一种电池组均衡电路及电池管理系统的制作方法

本实用新型属于电池管理技术领域，具体涉及一种电池组均衡电路及电池管理系统。

背景技术：

现有轨道交通车辆用的辅助电源大多采用铅酸电池组，通常是由多个电池单体串联起来组成，由于铅酸电池组在放电过程中很容易出现不同的电池单体之间的电压差过大，如电压差大于50mV，铅酸电池组中的电池单体之间如果长期存在较大的电压差，会导致铅酸电池组的恶化，影响铅酸电池组的使用寿命。为了减小各个电池单体的输出电压差，通常需要采用电压均衡电路对各个电池单体的输出电压进行均衡。现有的电池电压均衡方法主要以被动均衡为主，被动均衡电压的方法，是通过采集各个电池单体的电压，当其中一个或几个电池单体达到一定值并电池组内存在电压差异时，对该电池单体进行放电，使其电压降低，从而实现对电池组内各电池单体的电压进行均衡。但是，这种通过消耗电池单体的电能的电压均衡方法，会产生大量的热量，对电池管理系统及设备造成不利影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种电池组均衡电路，在能量耗散模块消耗电池单体的电能的过程中，不会产生较大热量，能防止电池管理系统及设备因温度过高而发生损坏，有利于保护电池管理系统及设备。本实用新型的目的还在于提供一种电池管理系统，同样具有上述有益效果。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种电池组均衡电路，包括均衡模块、电压采集模块和开关模块，所述均衡模块包括能量耗散模块和电光转换模块，所述能量耗散模块与所述电光转换模块经所述开关模块连通各电池单体，且所述能量耗散模块与所述电光转换模块并联，各电池单体相互串联组成电池组，所述电压采集模块连通各电池单体，用于采集各电池单体的电压。

进一步的，所述电池单体两端均连接有保险元件。

进一步的，所述电池单体的两端连接有瞬时电流或瞬时电压的保护器，且所述保护器与所述保险元件串联，所述保护器与所述均衡模块并联。

进一步的，所述电压采集模块与所述电池单体的连接端口设有保护电阻。

进一步的，所述电光转换模块中包含有过流保护元件。

进一步的，所述电压采集模块并联有滤波电路。

进一步的，所述电压均衡电路设置在均衡板上，所述均衡板上设有温度传感器，所述温度传感器用于检测均衡板的温度。

一种电池管理系统，所述电池管理系统包括上述的电池组均衡电路。

本实用新型提供的电池组均衡电路，包括有电压采集模块、能量耗散模块与电光转换模块，电压采集模块采集电池单体两端的电压，当电池单体的电压差值达到预先设定的电压阈值时，开关模块连通能量耗散模块和电光转换模块，能量耗散模块用于将电池单体的部分电能耗散掉，使电池组内各电池单体之间的电压差保持在合适范围内，从而使电池组的电压达到均衡，由于能量耗散模块与电光转换模块并联，可降低能量耗散模块的功率，在能量耗散模块消耗电池单体的电能的过程中，电光转换模块可将电池单体的一部分电能转换成光能，使均衡模块在均衡电池单体或电池组的电压过程中不会产生较大热量，能防止电池管理系统及设备因温度过高而发生损坏，降低因温升带来的电池管理系统失效的风险，从而有利于保护电池管理系统及设备。本申请还提供一种电池管理系统，包括该电池组均衡电路，同样具有上述优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电池组均衡电路的原理示意框图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种电池组均衡电路的原理示意框图；

图3为本实用新型实施例提供的电池组均衡电路的结构图。

附图标记说明：电池单体CELL；自恢复保险丝F1；自恢复保险丝F2；TVS二极管D1；电压采集入口C1-IN、C2-IN；保护电阻R2；保护电阻R3；保护电阻R4；均衡电阻R5；滤波电容C；LED发光二极管L；N-MOSFET三极管D2；控制开关S。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，本实施例提供的一种电池组均衡电路，包括均衡模块、电压采集模块和开关模块，所述均衡模块包括能量耗散模块和电光转换模块，所述能量耗散模块与所述电光转换模块经所述开关模块连通各电池单体，且所述能量耗散模块与所述电光转换模块并联，各电池单体相互串联组成电池组，所述电压采集模块连通各电池单体，用于采集各电池单体的电压。

本实施例提供的电池组均衡电路，包括有电压采集模块、能量耗散模块与电光转换模块，电压采集模块采集电池单体两端的电压，当电池单体的电压差值达到预先设定的阈值时，开关模块连通能量耗散模块和电光转换模块，能量耗散模块用于将电池单体的部分电能耗散掉，使电池组内各电池单体之间的电压差保持在合适范围内，从而使电池组的电压达到均衡，由于能量耗散模块与电光转换模块并联，在能量耗散模块消耗电池单体的电能的过程中，电光转换模块可将电池单体的一部分电能转换成光能，发光时产生的热量较小，并且还可降低能量耗散模块的功率，从而减小能量耗散模块产生的热量，使均衡模块在均衡电池单体或电池组的电压过程中不会产生较大热量，能防止电池管理系统及设备因温度过高而发生损坏，进而降低了因温升带来的电池管理系统失效的风险，有利于保护电池管理系统及设备。本电池组均衡电路的结构简单，电池组内各单体电池的均衡互不干扰，能同时进行，缩短了均衡时间，提高了工作效率。

电光转换模块中包括有LED发光二极管，能量耗散模块中包括有均衡电阻，将LED发光二极管与均衡电阻并联，就可以将均衡电阻的功率减小，利用LED发光二极管的光电特性，可以将电池单体中的部分电能转换为光能消耗，由于LED发光二极管是冷光源，发光时产生的热量很小，可以有效降低使用均衡功能时产生的热量，降低因温升给电池管理系统带来的失效风险。

当然，在电压均衡的过程中，除了将电池单体的电能转换成光能采用电光转换模块外，还可以采用其他能量转换模块，将电池单体中的电能转换成非热能以外其他形式的能量，例如将电能转换成动能。

为了使方案更加优化，本实施例中，如图2所示，电压采集模块上连接有控制模块，且开关模块与控制模块连接，控制模块中预设有电压阈值，控制模块根据电压采集模块采集到的各电池单体的电压，并计算各电池单体的电压差值，当电压差值大于电压阈值(下文中简称过大电压差值)时，控制模块控制开关模块连通能量耗散模块和能量转移模块，开启均衡功能对电池组的电压进行均衡。计算各电池单体的电压差值，具体可为，用各电池单体中的电压值减去最小电压值得出电压差值，当电压差值大于电压阈值时，控制模块控制连接在具有过大电压差值的电池单体中的开关模块接通，使能量耗散模块和能量转移模块对该电池单体的电压进行耗散，从而实现电池组的电压均衡。

其中，所述电池单体两端均连接有保险元件。保险元件可以是自恢复保险丝或保险电阻，用于对电池单体中的回路进行过流保护，避免对电池造成影响。

本实施例优选的，所述电池单体的两端连接有瞬时电流或电压保护器，且所述保护器与所述保险元件串联，所述保护器与所述均衡模块并联。保护器具体可为瞬态抑制二极管(TVS)，当电路中的瞬时电压超过正常工作电压后，TVS二极管便产生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，瞬时电流通过TVS二极管，从而可避开能连耗散模块、电光转换模块及电压采集模块，对其起到保护的作用；当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动恢复高阻状态，整个回路进入正常电压。

更优化的，所述电压采集模块与所述电池单体的连接端口设有保护电阻。在各个连接端口设置保护电阻，用于保护电路中连接的电压采集模块。

优选的，所述电光转换模块中包含有过流保护元件。过流保护元件可以是限流电阻，限流电阻与LED发光二极管串联，可防止电路中电流过大而对LED发光二极管造成损害。

其中，所述电压采集模块并联有滤波电路。具体的，滤波电路中设有滤波电容，滤波电容与电压采集模块并联，可滤除来自电池单体的干扰，还可吸收电路工作过程中产生的电流波动的干扰，使得电压采集模块的工作性能更加稳定。

本实施例中，所述电压均衡电路设置在均衡板上，所述均衡板上设有温度传感器，所述温度传感器用于检测均衡板的温度。温度传感器与控制模块连接，在控制模块中预先设置安全温度值，当温度传感器检测的温度不超过安全温度值时，可对全部的具有过大电压差值的电池单体接通均衡功能，当温度传感器检测的温度高于安全温度值时，可选择性对部分具有过大电压差值的电池单体接通均衡功能。

本实施例中，如图3所示，电池组均衡电路针对一个电池单体进行具体说明。电池单体CELL两端分别连接有自恢复保险丝F1、F2，TVS二极管D1与自恢复保险丝F1、F2串联在电路中，且TVS二极管D1与均衡模块并联，电池单体CELL的两端电压采集入口C1-IN、C2-IN连接电压采集模块，电池单体CELL与电压采集模块的连接端口分别设有保护电阻R3、R4，电压采集模块并联有滤波电容C，均衡模块经开关模块连接在电路中，均衡模块包括均衡电阻R5和LED发光二极管L，均衡电阻R5和LED发光二极管L并联，且LED发光二极管L所在电路中串联有限流电阻R1，以防止电路中电流过大而对LED发光二极管L造成损害，开关模块包括N-MOSFET三极管D2和控制开关S，控制开关连接端口串联有保护电阻R2，控制开关S用于控制开启或断开均衡模块的均衡功能。

一种电池管理系统，该电池管理系统包括上述的电池组均衡电路。该电池管理系统同样在能量耗散模块消耗电池单体的电能的过程中，电光转换模块可将电池单体的一部分电能转换成光能，可降低能量耗散模块的功率，使均衡模块在均衡电池单体或电池组的电压过程中不会产生较大热量，能防止电池管理系统及设备因温度过高而发生损坏，进而降低了因温升带来的电池管理系统失效的风险，有利于保护电池管理系统及设备。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。