一种电池均衡系统的制作方法

本发明涉及一种电池均衡系统。

背景技术：

现有技术随着国内经济发展，电池使用数量越来越多，电池组内各电池的电压不平衡会导致串联充放电时出现过放或者过充，出现电池损坏或者着火。

单体电池的电压通常很低，要达到大型项目是的使用需求，必须使用串联的方式，但是由于电池的化学特征，每节电池生产的时候会出现不同的内阻，在串联充放电过程中，内阻不一致会导致每个电池的电流消耗略有差别，本来生产的时候电压平衡一致，充放电多次后出现串联电池组的各个电池电压出现不一样。因此电池均衡系统需要对各电压电压差控制在一定范围内，增加可使用容量以及延长电池寿命。

目前大部分的均衡系统分为消耗方式均衡和非消耗方式均衡。消耗方式均衡是通过把需要均衡的电池并联一个电阻，消耗其能力，使其电压下降。但这个方式的均衡效率低，且会降低原有电池组的使用容量。非消耗方式均衡，一般需要一个电压转换器，在控制器检测到某单体电压偏高时，将电压偏高单体的能量通过变换器反馈到电压偏的单体，均衡过程中能量被重新利用，从而达到电压和能量的均衡。

另外传统的非消耗方式均衡，通过电池电压的转移，使用电压转换器，转换过程中也造成损耗，时间长之后会降低使用容量。

技术实现要素：

本发明提出一种电池均衡系统，克服了现有电池组均衡技术中存在的问题，提出一种非能耗低损耗型电池均衡系统。本发明的电池均衡系统有效的解决消耗方式均衡的均衡过程中对能量损耗的问题。有效解决非损耗方式均衡的均衡过程中由于能量转换器效率问题导致的损耗。

本发明还提出一种电池均衡系统的均衡方法，安全可靠，低损耗。

本发明的技术方案是这样实现的：一种电池均衡系统，所述电池均衡系统包括一个由n节单体电池串联而成的电池组、n个双通道继电器、n个单通道继电器、一个控制器、一个辅助电池以及一个电池状态监测单元，其中n为大于等于2的正整数；相临两节单体电池之间与一个单通道继电器电连接，所述电池组的其中一端与一个单通道继电器电连接；所述电池状态检测单元分别与每一节单体电池电连接，用于实时测量单体电池的电压并将电压数据发送至所述控制器；每一节电池的正负端分别对应与一个双通道继电器的两个通道的一端连接，连接电池的正极的通道为第一通道，连接电池负极的为第二通道，每一个双通道继电器的第一通道的另一个引脚相互连接，每一个双通道继电器的第二通道的另一个引脚相互连接；所述控制器分别与每一个双通道继电器、每一个单通道继电器、电池状态监测单元以及辅助电池电连接，所述控制器用于接收所述电池状态检测单元发送的电压数据进行分析并控制单通道继电器以及双通道继电器的关断或开通，所述辅助电池还与所述电池状态监测单元电连接。

进一步，一个单通道继电器与电池组的近正极一端电连接。

进一步，一个单通道继电器与电池组的近负极一端电连接。

进一步，连接在相邻两个单体电池之间的单通道继电器位于连接在相邻两个单体电池之间的的双通道继电器的两个引脚之间。

进一步，所述控制器与用户用电系统电连接。

进一步，所述电池组的两端用于连接用户用电系统或电池充电系统。

一种电池均衡系统的均衡方法包括以下步骤：控制器接收到电池状态检测单元发来的电池电压数据，通过计算，计算出最高电压和最低电压的差值是否符合均衡条件，若符合均衡条件，控制器通过信号关断所有单通道继电器，记录最高电压和最低电压电池的序号，通过控制信号开通最高电压和最低电压的单体电池连接的双通道继电器，均衡过程中控制器通过读取电池状态检测单元发来的各电池电压数据，通过计算，判断是否均衡结束，若计算出最高电压和最低电压的差值不符合均衡条件，控制器控制双通道继电器关断，单通道继电器接通。

优选的，控制器通过读取电池状态检测单元发送过来的每节电池的电压数据，对每节电池进行编号，通过快速排序法，对所有单体电池的电压进行排序，获取排序的最高电压值和排序最低的电压值，计算最高电压和最低电压的电压差，当电压差达到设定的阀值，控制器获取最高电压对应电池的编号和最低电压对应电池的编号，通过选通，最高电压对应电池的继电器和最低电压对应电池的继电器，使最高电压的电池的正极和最低电压的电池的正极连接在一起，使最高电压的电池的负极和最低电压的负极连接在一起，实现最高电压的电池对最低电压电池充电。

一种电池均衡系统的均衡方法包括以下步骤：控制器通过获取用户用电系统是否关机信号，确定用户用电系统已经关机，暂时不需要使用电池能量时，控制器通过IO信号关断所有单通道继电器；控制器通过电池状态检测单元获取电池电压数据，开通电池组内电压最高的单体电池正负端连接的双通道继电器，控制器通过IO信号开通电池组内电压最低的单体电池正负端连接的双通道继电器，实现最高电压的单体电池往最低电压的单体电池的能量转移。

本发明的有益效果为：

本发明的电池均衡系统的控制器通过读取用户系统关机信号，当控制器读取到用户系统已关机，控制器会读取电池状态检测单元发送过来的电压数据，对电压数据进行分析，当电池最高电压和最低电压的差值达到均衡要求，控制器控制所有单通道继电器处于断开状态，防止电池在均衡测试的时候短路，之后控制器控制连接最高电压和最低电压的电池的双通道继电器，让最高电压和最低电压的电池的正极和正极连接在一起，负极和负极也连接在一起，形成回路，电压高的电池将能量传递给电压低的电池。

能量转移过程中，控制器通过实时读取电池状态检测单元发送过来的电压数据，实时计算处于均衡中的电池电压是否完成均衡，若完成均衡，开通单通道继电器。

用户用电系统关闭后，辅助电池启动给控制器和电池状态检测单元供电，使控制器和电池状态检测单元在单通道继电器断开期间仍能正常工作。

本发明的电池均衡系统在均衡过程中除了继电器接触电阻和导线电阻外，无其他损耗。进一步提高能量转换效率，以适用于高能量串联电池组均衡的应用场合。

本发明的电池均衡系统在均衡过程中相当于两节电池直接并联。除了导线和继电器接触电阻的损耗之外无其他损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明一种电池均衡系统一个实施例的结构原理框图；

图2为图1所示的电池均衡系统的均衡方法的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种电池均衡系统，所述电池均衡系统包括一个由n节单体电池串联而成的电池组、n个双通道继电器、n个单通道继电器、一个控制器、一个辅助电池以及一个电池状态监测单元，其中n为大于等于2的正整数；相临两节单体电池之间与一个单通道继电器电连接，所述电池组的其中一端与一个单通道继电器电连接；所述电池状态检测单元分别与每一节单体电池电连接，用于实时测量单体电池的电压并将电压数据发送至所述控制器；每一节电池的正负端分别对应与一个双通道继电器的两个通道的一端连接，连接电池的正极的通道为第一通道，连接电池负极的为第二通道，每一个双通道继电器的第一通道的另一个引脚相互连接，每一个双通道继电器的第二通道的另一个引脚相互连接；所述控制器分别与每一个双通道继电器、每一个单通道继电器、电池状态监测单元以及辅助电池电连接，所述控制器用于接收所述电池状态检测单元发送的电压数据进行分析并控制单通道继电器以及双通道继电器的关断或开通，所述辅助电池还与所述电池状态监测单元电连接。

所述电池组的两端用于连接用户用电系统或电池充电系统。如图1所示，所述电池组的两端与用户用电系统连接。

如图1所示，一个单通道继电器与电池组的近正极一端电连接。在放电时，电池组与用户用电系统连接，一个单通道继电器连接在电池组的正极与用户用电系统之间。连接在相邻两个单体电池之间的单通道继电器位于连接在相邻两个单体电池之间的的双通道继电器的两个引脚之间。所述控制器与用户用电系统电连接。

另一种实施方式，一个单通道继电器与电池组的近负极一端电连接。在放电时，电池组与用户用电系统连接，一个单通道继电器连接在电池组的正极与用户用电系统之间。

n个双通道继电器分别为双通道继电器S1、双通道继电器S2……双通道继电器Sn，n个单体电池分别为电池B1、电池B2……电池Bn，n个单通道继电器分别为单通道继电器J1、单通道继电器J2……单通道继电器Jn。

双通道继电器S1的第一通道的一个引脚连接到电池B1的正极，双通道继电器S1的第二通道连接到电池B1的负极、双通道继电器S2的第一通道连接到电池B2的正极，双通道继电器S2的第二通道连接到电池B2的负极、……、双通道继电器Sn的第一通道连接到电池Bn的正极，双通道继电器Sn的第二通道连接到电池Bn负极；双通道继电器S1的第一通道另外一个引脚和双通道继电器S2、双通道继电器S3……双通道继电器Sn的第一通道另外一个引脚连接在一起。双通道继电器S1的第二通道的另外一个引脚和双通道继电器S2、双通道继电器S3……双通道继电器Sn的第二通道另外一个引脚连接在一起。

单通道继电器J2两个引脚分别连接电池B1的负极和电池B2的正极、单通道继电器J3两个引脚分别连接电池B2的负极和电池B3的正极、……、单通道继电器Jn的两个引脚分别连接电池Bn-1的负极和电池Bn的正极。单通道继电器J1连接子在电池B1与用户用电系统之间或者连接在电池Bn与用户用电系统之间。

如图1、2所示，均衡系统的均衡方法一：控制器（02）接收到电池状态检测单元（03）发来的电池电压数据，通过计算，计算出最高电压和最低电压的差值是否符合均衡条件，若符合均衡条件，控制器（02）通过信号关断所有单通道继电器（J1、J2、J3...Jn），记录最高电压和最低电压电池的序号，通过控制信号开通最高电压和最低电压的单体电池连接的双通道继电器（S1、S2、S3….Sn），均衡过程中控制器（02）通过读取电池状态检测单元（03）发来的各电池（B1、B2、B3…Bn）电压数据，通过计算，判断是否均衡结束，若计算出最高电压和最低电压的差值不符合均衡条件，控制器控制双通道继电器关断，单通道继电器（J1、J2、J3...Jn）接通。其中，控制器（02）通过读取电池状态检测单元发送过来的每节电池的电压数据，对每节电池进行编号，通过快速排序法，对所有单体电池的电压进行排序，获取排序的最高电压值和排序最低的电压值，计算最高电压和最低电压的电压差，当电压差达到设定的阀值，控制器（02）获取最高电压对应电池的编号和最低电压对应电池的编号，通过选通，最高电压对应电池的继电器和最低电压对应电池的继电器，使最高电压的电池的正极和最低电压的电池的正极连接在一起，使最高电压的电池的负极和最低电压的负极连接在一起，实现最高电压的电池对最低电压电池充电。

均衡系统的均衡方法二：控制器（02）获取用户用电系统是否关机信号，确定用户用电系统已经关机，暂时不需要使用电池能量时，控制器（02）通过IO信号关断所有单通道继电器（J1、J2、J3...Jn）；控制器（02）通过电池状态检测单元（03）获取电池电压数据，开通电池组（06）内电压最高的单体电池正负端连接的双通道继电器，控制器（02）通过IO信号开通电池组（06）内电压最低的单体电池正负端连接的双通道继电器，实现最高电压的单体电池往最低电压的单体电池的能量转移。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。