用于电池组的主动均衡装置的制作方法

本发明涉及锂电池充电领域，具体涉及一种用于电池组的主动均衡装置。

背景技术：

在电力领域，锂电池以其能量密度高、体积小、环保等优势逐渐成为电动汽车、储能以及通信后备电源的主流动力来源。

在实际使用时，锂电池均采用电池组的形式。但锂电池在生产时由于环境、生产机器等方面的原因会不可避免地出现微小性能差异，这就导致了锂电池组中的每个锂电池可能出现每节电池的电压值不同的情况。在多次使用后，这些电池的电压差会逐渐增大，如果不及时进行均衡处理，这些不断增大的不一致性会导致锂电池组的寿命提前耗尽。

目前常见的均衡方式是采用被动均衡电路，该被动均衡电路主要通过在每节电池单体两端并联一个功率电阻和开关，当某节电池电压较高时，吸合开关，消耗部分电量，直至达到均衡状态。

这样的均衡电路虽然可以在一定程度上对电池进行均衡处理。但是，由于均衡过程是将电能转化为热能，其散热过程就必须配置相应的冷却设备，这就使得工业生产中的成本大大增加并且将电能转化成热能会造成无谓的电力浪费；此外，如果散热不合理的话，会导致整个电池组合均衡模块温度过高，导致电池加速衰减以及均衡模块烧毁的后果。并且，由于当均衡电路的整体温度过高时，没有响应的预警机制，很容易导致电池因为高温而损坏甚至爆炸，从而对工作人员的生命安全造成威胁。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于电池组的主动均衡装置，该主动均衡装置能够将锂电池组中电压高的锂电池中的电量转化到电压低的锂电池中，取代了将电能转化成热能的均衡流程，节约了能源，同时还降低了电池因为散热不当而导致寿命耗尽过快的风险。并且，该装置还能够在自身的温度过高时发出警报信号，从而避免了电池因为温度过高而损坏的问题。

为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种用于电池组的主动均衡装置，电池组由串联的至少两个电池单元构成，该主动均衡装置可以包括：温度传感器，用于检测主动均衡装置的温度；警报器，用于启动以通知工作人员；电压传感器，用于检测两个电池单元中的每一个电池单元两端的电压；两个可控开关，该两个可控开关与两个电池单元串联连接；储能元件，连接在两个电池单元之间的节点与两个可控开关之间的节点之间；控制器，用于：接收该主动均衡装置的温度并根据该温度判断是否启动警报装置；接收电压传感器检测到每一个电池单元两端的电压；判断检测到的两个电池单元中的一个电池单元两端的电压是否大于两个电池单元中的另一个电池单元的两端的电压；在判断检测到的两个电池单元中的一个电池单元两端的电压大于两个电池单元中的另一个电池单元的两端的电压的情况下，闭合该一个电池单元对应的第一可控开关，使得该一个电池单元给储能元件充电；在给储能元件充电结束后，断开第一可控开关，闭合两个可控开关中的第二可控开关，使得储能元件对另一个电池单元进行充电，以均衡两个电池两端的电压。

可选地，该控制器可以用于：判断两个电池单元两端的电压的差值是否大于预设值；在判断两个电池单元两端的电压的差值大于预设值的情况下，闭合第一可控开关，以使得第一电池单元对储能元件充电。

可选地，在判断检测到的两个电池单元中的一个电池单元两端的电压大于两个电池单元中的另一个电池单元两端的电压的情况下，闭合两个可控开关中与一个电池单元对应的第一可控开关，使得一个电池单元给储能元件充电可以包括：如果两个电池单元两端的电压的差值减小到初始差值的一半，则断开所述第一可控开关，以停止给所述储能元件充电。其中，该初始差值为开始给所述储能元件充电时所述两个电池单元两端的电压的差值。

可选地，控制器还可以用于：在检测到电池组中的两个电池单元两端的电压都小于预定电压的情况下，不对两个电池单元进行均衡。

可选地，该可控开关可以为电磁继电器。

可选地，该电压传感器可以为霍尔电压传感器。

可选地，该控制器可以为电池管理系统(batterymanagementsystem，bms)。

通过上述技术方案，本发明提供的主动均衡装置能够将锂电池组中电压高的锂电池中的电量通过电容线圈转化到电压低的锂电池中，取代了将电能转化成热能的均衡流程，节约了能源，同时还降低了电池因为散热不当而导致寿命耗尽过快的风险。并且，该装置通过设置温度传感器的形式来监控自身的温度。在自身温度过高时，向工作人员发出警报，从而避免了电池因为温度过高而损坏的问题，保障了工作人员的生命安全。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一实施方式的用于电池组的主动均衡装置的结构框图；

图2是根据本发明的一实施方式的用于电池组的主动均衡装置的结构示意图；

图3是根据本发明的一实施方式的用于电池组的主动均衡方法的流程图；

图4是根据本发明的一实施方式的用于电池组的主动均衡方法的流程图；

图5是根据本发明的一实施方式的用于电池组的主动均衡方法的流程图；

以及

图6是根据本发明的一实施方式的用于电池组的主动均衡方法的流程图。

附图标记说明

1、控制器2、电压传感器

3、温度传感器4、警报器

b1、第一电池单元b2、第二电池单元

s1、第一可控开关s2、第二可控开关

5、储能元件

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明的一实施方式的用于电池组的主动均衡装置的结构框图。该电池组可以包括串联的两个电池单元(b1、b2)。在图1中，该主动均衡装置可以包括：

温度传感器3，用于检测主动均衡装置的温度。该温度传感器3可以为电容式温度传感器，但本领域技术人员可以理解为其他的温度传感器也是适用的。

警报器4，用于启动以通知工作人员。该警报器4可以为led信号灯，但本领域技术人员可以理解为蜂鸣器等警报器也是适用的。

电压传感器2，用于检测两个电池单元中的每一个电池单元两端的电压。在图2中，两个电池单元分别为第一电池单元b1和第二电池单元b2。该电压传感器2可以例如为霍尔电压传感器，本领域技术人员也可以理解其他的电压传感器也是适用的。

两个可控开关(s1、s2)，该两个可控开关(在图2中，该两个可控开关s为第一可控开关s1和第二可控开关s2)与两个电池单元(第一电池单元b1和第二电池单元b2)串联连接。

储能元件5，该储能元件5连接在两个电池单元之间的节点与两个可控开关s之间的节点之间。该储能元件5为电感器、电容器中的至少一者。

控制器1，可以用于接收检测到的该主动均衡装置的温度，并根据该温度判断是否启动警报器4。在本实施方式中，例如，当该主动均衡装置的温度高于预定的温度时，控制器1启动警报器4通知工作人员，从而避免了电池因为温度过高而损坏的问题。

图2是根据本发明的一实施方式的用于电池组的主动均衡装置的结构示意图。在图2中，两个电池单元可以为第一电池单元b1和第二电池单元b2。两个可控开关s可以为第一可控开关s1和第二可控开关s2。

该控制器1还可以用于执行如图2所示的用于电池组的主动均衡方法中的至少一部分步骤。在图3中，该方法可以包括：

在步骤s11中，电压传感器2检测两个电池单元中的每一个电池单元两端的电压。

在步骤s12中，控制器1接收电压传感器检测到的每一个电池单元两端的电压，判断检测到的两个电池单元中的一个电池单元两端的电压是否大于两个电池单元中的另一个电池单元两端的电压。

在步骤s13中，在判断检测到的两个电池单元中的一个电池单元两端的电压大于两个电池单元中的另一个电池单元两端的电压的情况下，闭合两个可控开关中与所述一个电池单元(在本实施方式中，假设第一电池单元b1的两端的电压大于第二电池单元b2的两端的电压)对应的第一可控开关s1，使得一个电池单元给储能元件5充电。

在步骤s14中，在给储能元件5充电结束后，断开第一可控开关s1，闭合两个可控开关中的第二可控开关s2，使得储能元件5对第二电池单元b2进行充电，以均衡两个电池单元两端的电压。

在本发明的一个实施方式中，该控制器1可以用于执行如图4所示的用于电池组的主动均衡方法中的至少一部分步骤。与图3中所示的方法不同的地方在于，图3所示的方法中的步骤s12、s13被替换成以下步骤：

在步骤s22中，判断两个电池单元两端的电压的差值是否大于预设值；

在步骤s23中，在判断两个电池单元两端的电压的差值大于预设值的情况下，闭合第一可控开关s1，以使得第一电池单元b1对储能元件5充电。

在本发明的一实施方式中，控制器1还可以被配置成执行如图5所示的用于电池组的主动均衡方法中至少一部分步骤。与图4中所示的方法不同之处在于，图5所示的方法在步骤s23与步骤s24之间增加以下步骤：

在步骤s34中，如果两个电池单元两端的电压的差值减小到初始差值的一半，则断开第一可控开关s1，以停止给储能元件5充电，初始差值可以为开始给储能元件5充电时两个电池单元两端的电压的差值。

在本发明的一实施方式中，控制器1还可以被配置成执行如图6所示的用于电池组的主动均衡方法中的至少一部分步骤。与图5所示的方法不同的是，该方法在步骤s31和步骤s32之间增加了以下步骤：

在步骤s42中，判断两个电池单元的两端的电压是否都小于预定电压。预定电压可以是例如在电池单元处于低电量时电池单元的电压值，这样在两个电池电源的电压过低(小于预定电压)时，不进行上述的主动均衡操作。

在以上的实施方式中，如果两个电池单元两端的电压达到了均衡，则可以断开储能元件5与两个电池单元之间的关联(例如断开可控开关s1和s2)。

在以上的实施方式中，第一可控开关s1和第二可控开关s2均可以选用电磁继电器，但本领域技术人员可以理解可控开关也可以为三极管、mos管等。

第一电池单元b1和第二电池单元b2的两端的电压可以由电压传感器2检测，且检测到的电压值可以传送到控制器1。在使用时例如电压传感器2分别检测电池组中的第一电池单元b1和第二电池单元b2两端的电压，并将检测到的电压传送到控制器1(例如bms)。如果检测到的第一电池单元b1两端的电压大于第二电池单元b2两端电压(例如，第一电池单元b1和第二电池单元b2之间的电压差值大于预设值)，控制器1控制第一可控开关s1闭合，第二可控开关s2断开，第一电池单元b1开始对储能元件5充电。当在给储能元件5充电过程中第一电池单元b1的电压下降到某个值，例如第一电池单元b1和第二电池单元b2之间的电压差值为出初始差值的一半，控制器1控制第一可控开关s1断开同时控制第二可控开关s2闭合，储能元件5给第二电池单元b2充电。当第一电池单元b1和第二电池单元b2的电压相等或接近相等时，控制器1可以控制第二可控开关s2断开。第二电池单元b2的电压大于第一电池单元b1的电压的情况与上述情况相似，不再赘述。

通过以上技术方案，本发明的实施方式所提供的电池组主动均衡装置能够将电压高的电池中的电量转化到电压低的电池中，取代了目前将高出的电能转化为热能的均衡电路，节约了能源，同时还降低了电池因为散热不当而导致寿命耗尽过快的风险。此外，由于该主动均衡装置中设置有温度传感器，当主动均衡装置因发生故障而导致装置温度过高时，控制器还会启动警报器通知工作人员，从而避免了电池因为温度过高而损坏的问题，保障了工作人员的生命安全。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。