一种用于锂电池BMS的主动均衡电路和主动均衡系统的制作方法

一种用于锂电池bms的主动均衡电路和主动均衡系统
技术领域
1.本实用新型涉及电池主动均衡的技术领域，尤其涉及一种用于锂电池bms的主动均衡电路和主动均衡系统。


背景技术：

2.众所周知，锂电池的电池组在长期工作过程中，由于生产工艺等原因，会出现电芯一致性变差的情况，从而导致电池包整体容量大大降低。为了保证电池组能够在产品寿命周期中尽可能保持高利用率，就需要尽可能保持电池组内电芯的一致性。目前市面上应用在锂电池的均衡方式有主动均衡和被动均衡两种方式。在目前市面上bms的产品特点中，被动均衡的优点是成本低廉但是均衡效率低，在长期使用过程中，由于均衡效果不明显，压差仍然会持续扩大，最终导致被动均衡彻底失效；主动均衡通常采用给低压电芯充电的方式，均衡效率高，效果明显，能有效减缓锂电池组在长期使用过程中的容量衰减，但是缺点是现有的主动均衡电路，对于锂电池组的每一个单节电芯均需要配备一个变压器用于主动均衡，成本较高。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种用于锂电池bms的主动均衡电路和主动均衡系统，以解决现有的主动均衡每一个单节电芯均需要配备一个变压器用于主动均衡导致成本较高的问题。
4.根据本实用新型的一方面，提供了一种用于锂电池bms的主动均衡电路，用于锂电池bms的主动均衡系统，所述主动均衡系统包括电池组，所述电池组包括多个单节电芯，多个所述单节电芯串联在所述电池组的正输出端和负输出端之间，所述主动均衡电路包括充电模块、控制模块和开关模块；
5.所述充电模块的正输入端与所述电池组的正输出端电连接，所述充电模块的负输入端与所述电池组的负输入端电连接，所述充电模块用于从所述电池组取电并转换成适合所述单节电芯的充电电压；
6.所述充电模块的正输出端与所述开关模块的正输入端电连接，所述充电模块的负输出端与所述开关模块的负输入端电连接；
7.所述开关模块的正输出端与多个所述单节电芯的正输入端均电连接，所述开关模块的负输出端与多个所述单节电芯的负输出端均电连接；
8.所述控制模块的输出端与所述开关模块的控制端电连接，所述控制模块用于获取主动均衡控制信号，所述开关模块用于控制所述主动均衡控制信号选中的所述单节电芯与所述充电模块连通。
9.在本实用新型的可选实施例中，所述充电模块包括降压子模块，所述降压子模块用于将所述电池组的输出电压转换成适合所述单节电芯的充电电压。
10.在本实用新型的可选实施例中，所述降压子模块包括dcdc降压子模块。
11.在本实用新型的可选实施例中，所述充电模块还包括充电限流子模块，所述充电限流子模块串联在所述降压子模块和所述开关模块之间，所述充电限流子模块用于对充电电流进行限流。
12.在本实用新型的可选实施例中，所述充电模块还包括供电子模块，所述供电子模块的输入端与所述降压子模块的输出端电连接，所述供电子模块的输出端与所述控制模块的电能输入端电连接，所述供电子模块用于给所述控制模块供电。
13.在本实用新型的可选实施例中，所述开关模块包括mos单元，所述mos单元设置在所述充电模块和所述单节电芯之间，所述mos单元的数量为多个，且与所述单节电芯一一对应；
14.所述mos单元用于导通时控制对应的所述单节电芯与所述充电模块连通。
15.在本实用新型的可选实施例中，所述mos控制单元包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管和所述第二mos管的栅极均与所述控制模块的输出端电连接；
16.所述第一mos管的源极与所述充电模块的正输出端电连接，所述第一mos管的漏极与所述单节电芯的正输入端电连接；
17.所述第二mos管的源极与所述充电模块的负输出端电连接，所述第二mos管的漏极与所述单节电芯的负输入端电连接；
18.所述第一mos管和所述第二mos管用于基于所述主动均衡控制信号导通。
19.在本实用新型的可选实施例中，所述主动均衡电路还包括对外通信模块，所述对外通信模块的信号输出端与所述控制模块的信号输入端电连接；
20.所述对外通信模块用于获取主动均衡控制信号并发送给所述控制模块。
21.根据本实用新型的另一方面，提供了一种用于锂电池bms的主动均衡系统，其特征在于，所述主动均衡系统包括电池组和本实用新型任一实施例所述的用于锂电池bms的主动均衡电路；
22.所述电池组包括多个单节电芯，多个所述单节电芯串联在所述电池组的正输出端和负输出端之间。
23.在本实用新型的可选实施例中，所述主动均衡系统还包括bms主控板，所述bms主控板用于发送主动均衡控制信号。
24.本实用新型实施例的技术方案，通过设置充电模块、控制模块和开关模块，充电模块能够从电池组上取电并转换成适合所述单节电芯的充电电压。控制模块能够获取主动均衡控制信号，根据主动均衡控制信号确定选中哪些单节电芯进行充电。然后开关模块使得主动均衡控制信号选中的单节电芯与充电模块连通，从而充电模块便能够对选中的单节电芯充电。故只需设置一个充电模块配合开关模块和控制模块便能够实现对不同的单节电芯选择性的充电，无需对每一个单节电芯均配备一个变压器用于主动均衡，降低了成本。
25.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型实施例一提供的一种用于锂电池bms的主动均衡电路所应用的主动均衡系统的电路框图；
28.图2是图1中一种用于锂电池bms的主动均衡电路所应用的主动均衡系统的充电模块细化后的电路框图；
29.图3是图1中一种用于锂电池bms的主动均衡电路所应用的主动均衡系统的开关模块细化后的电路框图；
30.图4是本实用新型实施例一提供的一种用于锂电池bms的主动均衡系统的电路框图。
31.其中：1、电池组；11、单节电芯；2、充电模块；21、降压子模块；22、充电限流子模块；23、供电子模块；3、控制模块；4、开关模块；41、mos单元；411、第一mos管；412、第二mos管；5、对外通信模块；6、bms主控板。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
33.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
34.实施例一
35.图1为本实用新型实施例一提供的一种用于锂电池bms的主动均衡电路所应用的主动均衡系统的电路框图，该用于锂电池bms的主动均衡电路，用于锂电池bms的主动均衡系统，如图1所示，主动均衡系统包括电池组1，电池组1包括多个单节电芯11，多个单节电芯11串联在电池组1的正输出端和负输出端之间，主动均衡电路包括充电模块2、控制模块3和开关模块4。
36.充电模块2的正输入端与电池组1的正输出端电连接，充电模块2的负输入端与电池组1的负输入端电连接，充电模块2用于从电池组1取电并转换成适合单节电芯11的充电电压。其中，充电模块2是指能够进行电压转换的模块，在一个具体的实施例中，电池组1的正输出端为b+，负输出端为b-，由于充电模块2的正输入端和负输入端分别与电池组1的正输出端b+和负输出端b-电连接，所以充电模块2能够从电池组1取电，进而进行电压转换将
电压转换成适合单节电芯11的充电电压。
37.充电模块2的正输出端与开关模块4的正输入端电连接，充电模块2的负输出端与开关模块4的负输入端电连接。开关模块4的正输出端与多个单节电芯11的正输入端均电连接，开关模块4的负输出端与多个单节电芯11的负输出端均电连接。其中，开关模块4是指能够使单节电芯11与充电模块2连通或断开的模块。当充电模块2与单节电芯11连通时，便能够对该单节电芯11进行充电，当充电模块2与单节电芯11断开时，便不会对该单节电芯11充电。由于单节电芯11的数量具有多个，通过开关模块4使得充电模块2与不同的单节电芯11连通，便能够对不同的单节电芯11进行充电。
38.控制模块3的输出端与开关模块4的控制端电连接，控制模块3用于获取主动均衡控制信号，开关模块4用于控制主动均衡控制信号选中的单节电芯11与充电模块2连通。其中，控制模块3是指能够进行逻辑控制的模块，在主动均衡时，通过需要对低压的单节电芯11充电，即需要对特定的一个或多个单节电芯11进行充电，主动均衡控制信号是用于指示对哪些单节电芯11进行充电的电信号，即指示选中哪些单节电芯11进行充电。开关模块4根据主动均衡控制信号使得主动均衡控制信号选中的单节电芯11与充电模块2连通，从而便能够对选中的单节电芯11充电。
39.上述方案，通过设置充电模块2、控制模块3和开关模块4，充电模块2能够从电池组1上取电并转换成适合单节电芯11的充电电压。控制模块3能够获取主动均衡控制信号，根据主动均衡控制信号确定选中哪些单节电芯11进行充电。然后开关模块4使得主动均衡控制信号选中的单节电芯11与充电模块2连通，从而充电模块2便能够对选中的单节电芯11充电。故只需设置一个充电模块2配合开关模块4和控制模块3便能够实现对不同的单节电芯11选择性的充电，无需对每一个单节电芯11均配备一个变压器用于主动均衡，降低了成本。
40.在本实用新型的可选实施例中，如图2所示，充电模块2包括降压子模块21，降压子模块21用于将电池组1的输出电压转换成适合单节电芯11的充电电压。
41.其中，由于电池组1包括多个串联的单节电芯11，所以电池组1整体的电压远大于单节电芯11的电压，降压子模块21是指能够对电池组1的输出电压进行降压的模块，通过设置降压子模块21，能够方便的将电池组1的输出电压转换成适合单节电芯11的充电电压。
42.在上述实施例的基础上，降压子模块21包括dcdc降压子模块21。其中，dcdc降压子模块21即为降压型的dc/dc转换器，dc/dc转换器是转变输入电压并有效输出固定电压的电压转换器。
43.在本实用新型的可选实施例中，充电模块2还包括充电限流子模块22，充电限流子模块22串联在降压子模块21和开关模块4之间，充电限流子模块22用于对充电电流进行限流。
44.其中，充电限流子模块22是指能够对电路电流进行限制的模块，通过设置充电限流子模块22，能够防止电流过大损伤单节电芯11，起到了电路保护的作用。
45.在本实用新型的可选实施例中，充电模块2还包括供电子模块23，供电子模块23的输入端与降压子模块21的输出端电连接，供电子模块23的输出端与控制模块3的电能输入端电连接，供电子模块23用于给控制模块3供电。其中，供电子模块23能够应用降压子模块21从电池组1取到的电能对控制模块3供电，从而控制模块3无需外部供电即可使用。
46.在本实用新型的可选实施例中，如图3所示，开关模块4包括mos单元41，mos单元41
设置在充电模块2和单节电芯11之间，mos单元41的数量为多个，且与单节电芯11一一对应；mos单元41用于导通时控制对应的单节电芯11与充电模块2连通。
47.其中，mos单元41与单节电芯11一一对应是指每个单节电芯11与充电模块2之间均设有一个mos单元41，当mos单元41导通时，mos单元41所连接的单节电芯11便能够与充电模块2连通，从而充电模块2能够对该单节电芯11充电，当mos单元41关断时，mos单元41所连接的单节电芯11便会与充电模块2断开，从而充电模块2不会对该单节电芯11充电，因此，只需控制特定的mos单元41导通，便能够对选定的单节电芯11充电。
48.在上述实施例的基础上，mos控制单元包括第一mos管411和第二mos管412，第一mos管411和第二mos管412的栅极均与控制模块3的输出端电连接；第一mos管411的源极与充电模块2的正输出端电连接，第一mos管411的漏极与单节电芯11的正输入端电连接；第二mos管412的源极与充电模块2的负输出端电连接，第二mos管412的漏极与单节电芯11的负输入端电连接；第一mos管411和第二mos管412用于基于主动均衡控制信号导通。
49.其中，第一mos管411和第二mos管412均导通时，充电模块2的正输出端会与单节电芯11的正输入端连通，充电模块2的负输出端会与单节电芯11的负输入端连通，从而充电模块2能够实现对该单节电芯11的充电。控制模块3对第一mos管411和第二mos管412的栅极输出不同的信号，便能够控制第一mos管411和第二mos管412的导通与否，因此，当控制模块3获取到主动均衡控制信号时，只需对主动均衡控制信号选定的单节电芯11所连接的第一mos管411和第二mos管412的栅极输出使得第一mos管411和第二mos管412导通的信号，便能够使充电模块2对该选定的单节电芯11进行充电，实现了对单节电芯11的选定。
50.在本实用新型的可选实施例中，主动均衡电路还包括对外通信模块5，对外通信模块5的信号输出端与控制模块3的信号输入端电连接；对外通信模块5用于获取主动均衡控制信号并发送给控制模块3。
51.其中，对外通信模块5是指能够与外部智能设备或者智能模块等进行通信的模块，例如可为蓝牙模块、wifi模块等，在此不做具体限定，通过设置对外通信模块5，能够方便的获取到主动均衡控制信号。在一个具体的实施例中，对外通信模块5能够与bms主控板6进行通讯，bms主控板6是锂电池bms的控制核心，其能够发送主动均衡控制信号，通过对外通信模块5与bms主控板6通信，能够方便的获取到主动均衡控制信号。
52.实施例二
53.本实用新型实施例二提供了一种用于锂电池bms的主动均衡系统，如图1所示，主动均衡系统包括电池组1和本实用新型任一实施例的用于锂电池bms的主动均衡电路。
54.电池组1包括多个单节电芯11，多个单节电芯11串联在电池组1的正输出端和负输出端之间。
55.上述方案，通过使主动均衡电路包括充电模块2、控制模块3和开关模块4，充电模块2能够从电池组1上取电并转换成适合单节电芯11的充电电压。控制模块3能够获取主动均衡控制信号，根据主动均衡控制信号确定选中哪些单节电芯11进行充电。然后开关模块4使得主动均衡控制信号选中的单节电芯11与充电模块2连通，从而充电模块2便能够对选中的单节电芯11充电。故只需设置一个充电模块2配合开关模块4和控制模块3便能够实现对不同的单节电芯11选择性的充电，无需对每一个单节电芯11均配备一个变压器用于主动均衡，降低了成本。
56.在本实用新型的可选实施例中，如图4所示，主动均衡系统还包括bms主控板6，bms主控板6用于发送主动均衡控制信号。其中，bms主控板6是锂电池bms的控制核心，其能够发送主动均衡控制信号，bms主控板6与对外通信模块5通信连接，从而当bms主控板6发送主动均衡控制信号时，对外通信模块5能够方便的获取到主动均衡控制信号。
57.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
58.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。