管理系統(tǒng)，其包括:多個電池平衡管理電路，負責依次串聯(lián)的多節(jié)電芯的電池平衡管理，其中每個電池平衡管理電路負責依次串聯(lián)的多節(jié)電芯中的部分電芯的電池平衡管理。每個電池平衡管理電路包括:一個平衡電容；多對選通開關(guān)，其中每對選通開關(guān)對應(yīng)一個電芯和一個平衡電容，并將對應(yīng)的電芯的正負極連接至對應(yīng)的平衡電容的兩端，每個電芯對應(yīng)一對或兩對選通開關(guān)，每個平衡電容對應(yīng)多對選通開關(guān)，每對選通開關(guān)包括第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)，第一選通開關(guān)的第一連接端與對應(yīng)的電芯的正極相連，第一選通開關(guān)的第二連接端與對應(yīng)的平衡電容的第一連接端相連，第二選通開關(guān)的第一連接端與對應(yīng)的電芯的負極相連，第二選通開關(guān)的第二連接端與對應(yīng)的平衡電容的第二連接端相連；選通控制電路，其控制每對選通開關(guān)中的第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷，以將該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯連接至對應(yīng)的平衡電容上或斷開該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯與所述平衡電容的連接；檢測控制電路，其比較各個電芯的電芯電壓，在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，則借助所述平衡電容將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
[0015]進一步的，每個電池平衡管理電路包括有通訊模塊，該通訊模塊將所屬的電池平衡管理電路負責的電芯的電芯電壓以及接收到的其他電池平衡管理電路負責的電芯的電芯電壓傳遞給與其相鄰的電池平衡管理電路的檢測控制電路，這樣每個電池平衡管理電路的檢測控制電路將會了解所有電芯的電芯電壓情況，每個平衡電容能夠與對應(yīng)的依次串聯(lián)的多節(jié)電芯相連，相鄰的兩個平衡電容能夠與對應(yīng)的同一個電芯相連，在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級內(nèi)電池平衡操作，所述級內(nèi)電池平衡操作包括:控制所述選通控制電路交替的將電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值的這兩個電芯連接至該同一平衡電容上，以借助該同一平衡電容實現(xiàn)這兩電芯的電能轉(zhuǎn)移；在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級間電池平衡操作，所述級間電池平衡操作包括:借助該兩個電芯對應(yīng)的平衡電容、以及位于該兩個電芯之間的平衡電容、以及這些被借助的平衡電容共同對應(yīng)的電芯將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
[0016]進一步的，所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，兩個電芯中電芯電壓高的那個被稱為高電壓電芯，兩個電芯中電芯電壓低的那個被稱為低電壓電芯，高電壓電芯對應(yīng)的靠近低電壓電芯的平衡電容被稱為初始轉(zhuǎn)移平衡電容，低電壓電芯對應(yīng)的靠近高電壓電芯的平衡電容被稱為最終轉(zhuǎn)移平衡電容，初始轉(zhuǎn)移平衡電容和最終轉(zhuǎn)移平衡電容之間的平衡電容被稱為中轉(zhuǎn)平衡電容。所述級間電池平衡操作包括:將高電壓電芯的能量傳遞至初始轉(zhuǎn)移平衡電容上；將初始轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的中轉(zhuǎn)平衡電容上；將當前中轉(zhuǎn)平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的下一個中轉(zhuǎn)平衡電容上，直到能量被傳遞至最終轉(zhuǎn)移平衡電容上；將最終轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量傳遞至低電壓電芯。
[0017]進一步的，每個電池平衡管理電路中的選通開關(guān)被分為級內(nèi)選通開關(guān)和級間選通開關(guān)，兩個級內(nèi)選通開關(guān)形成一對選通開關(guān)稱為級內(nèi)選通開關(guān)對，兩個級間選通開關(guān)形成一對選通開關(guān)稱為級間選通開關(guān)對，所述級內(nèi)選通開關(guān)對將所屬的電池平衡管理電路的平衡電容的兩端連接至所屬的電池平衡管理電路負責的一個電芯的正負極，所述級間選通開關(guān)對將所屬的電池平衡管理電路的平衡電容的兩端連接至另一個相鄰的電池平衡管理電路負責的一個電芯的正負極。所述級間電池平衡操作包括:借助對應(yīng)的級內(nèi)選通開關(guān)對將高電壓電芯的能量傳遞至初始轉(zhuǎn)移平衡電容上；借助對應(yīng)的級間選通開關(guān)對和對應(yīng)的級內(nèi)選通開關(guān)對將初始轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的中轉(zhuǎn)平衡電容上；借助對應(yīng)的級間選通開關(guān)對和對應(yīng)的級內(nèi)選通開關(guān)對將當前中轉(zhuǎn)平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的下一個中轉(zhuǎn)平衡電容上，直到能量被傳遞至最終轉(zhuǎn)移平衡電容上；借助對應(yīng)的級內(nèi)選通開關(guān)對將最終轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量傳遞至低電壓電芯。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型中在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，則可以借助所述平衡電容將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上，從而實現(xiàn)了主動式的電芯平衡。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0020]圖1為本實用新型中的電池平衡管理電路在一個實施例中的電路示意圖；
[0021]圖2為本實用新型中的電池平衡管理系統(tǒng)在另一個實施例中的電路示意圖；
[0022]圖3為本實用新型中的電池平衡管理系統(tǒng)在另一個實施例中的電路示意圖。
【【具體實施方式】】
[0023]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0024]圖1為本實用新型中的電池平衡管理電路在一個實施例中的電路示意圖。如圖1所示，所述電池平衡管理電路對依次串聯(lián)的電芯8八和841(:3進行平衡管理，圖中只是示例出來了三個電芯，實際上可以更多個。
[0025]所述電池平衡管理電路100包括一個平衡電容(^、檢測控制電路110、選通控制電路120和多對選通開關(guān)。
[0026]如圖1所示，選通開關(guān)1^1和選通開關(guān)1((?為一對，選通開關(guān)1^2和選通開關(guān)為一對，選通開關(guān)1(03和選通開關(guān)1(04為一對。每個電芯至少對應(yīng)一對選通開關(guān)。每對選通開關(guān)對應(yīng)一個電芯和一個平衡電容，比如和對應(yīng)電芯8八扣3，對應(yīng)平衡電容⑶，該對選通開關(guān)將對應(yīng)的電芯的正負極連接至對應(yīng)的平衡電容的兩端。每個電芯對應(yīng)一對選通開關(guān)，每個平衡電容對應(yīng)多對選通開關(guān)。每對選通開關(guān)包括第一選通開關(guān)％1、％2、1(03和第二選通開關(guān)％4、％5、％6，第一選通開關(guān)％1、％2、1(03的第一連接端與對應(yīng)的電芯8^103,8^X02,8^X01的正極相連，第一選通開關(guān)％1、％2、的第二連接端與所述平衡電容X的第一連接端相連，第二選通開關(guān)％4、％5、1(06的第一連接端與對應(yīng)的電芯8八扣1、8^102,8^X03的負極相連，第二選通開關(guān)1((:41(:51(:6的第二連接端與所述平衡電容X的第二連接端相連。
[0027]所述選通控制電路120控制每對選通開關(guān)中的第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷，以將該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯連接至所述平衡電容X上或斷開該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯與所述平衡電容⑶的連接。優(yōu)選的，同一時刻只有一個電芯通過其對應(yīng)的一對選通開關(guān)連接所述平衡電容。在交替將這兩個電芯連接至所述平衡電容X上時，中間設(shè)置有兩個電芯都不連接至所述平衡電容X上的預(yù)定死區(qū)時間。
[0028]所述檢測控制電路110檢測并比較各個電芯的電芯電壓，在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，則借助所述平衡電容⑶將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。具體的，所述檢測控制電路110在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，將此情況通知所述選通控制電路120，所述選通控制電路120通過控制對應(yīng)的選通開關(guān)先控制這兩個電芯中的一個連接至所述平衡電容上，使得所述平衡電容的兩個連接端之間的電壓等于被選通的電芯的正負極之間的電壓，隨后控制這兩個電芯中的另一個連接至所述平衡電容上，使得所述平衡電容的兩個連接端之間的電壓等于被選通的電芯的正負極之間的電壓。通過不斷的重復(fù)操作，借助所述平衡電容⑶可以將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
[0029]在一個具體的應(yīng)用示例中，當檢測出8八11:2的電芯電壓最高，8八扣1的電芯電壓最低，且如果電壓最高的電芯電壓與電壓最低的電芯電壓之間的差值超過預(yù)設(shè)的平衡差異閾值，將啟動841(:2和841(:1之間的電壓平衡。此時，選通控制電路120先讓和為高電平，以便選通開關(guān)和1((?導(dǎo)通，讓電芯841(:2與電容并聯(lián)，此時電芯841(:2對電容X充電，持續(xù)時間要足夠讓電容X電壓等于841(:2的電壓，然后控制和為低電平，以便選通開關(guān)1^2和1((?斷開，經(jīng)過一定死區(qū)時間后，控制(^3和(^4為高電平，以便選通開關(guān)和導(dǎo)通，讓電芯841(:1與電容X并聯(lián)，此時電容X對電芯8八！'01充電(此時電容放電)，持續(xù)時間要足夠讓電容IX電壓等于8八1八1的電壓。這樣不斷重復(fù)上述操作(先讓841(:2對電容X充電，然后讓電容X對841(:1充電)，經(jīng)過多次重復(fù)操作后，將實現(xiàn)8^X02的電壓與841(:1的電壓相等。
[0030]圖2為本實用新型中的電池平衡管理系統(tǒng)在另一個實施例中的電路示意圖。該電平平衡管理系統(tǒng)包括多個電池平衡管理電路，圖中示例出來了 3個，分別為210，220和230。每個電池平衡管理電路負責多個依次串聯(lián)的電芯的平衡管理，其中圖中出來了 3個電芯。其中電池平衡管理電路210負責電芯8八1八1、8^1^2和8八1八3的平衡管理，電池平衡管理電路220負責電芯8八181、8^X82和8八183的平衡管理，電池平衡管理電路230負責電芯8^101,8^X02和8八1?:3的平衡管理。
[0031]圖2中的每個電池平衡管理電路與圖1中的電池平衡電路的結(jié)構(gòu)基本相同，所述電池平衡管理電路210包括一個平衡電容…、檢測控制電路211、選通控制電路212和多對選通開關(guān)其中以1和以6為一對，以2和以5為一對，以3和^4為一對。所述電池平衡管理電路220包括一個平衡電容⑶、檢測控制電路221、選通控制電路222和多對選通開關(guān)1(81、1(82、1(83、1(84、1(85、1(86。其中1(81和1(86為一對，1(82和1(85為一對，1(83和1(84為一對。所述電池平衡管理電路230包括一個平衡電容X、檢測控制電路231、選通控制電路232和多對選通開關(guān)此3、此4、此5、此6。其中10和1(06 為一對，1(02 和 1((:5 為一對，1(03 和 1((? 為一對。
[0032]圖2中的每個電池平衡管理電路與圖1中的電池平衡電路的一個不同之處在于:圖2中的每個電池平衡電路還包括額外的一對級間選通開關(guān)1(⑶1和1(⑶2，1(冊1和1(冊2，1(八仍和1^12。該對級間選通開關(guān)(或稱級間選通開關(guān)對)將當前電池平衡電路中的平衡電容的兩端與相鄰的電池平衡電路負責的最靠近當前電池平衡電路的電芯的正負極連接在一起，比如級間選通開關(guān)對X皿1和1(皿2連接平衡電容…和電池平衡電路220負責的電芯8八181的正負極，級間選通開關(guān)對1(冊1和1(冊2連接平衡電容⑶和電池平衡電路230負責的電芯8八冗1的正負極。作為區(qū)別，選通開關(guān)以1、以2、1^3、1^4、1^5、1^6也可以被稱為級內(nèi)選通開關(guān)，這樣的一對選通開關(guān)被稱為級內(nèi)選通開關(guān)對。在此實例中，電芯從181對應(yīng)兩對連通開關(guān)，一對是1(83和1(84，為級內(nèi)選通開關(guān)，而該對選通開關(guān)1(83和1(84連接平衡電容⑶，另一對1(皿1和1(皿2，為級間選通開關(guān)，而該對選通開關(guān)X皿1和1(皿2連接平衡電容八。電芯841(:1也對應(yīng)兩對連通開關(guān)，一對是和％4，為級內(nèi)選通開關(guān)，而該對選通開關(guān)1(03和連接平衡電容(^，另一對1(冊1和1(冊2，為級間選通開關(guān)，而該對選通開關(guān)X冊1和1(冊2連接平衡電容⑶。其中平衡電容…和平衡電容⑶可以被稱為互相相鄰的平衡電容，他們共同對應(yīng)同一個電芯8八181。同樣的，平衡電容03和平衡電容IX可以被稱為互相相鄰的平衡電容，他們共同對應(yīng)同一個電芯8八101，每個平衡電容能夠與對應(yīng)的依次串聯(lián)的多節(jié)電芯相連。每個平衡電容通過對應(yīng)的選通開關(guān)能夠與多節(jié)電芯相連，比如平衡電容八能夠與8八1八1、8八1八2、8八1八3、8^X81相連。
[0033]圖2中的每個電池平衡管理電路與圖1中的電池平衡電路的另一個不同之處在于:每個電池平衡管理電路包括有通訊模塊213、223或233，該通訊模塊將所屬的電池平衡管理電路負責的電芯的電芯電壓以及接收到的其他電池平衡管理電路負責的電芯的電芯電壓傳遞給與其相鄰的電池平衡管理電路的檢測控制電路，這樣每個檢測控制電路將會了解所有電芯的電芯電壓情況。比如通過即連接端上傳，通過如連接段下傳。
[0034]所述檢測控制電路211、221和/或231在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級內(nèi)電池平衡操作。所述級內(nèi)電池平衡操作包括:控制所述選通控制電路交替的將電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值的這兩個電芯連接至該同一平衡電容上，以借助該同一平衡電容實現(xiàn)這兩電芯的電能轉(zhuǎn)移。比如當檢測出841(:2的電芯電壓最高，841(:1的電芯電壓最低，且如果電壓最高的電芯電壓與電壓最低的電芯電壓之間的差值超過預(yù)設(shè)的平衡差異閾值，他們對應(yīng)同一個平衡電容⑶，將借助該同一平衡電容⑶實現(xiàn)這兩電芯的電能轉(zhuǎn)移，具體原理如上文所述，這里不再重復(fù)。
[0035]所述檢測控制電路211、221和/或231在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級間電池平衡操作。所述級間電池平衡操作包括:借助該兩個電芯對應(yīng)的平衡電容、以及位于該兩個電芯之間的平衡電容、以及這些被借助的平衡電容共同對應(yīng)的電芯將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。具體的，如果841(:3的電芯電壓高，8八1八1的電芯電壓低，兩者的差值超過預(yù)定平衡差異閾值，而841(:3對應(yīng)平衡電容⑶，8^1對應(yīng)平衡電容…，那么則啟動級間的電池平衡，即借助該兩個電芯對應(yīng)的平衡電容00和…、以及位于該兩個電芯之間的平衡電容⑶、以及這些被借助的平衡電容共同對應(yīng)的電芯8八扣1、8八181將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個841(:3的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個8八上。
[0036]為了容易理解，在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，兩個電芯中電芯電壓高的那個被稱為高電壓電芯，比如8八1?:3被稱為高電壓電芯，兩個電芯中電芯電壓低的那個被稱為低電壓電芯，比如8八I'八1被稱為低電壓電芯，高電壓電芯對應(yīng)的靠近低電壓電芯的平衡電容被稱為初始轉(zhuǎn)移平衡電容，比如電平電容⑶被稱為初始轉(zhuǎn)移平衡電容，低電壓電芯對應(yīng)的靠近高電壓電芯的平衡電容被稱為最終轉(zhuǎn)移平衡電容，比如平衡電容⑶被稱為最終轉(zhuǎn)移平衡電容，初始轉(zhuǎn)移平衡電容和最終轉(zhuǎn)移平衡電容之間的平衡電容被稱為中轉(zhuǎn)平衡電容，比如平衡電容(?被稱為中轉(zhuǎn)平衡電容。那么，所述級間電池平衡操作具體包括:
[0037]借助級內(nèi)選通開關(guān)對將高電壓電芯的能量傳遞至初始轉(zhuǎn)移平衡電容上；比如，8^X03上的能量傳遞至平衡電容X上，這是通過選通開關(guān)來實現(xiàn)的；
[0038]借助級間選通開關(guān)對和級內(nèi)選通開關(guān)對將初始轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的中轉(zhuǎn)平衡電容上；比如，將平衡電容⑶上的能量通過電芯8八扣1傳遞至相鄰的中轉(zhuǎn)平衡電容⑶上，這也是通過選通開關(guān)來實現(xiàn)的；
[0039]借助級間選通開關(guān)對和級內(nèi)選通開關(guān)對將當前中轉(zhuǎn)平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的下一個中轉(zhuǎn)平衡電容上，直到能量被傳遞至最終轉(zhuǎn)移平衡電容上；比如，將平衡電容⑶上的能量通過電芯8八181傳遞至最終轉(zhuǎn)移平衡電容…上，這也是通過選通開關(guān)來實現(xiàn)的。需要了解的是，由于本實用新型中只有一個中轉(zhuǎn)平衡電容，因此這里直接就傳遞到了最終轉(zhuǎn)移平衡電容，如果存在多個中轉(zhuǎn)平衡電容，則存在多次相鄰的中轉(zhuǎn)平衡電容之間的能量傳遞；
[0040]借助級內(nèi)選通開關(guān)對將最終轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量傳遞至低電壓電芯；比如將平衡電容…上的能量傳遞至電芯8八1八1上；
[0041]通過不斷的重復(fù)，可以使得低電壓電芯的電壓與高電壓電芯的電壓相同，比如8^X03的電壓與8八1八1的電壓相等。
[0042]此外，在一個實施例中，如果初始轉(zhuǎn)移平衡電容與最終轉(zhuǎn)移平衡電容是相鄰的，那么則沒有中轉(zhuǎn)平衡電容。所述級間電池平衡操作則會變成:將高電壓電芯的能量傳遞至初始轉(zhuǎn)移平衡電容上；將初始轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至最終轉(zhuǎn)移平衡電容上；將最終轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量傳遞至低電壓電芯。
[0043]在一個實施例中，圖2中的每個電池平衡管理電路210、220和230都是一個芯片，每個芯片負責幾個電芯的管理。在另一個實施例中，圖2中的所述多個電池平衡管理電路210,220和230可以位于一個芯片中，即形成同一個電池管理電路，這樣可以省去通訊模塊，只保留一個選通控制電路以及檢測控制電路，而該檢測控制電路對所有電芯進行電壓檢測，所述選通控制電路對所有對選通開關(guān)進行控制。此時，同樣可以采用上文描述的級內(nèi)電池平衡操作和級間電池平衡操作進行電池平衡管理，原理相同。
[0044]下面列舉一個具體的例子，系統(tǒng)檢測到8八的電壓最高，8^1的電壓最低，且兩者間的電壓差超過了平衡差異閾值，則需要對8八扣3和從1八1進行電壓平衡。對于最上級的電路230可以如下控制:可以控制先讓和同時導(dǎo)通，此時8八扣3對電容充電同時導(dǎo)通，讓電容X為841(:1充電；交替重復(fù)上述步驟。對于中間的電路220可以如下控制:可以控制先讓1(冊1和1(冊2同時導(dǎo)通，此時8八扣1對電容⑶充電；讓1(83和1(84同時導(dǎo)通，讓電容⑶為8八181充電；交替重復(fù)上述步驟。對于最下的電路210可以如下控制:可以控制先讓1(如1和1(如2同時導(dǎo)通，此時8八181對電容充電；讓以3和^4同時導(dǎo)通，讓電容0\為8八1八1充電；交替重復(fù)上述步驟。
[0045]在一個優(yōu)選實施方案中，同一電路中的不同選通開關(guān)對不能同時導(dǎo)通，控制不同選通開關(guān)對交替導(dǎo)通時，不同選通開關(guān)對導(dǎo)通之間需存在一定的死區(qū)時間，死區(qū)時間可以設(shè)計很小，但需要大于0。這樣避免同時導(dǎo)通時不必要的效率損耗。
[0046]圖3為本實用新型中的電池平衡管理系統(tǒng)在另一個實施例中的電路示意圖。圖3中的電池平衡管理系統(tǒng)與圖2中的電池平衡管理系統(tǒng)的不同之處在于:每個電池平衡管理電路210、220和230中的額外的級間的選通開關(guān)的位置及連接關(guān)系不同。在圖3中，電池平衡管理電路230中的級間選通開關(guān)為第一選通開關(guān)1(⑶1和第二選通開關(guān)1(⑶2，該對選通開關(guān)將平衡電容⑶的兩端分別與電池平衡管理電路220負責的電芯8八183的正負極兩端相連，電池平衡管理電路220中的級間選通開關(guān)為第一選通開關(guān)1(801和第二選通開關(guān)1(802，該對選通開關(guān)將平衡電容⑶的兩端分別與電池平衡管理電路210負責的電芯8八1八3的正負極兩端相連，電池平衡管理電路210中的級間選通開關(guān)為第一選通開關(guān)1^01和第二選通開關(guān)1^02，該對選通開關(guān)將平衡電容…的兩端與接下來的電池平衡管理電路負責的電芯的正負極兩端相連。其余工作原理與圖2中的電池平衡管理系統(tǒng)相同，此處不再重復(fù)。
[0047]在本實用新型中，“連接”、相連、“連”、“接”等表示電性相連的詞語，如無特別說明，則表示直接或間接的電性連接。
[0048]需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本實用新型的【具體實施方式】所做的任何改動均不脫離本實用新型的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本實用新型的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實施方式】。
【權(quán)利要求】
1.一種依次串聯(lián)的多節(jié)電芯的電池平衡管理電路，其特征在于，其包括: 一個或多個平衡電容； 檢測控制電路，其檢測并比較各個電芯的電芯電壓，在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，則借助所述平衡電容將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池平衡管理電路，其特征在于，其還包括: 多對選通開關(guān)，其中每對選通開關(guān)對應(yīng)一個電芯和一個平衡電容，并將對應(yīng)的電芯的正負極連接至對應(yīng)的平衡電容的兩端，每個電芯對應(yīng)一對或兩對選通開關(guān)，每個平衡電容對應(yīng)多對選通開關(guān)，每對選通開關(guān)包括第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)，第一選通開關(guān)的第一連接端與對應(yīng)的電芯的正極相連，第一選通開關(guān)的第二連接端與對應(yīng)的平衡電容的第一連接端相連，第二選通開關(guān)的第一連接端與對應(yīng)的電芯的負極相連，第二選通開關(guān)的第二連接端與對應(yīng)的平衡電容的第二連接端相連； 選通控制電路，其控制每對選通開關(guān)中的第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷，以將該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯連接至對應(yīng)的平衡電容上或斷開該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯與所述平衡電容的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池平衡管理電路，其特征在于，所述平衡電容為一個，所述檢測控制電路控制所述選通控制電路交替的將電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值的這兩個電芯連接至所述平衡電容上，以借助所述平衡電容實現(xiàn)這兩電芯的電能轉(zhuǎn)移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池平衡管理電路，其特征在于，所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，將此情況通知所述選通控制電路，所述選通控制電路通過控制對應(yīng)的選通開關(guān)先控制這兩個電芯中的一個連接至所述平衡電容上，使得所述平衡電容的兩個連接端之間的電壓等于被選通的電芯的正負極之間的電壓，隨后控制這兩個電芯中的另一個連接至所述平衡電容上，使得所述平衡電容的兩個連接端之間的電壓等于被選通的電芯的正負極之間的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池平衡管理電路，其特征在于，同一時刻只有一個電芯通過其對應(yīng)的一對選通開關(guān)連接所述平衡電容， 在交替將這兩個電芯連接至所述平衡電容上時，中間設(shè)置有兩個電芯都不連接至所述平衡電容上的預(yù)定死區(qū)時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池平衡管理電路，其特征在于，所述平衡電容為多個，每個平衡電容能夠通過選通開關(guān)與對應(yīng)的依次串聯(lián)的多節(jié)電芯相連， 相鄰的兩個平衡電容能夠通過選通開關(guān)與對應(yīng)的同一個電芯相連， 所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級內(nèi)電池平衡操作，所述級內(nèi)電池平衡操作包括:控制所述選通控制電路交替的將電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值的這兩個電芯連接至該同一平衡電容上，以借助該同一平衡電容實現(xiàn)這兩電芯的電能轉(zhuǎn)移； 所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級間電池平衡操作，所述級間電池平衡操作包括:借助該兩個電芯對應(yīng)的平衡電容、以及位于該兩個電芯之間的平衡電容、以及這些被借助的平衡電容共同對應(yīng)的電芯將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池平衡管理電路，其特征在于，所述檢測控制電路在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，兩個電芯中電芯電壓高的那個被稱為高電壓電芯，兩個電芯中電芯電壓低的那個被稱為低電壓電芯，高電壓電芯對應(yīng)的靠近低電壓電芯的平衡電容被稱為初始轉(zhuǎn)移平衡電容，低電壓電芯對應(yīng)的靠近高電壓電芯的平衡電容被稱為最終轉(zhuǎn)移平衡電容，初始轉(zhuǎn)移平衡電容和最終轉(zhuǎn)移平衡電容之間的平衡電容被稱為中轉(zhuǎn)平衡電容， 所述級間電池平衡操作包括: 將高電壓電芯的能量傳遞至初始轉(zhuǎn)移平衡電容上； 將初始轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的中轉(zhuǎn)平衡電容上； 將當前中轉(zhuǎn)平衡電容上的能量通過共同對應(yīng)的電芯傳遞至相鄰的下一個中轉(zhuǎn)平衡電容上，直到能量被傳遞至最終轉(zhuǎn)移平衡電容上； 將最終轉(zhuǎn)移平衡電容上的能量傳遞至低電壓電芯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池平衡管理電路，其特征在于，如果初始轉(zhuǎn)移平衡電容與最終轉(zhuǎn)移平衡電容是相鄰的，那么則沒有中轉(zhuǎn)平衡電容。
9.一種電池平衡管理系統(tǒng)，其特征在于，其包括:多個電池平衡管理電路，負責依次串聯(lián)的多節(jié)電芯的電池平衡管理，其中每個電池平衡管理電路負責依次串聯(lián)的多節(jié)電芯中的部分電芯的電池平衡管理， 每個電池平衡管理電路包括: 一個平衡電容； 多對選通開關(guān)，其中每對選通開關(guān)對應(yīng)一個電芯和一個平衡電容，并將對應(yīng)的電芯的正負極連接至對應(yīng)的平衡電容的兩端，每個電芯對應(yīng)一對或兩對選通開關(guān)，每個平衡電容對應(yīng)多對選通開關(guān)，每對選通開關(guān)包括第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)，第一選通開關(guān)的第一連接端與對應(yīng)的電芯的正極相連，第一選通開關(guān)的第二連接端與對應(yīng)的平衡電容的第一連接端相連，第二選通開關(guān)的第一連接端與對應(yīng)的電芯的負極相連，第二選通開關(guān)的第二連接端與對應(yīng)的平衡電容的第二連接端相連； 選通控制電路，其控制每對選通開關(guān)中的第一選通開關(guān)和第二選通開關(guān)同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷，以將該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯連接至對應(yīng)的平衡電容上或斷開該對選通開關(guān)對應(yīng)的電芯與所述平衡電容的連接； 檢測控制電路，其比較各個電芯的電芯電壓，在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值時，則借助所述平衡電容將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池平衡管理系統(tǒng)，其特征在于，每個電池平衡管理電路包括有通訊模塊，該通訊模塊將所屬的電池平衡管理電路負責的電芯的電芯電壓以及接收到的其他電池平衡管理電路負責的電芯的電芯電壓傳遞給與其相鄰的電池平衡管理電路的檢測控制電路，這樣每個電池平衡管理電路的檢測控制電路將會了解所有電芯的電芯電壓情況， 每個平衡電容能夠與對應(yīng)的依次串聯(lián)的多節(jié)電芯相連，相鄰的兩個平衡電容能夠與對應(yīng)的同一個電芯相連， 在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級內(nèi)電池平衡操作，所述級內(nèi)電池平衡操作包括:控制所述選通控制電路交替的將電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值的這兩個電芯連接至該同一平衡電容上，以借助該同一平衡電容實現(xiàn)這兩電芯的電能轉(zhuǎn)移； 在發(fā)現(xiàn)有兩個電芯的電芯電壓的差值超過預(yù)定平衡差異閾值且該兩個電芯不對應(yīng)同一個平衡電容時，則啟動級間電池平衡操作，所述級間電池平衡操作包括:借助該兩個電芯對應(yīng)的平衡電容、以及位于該兩個電芯之間的平衡電容、以及這些被借助的平衡電容共同對應(yīng)的電芯將所述兩個電芯中電芯電壓較高的一個的電能轉(zhuǎn)移至所述兩個電芯中電芯電壓較低的一個上。
【文檔編號】H02J7/00GK204145029SQ201420636393
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司