CN109638902A - 电流可调的电池均衡装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子电路技术领域，提供了电流可调的电池均衡装置及系统，包括第一转换模块、多个第二转换模块、采集模块以及控制模块，通过在电池充放电时，采集相应的状态参数发送给控制模块，以使控制模块控制多个第二转换模块正向工作，对电池进行充电并调节充电电流或者控制多个第二转换模块反向工作，使电池放电，释放的电能通过第一转换模块后回馈到电网。该电池均衡装置及系统采用主动均衡与被动均衡双模式，性能更稳定，延长了电池的寿命；并且可调节充放电电流，从而实现可匹配不同额定电流的电池，通用性强，解决了现有的电池均衡技术存在着只能以一个固定的电流值进行输出，无法匹配更多不同额定电流的电池的问题。

Description

电流可调的电池均衡装置及系统

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及电流可调的电池均衡装置及系统。

背景技术

通常，电池组在长时间使用后，由于各种因素，各电池之间会产生一致性偏差。当偏差加大后，继续对其使用将无法发挥电池组的最优性能，甚至会影响电池组的寿命；因此需要均衡设备来对电池组进行均衡调整，以使各电池的一致性趋于统一。

以往的均衡设备设置有多个通道，每个通道对应可连接一个单位电池，然后采用充电均衡或放电均衡的方式对电池进行一致性调节。但是，该种均衡设备只能以一个固定的电流值进行输出，无法匹配更多不同额定电流的电池。

因此，现有的电池均衡技术存在着只能以一个固定的电流值进行输出，无法匹配更多不同额定电流的电池的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供电流可调的电池均衡装置及系统，旨在解决现有的电池均衡技术存在着只能以一个固定的电流值进行输出，无法匹配更多不同额定电流的电池的问题。

本发明第一方面提供了一种电流可调的电池均衡装置，所述电池均衡装置包括：

与市电连接，用于将所述市电输出的交流电转换成直流电或者将接收到的直流信号转换为交流信号并传输给所述市电的第一转换模块；

与所述第一转换模块相连接，用于将所述直流电转换为第一预设电压并输出给对应通道的电池或者将所述电池释放的电能转换为所述直流信号的多个第二转换模块；

与所述电池相连接，用于采集所述电池的状态参数，并输出反馈信号的采样模块；以及

与所述第一转换模块、所述采样模块以及多个所述第二转换模块相连接，用于根据所述反馈信号，控制多个所述第二转换模块正向工作，对所述电池进行充电并调节充电电流或者控制多个所述第二转换模块反向工作，使所述电池放电，释放的所述电能通过所述第一转换模块后回馈到电网的控制模块。

本发明第二方面提供了一种电流可调的电池均衡系统，所述电池均衡系统包括多个如上述所述的电池均衡装置，多个所述电池均衡装置通过总分式的结构连接，其中一个所述电池均衡装置控制其他所述电池均衡装置的运行。

本发明提供的电流可调的电池均衡装置及系统，包括第一转换模块、多个第二转换模块、采集模块以及控制模块，通过在电池充放电时，采集相应的状态参数发送给控制模块，以使控制模块控制多个第二转换模块正向工作，对电池进行充电并调节充电电流或者控制多个第二转换模块反向工作，使电池放电，释放的电能通过第一转换模块后回馈到电网。该电池均衡装置及系统采用主动均衡与被动均衡双模式，性能更稳定，延长了电池的寿命；并且可调节充放电电流，从而实现可匹配不同额定电流的电池，通用性强，解决了现有的电池均衡技术存在着只能以一个固定的电流值进行输出，无法匹配更多不同额定电流的电池的问题。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种电流可调的电池均衡装置的模块结构示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种电流可调的电池均衡装置中第二转换模块的示例电路图。

图3是本发明另一实施例提供的一种电流可调的电池均衡系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

上述的电流可调的电池均衡装置及系统，包括第一转换模块、多个第二转换模块、采集模块以及控制模块，通过在电池充放电时，采集相应的状态参数发送给控制模块，以使控制模块控制多个第二转换模块正向工作，对电池进行充电并调节充电电流或者控制多个第二转换模块反向工作，使电池放电，释放的电能通过第一转换模块后回馈到电网。该电池均衡装置及系统采用主动均衡与被动均衡双模式，性能更稳定，延长了电池的寿命；并且可调节充放电电流，从而实现可匹配不同额定电流的电池，通用性强。

图1示出了本发明一实施例提供的一种电流可调的电池均衡装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种电流可调的电池均衡装置10，包括第一转换模块101、多个第二转换模块102、采样模块104以及控制模块105。

第一转换模块101与市电20连接，用于将市电20输出的交流电转换成直流电或者将接收到的直流信号转换为交流信号并传输给市电20。也即是第一转换模块101既有整流的作用，又有逆变的作用。

多个第二转换模块102与第一转换模块101相连接，用于将直流电转换为第一预设电压并输出给对应通道的电池30或者将电池30释放的电能转换为所述直流信号。具体地，第一预设电压为5V。

采样模块104与电池30相连接，用于采集电池的状态参数，并输出反馈信号。

控制模块105与第一转换模块101、采样模块104以及多个第二转换模块102相连接，用于根据反馈信号，控制多个第二转换模块102正向工作，对电池30进行充电并调节充电电流或者控制多个第二转换模块102反向工作，使电池30放电，释放的电能通过第一转换模块101进行逆变后回馈到电网(也即是市电20)中。具体地，充电电流的范围为0～5A。

作为本发明一实施例，上述电池均衡装置10还包括第三转换模块103，第三转换模块103与第一转换模块101、采样模块104以及控制模块105相连接，用于将直流电转换为第二预设电压并分别对采样模块104和控制模块105进行供电。具体地，第二预设电压为12V。

作为发明一实施例，上述电池均衡装置10还包括通讯模块106，通讯模块106与电池30以及控制模块105相连接，用于读取电池30的环境参数并传输给控制模块105。通讯模块106采用现有的通讯电路实现，并且通讯模块106通过CAN总线进行通讯。

作为本发明一实施例，上述状态参数包括电流、电压、阻抗以及充放电速率；上述环境参数包括温度、容量以及寿命。

作为本发明一实施例，上述第三转换模块103包括降压芯片，用于将第一转换模块101输出的电信号转换为12V的电压。

作为本发明一实施例，上述控制模块105采用单片机实现。

作为本发明一实施例，上述采样模块104采用采样芯片实现。

作为本发明一实施例，上述第一转换模块101采用现有的功率因数校正电路实现，其既有整流功能，又有逆变功能。

图2示出了本发明一实施例提供的一种电流可调的电池均衡装置中第二转换模块的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述每个第二转换模块102均包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻RS1、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、熔断器F1、第一电感L1、发光二极管LED1、光电耦合器、变压器T1、第一芯片U1以及第二芯片U2。

所述熔断器F1的第一端接所述第一转换模块101，所述熔断器F1的第二端与所述第一电容C1的第一端以及所述第一电阻R1的第一端共接，所述第一电阻R1的第二端接所述第二电阻R2的第一端，所述第二电阻R2的第二端接所述第三电阻R3的第一端，所述第三电阻R3的第二端与所述第三电容C3的第一端以及所述第四电阻R4的第一端共接，所述第十电阻R10的第一端与所述第十一电阻R11的第一端接所述第一芯片U1的输入端S/OCP，所述第四电容C4的第一端与所述第十三电阻R13的第一端以及所述光电耦合器的受光器U3B的输入端接所述第一芯片U1的受控端FB/OLP，所述第十三电阻R13的第二端接所述第五电容C5的第一端，所述第一电容C1的第二端、所述第十电阻R10的第二端、所述第十一电阻R11的第二端、所述第三电容C3的第二端、所述第四电容C4的第二端、所述第五电容C5的第二端以及所述光电耦合器的受光器U3B的输出端共接，所述第九电阻R9的第一端、所述第二电容C2的第一端、所述第二二极管D2的阳极以及所述变压器T1的第一初级线圈的输入端共接，所述第九电阻R9的第二端接所述第八电阻R8的第一端，所述第八电阻R8的第二端、所述第二电容C2的第二端、所述第二二极管D2的阴极以及所述第一二极管D1的阴极共接，所述第一二极管D1的阳极与所述变压器T1的第一初级线圈的输出端接所述第一芯片U1的输出端D/ST，所述变压器T1的第二初级线圈的输入端接所述第三二极管D3的阳极，所述第三二极管D3的阴极接所述第十二电阻R12的第一端，所述第十二电阻R12的第二端与所述第六电容C6的第一端以及所述第七电容C7的第一端接所述第一芯片U1的电源端VCC，所述第六电容C6的第二端与所述第七电容C7的第二端以及所述变压器T1的第二初级线圈的输出端共接，所述第十电容C10的第一端与所述第十一电容C11的第一端以及所述第十三电容C13的第一端接所述变压器T1的次级线圈的输入端，所述变压器T1的次级线圈的输出端与所述第四二极管D4的阳极以及所述第五二极管D5的阴极共接，所述第五二极管D5的阳极、所述第十电容C10的第二端、所述第十一电容C11的第一端、所述第十二电容C12的第二端以及所述第十三电容C13的第二端共接，所述第四二极管D4的阴极与所述第八电容C8的第一端以及所述第十五电阻R15的第一端共接，所述第十五电阻R15的第二端与所述第六二极管D6的阴极以及所述第九电容C9的第一端接参考电压12V，所述第八电容C8的第二端与所述第六二极管D6的阳极以及所述第九电容C9的第二端共接，所述第十一电容C11的第二端、所述光电耦合器的发光源U3A的输入端、所述第十七电阻R17的第一端、所述第十五电容C15的第一端以及所述第一电感L1的第一端共接，所述光电耦合器的发光源U3A的输出端接所述第十六电阻R16的第一端，所述第十六电阻R16的第二端接所述第七二极管D7的阴极，所述第七二极管D7的阳极与所述第五电阻R5的第一端以及所述第七电阻RS1的第一端共接，所述第七电阻RS1的第二端与所述第六电阻R6的第一端以及所述第十六电容C16的第一端共接，所述第五电阻R5的第二端与所述第十六电容C16的第二端以及所述第六电阻R6的第二端接所述第二芯片U2的输入端Rs，所述第十五电容C15的第二端与所述第十七电阻R17的第二端以及所述第八二极管D8的阴极接所述第二芯片U2的输出端Vscn，所述第一电感L1的第二端与所述第十四电容C14的第一端以及所述发光二极管LED1的阳极接对应通道的所述电池30，所述发光二极管LED1的阴极接所述第十八电阻R18的第一端，所述第八二极管D8的阴极与所述第十四电容C14的第二端以及所述第十八电阻R18的第二端接地。

图3示出了本发明另一实施例提供的一种电流可调的电池均衡系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本发明另一实施例还提供了一种电流可调的电池均衡系统，该电池均衡系统包括多个上述所述的电池均衡装置10，多个电池均衡装置10通过总分式的结构连接，其中一个电池均衡装置(也即是主电池均衡装置)控制其他电池均衡装置(也即是子电池均衡装置)的运行。

上述电流可调的电池均衡系统中，在主电池均衡装置设置输出电流值，所有子电池均衡装置按照主电池均衡装置设置进行输出。

以下结合图1-图3，对上述一种电流可调的电池均衡装置及系统的工作原理进行描述如下：

电池均衡装置对所连接的各单体电池进行均衡(单个电池均衡装置最大可连接24颗单体电池，均衡策略有主动均衡和被动均衡，主动均衡为对电池进行充电，使所有单体电池性能达到接近一致，如电压、容量；被动均衡为控制电池放电)，采样模块实时采集各电池数据进行对比，为系统作出控制命令提供依据，其输出电池可调。

同时，电池均衡系统通过接口可级联，一个电池均衡装置作为主机最多可下挂6台子系统，同时对144颗单体电池均衡。只需要对主机进行参数设置，只要看管主机就可以。现有的如果要同时对144颗单体电池均衡，需要同时对6台电池均衡装置进行相同的参数设置，同时看管6台机器。

综上，本发明实施例提供的电流可调的电池均衡装置及系统，包括第一转换模块、多个第二转换模块、采集模块以及控制模块，通过在电池充放电时，采集相应的状态参数发送给控制模块，以使控制模块控制多个第二转换模块正向工作，对电池进行充电并调节充电电流或者控制多个第二转换模块反向工作，使电池放电，释放的电能通过第一转换模块后回馈到电网。该电池均衡装置及系统采用主动均衡与被动均衡双模式，性能更稳定，延长了电池的寿命；并且可调节充放电电流，从而实现可匹配不同额定电流的电池，通用性强，解决了现有的电池均衡技术存在着只能以一个固定的电流值进行输出，无法匹配更多不同额定电流的电池的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流可调的电池均衡装置，其特征在于，所述电池均衡装置包括：

与市电连接，用于将所述市电输出的交流电转换成直流电或者将接收到的直流信号转换为交流信号并传输给所述市电的第一转换模块；

与所述第一转换模块相连接，用于将所述直流电转换为第一预设电压并输出给对应通道的电池或者将所述电池释放的电能转换为所述直流信号的多个第二转换模块；

与所述电池相连接，用于采集所述电池的状态参数，并输出反馈信号的采样模块；以及

与所述第一转换模块、所述采样模块以及多个所述第二转换模块相连接，用于根据所述反馈信号，控制多个所述第二转换模块正向工作，对所述电池进行充电并调节充电电流或者控制多个所述第二转换模块反向工作，使所述电池放电，释放的所述电能通过所述第一转换模块后回馈到电网的控制模块。

2.如权利要求1所述的电池均衡装置，其特征在于，所述电池均衡装置还包括：

与所述第一转换模块、所述采样模块以及所述控制模块相连接，用于将所述直流电转换为第二预设电压并分别对所述采样模块和所述控制模块进行供电的第三转换模块。

3.如权利要求1所述的电池均衡装置，其特征在于，所述电池均衡装置还包括：

与所述电池以及所述控制模块相连接，用于读取所述电池的环境参数并传输给所述控制模块的通讯模块。

4.如权利要求1所述的电池均衡装置，其特征在于，所述状态参数包括电流、电压、阻抗以及充放电速率。

5.如权利要求3所述的电池均衡装置，其特征在于，所述环境参数包括温度、容量以及寿命。

6.如权利要求1所述的电池均衡装置，其特征在于，每个所述第二转换模块均包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、熔断器、第一电感、发光二极管、光电耦合器、变压器、第一芯片以及第二芯片；

所述熔断器的第一端接所述第一转换模块，所述熔断器的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第一电阻的第一端共接，所述第一电阻的第二端接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端与所述第三电容的第一端以及所述第四电阻的第一端共接，所述第十电阻的第一端与所述第十一电阻的第一端接所述第一芯片的输入端，所述第四电容的第一端与所述第十三电阻的第一端以及所述光电耦合器的受光器的输入端接所述第一芯片的受控端，所述第十三电阻的第二端接所述第五电容的第一端，所述第一电容的第二端、所述第十电阻的第二端、所述第十一电阻的第二端、所述第三电容的第二端、所述第四电容的第二端、所述第五电容的第二端以及所述光电耦合器的受光器的输出端共接，所述第九电阻的第一端、所述第二电容的第一端、所述第二二极管的阳极以及所述变压器的第一初级线圈的输入端共接，所述第九电阻的第二端接所述第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端、所述第二电容的第二端、所述第二二极管的阴极以及所述第一二极管的阴极共接，所述第一二极管的阳极与所述变压器的第一初级线圈的输出端接所述第一芯片的输出端，所述变压器的第二初级线圈的输入端接所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极接所述第十二电阻的第一端，所述第十二电阻的第二端与所述第六电容的第一端以及所述第七电容的第一端接所述第一芯片的电源端，所述第六电容的第二端与所述第七电容的第二端以及所述变压器的第二初级线圈的输出端共接，所述第十电容的第一端与所述第十一电容的第一端以及所述第十三电容的第一端接所述变压器的次级线圈的输入端，所述变压器的次级线圈的输出端与所述第四二极管的阳极以及所述第五二极管的阴极共接，所述第五二极管的阳极、所述第十电容的第二端、所述第十一电容的第一端、所述第十二电容的第二端以及所述第十三电容的第二端共接，所述第四二极管的阴极与所述第八电容的第一端以及所述第十五电阻的第一端共接，所述第十五电阻的第二端与所述第六二极管的阴极以及所述第九电容的第一端接参考电压，所述第八电容的第二端与所述第六二极管的阳极以及所述第九电容的第二端共接，所述第十一电容的第二端、所述光电耦合器的发光源的输入端、所述第十七电阻的第一端、所述第十五电容的第一端以及所述第一电感的第一端共接，所述光电耦合器的发光源的输出端接所述第十六电阻的第一端，所述第十六电阻的第二端接所述第七二极管的阴极，所述第七二极管的阳极与所述第五电阻的第一端以及所述第七电阻的第一端共接，所述第七电阻的第二端与所述第六电阻的第一端以及所述第十六电容的第一端共接，所述第五电阻的第二端与所述第十六电容的第二端以及所述第六电阻的第二端接所述第二芯片的输入端，所述第十五电容的第二端与所述第十七电阻的第二端以及所述第八二极管的阴极接所述第二芯片的输出端，所述第一电感的第二端与所述第十四电容的第一端以及所述发光二极管的阳极接对应通道的所述电池，所述发光二极管的阴极接所述第十八电阻的第一端，所述第八二极管的阴极与所述第十四电容的第二端以及所述第十八电阻的第二端接地。

7.如权利要求2所述的电池均衡装置，其特征在于，所述第三转换模块包括降压芯片。

8.如权利要求1所述的电池均衡装置，其特征在于，所述控制模块采用单片机实现。

9.如权利要求1所述的电池均衡装置，其特征在于，所述采样模块采用采样芯片实现。

10.一种电流可调的电池均衡系统，其特征在于，所述电池均衡系统包括多个如权利要求1-9任一项所述的电池均衡装置，多个所述电池均衡装置通过总分式的结构连接，其中一个所述电池均衡装置控制其他所述电池均衡装置的运行。