电池平衡管理电路及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种依次串联的多节电芯的电池平衡管理电路，其包括一个或多个平衡电容和检测控制电路。所述检测控制电路检测并比较各个电芯的电芯电压，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则借助所述平衡电容将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。这样可以实现了主动式的电芯平衡，延长电池的使用寿命。
【专利说明】电池平衡管理电路及系统
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及电源领域，特别涉及一种多节电芯的电池平衡管理电路及系统。【【背景技术】】
[0002]多节电池保护芯片对电池实现各种保护功能:充电过压保护、放电过压保护、放电过流保护、短路保护等。一般这里指的多节电池保护系统为多节电芯串联的系统。高性能的电池保护芯片还集成了对电芯电压进行平衡的功能。原因在于当电池长期使用后，由于每节电芯存在一定的制造差异，经过多次充电和放电后，每节电芯电压之间会产生较大差异，有的电芯电压较高，而有些电芯电压较低。当其中一节电芯电压低于放电过压阈值，而另一节电芯电压高于充电过压阈值时。此时该电池既不能充电也不能放电，处于报废状态。如果对这种电池充电，则导致电芯电压超过充电过压阈值的电芯爆炸；如果对该电池放电，贝0导致电芯电压低于放电过压阈值的电芯损坏。带电芯平衡功能的电池保护电路有助于减小电芯之间的电压差异，从而延长多节电芯的电池使用寿命。
[0003]目前比较广泛应用的现有技术为被动平衡策略，即将电芯电压较高的电芯进行限流放电，这种方式效率放电导致这些电芯能量完全浪费掉，而转换为不好的热量，增加电池内温度。而且被动平衡的策略，由于放电被限流(防止过热)，平衡能力有限，导致长期使用后，其寿命仍存在一定不必要的减小。
[0004]因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种电池平衡管理电路及系统，其可以主动对电芯电压差超过预定平衡差异阈值的两个电芯进行电压平衡，从而可以有效的延长了电池的寿命。
[0006]为了解决上述问题，本实用新型提供一种依次串联的多节电芯的电池平衡管理电路，其包括:一个或多个平衡电容；检测控制电路，其检测并比较各个电芯的电芯电压，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则借助所述平衡电容将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0007]进一步的，所述电池平衡管理电路还包括:多对选通开关，其中每对选通开关对应一个电芯和一个平衡电容，并将对应的电芯的正负极连接至对应的平衡电容的两端，每个电芯对应一对或两对选通开关，每个平衡电容对应多对选通开关，每对选通开关包括第一选通开关和第二选通开关，第一选通开关的第一连接端与对应的电芯的正极相连，第一选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第一连接端相连，第二选通开关的第一连接端与对应的电芯的负极相连，第二选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第二连接端相连；选通控制电路，其控制每对选通开关中的第一选通开关和第二选通开关同时导通或同时关断，以将该对选通开关对应的电芯连接至对应的平衡电容上或断开该对选通开关对应的电芯与所述平衡电容的连接。
[0008]进一步的，所述平衡电容为一个，所述检测控制电路控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至所述平衡电容上，以借助所述平衡电容实现这两电芯的电能转移。
[0009]进一步的，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，将此情况通知所述选通控制电路，所述选通控制电路通过控制对应的选通开关先控制这两个电芯中的一个连接至所述平衡电容上，使得所述平衡电容的两个连接端之间的电压等于被选通的电芯的正负极之间的电压，随后控制这两个电芯中的另一个连接至所述平衡电容上，使得所述平衡电容的两个连接端之间的电压等于被选通的电芯的正负极之间的电压。
[0010]进一步的，同一时刻只有一个电芯通过其对应的一对选通开关连接所述平衡电容，在交替将这两个电芯连接至所述平衡电容上时，中间设置有两个电芯都不连接至所述平衡电容上的预定死区时间。
[0011]进一步的，所述平衡电容为多个，每个平衡电容能够通过选通开关与对应的依次串联的多节电芯相连，相邻的两个平衡电容能够通过选通开关与对应的同一个电芯相连，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯对应同一个平衡电容时，则启动级内电池平衡操作，所述级内电池平衡操作包括:控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至该同一平衡电容上，以借助该同一平衡电容实现这两电芯的电能转移；所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，则启动级间电池平衡操作，所述级间电池平衡操作包括:借助该两个电芯对应的平衡电容、以及位于该两个电芯之间的平衡电容、以及这些被借助的平衡电容共同对应的电芯将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0012]进一步的，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，两个电芯中电芯电压高的那个被称为高电压电芯，两个电芯中电芯电压低的那个被称为低电压电芯，高电压电芯对应的靠近低电压电芯的平衡电容被称为初始转移平衡电容，低电压电芯对应的靠近高电压电芯的平衡电容被称为最终转移平衡电容，初始转移平衡电容和最终转移平衡电容之间的平衡电容被称为中转平衡电容。所述级间电池平衡操作包括:将高电压电芯的能量传递至初始转移平衡电容上；将初始转移平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的中转平衡电容上；将当前中转平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的下一个中转平衡电容上，直到能量被传递至最终转移平衡电容上；将最终转移平衡电容上的能量传递至低电压电芯。
[0013]进一步的，如果初始转移平衡电容与最终转移平衡电容是相邻的，那么则没有中转平衡电容。
[0014]根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供一种电池平衡管理系统，其包括:多个电池平衡管理电路，负责依次串联的多节电芯的电池平衡管理，其中每个电池平衡管理电路负责依次串联的多节电芯中的部分电芯的电池平衡管理。每个电池平衡管理电路包括:一个平衡电容；多对选通开关，其中每对选通开关对应一个电芯和一个平衡电容，并将对应的电芯的正负极连接至对应的平衡电容的两端，每个电芯对应一对或两对选通开关，每个平衡电容对应多对选通开关，每对选通开关包括第一选通开关和第二选通开关，第一选通开关的第一连接端与对应的电芯的正极相连，第一选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第一连接端相连，第二选通开关的第一连接端与对应的电芯的负极相连，第二选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第二连接端相连；选通控制电路，其控制每对选通开关中的第一选通开关和第二选通开关同时导通或同时关断，以将该对选通开关对应的电芯连接至对应的平衡电容上或断开该对选通开关对应的电芯与所述平衡电容的连接；检测控制电路，其比较各个电芯的电芯电压，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则借助所述平衡电容将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0015]进一步的，每个电池平衡管理电路包括有通讯模块，该通讯模块将所属的电池平衡管理电路负责的电芯的电芯电压以及接收到的其他电池平衡管理电路负责的电芯的电芯电压传递给与其相邻的电池平衡管理电路的检测控制电路，这样每个电池平衡管理电路的检测控制电路将会了解所有电芯的电芯电压情况，每个平衡电容能够与对应的依次串联的多节电芯相连，相邻的两个平衡电容能够与对应的同一个电芯相连，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯对应同一个平衡电容时，则启动级内电池平衡操作，所述级内电池平衡操作包括:控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至该同一平衡电容上，以借助该同一平衡电容实现这两电芯的电能转移；在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，则启动级间电池平衡操作，所述级间电池平衡操作包括:借助该两个电芯对应的平衡电容、以及位于该两个电芯之间的平衡电容、以及这些被借助的平衡电容共同对应的电芯将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0016]进一步的，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，两个电芯中电芯电压高的那个被称为高电压电芯，两个电芯中电芯电压低的那个被称为低电压电芯，高电压电芯对应的靠近低电压电芯的平衡电容被称为初始转移平衡电容，低电压电芯对应的靠近高电压电芯的平衡电容被称为最终转移平衡电容，初始转移平衡电容和最终转移平衡电容之间的平衡电容被称为中转平衡电容。所述级间电池平衡操作包括:将高电压电芯的能量传递至初始转移平衡电容上；将初始转移平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的中转平衡电容上；将当前中转平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的下一个中转平衡电容上，直到能量被传递至最终转移平衡电容上；将最终转移平衡电容上的能量传递至低电压电芯。
[0017]进一步的，每个电池平衡管理电路中的选通开关被分为级内选通开关和级间选通开关，两个级内选通开关形成一对选通开关称为级内选通开关对，两个级间选通开关形成一对选通开关称为级间选通开关对，所述级内选通开关对将所属的电池平衡管理电路的平衡电容的两端连接至所属的电池平衡管理电路负责的一个电芯的正负极，所述级间选通开关对将所属的电池平衡管理电路的平衡电容的两端连接至另一个相邻的电池平衡管理电路负责的一个电芯的正负极。所述级间电池平衡操作包括:借助对应的级内选通开关对将高电压电芯的能量传递至初始转移平衡电容上；借助对应的级间选通开关对和对应的级内选通开关对将初始转移平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的中转平衡电容上；借助对应的级间选通开关对和对应的级内选通开关对将当前中转平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的下一个中转平衡电容上，直到能量被传递至最终转移平衡电容上；借助对应的级内选通开关对将最终转移平衡电容上的能量传递至低电压电芯。
[0018]与现有技术相比，本实用新型中在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则可以借助所述平衡电容将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上，从而实现了主动式的电芯平衡。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0019]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
[0020]图1为本实用新型中的电池平衡管理电路在一个实施例中的电路示意图；
[0021]图2为本实用新型中的电池平衡管理系统在另一个实施例中的电路示意图；
[0022]图3为本实用新型中的电池平衡管理系统在另一个实施例中的电路示意图。
【【具体实施方式】】
[0023]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0024]图1为本实用新型中的电池平衡管理电路在一个实施例中的电路示意图。如图1所示，所述电池平衡管理电路对依次串联的电芯8八和841(:3进行平衡管理，图中只是示例出来了三个电芯，实际上可以更多个。
[0025]所述电池平衡管理电路100包括一个平衡电容(^、检测控制电路110、选通控制电路120和多对选通开关。
[0026]如图1所示，选通开关1^1和选通开关1((?为一对，选通开关1^2和选通开关为一对，选通开关1(03和选通开关1(04为一对。每个电芯至少对应一对选通开关。每对选通开关对应一个电芯和一个平衡电容，比如和对应电芯8八扣3，对应平衡电容⑶，该对选通开关将对应的电芯的正负极连接至对应的平衡电容的两端。每个电芯对应一对选通开关，每个平衡电容对应多对选通开关。每对选通开关包括第一选通开关％1、％2、1(03和第二选通开关％4、％5、％6，第一选通开关％1、％2、1(03的第一连接端与对应的电芯8^103,8^X02,8^X01的正极相连，第一选通开关％1、％2、的第二连接端与所述平衡电容X的第一连接端相连，第二选通开关％4、％5、1(06的第一连接端与对应的电芯8八扣1、8^102,8^X03的负极相连，第二选通开关1((:41(:51(:6的第二连接端与所述平衡电容X的第二连接端相连。
[0027]所述选通控制电路120控制每对选通开关中的第一选通开关和第二选通开关同时导通或同时关断，以将该对选通开关对应的电芯连接至所述平衡电容X上或断开该对选通开关对应的电芯与所述平衡电容⑶的连接。优选的，同一时刻只有一个电芯通过其对应的一对选通开关连接所述平衡电容。在交替将这两个电芯连接至所述平衡电容X上时，中间设置有两个电芯都不连接至所述平衡电容X上的预定死区时间。
[0028]所述检测控制电路110检测并比较各个电芯的电芯电压，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则借助所述平衡电容⑶将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。具体的，所述检测控制电路110在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，将此情况通知所述选通控制电路120，所述选通控制电路120通过控制对应的选通开关先控制这两个电芯中的一个连接至所述平衡电容上，使得所述平衡电容的两个连接端之间的电压等于被选通的电芯的正负极之间的电压，随后控制这两个电芯中的另一个连接至所述平衡电容上，使得所述平衡电容的两个连接端之间的电压等于被选通的电芯的正负极之间的电压。通过不断的重复操作，借助所述平衡电容⑶可以将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0029]在一个具体的应用示例中，当检测出8八11:2的电芯电压最高，8八扣1的电芯电压最低，且如果电压最高的电芯电压与电压最低的电芯电压之间的差值超过预设的平衡差异阈值，将启动841(:2和841(:1之间的电压平衡。此时，选通控制电路120先让和为高电平，以便选通开关和1((?导通，让电芯841(:2与电容并联，此时电芯841(:2对电容X充电，持续时间要足够让电容X电压等于841(:2的电压，然后控制和为低电平，以便选通开关1^2和1((?断开，经过一定死区时间后，控制(^3和(^4为高电平，以便选通开关和导通，让电芯841(:1与电容X并联，此时电容X对电芯8八！'01充电(此时电容放电)，持续时间要足够让电容IX电压等于8八1八1的电压。这样不断重复上述操作(先让841(:2对电容X充电，然后让电容X对841(:1充电)，经过多次重复操作后，将实现8^X02的电压与841(:1的电压相等。
[0030]图2为本实用新型中的电池平衡管理系统在另一个实施例中的电路示意图。该电平平衡管理系统包括多个电池平衡管理电路，图中示例出来了 3个，分别为210，220和230。每个电池平衡管理电路负责多个依次串联的电芯的平衡管理，其中图中出来了 3个电芯。其中电池平衡管理电路210负责电芯8八1八1、8^1^2和8八1八3的平衡管理，电池平衡管理电路220负责电芯8八181、8^X82和8八183的平衡管理，电池平衡管理电路230负责电芯8^101,8^X02和8八1?:3的平衡管理。
[0031]图2中的每个电池平衡管理电路与图1中的电池平衡电路的结构基本相同，所述电池平衡管理电路210包括一个平衡电容…、检测控制电路211、选通控制电路212和多对选通开关其中以1和以6为一对，以2和以5为一对，以3和^4为一对。所述电池平衡管理电路220包括一个平衡电容⑶、检测控制电路221、选通控制电路222和多对选通开关1(81、1(82、1(83、1(84、1(85、1(86。其中1(81和1(86为一对，1(82和1(85为一对，1(83和1(84为一对。所述电池平衡管理电路230包括一个平衡电容X、检测控制电路231、选通控制电路232和多对选通开关此3、此4、此5、此6。其中10和1(06 为一对，1(02 和 1((:5 为一对，1(03 和 1((? 为一对。
[0032]图2中的每个电池平衡管理电路与图1中的电池平衡电路的一个不同之处在于:图2中的每个电池平衡电路还包括额外的一对级间选通开关1(⑶1和1(⑶2，1(冊1和1(冊2，1(八仍和1^12。该对级间选通开关(或称级间选通开关对)将当前电池平衡电路中的平衡电容的两端与相邻的电池平衡电路负责的最靠近当前电池平衡电路的电芯的正负极连接在一起，比如级间选通开关对X皿1和1(皿2连接平衡电容…和电池平衡电路220负责的电芯8八181的正负极，级间选通开关对1(冊1和1(冊2连接平衡电容⑶和电池平衡电路230负责的电芯8八冗1的正负极。作为区别，选通开关以1、以2、1^3、1^4、1^5、1^6也可以被称为级内选通开关，这样的一对选通开关被称为级内选通开关对。在此实例中，电芯從181对应两对连通开关，一对是1(83和1(84，为级内选通开关，而该对选通开关1(83和1(84连接平衡电容⑶，另一对1(皿1和1(皿2，为级间选通开关，而该对选通开关X皿1和1(皿2连接平衡电容八。电芯841(:1也对应两对连通开关，一对是和％4，为级内选通开关，而该对选通开关1(03和连接平衡电容(^，另一对1(冊1和1(冊2，为级间选通开关，而该对选通开关X冊1和1(冊2连接平衡电容⑶。其中平衡电容…和平衡电容⑶可以被称为互相相邻的平衡电容，他们共同对应同一个电芯8八181。同样的，平衡电容03和平衡电容IX可以被称为互相相邻的平衡电容，他们共同对应同一个电芯8八101，每个平衡电容能够与对应的依次串联的多节电芯相连。每个平衡电容通过对应的选通开关能够与多节电芯相连，比如平衡电容八能够与8八1八1、8八1八2、8八1八3、8^X81相连。
[0033]图2中的每个电池平衡管理电路与图1中的电池平衡电路的另一个不同之处在于:每个电池平衡管理电路包括有通讯模块213、223或233，该通讯模块将所属的电池平衡管理电路负责的电芯的电芯电压以及接收到的其他电池平衡管理电路负责的电芯的电芯电压传递给与其相邻的电池平衡管理电路的检测控制电路，这样每个检测控制电路将会了解所有电芯的电芯电压情况。比如通过即连接端上传，通过如连接段下传。
[0034]所述检测控制电路211、221和/或231在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯对应同一个平衡电容时，则启动级内电池平衡操作。所述级内电池平衡操作包括:控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至该同一平衡电容上，以借助该同一平衡电容实现这两电芯的电能转移。比如当检测出841(:2的电芯电压最高，841(:1的电芯电压最低，且如果电压最高的电芯电压与电压最低的电芯电压之间的差值超过预设的平衡差异阈值，他们对应同一个平衡电容⑶，将借助该同一平衡电容⑶实现这两电芯的电能转移，具体原理如上文所述，这里不再重复。
[0035]所述检测控制电路211、221和/或231在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，则启动级间电池平衡操作。所述级间电池平衡操作包括:借助该两个电芯对应的平衡电容、以及位于该两个电芯之间的平衡电容、以及这些被借助的平衡电容共同对应的电芯将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。具体的，如果841(:3的电芯电压高，8八1八1的电芯电压低，两者的差值超过预定平衡差异阈值，而841(:3对应平衡电容⑶，8^1对应平衡电容…，那么则启动级间的电池平衡，即借助该两个电芯对应的平衡电容00和…、以及位于该两个电芯之间的平衡电容⑶、以及这些被借助的平衡电容共同对应的电芯8八扣1、8八181将所述两个电芯中电芯电压较高的一个841(:3的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个8八上。
[0036]为了容易理解，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，两个电芯中电芯电压高的那个被称为高电压电芯，比如8八1?:3被称为高电压电芯，两个电芯中电芯电压低的那个被称为低电压电芯，比如8八I'八1被称为低电压电芯，高电压电芯对应的靠近低电压电芯的平衡电容被称为初始转移平衡电容，比如电平电容⑶被称为初始转移平衡电容，低电压电芯对应的靠近高电压电芯的平衡电容被称为最终转移平衡电容，比如平衡电容⑶被称为最终转移平衡电容，初始转移平衡电容和最终转移平衡电容之间的平衡电容被称为中转平衡电容，比如平衡电容(?被称为中转平衡电容。那么，所述级间电池平衡操作具体包括:
[0037]借助级内选通开关对将高电压电芯的能量传递至初始转移平衡电容上；比如，8^X03上的能量传递至平衡电容X上，这是通过选通开关来实现的；
[0038]借助级间选通开关对和级内选通开关对将初始转移平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的中转平衡电容上；比如，将平衡电容⑶上的能量通过电芯8八扣1传递至相邻的中转平衡电容⑶上，这也是通过选通开关来实现的；
[0039]借助级间选通开关对和级内选通开关对将当前中转平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的下一个中转平衡电容上，直到能量被传递至最终转移平衡电容上；比如，将平衡电容⑶上的能量通过电芯8八181传递至最终转移平衡电容…上，这也是通过选通开关来实现的。需要了解的是，由于本实用新型中只有一个中转平衡电容，因此这里直接就传递到了最终转移平衡电容，如果存在多个中转平衡电容，则存在多次相邻的中转平衡电容之间的能量传递；
[0040]借助级内选通开关对将最终转移平衡电容上的能量传递至低电压电芯；比如将平衡电容…上的能量传递至电芯8八1八1上；
[0041]通过不断的重复，可以使得低电压电芯的电压与高电压电芯的电压相同，比如8^X03的电压与8八1八1的电压相等。
[0042]此外，在一个实施例中，如果初始转移平衡电容与最终转移平衡电容是相邻的，那么则没有中转平衡电容。所述级间电池平衡操作则会变成:将高电压电芯的能量传递至初始转移平衡电容上；将初始转移平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至最终转移平衡电容上；将最终转移平衡电容上的能量传递至低电压电芯。
[0043]在一个实施例中，图2中的每个电池平衡管理电路210、220和230都是一个芯片，每个芯片负责几个电芯的管理。在另一个实施例中，图2中的所述多个电池平衡管理电路210,220和230可以位于一个芯片中，即形成同一个电池管理电路，这样可以省去通讯模块，只保留一个选通控制电路以及检测控制电路，而该检测控制电路对所有电芯进行电压检测，所述选通控制电路对所有对选通开关进行控制。此时，同样可以采用上文描述的级内电池平衡操作和级间电池平衡操作进行电池平衡管理，原理相同。
[0044]下面列举一个具体的例子，系统检测到8八的电压最高，8^1的电压最低，且两者间的电压差超过了平衡差异阈值，则需要对8八扣3和從1八1进行电压平衡。对于最上级的电路230可以如下控制:可以控制先让和同时导通，此时8八扣3对电容充电同时导通，让电容X为841(:1充电；交替重复上述步骤。对于中间的电路220可以如下控制:可以控制先让1(冊1和1(冊2同时导通，此时8八扣1对电容⑶充电；让1(83和1(84同时导通，让电容⑶为8八181充电；交替重复上述步骤。对于最下的电路210可以如下控制:可以控制先让1(如1和1(如2同时导通，此时8八181对电容充电；让以3和^4同时导通，让电容0\为8八1八1充电；交替重复上述步骤。
[0045]在一个优选实施方案中，同一电路中的不同选通开关对不能同时导通，控制不同选通开关对交替导通时，不同选通开关对导通之间需存在一定的死区时间，死区时间可以设计很小，但需要大于0。这样避免同时导通时不必要的效率损耗。
[0046]图3为本实用新型中的电池平衡管理系统在另一个实施例中的电路示意图。图3中的电池平衡管理系统与图2中的电池平衡管理系统的不同之处在于:每个电池平衡管理电路210、220和230中的额外的级间的选通开关的位置及连接关系不同。在图3中，电池平衡管理电路230中的级间选通开关为第一选通开关1(⑶1和第二选通开关1(⑶2，该对选通开关将平衡电容⑶的两端分别与电池平衡管理电路220负责的电芯8八183的正负极两端相连，电池平衡管理电路220中的级间选通开关为第一选通开关1(801和第二选通开关1(802，该对选通开关将平衡电容⑶的两端分别与电池平衡管理电路210负责的电芯8八1八3的正负极两端相连，电池平衡管理电路210中的级间选通开关为第一选通开关1^01和第二选通开关1^02，该对选通开关将平衡电容…的两端与接下来的电池平衡管理电路负责的电芯的正负极两端相连。其余工作原理与图2中的电池平衡管理系统相同，此处不再重复。
[0047]在本实用新型中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
[0048]需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的【具体实施方式】所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述【具体实施方式】。
【权利要求】
1.一种依次串联的多节电芯的电池平衡管理电路，其特征在于，其包括: 一个或多个平衡电容； 检测控制电路，其检测并比较各个电芯的电芯电压，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则借助所述平衡电容将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
2.根据权利要求1所述的电池平衡管理电路，其特征在于，其还包括: 多对选通开关，其中每对选通开关对应一个电芯和一个平衡电容，并将对应的电芯的正负极连接至对应的平衡电容的两端，每个电芯对应一对或两对选通开关，每个平衡电容对应多对选通开关，每对选通开关包括第一选通开关和第二选通开关，第一选通开关的第一连接端与对应的电芯的正极相连，第一选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第一连接端相连，第二选通开关的第一连接端与对应的电芯的负极相连，第二选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第二连接端相连； 选通控制电路，其控制每对选通开关中的第一选通开关和第二选通开关同时导通或同时关断，以将该对选通开关对应的电芯连接至对应的平衡电容上或断开该对选通开关对应的电芯与所述平衡电容的连接。
3.根据权利要求2所述的电池平衡管理电路，其特征在于，所述平衡电容为一个，所述检测控制电路控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至所述平衡电容上，以借助所述平衡电容实现这两电芯的电能转移。
4.根据权利要求3所述的电池平衡管理电路，其特征在于，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，将此情况通知所述选通控制电路，所述选通控制电路通过控制对应的选通开关先控制这两个电芯中的一个连接至所述平衡电容上，使得所述平衡电容的两个连接端之间的电压等于被选通的电芯的正负极之间的电压，随后控制这两个电芯中的另一个连接至所述平衡电容上，使得所述平衡电容的两个连接端之间的电压等于被选通的电芯的正负极之间的电压。
5.根据权利要求3所述的电池平衡管理电路，其特征在于，同一时刻只有一个电芯通过其对应的一对选通开关连接所述平衡电容， 在交替将这两个电芯连接至所述平衡电容上时，中间设置有两个电芯都不连接至所述平衡电容上的预定死区时间。
6.根据权利要求2所述的电池平衡管理电路，其特征在于，所述平衡电容为多个，每个平衡电容能够通过选通开关与对应的依次串联的多节电芯相连， 相邻的两个平衡电容能够通过选通开关与对应的同一个电芯相连， 所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯对应同一个平衡电容时，则启动级内电池平衡操作，所述级内电池平衡操作包括:控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至该同一平衡电容上，以借助该同一平衡电容实现这两电芯的电能转移； 所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，则启动级间电池平衡操作，所述级间电池平衡操作包括:借助该两个电芯对应的平衡电容、以及位于该两个电芯之间的平衡电容、以及这些被借助的平衡电容共同对应的电芯将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
7.根据权利要求6所述的电池平衡管理电路，其特征在于，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，两个电芯中电芯电压高的那个被称为高电压电芯，两个电芯中电芯电压低的那个被称为低电压电芯，高电压电芯对应的靠近低电压电芯的平衡电容被称为初始转移平衡电容，低电压电芯对应的靠近高电压电芯的平衡电容被称为最终转移平衡电容，初始转移平衡电容和最终转移平衡电容之间的平衡电容被称为中转平衡电容， 所述级间电池平衡操作包括: 将高电压电芯的能量传递至初始转移平衡电容上； 将初始转移平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的中转平衡电容上； 将当前中转平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的下一个中转平衡电容上，直到能量被传递至最终转移平衡电容上； 将最终转移平衡电容上的能量传递至低电压电芯。
8.根据权利要求7所述的电池平衡管理电路，其特征在于，如果初始转移平衡电容与最终转移平衡电容是相邻的，那么则没有中转平衡电容。
9.一种电池平衡管理系统，其特征在于，其包括:多个电池平衡管理电路，负责依次串联的多节电芯的电池平衡管理，其中每个电池平衡管理电路负责依次串联的多节电芯中的部分电芯的电池平衡管理， 每个电池平衡管理电路包括: 一个平衡电容； 多对选通开关，其中每对选通开关对应一个电芯和一个平衡电容，并将对应的电芯的正负极连接至对应的平衡电容的两端，每个电芯对应一对或两对选通开关，每个平衡电容对应多对选通开关，每对选通开关包括第一选通开关和第二选通开关，第一选通开关的第一连接端与对应的电芯的正极相连，第一选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第一连接端相连，第二选通开关的第一连接端与对应的电芯的负极相连，第二选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第二连接端相连； 选通控制电路，其控制每对选通开关中的第一选通开关和第二选通开关同时导通或同时关断，以将该对选通开关对应的电芯连接至对应的平衡电容上或断开该对选通开关对应的电芯与所述平衡电容的连接； 检测控制电路，其比较各个电芯的电芯电压，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则借助所述平衡电容将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
10.根据权利要求9所述的电池平衡管理系统，其特征在于，每个电池平衡管理电路包括有通讯模块，该通讯模块将所属的电池平衡管理电路负责的电芯的电芯电压以及接收到的其他电池平衡管理电路负责的电芯的电芯电压传递给与其相邻的电池平衡管理电路的检测控制电路，这样每个电池平衡管理电路的检测控制电路将会了解所有电芯的电芯电压情况， 每个平衡电容能够与对应的依次串联的多节电芯相连，相邻的两个平衡电容能够与对应的同一个电芯相连， 在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯对应同一个平衡电容时，则启动级内电池平衡操作，所述级内电池平衡操作包括:控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至该同一平衡电容上，以借助该同一平衡电容实现这两电芯的电能转移； 在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，则启动级间电池平衡操作，所述级间电池平衡操作包括:借助该两个电芯对应的平衡电容、以及位于该两个电芯之间的平衡电容、以及这些被借助的平衡电容共同对应的电芯将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
【文档编号】H02J7/00GK204145029SQ201420636393
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】王钊 申请人:无锡中星微电子有限公司